PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TANPA SENSOR KECEPATAN MENGGUNAKAN METODE SELF-TUNING FUZZY SLIDING MODE CONTROL BERBASIS DIRECT TORQUE CONTROL

Transkripsi

1 Sina Nasional Aplikasi knologi Infoasi 29 (SNAI 29) ISSN: Yogyakata, 2 Juni 29 PENGAURAN KECEPAAN MOOR INDUKSI ANPA SENSOR KECEPAAN MENGGUNAKAN MEODE SEF-UNING FUZZY SIDING MODE CONRO BERBASIS DIREC ORQUE CONRO Aan Jaya 1,2, Sobagio 2, Mauidhi Hi Punoo 2 1) Politknik Elktonika Ngi Suabaya, IS 2)Juusan knik Elkto, Fakultas knologi Industi, IS E-ail: aan@pis-its.du ABSRAK Mtod pngatuan kcpatan puta oto induksi tanpa snso nggunakan fuzzy logic sliding od contoll(fsmc) dijlaskan dala pap ini,. Dict toqu contol (DC) digunakan sbagai basis stiasi paat kontol. Estiasi putaan oto, toka dan fluks dilakukan olh DC yang dibi input tgangan dan aus stato. Untuk ncapai putaan yang dikhndaki digunakan stiasi putaan sbagai upan balik pada sist kontol. Eo dan dlta o kcpatan puta sbagai asukan pada Sliding Mod Contol (SMC) dan juga skaligus sbagai asukan bagi Fuzzy ogic (F). Fungsi F adalah sbagai tuning nilai paat SMC. Hasil yang dipolh lalui siulasi nunjukkan spon kcpatan puta yang cpat dala kondisi stat, pubahan bban dan pubahan st point. Khusus pada kondisi pubuhan bban, spon kcpatan hapi tidak ngalai pubahan kcpatan atau bisa dikatakan spon kcpatan kokoh bila ada gangguan. Kata Kunci: Dict toqu contol, Slf-tuning Fuzzy sliding od contol, paat kontol 1. PENDAHUUAN Fild Ointd Contol (FOC) tlah dikbangkan bbapa puluh tahun yang lalu olh D. Casadi ditapkan pada oto induksi (Casadi, 22). Mtod ini ngaah pada pngatuan kcpatan puta oto lalui kontol toka atau dan dngan ptahankan daya oto. oi ini tlah dikbangkan (Baabons, 23) dan banyak digunakan dala poss industi. Skaang ini pngudian oto induksi dngan FOC tlah banyak digunakan di bbapa poduk industi dngan tknik pnylsaian yang bbda. Slanjutnya dikbangkan pula tknik bau dngan naa dict toqu contol (DC) yaitu suatu tknik kontol toka pada oto induksi yang lbih ngaah pada pngatuan dngan daya yang bubah ssuai kbutuhan bban. Mtod ini dikbangkan olh Casadi (Casadi, 22). Slanjutnya M. Dpnbock ngbangkan pula dict slf contol (DSC). Ada bbapa kunggulan bila nggunakan DC atau DSC dala ngontol toka yaitu pfoansi yang baik, bisa dilakukan pngatuan oto tanpa nggunakan snso kcpatan, shingga DC atau DSC dapat dikatakan sbagai tknik kontol typ snsolss (akahashi, 1996). Pnggunaan snso putaan oto akan ngakibatkan stabilitas yang ndah dan tjadi nois. Aplikasi snso putaan dala kndali oto induksi pada paakaian khusus bisa sulit. Statgi kontol yang tlah ditapkan dala DC adalah popotional intgato (PI) (Abid, 26). Naun spon yang dipolh asih blu uaskan dan pnntuan paat PI asih nggunakan tial and o. Slanjutnya, untuk ngatasi tod tial and o dikbangkan tod Fuzzy PI. Fuzzy digunakan untuk nntukan paat PI untuk nysuaikan nysuaikan paat P dan I dngan sist yang blaku. Slanjutnya, tod Robust Sliding Mod Contol ditapkan olh Rddy pada DC (Rddy, 27). Dala tod ini SMC bfungsi sbagai pngatu bsa toka fnsi sdangkan fungsi Robust sbagai pngontol kcpatan dngan ngatu Hibid SVPWM invt. Sbagai tod dala nntukan paat SMC asih nggunakan tial and o. Kunggulan SMC adalah iliki sifat dinaik yang baik untuk odl yang tidak todlkan scaa dinaik, vaiasi ksnsitifitasan paat, pubahan dai lua, dan spon dinaik (Puqutti, 22). Dala pnlitian ini, pngontolan putaan oto induksi dilakukan dngan caa bandingkan putaan stiasi dngan putaan acuan. Sinyal tgangan dan aus stato oto induksi yang tlah ditansfoasi lalui DC stiasi dihasilkan putaan stiasi, fluk stiasi dan sudut pgsan. Eo antaa putaan acuan dngan putaan stiasi sbagai asukan sliding od contol (SMC) dan Fuzzy. Out-put Fuzzy adalah paat SMC yang bupa Bta dan h. Sdangkan out-put SMC bupa toka fnsi yang dibandingkan dngan toka stiasi. Hasil pbandingan tsbut bupa sinyal o yang bfungsi sbagai asukan k switching sinyal invt untuk ncatu tgangan k oto induksi spti tlihat pada Gaba 1. ujuan utaa dai tulisan ini adalah napkan Fuzzy sbagai slf-tuning paat SMC sbagai kontol putaan oto induksi dngan DC untuk bbagai kondisi yaitu pubahan sting ponit, pubahan bban oto. E-37

2 Sina Nasional Aplikasi knologi Infoasi 29 (SNAI 29) ISSN: Yogyakata, 2 Juni 29 ω ch ω ch s θs s v sdq i sdq v abc i abc MI 3φ Gaba 1. Blok diaga sist pngatuan putaan oto induksi 2. DIREC ORQUE CONRO (DC) Id dasa dai DC adalah pubahan toka sbanding dngan slip antaa fluk stato dan fluk oto pada kondisi fluk boco stato ttap(matic, 23). Hal ini banyak diknali untuk pngatuan toka dan fluk cpat dan obust. Pada oto induksi dngan oto sangka untuk waktu ttap oto njadi sangat bsa, fluk boco oto bubah plahan dibanding dngan pubahan fluk boco stato. Olh kana itu, pada kadaan pubahan yang cpat fluk oto cndung tidak bubah. Pubahan cpat dai toka lktoagntik dapat dihasilkan dai putaan fluk stato, sbagai aah toka. Dngan kata lain fluk stato dapat sktika pcpat atau plabat dngan nggunakan vkto tgangan stato yang ssuai. oka dan fluk kontol bsaa-saa dan dcoupl dicapai dngan pngatuan langsung dai tgangan stato, dai o spon toka dan fluk. DC biasanya digunakan ssuai vkto tgangan dala hal ini untuk lihaa toka dan fluk stato dngan dua daah histisis, yang nghasilkan pilaku bang-bang dan vaiasi posdu fkunsi pnsaklaan dan ippl fluk, toka dan aus yang pnting. Untuk nntukan putaan oto dapat digunakan psaaan angkaian oto induksi. gangan dan aus oto diuku pada fnc fa yang dapat dipilih dala stasion fa, aka psaaan tgangan stato dala fnsi fa dibikan olh Bos dngan psaaan (Bos, 22): d d = vds Rs + σs ids (1) dt d q = vqs Rs + σs iqs (2) dt adalah fluk boco; adalah induktansi; v adalah tgangan; R adalah tahanan; i adalah aus; 2 dan σ = 1 /( s ) kofisin boco oto. Subkip dan s btuut-tuut nyatakan oto dan stato, dan subkip d dan q adalah btuut-tuut nyatakan koponn dala subu d dan subu q pada fnsi stasion. Psaaan fluk oto dala fnsi stasion adalah (Bos, 22): 1 d = ids ωq d (3) q = iqs + ωd q (4) ω adalah putaan oto dala adian p dtik dan = / R adalah ti konstan oto. Sudut θ dai vkto fluk oto ( ) dala fa stasion dngan subu d fa stasion yang ditntukan lalui psaaan: 1 q θ = tan (5) d Psaaan tuunan dai (5) adalah: d q q d θ = ω = (6) d + q Substitusi psaaan (3) dan (4) k psaaan (6) didapatkan: 1 E-38

3 Sina Nasional Aplikasi knologi Infoasi 29 (SNAI 29) ISSN: Yogyakata, 2 Juni 29 diqs qi ds ω = ω (7) d + q Kudian substitusi psaaan (6) k psaaan (7), didapat: 1 ω = d q q d ( diqs qids ) 2 (8) 2 dngan: = + (9) d 3. SEF-UNING FUZZY SIDING MODE CONRO Untuk ningkatkan pfoa putaan oto induksi pada kondisi ada gangguan, aka kontol putaan nggunakan fuzzy slf-tuning sliding od contol. Jnis kontol SMC adalah obust pada saat tjadi gangguan dngan vaiasi paat dan toka bban bubah. Dala Gaba 1 ditunjukkan blok diaga sist yang diaksud. Psaaan uu toka lktokanik pada oto induksi dibikan: dω dt q J + Bω + = (1) B dan J adalah kofisin gskan dan konstanta Insia dai oto. adalah toka bban dan ω adalah putaan sudut kanik oto. adalah toka lktoagntik oto induksi dngan psaaan: 3 P = ( dsiqs qsids ) (11) Psaaan lktokanik (1) dapat diubah njadi: ω + a ω + d = b (12) dngan: a = B / J ; b = 1/ J ; d = / J Bdasakan psaaan (1) diatas jika dala kondisi gangguan, psaaannya njadi: ω = ( a + Δa) ω ( d + Δd ) + ( b + Δb) (13) Δ a, Δb, dan Δd adalah kondisi taktntu dai paat a, b, dan d sbagai pnyataan paat J dan B. Untuk nntukan o putaan oto dibikan dngan psaaan: ( = ω ω (14) dngan ω adalah putaan acuan/fnsi. uunan psaaan (14) dala fungsi waktu didapatkan: ( = ω + ω = a( + f ( x( (15) Dngan isahkan koponn f ( dan x ( dai psaaan (15) didapatkan njadi: f ( = b ( aω d( ω ( (16) x ( upakan pubahan yang tjadi dan dibikan dala psaaan: x( = b ( Δaω Δd( Δb ( (17) Vaiabl sliding od dngan koponn intgal dibikan dngan psaaan: t ( h a) ( τ ) dτ S( = ( (18) h nyatakan kontanta pnguat. Untuk nntukan alu putaan (spd tajctoy tacking), digunakan asusi dan psaaan bikut: Asusi 1. haga h dipilih shingga ( h a) njadi positip dan h >, kudian sliding sufac dibikan dngan psaaan : t ( h a) ( τ ) d = S( = ( τ (19) Aga kontol switching dijain bada di sliding od, aka kontol putaannya dibikan dngan psaaan: f ( = h( β sgn( S() t ) (2) β upakan konstanta pnguat switch. S ( adalah vaiabl sliding yang ditntukan lalui psaaan (18) dan tanda sgn(.) adalah fungsi signu yang didifinisikan sbagai: + 1 bila S > sgn( S ) = (21) 1 bila S < Asusi 2. Pnguat β dipilih shingga β x( untuk sua kondisi. Ktika sliding od tjadi pada sliding sufac psaaan (19), S = S =, dan tacking o ( bgak konvgn scaa ksponn nuju k nol. Ssuai dngan paat oto induksi dai psaaan (13), bila asusi 1 dan asusi 2 dibuktikan sbagai batasan putaan psaaan (2) akan ndahului putaan kanik oto ω shingga tacking ksalahan putaan = ω ω cndung nuju ktitik nol hingga nuju kondisi takbhingga. E-39

4 Sina Nasional Aplikasi knologi Infoasi 29 (SNAI 29) ISSN: Yogyakata, 2 Juni 29 Slanjutnya, untuk nntukan nilai Bta dan h digunakan slf-tuning fuzzy. Fuzzy dapat nysuaikan nilai Bta dan h aga o nuju nilai konvgn pada stiap ada pubahan. Input fuzzy dai o kcpatan yang diolah untuk ndapatkan nilai Bta dan h yang cocok spti tlihat pada Gaba 2. o Dlta o Fuzzy ogic Gaba 2. Input output Fuzzy ogic Bta Akhinya, toka fnsi dapat ditntukan dngan nsubtitusikan psaaan (16) dan (2) shingga didapatkan: 1 = h( β sgn( S( ) + aω + ω+ d (24) b 4. HASI SIMUASI Hasil yang dipolh scaa siulasi dngan nggunakan Mathlab/Siulink dngan data bikut ini. Sapling ti 1µs, fluks fnsi diabil pada haga noinal. Moto Induksi 3 fasa tgangan noinal 38 V, f= 5 Hz, julah kutub 4 slip 3%, punyai data plngkap sbagai bikut: R s = 1.77 Ω, R = 1.34 Ω, X s =5.25 Ω, X =4.57 Ω, X =139. Ω, J=.25 Kg. 2. Siulasi diatu pada kondisi stat, stady stat dan pubahan fnsi putaan dan bila tjadi pubahan bban. Gaba 3 upakan spon putaan oto saat stat bban pnuh, pubahan bban dan pubahan fnsi kcpatan. Ov-shoot yang dihasilkan untuk stiap pubahan fnsi kcpatan adalah punyai tinggi yang ttap sbsa 7,2 ad p dtik dan saat pubahan bban juga tjadi ovshoot yang ttap sbsa 2,5 ad p dtik. Waktu yang dibutuhkan untuk ncapai kondisi stadystat pada stiap tjadi pubahan adalah ttap sbsa.1 dtik. Gaba 4 adalah nilai Bta dan h untuk stiap pubahan fnsi kcpatan dan bban oto yang tjadi. Nilai Bta dan h yang dicapai bubah ssuai dngan pubahan yang tjadi dan nilainya ttap pada kondisi stady stat btuut-tuut sbsa 3 dan 35. Gaba 5 upakan aus stato pada stiap kondisi pubahan yang tjadi. Daah a nunjukkan saat putaan oto 4 adian p dtik pada bban noinal, dan daah b saat putaan oto 4 adian p dtik pada 4% bban noinal. Daah c nunjukkan saat putaan oto noinal pada 4% bban noinal, dan daah d saat putaan oto noinal pada bban noinal. h Putaan (ad/d atau osi Bban (N-) Rspon Putaan Moto hadap Pubahan osi Bban dan Pubahan Rfnsi Putaan oto Putaan f. osi bban Waktu (dtik) x 1 5 Gaba 3. Rspon putaan untuk stiap kondisi Bta atau h Hasil Pblajaan Paat SMC (Bta dan h) Olh Fuzzy ogic Paat h Paat Bta Waktu (dtik) x 1 5 Gaba 4. Nilai Bta dan h untuk stiap kondisi Aus (Ap) Aus Skund Moto a b c d Aus Waktu (dtik) x 1 5 Gaba 5. Aus stato untuk stiap kondisi 5. KESIMPUAN Hasil spon kcpatan pngontolan yang dilakukan dngan tod ini sangat baik, yang tlah dibuktikan dngan siulasi lalui atlab. Slftuning Fuzzy Sliding Mod Contol bikan caa pngatuan putaan yang sdhana tutaa untuk nntukan vaiabl kontolnya yaitu Bta dan h yang dapat nysuaikan dngan kondisi sist dan bikan spons yang cpat thadap E-4

5 Sina Nasional Aplikasi knologi Infoasi 29 (SNAI 29) ISSN: Yogyakata, 2 Juni 29 pubahan, ttapi asih obust thadap pubahan bban. PUSAKA: Bial K. Bos (22), Modn Pow Elctonics and AC divs, Pntic Hall PR 22 D. Casadi, Giovanni Sa (22), FOC and DC: two vaiabl sch fo induction otos toqu contol, ans. On Pow Elctonics, Vol. 17, No. 5, Sptb 22. D. Casadi, G. Sa, A. ani, and.zai (26), Assssnt of dict toqu contol fo induction oto divs, Bultin of th Polish acady of scinc tch. scincs, vol. 54, No.3,26. I. akahashi,. Noguchi (1996), A nw quickspons and high-fficincy contol statgy of an induction oto, IEEE, ans. Ind. Appl., IA-22(5): , M. Abid, Y. Radani, A. Aissaoui, A. Zblah (26), Sliding od spd and flux contol of an induction achin, Jounal of Cybntics and Infoatics, ISSN: , vol. 6, 26. O. Baabons, A. J. Gaido, F.J. Masda (23). A obust fild ointd contol of induction oto with flux obsv and spd adaptation. Poc. IEEE-AFA, 23. Pta R. Matic, Banko D. Blanus, Slobodan N Vukosavic (23), A novl dict toqu contol and flux contol algoith fo th induction oto,ieee, 23.. Bahananda Rddy, D. Subbaayudu, J. Aanath (27), Robust sliding od spd contoll fo hybid SVPWM bas dict toqu contol of induction oto, Wold Junal of Modlling and Siulation, ISSN , England, vol 3, 27. Wilfid Puqutti, Jan Pi Babot (22), Sliding od contol in Engining, Macl and Dkk, Inc. Nw Yok-Basl, 22. E-41