2 TEORI 1 PENDAHULUAN

Transkripsi

1 PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN KECEPATAN PUTAR MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN KONTROLER NEURO PID Moh. Muhaimi 6.. Jurua Tekik Elektro, Fakulta Tekologi Iutri, Ititut Tekologi Sepuluh Nopember m_muhaimi@ahoo.com Abtrak-Paa pegoperaia motor iuki, kecepata motor berubah-ubah megikuti perubaha beba, ehigga utuk megatai perubaha kecepata iperluka uatu kotroler. Kotroler koveioal ag erig iguaka aalah kotroler PID (proporioal itegral erivatif). Kelemaha kotroler ii terletak paa peetua parameter kotroler, Utuk megatai hal terebut iguaka metoe jariga araf tirua (Artificial eural etwor. Kotroler PID aka imoelka mejai jariga araf tirua (Neuro PID), peetua bobot melalui proe pembelajara ag memeuhi fugi kriteria, traektori error miimum megikuti repo waktu tertetu. Harga ari kotata kotroler berubah megikuti perubaha iamika proe, ehigga item berifat aaptif. Paa peelitia ii aka iracag kotroler Neuro PID a megitegraika kotroler terebut ega plat motor iuki ehigga ihailka output plat meerupai moel ag iigika. Kata Kuci : Artificial eural etwork, Motor iuki 3 faa, Spee Cotrol, Neuro PID. PENDAHULUAN Perubaha kecepata motor iuki ipegaruhi oleh berbagai macam faktor peggaggu, iataraa perubaha beba [,4]. Oleh karea itu, ibutuhka uatu kotroler utuk mejaga kecepata motor iuki tetap kota. Selai itu, ega tujua mejaga ketabila item, kotroler ii haru mampu bekerja ecara effektif a effiie paa etiap terjaia perubaha beba. Kotroler PID merupaka cloe loop cotrol ag erig iguaka alam proe kotrol, amu kotroler ii memiliki kelemaha alam peetua parameter ag euai ketika terjai perubaha iamika proe, ehigga kurag effektif a effiie alam peerapa alam item kotrol. Kotroller PID apat imoelka mejai truktur jariga araf tirua (eural etwor, ag merupaka metoe pegembaga ari alah atu kotrol cera (Artificial Iteliget). Pemoela kotroler PID alam eural etwork iebut kotroler Neuro PID. Kotroler PID aka imoelka mejai eural etwork a kotata ari parameter kotroler iataka ebagai bobot [,7]. Dega pemoela terebut, kotroler berifat aaptif. Paa tuga akhir ii aka ibaha metoe pegealia kecepata motor iuki 3 faa megguaka kotroler Neuro PID. TEORI. Kotruki Motor Iuki 3 Faa Motor iuki 3 faa merupaka motor AC (Alteratig Curret) aikro, ag icatu oleh aru bolak-balik paa tatora ecara lagug. Seagka rotora icatu oleh imbaa atau iuki ari tator [,4]. Motor iuki memiliki rotor ag tiak terhubug ega umber tegaga. Terapat ua jei rotor motor iuki aitu rotor belita (wou rotor) a rotor agkar (quirrel-cage rotor), jei rotor ag iguaka alam tuga akhir ii aalah rotor agkar. Ciri khuu ari quirrel-cage rotor aalah ujug-ujug rotor terhubug igkat ecara permae []. Kotruki motor iuki 3 faa iperlihatka paa gambar i bawah ii. Gambar. Kotruki motor iuki 3 faa. Sitem Kooriat Traformai vektor aalah traformai kooriat ari item kooriat taioer tiga faa mejai item kooriat rotai ua faa q. Traformai ii ilakuka alam ua tahap aitu :. Metraformaika item kooriat taioer tiga faa ke item kooriat ua faa atau item kooriat αβ. Biaaa iebut traformai clarke.. Metraformaika item kooriat αβ ke item kooriat q atau iebut traformai park... Traformai Clarke Dari item kooriat tiga faa (abc) ke ua faa ( αβ) : -/ -/ a / 3-3 / 3/ b...(.) / / / c Proceeig Semiar Tuga Akhir Jurua Tekik Elektro FTI-ITS

2 .. Traformai Park Dari item kooriat αβ ke alam item kooriat putar q : co i... (.) q -i co Dega meggabugka keua traformai, iapat matrik traformai ari tiga faa abc ke ua faa berputar q: co co( /3) co( /3) a q /3 -i -i( /3) -i( /3) b..(.3) / / / c.3 Jariga Saraf Tirua Keceraa buata (artificial itellige atau iigkat AI) merupaka uatu aplikai ag meiru keceraa mauia utuk iguaka alam meimei atau peralata-peralata cera. Koo kataa otak mauia memiliki fugi utama, aitu fugi berpikir a fugi belajar. Sejala ega fugi otak mauia terebut, maka AI juga ibagi mejai kelompok, aitu AI ag meiru fugi berpikir a AI ag meiru fugi belajar [3]. Cotoh AI ag meiru fugi belajar aalah eural etwork (NN). Jariga araf tirua (JST), artificial eural etwork (ANN), aalah jariga ari ekelompok uit pemroe kecil ag imoelka beraarka jariga araf mauia (JST). JST merupaka item aaptif, ag apat merubah truktura utuk memecahka maalah beraarka iformai ekteral maupu iteral ag megalir melalui jariga [5]. Seperti hala otak mauia, jariga araf tirua juga teriri ari beberapa euro, a aa hubuga atara euro-euro terebut. Neuroeuro terebut aka metraformaika iformai ag iterima melalui ambuga keluara meuju ke euro-euro ag lai. Paa jariga araf, hubuga ii ikeal ega ama bobot. Iformai terebut iimpa paa uatu ilai tertetu paa bobot terebut [3]. Gambar 3. meujukka truktur euro paa jariga araf. Jariga iput _ i paa euro merupaka pejumlaha ari perkalia euro-euro iput ega maig-maig pembobot ag bereuaia, imaa : x i. w i i (.4) Fugi aktivai igmoi ari euro Y (f(_i)) iberika ebagai fugi iput jarigaa (_i) : f( i ) exp( ) i (.5) 3 PERANCANGAN SISTEM Peelitia ii ilakuka ega megembagka metoologi ag berbai paa peracaga ega uraia ebagai berikut:. Melakuka pemoela item fiik motor iuki ega moel rekaa ke alam betuk matemati, higga iperoleh ebuah fugi alih motor iuki.. Meracag kotroler Neuro PID beraarka algoritma jariga araf tirua (ANN), kemuia megitegrai ega plat motor iuki. 3. Melakuka pegujia ega meempatka ubitem plat motor iuki terhaap kotroler Neuro PID megguaka Matlab 6.5 a Simulik. Pegujia teriri ari pegujia paa item tapa kotroler a pegujia item ega kotroler Neuro PID hail peracaga, agar apat iketahui apakah aa perbaika peifikai keluara item etelah iberi kotroler Neuro PID. 3. Pemoela Sitem Motor Iuki Paa bagia ii iguaka ebuah moel tijaua baku motor iuki. 3.. Ragkaia Equivale a Parameter Motor Iuki Motor iuki ietik ega traformator, imaa kumpara primer ebagai kumpara tator a kumpara ekuer ebagai kumpara rotor. Dega emikia, ragkaia ekuivale motor iuki hampir ama eperti ragkaia paa traformator. Ragkaia ekuivale perfaa motor iuki apat ilihat paa gambar 3. ibawah ii. Dalam pembahaa kali ii, peurua moel matemati motor iuki ilakuka alam item kooriat putar q. Gambar. Struktrur euro Gambar 3. Ragkaia Equivale MotorIuki Proceeig Semiar Tuga Akhir Jurua Tekik Elektro FTI-ITS

3 3.. Moel Matemati Motor Iuki Moel matematika motor iuki iperoleh melalui proe aalia iamik ari motor iuki. Berikut peramaa aar motor iuki : V R. i L i M i r...(3.) Vq R. iq L iq M i qr...(3.) Ri... (3.3) r. r Lr ir M i r. Li r. qr rmi. q Ri...(3.4) r. qr Lr iqr M iq r. Li r. r rmi. V r, V qr = karea jei motor ag iguaka aalah motor querrel caqe (rotor agkar tupai). Peramaa mea putara aalah L. i M. ir...(3.5) L. i M. i (3.6) q L. i r qr q r qr qr M. i......(3.7) L. i M. i Tori elektromagetika aalah Te q...(3.8) 3 / pm ( i r i q i iqr )...(3.9) Semetara peramaa elektroiamika aalah : Jr r r. B r T e T L...(3.) 6 r...(3.) p...(3.) m ( t) m ( t) Peramaa tate pace motor iuki 3 faa ebagai berikut: V R pl - L Vq L L R p Vr pm - ( - r )M Vqr ( - r )M pm pm - i M M pm i q x R i r pl r - ( - r ) L r r ( - r ) L r R r pl r i qr Peramaa aar iata apat iimplemetaika betuk SIMULINK eperti blok iagram ibawah ii : Gambar 3. Subitem motor iuki 3 faa 3..3 Moel Pembebaa Motor Iuki Betuk pembebaa motor iuki iataka ebagai peramaa berikut [,8]: e loa Br r Jr. r...(3.3) τ e Paa Motor J r Paa Beba Gambar 3.3 Moel iamik beba motor iuki Seagka peramaa tori paa poro beba (amper beba) ebagai berikut: loa ( ) ( B r τ l* B m m Jm m)...(3.4) Dega meubtituika peramaa (3.4) kealam peramaa (3.3) iperoleh: e ( ) ( B m m J m m) B r r Jr r...(3.5) Peramaa (3.5) apat iimplemetaika alam SIMULINK eperti blok iagram ibawah ii : Gambar 3.4 Blok iagram pembebaa motor iuki 3..4 Motor Iuki Squerrel Caqe (Sagkar Tupai) 3 Phae Paa tuga akhir ii plat ag iguaka aalah motor iuki 3 faa rotor agkar ega parameter ebagai berikut: Tabel Speifikai Fii Motor Iuki Squerrel Caqe V Tegaga umber 38 Volt. P Jumlah pole - f Frekuei tator 6 Hz J r Mome ieria tator.5e-5 Kg.m R Tahaa tator 76 Ohm R r Tahaa rotor 9 Ohm L Iuktai tator 3.79 mh L r Iuktai rotor 3.3 mh M Iuktai magetik 3. mh B r Koefiie geeka.49e-5 N m /ra/ ec 3. Kotroler Neuro PID Secara umum kotroler PID kotiu alam betuk kotroler PID ikrit ebagai berikut: τ l J m B 3 Proceeig Semiar Tuga Akhir Jurua Tekik Elektro FTI-ITS

4 e( k k ) K p. e( K...(3.6) D K I T e( i) T i Dimaa : T timeamplig Dega meela a meguragka peramaa (3.6), maka iperoleh peramaa berikut: k ) K...(3.8). e( Ke( k ) K Dimaa: 3 e( k ) K K K D D K p K I T K T 3 K T K D K p T Dari peramaa (3.8) apat ilihat bahwa kotroler PID apat imoelka alam betuk eural etwork: u ( f { k ), e(, e( k ), e( k )}...(3.9) Beraarka proeur eai kotroler Neural Network, kotroler Neuro PID memiliki 4 variabel iput aitu e(, e(k-), e(k-) a k-). Dimaa e( merupaka iput relatif ag beraal ari error atara etpoit a ial keluara, a ) aalah ial kotrol. Neural etwork iajarka ega cara mejalaka plat ag iberi iput raom ega target output ore atu. Dega memberika iput raom paa plat, iharapka apat megajarka eural etwork ehigga robut terhaap perubaha iput. Proe learig ilakuka beraarka error relatif atara output plat real a output item ore atu. Utuk hie laera, teriri ata laer, maig-maig utuk hie laer pertama memiliki 5 euro a hie laer keua memiliki euro, eagka output plat memiliki euro aitu mauk ke tegaga a frekuei motor. Fugi aktifai ag aka iguaka paa hie laera aalah fugi aktifai liier, eagka paa output laera megguaka fugi aktifai igmoi. Berikut truktur Neuro PID: e( z - z - e(k-) e(k-) Wij Wjk Wk Berikut implemetai truktur Neuro PID alam SIMULINK eperti blok iagram ibawah ii : Gambar 3.6 Blok iagram truktur Neuro PID 3.3 Etimai kotroler Neuro PID Dalam perhituga muur (backforwar) erig terjai error imulai, hal ii ikareaka proe revii bobot utuk proe elajuta bergatug paa perubaha keluara output kotroler ebeluma. Dega megguaka metoe atau peekata item liier, output kotroler apat ipreiki ebagai mauka plat. Berikut aalitik etimai output kotroler: ( a ( k ) a ( k ) b k )...(3.9) Karea iaggap ebagai item liier berlaku kaualita: a a k ) ( ( k ) ( k ) b b b k ) ( ( k ) ( k )...(3.) 3 Meela peramaa (3.) utuk memperoleh k-), k-3) kemuia ijaika alam betuk matrik: u ( k 3) (k-) (k-3) (k-4).(3.) k ) (k-) (k-) (k-3) u ( k ) ( (k-) (k-) 3 Berikut itegrai plat motor iuki a kotroler Neuro PID ag iimplemetaika alam MATLAB SIMULINK: Gambar 3.7 Blok itegrai plat a kotroler k-) Z - Gambar 3.5 Struktur Neuro PID 4. SIMULASI DAN ANALISA Kotroler berpera alam metabilka kecepata paa aat iberi gaggua ega cara meaikka atau meuruka bear tegaga kotrol ehigga icapai bata ketabila ag ikeheaki. 4. Ietifikai Sitem Ietifikai ilakuka utuk meguji valiai plat, ega memberika ial tep berupa 4 Proceeig Semiar Tuga Akhir Jurua Tekik Elektro FTI-ITS

5 Kecepata (RPM) tegaga phae per phae 38 volt a frekuei 6 Hz. Da memaukka parameter ag telah iapat paa tabel. iperoleh grafik hail ietifikai ebagai berikut: Waktu (eti Gambar 4. Repo kecepata plat motor iuki Makimum lip paa motor iuki atara 3-5 %: r S x% = 8 rpm Utuk meghailka makimum lip 3 %, ilakuka ega merubah parameter beba geek (B m ), ehigga kecepata rotor (rpm) turu mejai 746 rpm. Selajuta, aka ihitug effiiei, aa iput a output motor iuki ega formula ebagai berikut: Utuk makimum lip 3 % : P iput 3. V. I.co rm rm Poutput e. 3x68.7x.49x.78.5x Watt Watt P output effiiei x% P iput 3.78 x% % 4. Fae Pembelajara Kotoler Neural Network merupaka kotroler aaptif. Bobot, iput a output merupaka koii awal (iitial coitio) agat mempegaruhi hail learig keluara plat terhaap output moel. Berikut hail learig a bobot ag ihailaka kotroler Neuro PID : learig kecepata motor iuki ag itujukka paa gambar 4., eural etwork apat megikuti moel referei, fae repo uah ama a iamika repo ari ial kotrol uah megikuti iamika referei. Tetapi, terapat perbeaa atau eliih magitu, utuk pucak terapat offet.. a utuk lembah terapat offet.5. Tabel. Pembobot hail learig ega mauka iu wih woh Hail learig paa gambar 4. ilakuka pegkajia ulag karea error imulai a waktu ag lama, ega meambahka etimai iapatka hail learig kotroler a plat terhaap moel ebagai berikut:.5 \ output moel OUTPUT plat output kotroler a plat WAKTU Gambar 4.3 Repo learig eural etwork Lama=.9,alpa=.5,epoh=:, error =.5 output plat Gambar 4.4 Repo learig eural etwork λ=.4,α=.5,epoh=:, error =.5 Seagka keluara a etimai keluara kotroler ebagai berikut: waktu moel plat.3 output kotroler etimai output kotroler. Gambar 4. Repo learig eural etwork Dari hail imulai ag telah ilakuka, pembobot (tabel ) megalami perubaha atau terupate ecara eiri. Hal itu ikareaka iamika plat megikuti moel referei ag iberika. Hail value kotroler waktu Gambar 4.5 Repo learig eural etwork λ=.9,α=.5,epoh=:, error =.4 5 Proceeig Semiar Tuga Akhir Jurua Tekik Elektro FTI-ITS

6 output kotroler waktu Gambar 4.6 Repo learig eural etwork λ=.4,α=.5,epoh=:, error =. Dapat ilihat paa gambar 4.3 ampai 4.6 kotroler Neuro PID a Plat apat megikuti moel, mekipu terapat perbeaa kecepata (waktu) utuk megikuti moel. Perbeaa waktu tuak atau lamaa megikuti plat ipegaruhi oleh etimai ag i hailka aitu alfa [α ; α ; α 3 ], paa percobaa Repo learig eural etwork λ=.9,α=.5,epoh :, error.4 iapatka alfa [.864;.5; -.4], eagka paa percobaa Repo learig eural etwork λ=.4, α=.5, epoh=:, error. iapatka alfa [.;.9; -.]. 5 KESIMPULAN uk etimai uk Dari hail peracaga item pegealia kecepata putar motor iuki 3 faa rotor agkar megguaka kotroler Neuro PID, apat iambil keimpula ebagai berikut :. Dalam imulai kotroler Neuro PID megguaka backpropagatio, pemiliha bobot awal mejai hal ag petig utuk mecegah error lokal (error blok imulai), ehigga apat membatu hail learig kotroler a plat meekati keaaa ebeara.. Dalam mecari perbaika pemberat haru ilakuka berulag-ulag ampai iapatka pemberat ag baru, aitu ega merubah ilai gai a learig rate erta epoh. 3. Dega megguaka etimai kotroler a plat apat lebih cepat megejar target ag iigika ega ilai gai rate.9, learig rate.5, epoh :, error plat.5, error etimai kotroler.4 a parameter etimai alfa [.864;.5; -.4]. [3] Mirza Aa Haato, Perbeaa Beberapa metoe Algoritma JST utuk Pegeala Pola Gambar, Tuga Akhir, Jurua Tekik Elektro ITS, Surabaa,996. [4] Rameli Mochamma, Pegemuia Mei Litrik, Diktat kuliah Tekik Sitem Pegatura, jurua Tekik Elektro FTI ITS, Surabaa, Veri 9. [5] Effei Ruhiato AK, Sitem Pegatura cera, Diktat Kuliah ITS, Surabaa, 9. [6] Ogata Katuhira, Tekik Kotrol Automatik, Alih Bahaa Ei lekamaa, ITB, Erlagga, 994. [7] Siag, Jog jek, Mc, Jariga Saraf Tirua a Pemrogramaa Megguaka Matlab, ANDI, Jakarta, 5. [8] A.B. Proca, A. Kehai, Iuctio Motor Parameter Ietificatio, RIWAYAT PENULIS Moh. Muhaimi ilahirka i kota Lamoga, Jawa Timur paa taggal 4 Maret 988 ag merupaka aak laki-laki atuatua a aak keempat ari lima berauara ari paaga Bapak Kamari a Ibu Maria (almarhum) ag bertempat tiggal i Jala Dukuhtugggal II RT. RW.3 No.88 Glagah Lamoga. 6. DAFTAR PUSTAKA [] Zuhal, Daar Teaga Litrik, ITB Baug, 997 [] Yugi, L., Peracaga a Simulai pegatura kecepata Motor Iuki 3 faa ega megguaka metoe Iverio- Bae Noliier Cotroller for SISO Stem,. Tuga Akhir, Jurua Tekik Elektro, FTI-ITS, Surabaa, 3. 6 Proceeig Semiar Tuga Akhir Jurua Tekik Elektro FTI-ITS