KENDALI KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN ADAPTIF ROBUST KONTROL BERBASIS DISTURBANCE OBSERVER i. JUDUL TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 KENDALI KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN ADAPTIF ROBUST KONTROL BERBASIS DISTURBANCE OBSERVER i. JUDUL TUGAS AKHIR Disusun Oleh : AHZEN HABIBIDIN MUSLIM NIM JURUSAN ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2017 i

2 ii. LEMBAR PERSETUJUAN LEMBAR PERSETUJUAN KENDALI KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN ADAPTIF ROBUST KONTROL BERBASIS DISTURBANCE OBSERVER Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang Disusun Oleh: AHZEN HABIBIDIN MUSLIM Pembimbing I Diperiksa dan disetujui oleh: Pembimbing II Dr. Zulfatman, S.T, M.Eng. Ir. Nur Alif Mardiyah, MT. NIDN : NIDN : ii

3 iii. LEMBAR PENGESAHAN LEMBAR PENGESAHAN KENDALI KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN ADAPTIF ROBUST KONTROL BERBASIS DISTURBANCE OBSERVER Tugas Akhir ini Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang Oleh: AHZEN HABIBIDIN MUSLIM Disetujui Oleh : Tanggal Ujian : 21 Januari 2017 Tanggal Wisuda : 25 Februari Dr. Zulfatman, S.T, M.Eng. (Pembimbing I) NIDN : Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T. (Pembimbing II) NIDN : Ir. Diding Suhardi, M.T. (Penguji I) NIDN : Ilham Pakaya, ST. (Penguji II) NIDN : Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Elektro Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T. NIDN : iii

4 iv. LEMBAR PERNYATAAN LEMBAR PERNYATAAN Yang bertanda tangan dibawah ini : Nama : AHZEN HABIBIDIN MUSLIM Tempat/Tgl. Lahir : GRESIK / 05 DESEMBER 1993 NIM : Fakultas/Jurusan : TEKNIK/TEKNIK ELEKTRO Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir dengan judul KENDALI KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN ADAPTIF ROBUST KONTROL BERBASIS DISTURBANCE OBSERVER beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku. Malang, 30 Januari 2017 Yang membuat pernyataan, AHZEN HABIBIDIN MUSLIM Pembimbing I Mengetahui, Pembimbing II Dr. Zulfatman, ST, M.Eng. Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T. NIDN : NIDN : iv

5 ABSTRAK Motor DC telah banyak digunakan dalam dunia industri. Dalam pengaplikasian motor DC dibutuhkan kehandalan yang baik, maka dari itu perlu dilakukan pengaturan pada motor DC. Teknik pengaturan kecepatan motor DC adalah salah satu metode pengaturan yang umum digunakan. Problematika yang sering muncul dalam pengaturan kecepatan motor DC seperti terjadinya perubahan parameter sistem dan gangguan. Untuk itu diperlukan teknik kontrol yang dapat mengkompensasi permasalahan tersebut. Pada penelitian ini digunakan teknik kontrol Adaptif Fuzzy PID (AFPID) berbasis Disturbance Observer (DOb). Hasil dari pengujian teknik kontrol AFPID berbasis DOb pada motor DC didapatkan beberapa data yang menunjukkan performa metode yang digunakan terhadap sistem. Data-data hasil pengujian antara lain waktu naik (tr) = detik, lewatan maksimum (mp) = %, dan nilai peak time (tp) = 1.90 detik. Diketahui pula respon DOb dalam mengkompensasi terjadinya gangguan. Teknik kontrol AFPID berperan menangani terjadinya perubahan parameter sistem, sedangkan untuk DOb berperan mengestimasi terjadinya gangguan. Kombinasi teknik kontrol AFPID dengan DOb mampu membuat sistem lebih stabil dan tahan terhadap gangguan. Kata Kunci: adaptif, Disturbance Observer (DOb), kecepatan, motor DC, teknik kontrol v

6 ABSTRACT DC motors have been widely used in industry. In the application of DC motor required good reliability, therefore it is necessary to regulate a DC motor. DC motor speed regulation technique is one of the methods commonly used. The problems that often arise in a DC motor speed control such as changes in system parameters and disturbances. It required a control technique that can compensate for these problems. In this study used the technique of Adaptive Fuzzy PID control (AFPID) based Disturbance Observer (DOB). Results of testing control techniques AFPID DOB based on a DC motor obtained some data that show the performance of the method used to the system. The data in the test results include the rise time (tr) = seconds, maximum throughput (mp) = %, and the value of peak time (tp) = 1.90 seconds. Note also the response of DOB in compensating the disturbance. Control technique AFPID to handle the change of system parameters, while DOB to estimating a disturbance. The combination of control techniques AFPID with DOB able to make the system more stable and robust from disturbance. Keywords: adaptive, Disturbance Observer (DOB), speed, DC motor, control technique vi

7 KATA PENGANTAR v. KATA PENGANTAR Puji dan syukur senantiasa kita panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala nikmat, kekuatan, taufik serta hidayah-nya. Shalawat serta salam semoga tercurah kepada Rasulullah SAW, keluarga sahabat dan para pengikut setianya, Amin. Atas kehendak Allah sajalah, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul : KENDALI KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN ADAPTIF ROBUST KONTROL BERBASIS DISTURBANCE OBSERVER Pembuatan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) di Universitas Muhammadiyah Malang. Selain itu penulis berharap agar tugas akhir ini dapat menambah kepustakaan dan dapat memberikan manfaat bagi semuanya. Akhir kata semoga buku ini dapat bermanfaat di masa sekarang dan masa mendatang. Sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan, maka penulis mohon maaf apabila ada kekeliruan baik yang sengaja maupun yang tidak sengaja. Malang, 30 Januari 2017 Penulis vii

8 vi. LEMBAR PERSEMBAHAN LEMBAR PERSEMBAHAN Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Ibu dan Bapak yang tak henti memberikan do a dan dukungan moril maupun material, membiayai, mencintai dan menyayangi saya hingga dapat meraih gelar Sarjana Teknik ini. 2. Dekan Fakultas Teknik dan keluarga (FT) Bapak Ir. Sudarman, MT. serta para Pembantu Dekan Fakultas Teknik dan keluarga besar Universitas Muhammadiyah Malang. 3. Ketua Jurusan Teknik Elektro Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT. dan Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Bapak Machmud Effendy, ST., M.Eng. beserta seluruh staffnya. 4. Bapak Dr. Zulfatman, ST., M.Eng. dan Bapak Ir. Nur Alif Mardiyah, MT. yang telah meluangkan waktu, energi dan pikiran untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 5. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu penulis selama proses studi. 6. Terima kasih pada keluarga besar WS Robotika UMM, teman-teman part time perpus, seseorang disana dan teman-teman Elektro 2012 yang sangat saya cintai. 7. Terakhir untuk semuanya yang telah membantu dan mendoakan penulis tanpa terkecuali. Semoga Allah SWT memberikan limpahan rahmat dan hidayah-nya atas segala kebaikan dan semoga kita semua selalu dalam lindungan serta tuntunan-nya. viii

9 DAFTAR ISI JUDUL... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PERNYATAAN... iv ABSTRAK... v KATA PENGANTAR... vii LEMBAR PERSEMBAHAN... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor DC Arduino Mega Identifikasi Sistem Pengambilan Data Penelitian Pemilihan Struktur Pemodelan Estimasi Model Validasi Model Kontrol Proportional Integral Derivative (PID) Logika Fuzzy Adaptif Fuzzy PID Disturbance Observer(DOb) Tinjauan Penelitian Sebelumnya ix

10 BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN 3.1 Pemodelan motor DC Pengambilan Data Pemilihan Struktur Pemodelan Estimasi dan Validasi Perancangan Kontrol Proportional Integral Derivative (PID) Perancangan Kontrol Adaptif Fuzzy PID (AFPID) Perancangan Disturbance Observer (DOb) Perancangan Kontrol Adaptif Fuzzy PID (AFPID) dengan DOb Perancangan Pengujian Perancangan Antar Muka Perancangan Hardware Pengujian Perancangan Sinyal Input dan Sinyal Gangguan Perancangan Pengujian Model Motor DC Menggunakan Loop terbuka dan Loop Tertutup Perancangan Pengujian Kontrol PID Dan Kontrol Adaptif Fuzzy PID Pada Motor DC Perancangan Pengujian Kontrol Adaptif Fuzzy PID Dan Kontrol Adaptif Fuzzy PID Dengan Disturbance Observer (DOb) Pada Motor DC BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengujian Model Motor DC Menggunakan Loop Terbuka dan Loop Tertutup Pengujian Kontrol PID Dan Kontrol Adaptif Fuzzy PID Pada Motor DC Pengujian Kontrol Adaptif Fuzzy PID (AFPID) Dan Kontrol Adaptif Fuzzy PID (AFPID) Dengan Disturbance Observer (DOb) Pada Motor DC BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

11 vii. DAFTAR GAMBAR DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Motor DC... 4 Gambar 2.2 Rangkaian ekuivalen motor DC... 4 Gambar 2.3 Konfigurasi Arduino Mega Gambar 2.4 Identifikasi Sistem... 7 Gambar 2.5 Flowchart Identifikasi Sistem... 7 Gambar 2.6 Kendali PID Gambar 2.7 Respon Unit Step Pada Plant Gambar 2.8 Blok Diagram Kontrol Fuzzy Gambar 2.9 Standart Membership Function Gambar 2.10 Blok kontrol Adaptif Fuzzy PID Gambar 2.11 Blok Disturbance Observer Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Kecepatan Motor DC Gambar 3.2 Data Input Output Gambar 3.3 Tegangan Motor Gambar 3.4 System Identification Toolbox Matlab Gambar 3.5 Pemilihan struktur pemodelan Gambar 3.6 Kurva validasi Gambar 3.7 Pole dan Zero dari pemodelan motor DC Gambar 3.8 Step response dari pemodelan motor DC Gambar 3.9 Frekuensi response dari pemodelan motor DC Gambar 3.10 Blok kontrol PID dengan gangguan pada motor DC Gambar 3.11 Blok inferensi fuzzy Gambar 3.12 Keanggotaan dari e(t) Gambar 3.13 Keanggotaan dari de(t) Gambar 3.14 Keanggotaan dari K ', K ', dan K ' Gambar 3.15 Blok simulink AFPID Gambar 3.16 Blok Simulink Disturbance Observer Gambar 3.17 Struktur implementasi DOb Gambar 3.18 Blok kontrol AFPID+DOb dengan gangguan pada motor DC Gambar 3.19 Rangkaian Antar Muka Sistem xi

12 Gambar 3.20 Rancangan Mekanik Alat Gambar 3.21 Blok simulink loop terbuka Gambar 3.22 Blok simulink loop tertutup Gambar 3.23 Blok simulink kontrol PID dan AFPID pada motor DC Gambar 3.24 Blok simulink kontrol AFPID dan AFPID dengan DOb pada motor DC Gambar 4.1 Respon transien loop terbuka Gambar 4.2 Respon transien loop tertutup Gambar 4.3 Respon keluaran sistem motor DC dengan kontrol PID dan AFPID dengan gangguan Gambar 4.4 Error kontrol PID dan Error kontrol AFPID dengan gangguan Gambar 4.5 Output kontrol PID dan Output kontrol AFPID dengan gangguan Gambar 4.6 Respon keluaran sistem motor DC menggunakan kontrol AFPID dan AFPID+DOb dengan gangguan Gambar 4.7 Error kontrol AFPID dan Error kontrol AFPID+DOb dengan gangguan Gambar 4.8 Output kontrol AFPID dan Output kontrol AFPID+DOb dengan gangguan Gambar 4.9 Respon DOb terhadap gangguan xii

13 DAFTAR TABEL viii. DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pengaruh PID pada waktu naik,overshoot, waktu turun dan kesalahan keadaan tunak Tabel 3.1 Parameter PID Tabel 3.2 Aturan fuzzy Tabel 4.1 Karakteristik respon transien kontrol PID dan AFPID Tabel 4.2 Karakteristik respon transien kontrol AFPID dan AFPID dengan DOb 37 xiii

14 DAFTAR PUSTAKA [1] Cai dan Wang, A FUZZY-PI HYBRID CONTROLLER BASED ON A DISTURBANCE OBSERVER, Ninth International Conference on Natural Computation (ICNC), [2] Chintamaneni, Amaresh dan Yadipati, SLIDING MODE SPEED CONTROL of a DC MOTOR, International Conference on Communication Systems and Network Technologies, [3] Fatoni Ali, Pramudijanto Josaphat, dan Yonatan Alfius, PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI DISTURBANCE OBSERVER UNTUK PENGATURAN KONTUR PADA SIMULATOR MESIN FREIS, ITS Surabaya, [4] Hasanjani Reza Akbari, Javadi Shahram dan Nadooshan Reza Sabbagi, DC MOTOR SPEED CONTROL BY SELF-TUNING FUZZY PID ALGORITHM, Islamic Azad University, Teheran, Iran, [5] Zulfatman and M. F. Rahmat, APPLICATION OF SELF-TUNING FUZZY PID CONTROLLER ON INDUSTRIAL HYDRAULIC ACTUATOR USING SYSTEM IDENTIFICATION APPROACH, UTM Skudai, Malaysia, [6] Arduino Mega 2560 Datasheet, website : 41