SIMULASI PERBAIKAN KUALITAS DAYA PADA KONVERTER DC-DC BUCK BOOST DENGAN KONTROL LOGIKA FUZZY

SIMULASI PERBAIKAN KUALITAS DAYA PADA KONVERTER DC-DC BUCK BOOST DENGAN KONTROL LOGIKA FUZZY TESIS OLEH : BAYU IQBAL SIREGAR 147034006 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2018

SIMULASI PERBAIKAN KUALITAS DAYA PADA KONVERTER DC-DC BUCK BOOST DENGAN KONTROL LOGIKA FUZZY TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknil Elektro Pada Fakultas Teknik OLEH : BAYU IQBAL SIREGAR 147034006 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2018

Telah diuji pada Tanggal : 10 April 2018 PANITIA PENGUJI TESIS : Ketua : Dr. Maksum Pinem, ST., MT. Anggota : 1. Ir. Syafruddin HS, MSc., Ph.D. 2. Dr. Ir. Fahmi, MSc., IPM. 3. Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST., MT.

ABSTRAK Untuk mengurangi energi yang terbuang pada sumber tegangan arus searah (DC) multi-level, DC ke DC digunakan. Namun demikian, karena konversi dapat mengeluarkan daya yang dibuang, konversi buck-boost dengan teknik kecerdasan buatan diterapkan.tesis ini membahas DC-DC buck-boost konversi untuk beban motor arus searah dengan menggunakan logika fuzzy dan kontrol diferensial integral proporsional (PID) untuk mengatur siklus tugas yang optimal untuk mengurangi energi yang terbuang. Dengan menggunakan simulasi, terbukti konverter kendali logika fuzzy mengungguli konverter terkontrol PID. Logika fuzzy dikendalikan DC- DC buck-boost converter menghasilkan rise time 0,53 ms lebih rendah, hingga 151 V tegangan yang lebih tinggi, hampir tiga kali arus output dan rata-rata kesalahan yang lebih rendah. Kata kunci : konverter DC-DC, konverter buck boost, proportional integral differential, fuzzy logic i

ABSTRACT In order to reduce energy wasted on multi-level direct current (DC) voltage supplier, DC to DC is employed. However, as conversion may exert wasted dropped power, buck-boost conversion with artificial intelligent technique is applied. This paper discusses DC-DC buck-boost conversion for direct current motor load by using fuzzy logic and proportional integral differential (PID) controls to set optimal duty cycle to reduce wasted energy. By using simulations, it is proven fuzzy logic controlled converter outperforms PID controlled converter. Fuzzy logic controlled DC-DC buck-boost converter produces 0.53 ms lower rise time, up to 151 V higher voltages, almost three times output current and lower average error. Keywords: DC-DC converter, buck-boost converter, fuzzy logic, proportional integral differential (PID) ii

KATA PENGANTAR Puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala nikmat dan rahmat yang telah diberikan-nya serta segala pertolongan dan kemudahan sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul SIMULASI PERBAIKAN KUALITAS DAYA PADA KONVERTER DC-DC BUCK BOOST DENGAN KONTROL LOGIKA FUZZY. Penulisan tesis ini dimaksudkan untuk memenuhi persyaratan dalam memperoleh gelar master S2, Program Studi Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian tesis ini tak lepas dari bimbingan, arahan, saran, motivasi, maupun fasilitas banyak pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Maksum Pinem, ST., MT. dan bapak Ir. Syafruddin HS, MSc., Ph.D. selaku dosen pembimbing yang sudah membimbing dan memberi dorongan hingga penulisan tesis ini dapat diselesaikan tepat waktu. 2. Bapak Suherman, ST., M.Comp., Ph.D selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik yang telah memberikan bimbingan dan bantuan dalam penyusunan tesis ini. iii

3. Bapak Dr. Ali Hanafiah S.T, M.T. dan bapak Ir. Fahmi M.Sc.IPM., Ph.D. selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan saran dan masukan kepada penulis. 4. Teristimewa Ayahanda dan Ibunda tercinta yang selalu memberikan doa dan restunya. 5. Seluruh karyawan, dosen dan civitas academica Program Studi Magister Teknik Elektro USU. 6. Semua pihak yang telah membantu dalam penulisan tesis ini. Dalam penulisan tesis ini, penulis menyadari bahwa tulisan ini mungkin masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, penulis memohon maaf atas segala kekurangannya. Saran dan kritik yang bersifat membangun akan selalu penulis terima dengan harapan semoga tulisan ini dapat berguna bagi pembaca, dan dapat dilanjutkan untuk memperoleh hasil yang lebih bermanfaat di kemudian hari. Medan, 10 April 2018 Penulis iv

DAFTAR RIWAYAT HIDUP Saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : Bayu Iqbal Siregar Tempat/Tanggal Lahir : Medan/15 Agustus 1990 Jenis Kelamin Agama Status Alamat : Laki-laki : Islam : Belum Menikah : Jl. Kenanga Raya Gg. Sosial No. 19 Medan PENDIDIKAN FORMAL : 1. Tamatan SD Swasta Harapan 2 Medan Tahun 2002 2. Tamatan SMP Swasta Harapan 2 Medan Tahun 2004 3. Tamatan SMA Swasta Harapan 1 Medan Tahun 2007 4. Tamatan Teknik Elektro Tahun 2014 Medan, 10 April 2018 Penulis, Bayu Iqbal Siregar v

DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR RIWAYAT HIDUP... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR TABEL... ix DAFTAR GAMBAR.... xi BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Rumusan Masalah... 2 1.3. Batasan Masalah... 3 1.4. Tujuan Penelitian... 4 1.5. Manfaat Penelitian... 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1. Kualitas Daya... 5 2.2. Fuzzy Logic... 7 2.2.1. Proses Fuzifikasi... 9 vi

2.2.2. Pembentukan Aturan... 10 2.2.3. Proses Defuzifikasi... 11 2.3. Konverter DC- DC... 13 2.3.1. Prinsip Kerja Step Down... 17 2.3.2. Prinsip Kerja Step Up... 20 2.3.3. Regulator Buck Boost... 24 2.4. Rangkaian Rancangan Konverter DC-DC Buck Boost... 28 2.4.1. Prinsip Kerja Rangkaian... 29 2.5. Motor Arus Searah (DC)... 29 2.5.1. Prinsip Kerja Motor DC... 30 2.5.2. GGL Lawan... 31 2.5.3. Rumus-Rumus Dalam Perhitungan... 33 2.6. Matlab/Simulink... 34 2.7. Perbedaan Penelitian... 34 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN... 37 3.1. Diagram Penelitian... 37 3.2. Langkah Simulasi... 38 3.3. Fungsi Keanggotaan Logika Fuzzy... 42 3.4. Rules Fuzzy... 44 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 47 4.1. Umum... 47 4.2. Hasil Simulasi Dengan Kontrol PID... 47 4.3 Hasil Simulasi Dengan Kontrol Logika Fuzzy... 55 4.4 Perbandingan Simulasi Menggunakan Kontrol PID dan Kontrol vii

Logika Fuzzy Logic... 62 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 68 5.1. Kesimpulan... 68 5.2. Saran... 68 DAFTAR PUSTAKA... 69 viii

DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 2.1. Data Penelitian yang pernah dilakukan... 35 3.1. Rules Untuk Kontrol Logika Fuzzy... 45 4.1. Nilai tegangan output, arus output dan Torsi simulasi dengan kontrol PID... 54 4.2. Nilai overshoot, rise time, dan peak time tegangan output, arus output, dan torsi simulasi dengan kontrol PID... 54 4.3. Nilai tegangan output, arus output dan Torsi simulasi dengan kontrol fuzzy logic... 61 4.4. Nilai overshoot, rise time, dan peak time tegangan output, arus output, dan torsi simulasi dengan kontrol fuzzy logic... 62 4.5. Data perbandingan nilai overshoot, rise time, dan peak time tegangan output, arus output, dan torsi simulasi dengan kontrol PID dan kontrol fuzzy logic... 63 4.6. V referensi, V out, dan V rata-rata dengan kontrol PID... 63 ix

4.7. V referensi, V out, dan V rata-rata dengan kontrol fuzzy logic... 64 4.8. Perbandingan persentase error V out antara kontrol PID dan fuzzy logic... 66 x

DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 2.1. Diagram fuzzy logic untuk pemodelan controller pada buck boost converter... 8 2.2. Pulse Width Modulation... 16 2.3. Pulse Frequency Modulation... 17 2.4. Chopper step-down dengan beban resistif... 18 2.5. Susunan kerja untuk operasi step-up... 20 2.6. Susunan untuk transfer energi... 22 2.7. Regulator buck-boost dengan arus yang kontinyu... 26 2.8. Rangkaian rancangan konverter DC DC buck boost... 28 3.1. Diagram fuzzy untuk pemodelan controller pada konverter buck boost DC-DC... 37 3.2. Rangkaian Simulasi konverter DC-DC dengan kontrol PID... 38 3.3. Rangkaian sub system kontrol PID... 38 3.4. Rangkaian Simulasi Konverter DC-DC dengan menggunakan logika fuzzy... 39 xi

3.5. Rangkaian sub sytem Logika Fuzzy... 39 3.6. Diagram alir pelaksanaan penelitian perbandingan konverter buck boost DC-DC tanpa kontrol logika fuzzy dengan kontrol logika fuzzy... 41 3.7. FIS editor... 42 3.8. Fungsi keanggotaan masukan error... 43 3.9. Fungsi keanggotaan masukan derror... 43 3.10. Fungsi keanggotaan variabel keluaran... 44 3.11. Dasar rules untuk kontrol logika fuzzy... 46 4.1. Gelombang (a) tegangan output, (b) arus output, (c) torsi Vreferensi 180 V dengan kontrol PID... 49 4.2. Gelombang (a) tegangan output (b) arus output, (c) torsi Vreferensi 200 V dengan kontrol PID... 51 4.3. Gelombang (a) tegangan output (b) arus output, dan (torsi) V referensi 240 V dengan kontrol PID... 53 4.4. Gelombang (a) tegangan output (b) arus output, dan (c) torsi V referensi 180 V dengan kontrol fuzzy logic... 56 xii

4.5. Gelombang (a) tegangan output (b) arus output, dan (c) torsi V referensi 200 V dengan kontrol fuzzy logic... 58 4.6. Gelombang (a) tegangan output (b) arus output, dan (c) torsi Vreferensi 240 V dengan kontrol fuzzy logic... 60 xiii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Seiring meningkatnya penggunaan power elektronik telah mengakibatkan permasalahan kualitas daya. Power elektronik sering kali dugunakan untuk keperluan perkantoran, industri maupun rumah tangga. Beberapa power elektronik yang sering digunakan adalah UPS (Uninterubtable Power Supply), charger laptop, las listrik dan starter mobil. Power elektronik biasanya memiliki beberapa rangkain komponen elektronik seperti rectifier, inverter dan konverter. Didalam mengontrol suatu tenaga listrik digunakan sebuah konverter. Konverter adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengkonversikan suatu daya elektrik dari satu bentuk ke bentuk daya elektrik lainnya. Secara garis besar konverter memiliki empat klasifikasi yaitu konverter AC - DC (rectifier), konverter AC - AC (cylocconverter), konverter DC - DC (DC chopper) dan konverter DC - AC (inverter). Konverter DC-DC biasanya terdiri dari sebuah regulator yang berfungsi untuk mengatur tegangan output. Ada beberapa regulator yang sering digunakan didalam konverter DC-DC diantaranya, seperti regulator buck dimana tegangan output lebih kecil dari tegangan input, regulator boost dimana tegangan output lebih besar dari tegangan input dan regulator buck boost dimana tegangan output bisa lebih kecil atau lebih besar dari tegangan input. Dalam tesis ini konverter yang dipakai adalah 1

2 konverter DC-DC, sedangkan regulator yang dipakai adalah regulator buck boost dan beban yang dipakai adalah motor DC. Konverter DC-DC buck boost dalam mengatur tegangan output biasanya memiliki sebuah power MOSFET sebagai switching komponen. Tegangan output diatur berdasarkan duty cycle (D) PWM (Pulse Width Modulation) pada swtich MOSFET. Dalam mengatur duty cycle pada PWM untuk tegangan output biasanya digunakan sebuah teknik kontrol. Ada banyak teknik kontrol beberapa diantaranya adalah PID (Proportional Integral Derivative), fuzzy logic, HCC (hysteresis current controller), Neural Network dan masih banyak lagi yang sering digunakan. [6] Penelitian ini bertujuan untuk memperbaiki kualitas daya pada motor DC menngunakan konverter DC-DC buck boost dengan kontrol fuzzy logic. Untuk menganalisa seberapa efektif fuzzy logic dalam memperbaiki kualitas daya yang dilakukan pada konverter DC-DC buck boost sebelumnya digunakan kontrol PID sebagai pengendali duty cycle pada PWM. 1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang masalah tersebut diatas maka dapat diangkat rumusan masalah pada tesis ini yaitu :

3 1. Untuk menganalisa kualitas arus (I), tegangan (V) dan torsi (T) pada motor DC menggunakan konverter DC-DC buck boost dengan kontrol fuzzy logic sebagai pengendali tegangan keluaran. 2. Untuk menganalisa seberapa efektif kontrol fuzzy logic dalam mengontrol tegangan keluaran pada konverter DC-DC buck boost dibanding kontrol lain. 1.3 Batasan Masalah Untuk penyelesaian rumusan masalah pada tesis ini maka batasan masalah yang diangkat adalah sebagai berikut : 1. Penelitian dilakukan hanya pada satu fasa, beban dalam kondisi Steady state (kondisi tetap). 2. Beban yang digunakan adalah motor DC. 3. Untuk melihat perbaikan kualitas daya dengan fuzzy logic dealam mengotrol konverter DC-DC buck boost maka sebelumnya digunakan kontrol PID (Proportional Integral Derivative) dealam mengotrol tegangan keluaran konverter DC-DC buck boost. 4. Dalam merancang sistem kontrol PID dan fuzzy logic pada buck boost konverter DC-DC menggunakan beban motor DC berupa simulasi menggunakan bantuan tools pada MATLAB/Simulink.

4 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian tesis ini adalah untuk menganalisa seberapa efektif fuzzy logic dalam mengontrol Switching pada konverter DC-DC buck boost dalam memperbaiki kualitas daya, sehingga umur perangkat dapat bertahan lebih lama. 1.5 Manfaat Penelitian Ada beberapa manfaat yang dapat diambil dari tesis ini, antara lain : 1. Hasil penelitian ini dapat memberikan alternatif solusi yang dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan kualitas daya pada konverter DC-DC buck boost. 2. Menjadi pemodelan sistem konverter DC-DC buck boost yang dapat diimplementasikan. 3. Untuk bahan referensi pada penelitian selanjutnya.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kualitas Daya Perhatian terhadap kualitas daya listrik dewasa ini semakin meningkat seiring dengan peningkatan penggunaan energi listrik dan utilitas kelistrikan. Istilah kualitas daya listrik telah menjadi isu penting pada industri tenaga listrik sejak akhir 1980-an. Istilah kualitas daya listrik merupakan suatu konsep yang memberikan gambaran tentang baik atau buruknya mutu daya listrik akibat adanya beberapa jenis gangguan yang terjadi pada sistem kelistrikan. Terdapat empat alasan utama, mengapa para ahli dan praktisi di bidang tenaga listrik memberikan perhatian lebih pada isu kualitas daya listrik, yaitu : [7] 1. Pertumbuhan beban-beban listrik dewasa ini bersifat lebih peka terhadap kualitas daya listrik seperti sistem kendali dengan berbasis pada mikroprosesor dan perangkat elektronika daya. 2. Meningkatnya perhatian yang ditekankan pada efisiensi sistem daya listrik secara menyeluruh, sehingga menyebabkan terjadinya peningkatan penggunaan peralatan yang mempunyai efisiensi tinggi, seperti pengaturan kecepatan motor listrik dan penggunaan kapasitor untuk perbaikan faktor daya. Penggunaan peralatan-peralatan tersebut dapat mengakibatkan peningkatkan terhadap tingkat harmonik pada sistem daya listrik, di mana 5

6 para ahli merasa khawatir terhadap dampak harmonisa tersebut di masa mendatang yang dapat menurunkan kemampuan dari sistem daya listrik itu sendiri. 3. Meningkatnya kesadaran bagi para pengguna energi listrik terhadap masalah kualitas daya listrik. Para pengguna utilitas kelistrikan menjadi lebih pandai dan bijaksana mengenai persoalan seperti interupsi, sags, dan peralihan transien dan merasa berkepentingan untuk meningkatkan kualitas distribusi daya listriknya. 4. Sistem tenaga listrik yang saling berhubungan dalam suatu jaringan interkoneksi, di mana sistem tersebut memberikan suatu konsekuensi bahwa kegagalan dari setiap komponen dapat mengakibatkan kegagalan pada komponen lainnya. Terdapat beberapa definisi yang berbeda terhadap pengertian tentang kualitas daya listrik, tergantung kerangka acuan yang digunakan dalam mengartikan istilah tersebut. Sebagai contoh suatu pengguna utilitas kelistrikan dapat mengartikan kualitas daya listrik sebagai keandalan, di mana dengan menggunakan angka statistik 99,98%, sistem tenaga listriknya mempunyai kualitas yang dapat diandalkan. Suatu industri manufaktur dapat mengartikan kualitas daya listrik adalah karakteristik dari suatu catu daya listrik yang memungkinkan peralatan-peralatan yang dimiliki industri tersebut dapat bekerja dengan baik. Karakteristik yang dimaksud tersebut dapat menjadi sangat berbeda untuk berbagai kriteria.

7 Kualitas daya listrik adalah setiap masalah daya listrik yang berbentuk penyimpangan tegangan, arus atau frekuensi yang mengakibatkan kegagalan ataupun kesalahan operasi pada peralatan-peralatan yang terjadi pada konsumen energi listrik. Daya adalah suatu nilai dari energi listrik yang dikirimkan dan didistribusikan, di mana besarnya daya listrik tersebut sebanding dengan perkalian besarnya tegangan dan arus listriknya. Sistem suplai daya listrik dapat dikendalikan oleh kualitas dari tegangan, dan tidak dapat dikendalikan oleh arus listrik karena arus listrik berada pada sisi beban yang bersifat individual, sehingga pada dasarnya kualitas daya adalah kualitas dari tegangan itu sendiri. 2.2 Fuzzy Logic Fuzzy secara bahasa dapat diartikan samar, dengan kata lain logika fuzzy adalah logika yang samar. Dimana pada logika fuzzy suatu nilai dapat bernilai true dan false secara bersamaan. Tingkat true atau false nilai dalam logika fuzzy tergantung pada bobot keanggotaan yang dimilikinya. Logika fuzzy memiliki derajat keanggotaan rentang antara 0 hingga 1, berbeda dengan logika digital yang hanya memiliki dua keanggotaan 0 atau 1 saja pada satu waktu. [8] Logika fuzzy sering digunakan untuk mengekspresikan suatu nilai yang diterjemahkan dalam bahasa Linguistic sederhana dalam menentukan aksi kontrol. Untuk mengembangkan aturan fuzzy, diperlukan pemahaman yang baik pada

8 pengendalian proses dan keluaran. Logika fuzzy tidak memerlukan pemodelan matematis yang rumit, yang diperlukan hanya pemetaan masukan dan keluaran. Gambar 2.1 merupakan fuzzy logic controller (FLC) sebagai alternatif sistem kendali modern yang mudah karena tidak perlu dicari model matematis dari suatu sistem, tetapi tetap efektif karena memiliki respon sistem yang stabil. Logika fuzzy berfungsi untuk mewakili sesuatu yang tidak pasti dan tidak tepat dari sitem, sedangkan kontrol fuzzy memungkinkan untuk mengambil keputusan walaupun input atau output dari sistem tidak pasti dan tidak dapat diperkirakan. Vref derror/change error FUZZY LOGIC CONTROLLER Decission Output Vout Gambar 2.1 Diagram fuzzy logic untuk pemodelan controller pada buck boost converter Ada beberapa alasan penggunaan logika fuzzy antara lain [8] : a. Konsep logika fuzzy mudah dimengerti. b. Logika fuzzy sangat fleksibel. c. Logika fuzzy memiliki toleransi terhadap data-data yang tidak tepat. d. Logika fuzzy mampu memodelkan fungsi tidak linier yang kompleks.

9 e. Logika fuzzy dapat bekerja sama dengan teknik-teknik kendali secara konvensional. f. Logika fuzzy dapat membangun dan mengaplikasikan pengalamanpengalaman para pakar secara langsung tanpa harus melalui proses pelatihan Perlu diketahui beberapa konsep untuk mempermudah memahami sistem fuzzy. Dalam inferensinya, fuzzy logic bekerja dengan beberapa tahapa yaitu : 2.2.1 Proses Fuzifikasi Didalam proses fuzifikasi, perlu diketahui bebrapa prosedur sebelum dilakukan proses fuzifikasi. [8] a. Fungsi Keanggotaan Fungsi keanggotaan adalah suatu kurva yang menunjukkan pemetaan titiktitik input data kedalam nilai keanggotaannya (sering juga disebut derajat keanggotaan) yang memiliki interval antara 0 sampai 1. b. Tinggi Himpunan Fuzzy dan Normalisasi Tinggi himpunan fuzzy adalah derajat keanggotaan maksimumnya dan terkait pada konsep normalisasi. Dengan adanya konsep normalisasi ini didapatkan nilai maksimal untuk derajat keanggotaannya bernilai 1, dan derajat paling kecil bernilai 0. c. Domain Himpunan Fuzzy

10 Merupakan keseluruhan nilai yang diijinkan dalam semesta pembicaraan dan boleh dioperasikan dalam satu himpunan fuzzy. Domain merupakan himpunan bilangan real yang senantiasa naik (bertambah) secara monoton dari kiri kekanan. nilai domain dapat berupa bilangan positif maupun negatif. d. Himpunan Penyokong Terkadang bagian tidak nol dari suatu himpunan fuzzy tidak ditampilkan dalam domain, himpunan ini sering disebut himpunan penyokong. Setelah diketahui himpunan dari fuzzy, maka perlu diketahui bagaimana himpunan fuzzy tersebut mempresentasikan pengetahuan. 2.2.2 Pembentukan Aturan Setiap aturan (proposisi) pada basis pengetahuan fuzzy akan berhubungan dengan suatu relasi fuzzy. Ada 2 jenis proposisi fuzzy, yaitu : a. Conditional Fuzzy Proposition Jenis ini ditandai dengan penggunaan pernyataan IF. Secara umum dapat diekspresikan : IF x IS A THEN y is B Dengan x dan y adalah scalar, sedankan A dan B adalah variabel linguistic. Proposisi yang mengikuti IF disebut sebagai anteseden, sedangkan proposisi yang mengikiti THEN disebut konsekuen.

11 b. Unconditional Fuzzy Proposition Jenis ini dengan ditandai dengan tidak digunakannya pernyataan IF. Secara umum dapat diekspresikan : X is A Dengan x adalah saklar, dan A adalah variabel linguistik. Proposisi yang tidak terkondisi selalu diaplikasikan dengan model AND. Tergantung pada bagaimana proposisi tersebut diaplikasikan, bisa membatasi daerah output, bisa juga mendefinisikan defaul daerah solusi jika tidak ada aturan terkondisi yang dieksekusi. Apabila sistem tediri dari beberapa aturan, maka inferensi diporoleh dari kumpulan dan korelasi antara aturan. Ada tiga metode yang digunakan dalam melakukan inferensi sistem fuzzy, yaitu : 1. Metode Max maximum) 2. Metode additive (sum) 3. Metode Probabilistik-OR 2.2.3 Proses Defuzzifikasi Input dari proses defuzzifikasi adalah suatu himpunan fuzzy yang diperoleh dari komposisi aturan fuzzy, sedangkan output yang dihasilkan merupakan suatu

12 bilangan pada domain himpunan fuzzy tersebut. Apabila diberikan suatu himpunan fuzzy dalam range tertentu, maka harus dapat diambil suatu nilai crisp tertentu sebagai keluaran. Ada beberapa metode defuzzifikasi pada komposisi aturan fuzzy MAMDANI, antara lain : [8] a. Metode Centroid (Composite Moment) Pada metode ini, solusi crisp diperoleh dengan cara mengambil titik pasat daerah fuzzy. Secara umum dirumuskan pada Persamaan (2.1) dan (2.2) :.......(2.1) atau :..... (2.2) Ada 2 keuntungan menggunakan metode centroid, yaitu : 1. Nilai defuzzy akan bergerak secara halus sehingga perubahan dari suatu topologi himpunan fuzzy juga akan berjalan dengan halus. 2. Perhitungan yang sederhana dan mudah. b. Metode Bisektor Pada metode ini, solusi crisp diperoleh dengan cara mengambil nilai pada domain fuzzy yang memiliki nilai keanggotaan setengah dari jumlah total keanggotaan pada daerah fuzzy. Secara umum dapat dituliskan z p seperti pada Persamaan (2.3) :

13..........(2.3) c. Metode Mean of Maximum Pada metode ini, solusi crisp diperoleh dengan cara mengambil nilai rata-rata domain yang memiliki nilai keanggotaan maksimal. d. Metode Largest of Maximum Pada metode ini, solusi crisp diperoleh dengan cara mengambil nilai terbesar dari domain yang memiliki nilai keanggotaan maksimal. e. Metode Smallest of Maximum Pada metode ini, solusi crisp diperoleh dengan cara mengambil nilai terkecil dari domain yang memiliki nilai kenggotaan maksimal. 2.3 Konverter DC-DC Pengubah daya DC to DC (DC-DC Converter) tipe peralihan atau dikenal juga dengan sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban. Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber daya DC yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada dasarnya, penghasilan tegangan keluaran DC yang ingin dicapai adalah dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi keluaran dan sisi masukan pada rangkaian yang

14 sama. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan keluaran yang dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan tegangan dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan. [6] Dalam sistem pengubahan daya DC atau DC to DC konverter, terdapat dua tipe yaitu tipe linier dan tipe peralihan atau tipe switching (DC chopper). Tipe linier merupakan cara termudah untuk mencapai tegangan keluaran yang bervariasi, namun kurang diminati karena tingginya daya yang hilang (power loss) pada transistor (VCE*IL) sehingga berakibat rendahnya efisiensi. Sedangkan pada tipe switching, tidak ada daya yang diserap pada transistor sebagai switch. Ini dimungkinkan karena pada waktu switch ditutup tidak ada tegangan yang jatuh pada transistor, sedangkan pada waktu switch dibuka, tidak ada arus listrik mengalir. Ini berarti semua daya terserap pada beban, sehingga efisiensi daya menjadi 100%. Namun pada prakteknya, tidak ada switch yang ideal. Pada tipe switching, fungsi transistor sebagai electronic switch yang dapat dibuka (off) dan ditutup (on). Jika switch ditutup maka tegangan keluaran akan sama dengan tegangan masukan, sedangkan jika switch dibuka maka tegangan keluaran akan menjadi nol. Dengan demikian tegangan keluaran yang dihasilkan akan berbentuk pulsa.

15 Perbaikan efisiensi dicapai dengan cara pengaturan medan magnet. Pengaturan yang dimaksud berhubungan dengan proses penyimpanan dan pembuangan energi magnet yang mana pada waktu komponen penyimpan energi magnet sampai pada titik energi tertentu, maka switch yang dipakai untuk mengirim daya ke sisi beban dimatikan (off state), dan komponen penyimpan energi magnet tadi kemudian mengambil alih tugas switch untuk mengirim daya yang tersimpan menuju ke sisi beban. Apabila energi magnet tadi hampir habis, maka switch kembali dihidupkan (on state) untuk mengambil alih kembali tugas pengiriman daya ke beban dan secara bersamaan mulai menyimpan kembali energi magnet untuk mengulang proses yang sama. Secara umum ada tiga fungsi pengoperasian dari DC to DC konverter yaitu penaikan tegangan (boost) dimana tegangan keluaran yang dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, penurunan tegangan (buck) dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan dan penaikan atau penurunan tegangan (buck-boost) dimana tegangan keluaran lebih rendah atau lebih tinggi dari tegangan masukan. DC to DC konverter merupakan rangkaian elektronika daya (power elctronic) untuk mengubah suatu tegangan DC masukan menjadi tegangan DC keluaran yang lebih besar atau lebih kecil. Dasar teori switcing power supply terdiri dari tiga topologi yaitu buck (stepdown), boost (step-up) dan buck boost (step-up/down). Ketiga rangkaian dasar switching power supply ini merupakan non isolated DC to DC konverter dimana

16 masukan dan keluaran dengan titik grounding yang sama. Pada dasarnya ada dua cara untuk meregulasi tegangan pada switching power supply, yaitu dengan Pulse Width Modulation (PWM) dan Pulse Frequency Modulation (PFM). 1. Pulse Width Modulation (PWM) Merupakan suatu metoda pengaturan tegangan dengan mengubah atau mengatur perioda on (Ton) pada tegangan berfrekuensi dengan perioda yang tetap seperti gambar 2.2 Siklus kerja ini didapatkan dari perbandingan antara lamanya tegangan pada nilai maksimum (Ton) dengan lamanya tegangan pada nilai minimum (Toff) dan biasa disebut duty cycle (D). Untuk menentukan besarnya duty cycle digunakan persamaan 2.4 [6] : =...(2.4) D =...(2.5) D = duty cycle Vo = tegangan keluaran Vs = tegangan masukan

17 Switch posision 1 0 time 1 0 time Gambar 2.2 Pulse Width Modulation 2. Pulse Frequency Modulation (PFM) Merupakan suatu metoda pengaturan tegangan dengan menjaga Ton tetap konstan dan perioda switching (T) dibuat variabel seperti gambar 2.3 kelemahan menggunakan metoda ini salah satunya adalah sulitnya mendesain LC filter yang tepat karena nilai frequensinya yang variabel. [6] Switch posision 1 0 time 1 0 time Gambar 2.3 Pulse Frequency Modulation

18 2.3.1 Prinsip Kerja Step Down Prinsip kerja step-down dapat dijelaskan melalui gambar dibawah. Ketika saklar SW ditutup selama waktu, tegangan masukan muncul melalui beban. Bila saklar tetap off selama waktu, tegangan melalui beban adalah nol. Bentuk gelombang untuk tegangan keluaran dan arus beban juga ditunjukkan pada gambar dibawah. Saklar chopper dapat diimplementasikan dengan menggunakan sebuah (1) BJT daya (2) MOSFET daya, (3) GTO, dan (4) thyristor komutasi paksa. Devais yang praktis memiliki tegangan jatuh yang terbatas berkisar dari 0,5 sampai 2V, dan agar mudah kita mengabaikan tegangan jatuh untuk devais-devais semikonduktor ini. [6] VH Chopper SW io vs I1 v0 t1 t2 Vs Vo R 0 Vs R I t1 T t2 t 0 kt T t (a) Rangkaian (b) bentuk gelombang Gambar 2.4 Chopper step-down dengan beban resistif

19 Tegangan keluaran rata-rata diberikan oleh... (2.6) Dan arus beban rata-rata,, dengan T adalah periode chopping, adalah duty cycle chopper, dan f adalah frekuensi chopping. Nilai rms tegangan keluaran ditentukan dari... (2.7) Dengan mengasumsikan bahwa tidak ada rugi-rugi pada chopper maka data masukan pada chopper sama dengan daya keluaran yang diberikan dengan... (2.8) Resistansi masukan efektif yang dilihat dari sumber adalah... (2.9) Duty cycle D dapat divariasikan dari 0 sampai 1 dengan bervariasi menurut, T atau f. Maka tegangan keluaran dapat divariasikan dari 0 sampai dengan mengatur D, dan aliran daya dapat diatur. 1. Operasi pada frekuensi konstan. Frekuensi chopping f (atau periode chopping T) dijaga tetap dan waktu on divariasikan. Lebar pulsa bervariasi dan kontrol jenis ini dikenal dengan nama kontrol pulse-width-modulation (PWM).

20 2. Operasi pada frekuensi yang variabel. Frekuensi chopping f bervariasi. Pada waktu on atau pada waktu off dijaga tetap. Ini disebut modulasi frekuensi. Frekuensi divariasikan untuk abtasan yang lebar untuk mendapatkan batasan tegangan keluaran yang penuh. Kontrol jenis ini membangkitkan harmonis pada frekuensi yang tidak bisa ditentukan sehingga akan sangat sulit untuk merancang filter. 2.3.2 Prinsip kerja Step-Up Chopper dapat digunakan untuk menaikkan tegangan dc. Susunan kerja untuk operasi step-up ditunjukkan pada gambar dibawah. Bila saklar SW ditutup selama waktu, arus induktor menjadi naik dan energi akan disimpan pada induktor, L. Bila saklar dibuka selama waktu, energi yang tersimpan pada induktor akan dipindahkan ke beban melalui diode dan arus induktor menjadi jatuh. Dengan asumsi bahwa arus yang mengalir adalah tetap, bentuk gelombang untuk induktor ditunjukkan pada gambar dibawah. [6] Bila chopper di-on-kan, tegangan yang melalui induktor adalah... (2.10)

BEAN 21 L il i D1 Vs VL Chopper CL Vo (a) Susunan step-up I2 I1 0 I I1 t1 I I2 t2 (b) Bentuk gelombang arus t 7 6 5 4 3 2 1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 (c) Tegangan keluaran Gambar 2.5 Susunan kerja untuk operasi step-up Dan ini memberikan arus ripple puncak ke puncak pada induktor... (2.11) Tegangan keluaran instantaneous adalah... (2.12) Bila sebuah kapasitor dihubungkan dengan beban seperti terlihat garis putus-putus pada gambar diatas tegangan keluaran akan tetap dan akan menjadi nilai rata-rata. Bila kita perhatikan dari persamaan diatas bahwa tegangan yang melalui beban dapat dinaikkan dengan memvariasikan duty cycle, D, dan tegangan keluaran minimum adalah bila D = 0. Namun demikian, chopper tidak dapat on terus menerus sehingga D = 1. Untuk nilai D yang cenderung menuju satu. Tegangan

22 keluaran menjadi sangat besar dan sangat sensitif untuk mengubah nilai D, seperti terlihat pada gambar diatas. Prinsip ini dapat diaplikasikan untuk memindahkan energi dari satu sumber ke tegangan lainnya seperti terlihat pada gambar dibawah. Rangkaian ekivalen untuk mode-mode operas ditunjukkan pada gambar dibawah dan bentuk gelombang arus ditunjukkan pada gambar dibawah. Arus induktor untuk mode 1 diberikan sebagai berikut... (2.13) L i il D1 Vs VL E a) Diagram rangkaian L L I1 I2 D1 Vs Vs E MODE 1 MODE 2 (b) Rangkaian ekivalen

23 I2 I I2 I1 I1 0 t1 kt t2 T t (c) Bentuk gelombang arus Gambar 2.6 Susunan untuk transfer energi Dan dinyatakan sebagai... (2.14) Dengan adalah arus mula untuk mode 1. Selama mode 1, arus harus meningkat dan kondisi yang penting adalah, untuk Arus untuk mode 2 diberikan sebagai berikut... (2.15)... (2.16) Dengan adalah arus mula untuk mode 2. Untuk sistem yang stabil, arus harus turun dan kondisi yang memenuhi adalah untuk

24 Bila kondisi ini tidak memenuhi, arus induktor akan tetap naik dan akan terjadi tidak stabil. Maka, kondisi untuk pemindahan daya yang terkontrol adalah Persamaan diatas menyatakan bahwa sumber tegangan, harus lebih kecil dari tegangan E agar transfer daya dari sumber yang tetap (atau variabel) ke tegangan dc tetap bisa dilakukan. Pada pengereman elektris motor-motor dc, dengan motor-motor bekerja sebagai generator dc, tegangan terminalnya akan jatuh bila kecepatan mesin berkurang. Chopper dapat memindahkan daya ke sumber dc tetap atau rheostat. Bila chopper di-on-kan, energi akan dipindahkan dari sumber ke induktor L. Dan bila chopper di-off-kan, sejumlah energi yang tersimpan pada induktor akan dipindahkan ke baterai E. Catatan, tanpa aksi chopping harus lebih besar dibandingkan dengan E untuk memindahkan daya dari ke E. 2.3.3 Regulator Buck-Boost Regulator buck-boost menghasilkan tegangan keluaran yang lebih kecil atau lebih besar dibanding tegangan masukannya sehingga disebut buck-boost ; polaritas tegangan keluaran berlawanan dengan tegangan masukan. Regulator jenis ini juga

25 disebut regulator pembalik. Susuran rangkaian regulator buck-boost ditunjukkan pada gambar 2.7. [6] Kerja rangkaian dapat dibagi menjadi dua mode. Selama mode 1, transistor di-on dan diode mengalami bias mundur. Arus masukan, yang meningkat, mengalir melalui induktor L, akan mengalir melalui L,C,, dan beban. Energi yang tersimpan pada induktor L akan dipindahkan ke beban dan arus induktor akan turun sampai transistor di-on-kan kembali pada siklus berikutnya. Rankaian ekivalen untuk mode-mode ditunjukkan pada gambar dibawah. Bentuk gelombang untuk tegangan dan arus keadaan tunak regulator buck-boost ditunjukkan pada gambar dibawah untuk arus beban yang kontinyu. [6] Dengan mengasumsikan arus induktor meningkat secara linear dari ke pada waktu,... (2.17)... (2.18) Dan arus induktor turun secara linear dari ke pada waktu,... (2.19)

BEBAN BEBAN BEBAN 26 Atau... (2.20) Dengan adalah arus ripple puncak ke puncak induktor L. Dari persamaan 2.21 dan 2.22... (2.21) is Q1 VD Dm B I1 Vc=-Vo Vs L C V01Va il1il ic i01ia (a) Diagram rangkaian is il Vs L C ic i0=ia MODE 1 Dm il i1 L C ic i0=ia MODE 2 (b) Rangkaian ekivalen

27 VD Vs 0 t1 t2 kt T t -Vs I2 I1 0 kt T I t I2 I1 0 kt T t I2-Ia 0 -Ia ic kt T t -Va Vc Vc 0 I0 t Ia 0 t (c) Bentuk gelombang Gambar 2.7 Regulator buck-boost dengan arus yang kontinyu Substitusi dan, tegangan keluaran rata-rata adalah... (2.22) Dengan mengasumsikan rangkaian yang tidak mengandung rugi-rugi, dan arus masukan rata-rata memiliki hubunganm dengan arus keluaran rata-rata sebagai berikut... (2.23)

28 Periode pensaklaran T dapat ditentukan dari... (2.24) Dan ini memberikan arus ripple puncak ke puncak... (2.25) Atau... (2.26) Pada saat transistor on, filter kapasitor mencatu arus beban selama t =. Arus rata-rata kapasitor yang terisi dan tegangan ripple puncak ke puncak kapasitor adalah... (2.27) Persamaan diatas memberikan dan persamaan 2.39 menjadi... (2.28) Atau... (2.29) Regulator buck-boost menghasilkan tegangan keluaran yang terbalik tanpa memerlukan trafo. Regulator ini memiliki efisiensi yang tinggi. Bila kondisi transistor

29 rusak, arus dibatasi oleh induktor L dan akan menjadi /L. Perlindungan keluaran terhadap hubung singkat mudah diimplementasikan. Namun, arus masukannya tidak kontinyu dan arus puncak yang melalui transistor juga tinggi. 2.4 Rangkaian Rancangan Konverter DC-DC Buck Boost Rancangan rangkain Konverter DC-DC buck boost dapat dilihat pada Gambar 2.8. MOSFET D DC Source L C Gambar 2.8 Rangkaian rancangan konverter DC DC buck boost 2.4.1 Prinsip Kerja Rangkaian Konverter DC-DC yang digunakan adalah buck boost konverter dengan kontrol fuzzy logic. Ada lima komponen utama yaitu MOSFET sebagai saklar, dioda, induktor, kapasitor, dan resistor sebagai beban. MOSFET digunakan sebagai power komponen dan kontrol switching menggunakan fuzzy logic, dimana switch diaplikasikan dengan perbandingan waktu saat tertutup dan waktu switch terbuka ditambah waktu switch saat tertutup atau biasa disebut duty cycle (D).

30 Perbedaan nilai duty cycle ini akan menyebabkan perubahan juga pada duty ratio pada komponen lain sehingga menyebabkan perubahan tegangan rata-rata output. Bila D>0.5 maka nilai tegangan output akan lebih besar dari tegangan input dan bila D<0.5, maka nilai tegangan output akan lebih kecil dari tegangan input. Tetapi pada rancangan ini, nilai duty cycle dipengaruhi oleh besar nilai input bukan nilai output. Saat switch on, induktor mendapat tegangan dari input dan mengakibatkan adanya arus yang melewati induktor berdasarkan lamanya waktu switch ditutup, pada keadaan ini beban disuplai oleh kapasitor (discharge). Saat switch off, tegangan input terputus menyebabkan penurunan arus dan menyebabkan ujung dioda bernilai negatif dan induktor mensuplai kapasitor (charge) dan beban. 2.5 Motor Arus Searah (DC) Motor DC adalah suatu mesin yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanik, dimana tenaga gerak tersebut berupa putaran rotornya. Dalam kehidupan sehari-hari motor DC dapat digunakan pada starter mobil, tape recorder, mainan anak-anak, dll. Dengan membalik generator DC, dimana sekarang tegangan Vt menjadi sumber dan tegangan jangkar menjadi GGL lawan sehingga mesin arus searah ini akan berlaku sebagai motor. Oleh karena itu hubungan antara tegangan Vt dan Ea dapat dituliskan sebagai berikut [7] Ea = Vt Ia.Ra... (2.30)

31 2.5.1 Prinsip kerja motor DC Prinsip kerja motor DC ini adalah berdasarkan hukum Lenz, dimana bila suatu batang konduktor yang panjangnya L dialiri arus sebesar i, diletakkan ke dalam suatu medan magnet dimana rapat fluksnya adalah B, maka konduktor tadi akan mengalami gaya yang arahnya tegak lurus terhadap arus medan seperti kaedah tangan kiri oleh Fleming. Bila kita tinjau dasar pembangkitan gaya elektromagnetik yang bekerja atas suatu elemen rangkaian adalah dl dan arus yang mengalir adalah I ditempatkan dalam medan magnetik B serta bergerak dengan jarak dc, maka pertambahan fluks ( ) dinyatakan dengan :...(2.31) Besarnya gaya elektromagnetik yang bekerja sepanjang elemen adalah :... (2.32) Maka jumlah gaya yang bekerja untuk seluruhnya adalah :... (2.33) Jika medan magent uniform dan konduktor merupakan garis lurus maka... (2.34)

32 Dimana Jika tegak lurus maka... (2.35) 2.5.2 GGL Lawan Proses terjadinya GGL lawan : 1. Kumparan jangkar terletak di antara kutub-kutub magnet dimana dia akan diberi sumber DC. 2. Pada kumparan jangkar timbul torsi, sehingga jangkar berputar (arahnya sesuai kaidah tangan kiri). 3. Arah EMF induksi tersebut berlawanan dengan EMF sumber, sehingga disebut GGL lawan. Jadi GGL lawan pada motor DC adalah GGL yang terjadi pada jangkar motor DC (pada waktu berputar), yang disebabkan karena jangkar tersebut berputar dalam medan magnet. Arah GGL lawan merentang arah GGL sumber sehingga pada waktu motor beroperasi, arus jangkarnya menjadi :... (2.36)

33 Dimana : Vt = tegangan jepit (v) Ra = tegangan jangkar E = GGL lawan Besarnya GGl lawan adalah :... (2.37) Rotor atau jangkar yang berputar dan menghasilkan GGL lawan seperti batterai dengan tegangan Eb yang diletakkan apda terminal yang mempunyai tegangan V. V harus mengalirkan arus Ia melalui Eb. Daya yang diperlukan untuk mengatasinya adalah Eb.Ia Dan... (2.38) GGL lawan juga tergantung pada kecepatan putaran jangkar. Jika kecepatan tinggi, maka berfungsi untuk mengendalikan pemakaian arus sesuai dengan kebutuhan.

34 2.5.3 Rumus rumus dalam perhitungan Keselarasan harga antara daya mekanik ke daya listrik atau sebaliknya, tidak dipandang apakah masukan atau keluaran, sebab hal ini tergantung pada mesinnya. Telah diketahui bahwa :... (2.39) Kerja yang dilakukan oleh gaya F dalam satu putaran :... (2.40) Kerja yang dilakukan dalam satu detik :... (2.41) Maka daya yang ada : Daya mekanis : Jika ini adalah gaya yang diberikan pada poros jangkar dengan kecepatan N rps, maka pada poros jangkar akan terdapat suatu harga yang setara (sama) antara daya listrik dan mekanis yaitu : Untuk generator : Untuk motor :

35 2.6 MATLAB/Simulink Matlab merupakan salah satu paket program (software) komputer yang berhubungan erat dengan matrik, numerik, visualization, grafhics, dan lain-lain. Di samping itu di dalam Matlab ini juga terdapat beberapa fasilitas yang lainnya seperti: toolboxes dengan commuication, wavalet, fuzzy logic, statistik, signal processing, control system, simulink, blocksets dengan power system blockset, DSP blockset, nonlinear control design dan stateflow. 2.7 Perbedaan Penelitian Banyak penelitian sebelumnya seperti Tabel 2.1 yang berkaitan dengan buck boost konverter DC-DC dengan beban motor DC. Perbedaan penelitian yang sudah pernah dilakukan dan yang akan dilakukan adalah Tabel 2.1 Data penelitian yang pernah dilakukan Peneliti Judul Penelitian Metode Hasil yang dicapai K. Periyasamy Power Factor Correction Based On Fuzzy Logic Controller With Average Current-Mode For DC-DC Boost Converter, International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA) ISSN: 2248-9622 www.ijera.com Vol. 2, Issue 5, September- October 2012, Kontrol fuzzy logic pada starter motor dc Kualitas daya yang lebih baik R.Rajeswari, S.Ravi, Vitaliy Mezhuyev, V.Kumarakrishnan MATLAB/Simulink Based Design and Development of a Buck Boost Converter as a Smooth Starter for DC Motor Control, 978-1-4799-1753- 2/15, 2015 IEEE Kontrol fuzzy logic untuk smooth starter Kualitas daya yang lebih baik

36 S. Ben John Stephen & T. Ruban Devaprakash Improved Control Strategy on Buck-Boost Converter Fed DC Motor, 2011 International Conference on Recent Advancements in Electrical, Electronics and Control Engineering Kontrol fuzzy logic pada starter motor dc Kualitas daya yang lebih baik Subhajit Samanta, Tanya Tanesha, Vijayakumar Design and simulation of speed controller using acdc buck boost converter for dc motor drive with soft starter, 978-1-4673-6150-7/13, 2013 IEEE Kontrol speed pada soft starter Kualitas daya yang lebih baik Nabil T. Tweig SPEED CONTROL OF A: DC SERIES MOTOR USING BUCK BOOST CONVERTER, THE ELEVENTH INTERNATIONAL MIDDLE EAST POWER SYSTEMS CONFERENCE (MEPCON 2006) Kontrol pada starter speed Kualitas daya yang lebih baik Perbedaan penelitian yang sudah dilakukan dengan yang akan dilakukan adalah pada penelitian ini menggunakan metode fuzzy logic untuk mengatur MOSFET yang berfungsi sebagai switching pada Buck Boost DC-DC Converter yang bertujuan untuk memperbaiki kualitas daya pada sistem. Pada penelitian sebelumnya hanya menggunakan kontrol fuzzy logic pada starter atau smooth starter dan yang diatur adalah speed nya.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Pemodelan Metode penelitian dalam merancang model menggunakan software MATLAB/Simulink untuk simulasi penggunaan logika fuzzy sebagai kontrol MOSFET di konverter buck boost DC-DC. Dalam hal ini ada dua rangkaian kerja yang diperlukan, yaitu rangkaian konverter buck boost DC-DC sebelum penggunaan logika fuzzy dengan beban motor DC dan rangkaian konverter buck boost DC-DC setelah penggunaan logika fuzzy dengan beban motor DC. Rangkaian konverter buck boost DC-DC dengan beban motor DC sebelum penggunaan logika fuzzy seperti Gambar 3.1. Vin Decision Output FUZZY CONTROLLER Error/dError Vref Gambar 3.1 Diagram fuzzy untuk pemodelan controller pada konverter buck boost DC-DC 37

38 3.2 Langkah Simulasi Rangkaian konverter buck boost DC-DC dengan beban motor DC sebelum penggunaan logika fuzzy (dengan menggunakan kontrol PID) seperti Gambar 3.2. Gambar 3.2 Rangkaian Simulasi konverter DC-DC dengan kontrol PID Gambar 3.3 Rangkaian sub system kontrol PID

39 Rangkaian konverter buck boost DC-DC dengan beban motor DC dengan penggunaan logika fuzzy seperti Gambar 3.4. Gambar 3.4 Rangkaian Simulasi Konverter DC-DC dengan menggunakan logika fuzzy Gambar 3.5 Rangkaian sub sytem Logika Fuzzy

40 Dengan demikian langkah-langkah simulasi dapat diurut sebagai berikut: a. Gambar rangkaian rangkaian konverter buck boost DC-DC tanpa kontrol logika fuzzy. b. Tentukan besar R, L, dan C yang terpasang. c. Tentukan tegangan dan arus untuk beban motor DC. d. Matlab/simulink untuk melihat bentuk gelombang arus dan tegangan pada sisi input maupun output, torsi motor dan kecepatan motor. e. Masukkan rangkaian logika fuzzy untuk kontrol MOSFET. f. Kemudian ajlankan dengan Matlab/Simulink untuk melihat bentuk gelombang arus dan tegangan pada sisi input maupun output, torsi motor dan kecepatan motor setelah penggunaan logika fuzzy untuk kontrol MOSFET. g. Dari hasil (d) dan (f) akan dianalisa hasil yang diperoleh. Dari uraian di atas maka dapatlah dibuat diagram alir simulasi penggunaan logika fuzzy untuk kontrol MOSFET pada konverter buck boost DC-DC seperti Gambar 3.4.

41 MULAI Mengumpulkan literatur tentang konverter buck boost DC-DC dan logika fuzzy sebagai kontrol Menetapkan Permasalahan Membuat model konverter buck boost DC-DC dengan MATLAB/Simulink: i. Konverter buck boost DC-DC tanpa kontrol logika fuzzy ii. Konverter buck boost DC-DC dengan kontrol logika fuzzy Tentukan data konverter buck boost DC-DC dan data beban motor DC Simulasi rangkaian konverter buck boost DC-DC dengan MATLAB/simulink Pengubahan parameter: i. Membership fuction logika fuzzy ii. Fuzzy interface Hasil dan Pembahasan Tidak Ya STOP Gambar 3.4 Diagram alir pelaksanaan penelitian perbandingan konverter buck boost DC-DC tanpa kontrol logika fuzzy dengan kontrol logika fuzzy

42 3.3 Fungsi Keanggotaan Logika Fuzzy Masukan error tegangan dan delta error tegangan memiliki tujuh fungsi keanggotaan. Pengendali fuzzy membandingkan dua fungsi keanggotaan tegangan dan menghasilkan satu keluaran ditunjukkan pada FIS editor seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5, Gambar 3.6 menunjukkan masukan error tegangan (e) di dalam sistem fuzzy memiliki tujuh fungsi keanggotaan. Gambar 3.7 menunjukkan masukan variabel (de) di dalam sistem fuzzy memiliki tujuh fungsi keanggotaan. Variabel keluaran memiliki tujuh fungsi keanggotaan seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8. Gambar 3.7 FIS editor Dari FIS editor seperti Gambar 3.7 kemudian dimasukkan fungsi keanggotaan ke Error seperti Gambar 3.8

43 Gambar 3.8 Fungsi keanggotaan masukan error Kemudian dimasukkan fungsi keanggotaan ke derror seperti Gambar 3.9 Gambar 3.9 Fungsi keanggotaan masukan derror

44 Kemudian dimasukkan fungsi keanggotaan ke Output seperti Gambar 3.10 Gambar 3.10 Fungsi keanggotaan variabel keluaran 3.4 Rules Fuzzy Rules fuzzy ditentukan berdasarkan prinsip kerja sistem. Dasar rules menyesuaikan duty cycle untuk MOSFET di konverter buck boost DC-DC berdasarkan perubahan di masukan pengendali logika fuzzy. Jumlah rules disesuaikan berdasarkan keinginan. Rules terdiri dari 49 rules berdasarkan tujuh fungsi keanggotaan di variabel masukan. Ruels fuzzy ditulis seperti di Tabel 3.1

45 Tabel 3.1 rules untuk kontrol logika fuzzy E/dE NL NM NS ZO PS PM PL NL NL NL NL NM NS ZO PS NM NL NL NL NM NS ZO PS NS NL NL NM NS ZO PS PM ZO NL NM NS ZO PS PM PL PS NM NS ZO PS PM PL PL PM NS ZO PS PM PL PL PL PL ZO PS PM PL PL PL PL Keterangan PL : Positive Large PM : Positive medium PS : Positive Small ZO : Zero Order NL : Negative Large NM : Negative Medium NS : Negative Small

46 Gambar 3.11 menunjukkan rules fuzzy yang dimasukkan ke dalam FIS editor di MATLAB Gambar 3.11 Dasar rules untuk kontrol logika fuzzy

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum Pada Bab ini dilakukan pembahasan hasil dari simulasi konverter DC-DC buck boost dengan kontrol PID (Proportional Integral Derivative) dan hasil simulasi buck boost konverter DC-DC dengan kontrol fuzzy logic. Parameter kualitas daya yang diperhatikan adalah V out berdasarkan V referensi, I out dan Torsi pada motord DC. Ada tiga karakteristik parameter kualitas daya yang perlu diperhatikan yaitu overshoot, rise time (waktu naik) dan peak time (waktu puncak). 4.2 Hasil Simulasi Dengan Kontrol PID Hasil simulasi sistem dengan menggunakan kontrol PID (Proportional Integral Derivative) pada buck boost konverter DC-DC dengan V referensi 180 V gelombang tegangan output, arus output, dan torsi motor DC diperlihatkan pada Gambar 4.1. Sedangkan dengan V referensi 200 V gelombang tegangan output, arus output, dan torsi motor DC diperlihatkan pada Gambar 4.2 Dan dengan V referensi 240 V gelombang tegangan output, arus output, dan torsi motor DC diperlihatkan pada Gambar 4.3. Kemudian diperoleh data nilai tegangan output, arus output, dan torsi motor DC pada konverter DC-DC buck boost seperti yang terlihat pada Tabel 4.1 dan untuk nilai overshoot, rise time (waktu naik) dan peak time (waktu puncak) dapat dilihat pada Tabel 4.2. 47

48 Teg ang an (V) (a) Gelombang tegangan Aru s (A) (b) Gelombang arus

49 Tor si (N. m) (c) Gelombang torsi Gambar 4.1 Gelombang (a) tegangan output, (b) arus output, (c) torsi V referensi 180 V dengan kontrol PID Terlihat pada Gambar 4.1 dan lampiran 1 diperoleh nilai tegangan output (V out ) sebesar 176,8 176,9 V, nilai arus output (I out ) sebesar 11,51 11,61 A, dan nilai torsi (Te) sebesar 20,61 20,81 N.m, nilai rise time 1,61 ms, nilai peak time 5,6 ms, sedangkan nilai maksimum overshoot tegangan output (V out ) adalah 154,4 V. Untuk nilai maksimum overshoot arus output (I out ) diperoleh 33,98 A dan minimum overshoot arus output (I out ) diperoleh 11,18 A. Untuk nilai maksimum overshoot torsi (Te) diperoleh 61,19 N.m dan nilai minimum overshoot torsi (Te) diperoleh 20,25 N.m.

50 Teg ang an (V) (a) Gelombang tegangan Aru s (A) (b) Gelombang arus

51 Tor si (N. m) (c) Gelombang torsi Gambar 4.2 Gelombang (a) tegangan output (b) arus output, (c) torsi V referensi 200 V dengan kontrol PID Terlihat pada Gambar 4.2 dan lampiran 2 diperoleh nilai tegangan output (V out ) sebesar 178 178,2 V, nilai arus output (I out ) sebesar 11,45 11,56 A, dan nilai torsi (Te) sebesar 20,61 20,81 N.m, nilai rise time 1,6 ms, nilai peak time 5,6 ms, sedangkan nilai maksimum overshoot tegangan output (V out ) adalah 154,4 V. Untuk nilai maksimum overshoot arus output (I out ) diperoleh 33,91 A dan minimum overshoot arus output (I out ) diperoleh 11,18 A. Untuk nilai maksimum overshoot torsi (Te) diperoleh 61,18 N.m dan nilai minimum overshoot torsi (Te) diperoleh 20,12 N.m.

52 Teg ang an (V) (a) Gelombang tegangan Aru s (A) (b) Gelombang arus