DC Drive Fuzzy Controller

June 7, 2009 at 4:20 pm 2 comments

Pendahuluan

Di dalam suatu system control dikenal adanya beberapa macam aksi control, diantaranya yaitu aksi kontrol proportional (P), integral (I) dan derivative (D). Masing-masing aksi kontrol tersebut mempunyai keunggulan-keunggulan tertentu. Aksi kontrol proportional mempunyai keunggulan rise time yang cepat, aksi kontrol integral mempunyai keunggulan untuk memperkecil error, dan aksi kontrol derivative mempunyai keunggulan dapat meredam overshot. Untuk itu agar dapat menghasilkan output dengan risetime yang tinggi dan error yang kecil, dapat menggabungkan ketiga aksi kontrol tersebut menjadi aksi kontrol PID.

Pada industri-industri yang membutuhkan suatu sistem kontrol dengan kecepatan dan keakuratan tinggi, maka pemakaian aksi kontrol PID mungkin masih dianggap kurang memuaskan. Sebab jika menggunakan aksi kendali PID, didapatkan jika pengendali di set sangat sensitive maka overshot yang dihasilkan akan semakin peka sehingga osilasi yang ditimbulkan akan lebih tinggi. Sedangkan bila pengendali di set kurang peka, maka overshot dapat diperkecil namun waktu yang dibutuhkan akan semakin lama, dan hal tersebut akan menjadi suatu masalah dalam suatu proses industri.

Untuk mengatasi masalah tersebut berkembanglah suatu pengendalian yang dikenal dengan sistem pengendali fuzzy. Pengendali fuzzy tidak lagi memakai cara conventional untuk mendapatkan suatu hasil pengendalian dengan memakai persamaan matematis, tetapi menerapkan cara berpikir manusia untuk mengendalikan sesuatu, yaitu dalam bentuk aturan-aturan “jika-maka”. Dengan menggunakan sistem kendali fuzzy maka proses pengendalian akan mengikuti pendekatan secara linguistik.

Pengendalian fuzzy motor DC pada tugas makalah ini menggunakan 2 buah model matematis. Model pertama dibuat dengan fungsi alih linear untuk konverter dan motor DC,  sedangkan model kedua dibuat dengan menggunakan advance block yang diambil dari library Power System Blockset (PSB ) yang ada di Matlab/Simulink. Pengendalian Motor DC dengan menggunakan kedua model matematis ini pernah diuji-cobakan oleh Bogumila Mrozek dan Zbigniew Mrozek dalam papernya “Modelling and Fuzzy Control of DC Drive”.

Model Linear DC Drive

Model linear DC drive terdiri dari dua bagian: converter/rectifier dan motor DC. Model linear motor DC (gambar 1) dibuat dengan menggunakan block Simulink. Terdapat dua masukan (tegangan dan beban motor) dan dua keluaran (kecepatan angular motor dan arus). Parameter-parameternya dihitung secara otomatis dari data katalog seperti data daya motor, tegangan, arus, kecepatan, dll. Untuk perhitungan pada simulasi ini hanya digunakan data parameter resistansi dan induktansi karena kesulitan dalam menemukan parameter internal motor maupun parameter motor DC konstan.

LinearMotorDC

Kecepatan motor DC dihitung dari persamaan :

Rumus Kecepatan

dimana  ω kecepatan angular motor,  Vt tegangan terminal,  Ia arus jangkar, Φ   fluks magnet dan k merupakan konstanta motor.

DC Drive PI Controller

Gambar 2 menunjukkan DC drive dengan dua pengendali PID. Parameter dari pengendali arus diturunkan dari parameter model dengan menggunakan aturan modul dan kesimetrian. Blockset Nonlinear Control Design dari Matlab/Simulink digunakan untuk mentuning parameter secara otomatis (Gambar 3), sehingga dapat memperkecil transient overshot.

NCD Blockset

Konverter/rectifier dideskripsikan sebagai fungsi kelembaman orde pertama:

Gconv

dimana Kp adalah gain dari konverter/rectifier, dan Tmip merupakan rata-rata dead time untuk konverter/rectifier. Dead time  Tmip nilainya dapat bervariasi mulai dari nol sampai setengah dari periode tegangan sumber AC (0,01 untuk frekuensi 60 Hz). Pada simulasi ini digunakan Tmip=1,67 ms, sesuai dengan rata-rata dead time untuk untuk konverter yang menggunakan thyristor 6-phase.

Model fungsi alih dari arus dan tegangan motor diberikan oleh persamaan:

Gmot

dimana Kia adalah gain dari motor DC dan  adalah Ta time constant untuk rangkaian jangkar.

Cara yang sama digunakan untuk menemukan parameter pengendali kecepatan. Hasil simulasi (arus dan kecepatan DC motor vs. waktu) ditunjukkan pada gambar 4. Hasil simulasi ini menunjukkan bahwa sebagai model linear masih kasar dan masih mempunyai beberapa granula. Komponen arus AC dan arus switching pada jembatan thyristor diabaikan. Hanya envelope transient yang dapat dilihat pada output simulasi.

Gambar 4

Penggunaan Power System Blockset Untuk Memodelkan DC Drive

Power System Blockset terdiri dari himpunan lanjut untuk block linear dan nonlinear. Terdapat tiga sumber AC, konverter 3-phase 6-pulsa, pulse generator dan motor DC yang diambil dari library. Komponen tersebut digunakan untuk mendapatkan model DC drive dengan kualitas tinggi (gambar 5).

Gambar 5

Jembatan konverter 3-phase paling banyak digunakan dalam sistem pengendali motor. Dua dari 6 thyristor akan bekerja bersamaan dan gating (penggerbangan) dari setiap transistor akan membangkitkan pulsa dari arus beban; dengan demikian 6-pulsa ini akan  mengontrol rectifier. Rectifier 3-phase 6-pulsa juga mempunyai kemampuan operasi inverter pada 4 kuadran. Hasil simulasi secara tepat ditunjukkan pada gambar 6.

Gambar 6

Membership function  yang digunakan adalah pimf dan gausmf. Rule didesain dengan menggunakan tool perancangan yang dapat memberikan surface dan property model pengendalian. Pada gambar 7 diperlihatkan  surface kendali yang diperoleh dari 25 rule yang telah disebutkan.

Gambar 7

Pengendali fuzzy yang digunakan dipresentasikan pada gambar 8. Pengendali fuzzy ini menggunakan model lanjut dari Power System Blockset. Model fungsi alih juga dapat digunakan untuk tuning awal parameter model.  Terdapat dua variabel fuzzy (error dan INTEG error) dan 7 variabel (dari big negative sampai big positif). Atribute dari pengendali fuzzy adalah sebagai berikut:

type :’mamdani’

andMethod: ‘prod’

orMethod:’max’

defuzzMethod:’centroid’

impMethod:’prod’

aggMethod:’max’

input:[1×2 struct]

output: [1×1 struct]

rule:[1×25 struct]

DC Drive with Fuzzy Controller & PSBHasil pengendalian dengan menggunakan fuzzy kontroler ditunjukkan pada gambar 9. Dengan  demikian terlihat bahwa pengendalian DC drive dengan menggunakan pengendali fuzzy memiliki performansi yang lebih cepat.

Hasil Simulasi Fuzzy Controller

Kesimpulan

Keluaran simulasi pengendali fuzzy memiliki performansi yang lebih baik dibandingkan dengan pengendali PID seperti yang terlihat pada gambar 9. Pengendali fuzzy lebih tahan terhadap gangguan luar . Selain itu pengendali fuzzy lebih akurat dan lebih cepat bila dibandingakan dengan pengendali PID.

Referensi:

Bogumila Mrozek, Zbigniew Mrozek, “Modelling and Fuzzy Control of DC Drive”, Cracow University of Technology: Krakow:2000

Sivanandam S.N, S. Sumanthi, S.N Deepa,”Introduction to Fuzzy Logic using MATLAB”, Springer: Heidelberg.2007

Advertisements

Entry filed under: Electrical Engineering.

Antusiasme dan Sikap Mental Positif Magnetohydrodynamic (MHD)

2 Comments Add your own

  • 1. charly  |  March 8, 2011 at 11:02 am

    Boleh minta data penulisan program (listing program) di matlabnya? makasih sebelumnya.
    charlyfrestama@gmail.com

    Reply
  • 2. charly  |  March 8, 2011 at 11:07 am

    boleh dapat penulisan programnya di dalam matlabnya? sekalian mau belajar matlab. maksih sebelumnya.
    charlyfrstama@gmail.com

    Reply

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Trackback this post  |  Subscribe to the comments via RSS Feed


June 2009
M T W T F S S
« May   Nov »
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930  

Pages

Categories

My Tweets

Error: Twitter did not respond. Please wait a few minutes and refresh this page.

Archives

Blog Stats

  • 89,349 hits

%d bloggers like this: