Perbaikan Respon Transient Pengaturan Kecepatan Motor DC Menggunakan Kontroler "Look Up Table" Berbasis FLC-PI dengan "Scheduling Gain"
37
Perbaikan Respon Transient Pengaturan Kecepatan Motor DC
Menggunakan Kontroler "Look Up Table" Berbasis FLC-PI
dengan "Scheduling Gain"
Ari Santoso
Delon
Rusdhianto EAK
A. Fatoni
Laboratory of Control Engineering, Department of Electrical Engineering - ITS,
Kampus Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111, Indonesia
Phone : +62-31-5947302, Fax : +62-31-5931237, Email : [email protected]
Abstrak - Pada motor DC jika diberikan beban
yang berubah sekitar 20% dari beban nominalnya
maka responnya akan mengalami perubahan yang
sangat signifikan walaupun kontroler telah
diberikan. Ada beberapa cara untuk mengatasi
permasalahan ini salah satunya adalah dengan
menggunakan kontroler adaptif, akan tetapi untuk
motor DC akan mengalami kesulitan karena time
responnya lebih cepat dari frekuensi perhitungan
dari kontroler adaptifnya. Untuk itu pada penelitian
ini
kami
memanfaatkan
FLC-PI
yang
ditransformasikan ke dalam sebuah kontroler Look
Up Table dengan menggabungkan dengan
Scheduling Gain untuk mengatasi kekasaran
kontroler tsb. Untuk menguji fungsi dari kontroler
ini maka plant diuji dengan menggunakan
perubahan beban mekanik sekitar 20% dan
kontroler yang didesain tsb diberlakukan hanya jika
sistem mengalami perubahan parameter. Dan
ternyata hasil dari penelitian ini sangat memuaskan
untuk mengatasi perubahan beban yang signifikan
pada plant dengan time respon yang cepat.
Kata kunci: kontroler Look Up Table, FLC-PI,
Scheduling Gain.
1. PENDAHULUAN
Pada sistem dengan frekuensi kerja yang tinggi
akan mengalami kesulitan untuk mengendalikannya
dan akan dibutuhkan kontroler yang mempunyai
waktu perhitungan algoritma yang lebih cepat
dengan demikian frekuensi kontroler tersebut akan
lebih cepat, jika frekuensi kontrolernya lebih lambat
dari time respon maka kontroler tersebut
menyebabkan sistem menjadi sistem terlambat [7],
untuk sistem seperti ini maka kestabilan dari sistem
akan bergantung dari parameter sistem dan
parameter waktu terlambatnya [7].
Motor DC jika diberi beban yang berubah-ubah
maka akan menyebabkan parameter-parameter plant
akan berubah [14] dimana perubahan itu merupakan
fungsi dari perubahan beban yang diberikan. Jika
dianggap perubahan beban tersebut menyebabkan
adanya ketidakpastian parameter model maka
penyelesaian yang sering dilakukan dengan tidak
mengabaikan karakteristik respon yang diinginkan
maka digunakanlah kontroler robust dan ini telah
dilakukan penelitian pendahuluan oleh Paulus SN
[14] yaitu secara simulasi dengan menggunakan data
real dari pengukuran sebuah motor DC yang diberi
beban mekanik. Hasil dari penelitian ini secara
keseluruhan baik sekali akan tetapi secara on-line
belum dilakukan penelitian lebih lanjut.
Perubahan beban yang tidak terlalu besar dan
untuk sistem yang tidak mempunyai respon yang
terlalu cepat maka sistem pengaturan fuzzy adaptif
(Neuro-Fuzzy Controller) bisa diaplikasikan
[4][11][13] terlebih plantnya mempunyai komponen
nonlinier. Akan tetapi hasil dari penelitian
[4][11][13] menunjukkan bahwa sistem mempunyai
keterbatasan daerah kerja yang bebannya berubah
melebihi 30 % juga akan mengalami gangguan
kestabilan untuk sistem yang mempunyai respon
yang cepat.
Ada beberapa methode yang bisa diaplikasikan
untuk mengatasi permasalahan tersebut salah
satunya adalah PID dengan self tunning gain control
[10], kana tetapi pada daerah kerja yang mengalami
perubahan besar maka kontroler ini akan mengalami
kesulitan.
Pada penelitian ini akan dibahas mengenai
sistem pengaturan dengan menggunakan Look Up
Table Controller berbasis logika fuzzy yang
dikombinasikan dengan scheduling gain control
yang diaplikasikan ke sistem pengaturan kecepatan
motor DC karena plant ini mempunyai respon yang
cepat. Kontroler Look Up Table sangat cepat
responnya dan sangat cocok untuk plant-plant yang
mempunyai kecepatan respon tinggi dan sangat
sederhana pemrogrammannya kedalam bahasa dasar
Assebly akan tetapi mempunyai kelemahan yang
tidak bisa diabaikan yaitu responnya kasar dan
seringkali responnya akan mengalami osilasi
disekitar daerah steady state. Untuk mengatsi
kelemahan tersebut maka digunakan scheduling gain
control.
2. DISAIN SISTEM
Pada disain sistem maka bagian yang paling
utama adalah mikrokontroler yang berfungsi sebagai
JAVA Journal of Electrical and Electronics Engineering, Vol. 1, No. 2, Oct 2003, ISSN 1412-8306
38
pengendali dari plant untuk mengendalikan plant
agar selalu mengikuti setting point meskipun
dikenahkan perubahan parameter model maupun
beban yang diberikan dalam hal ini sistem hanya
diuji dengan memberikan perubahan beban.
3. PERANGKAT KERAS
Karena parameter dari plant motor DC akan
berubah jika diberikan perubahan beban, maka
diperlukan suatu kontroler dimana algoitma
pengendalinya (parameter kontroler) dapat berubah
mengikuti perubahan parameter plant tersebut.
Untuk mengatasi problema ini secara sederhana
dapat kita eliminasi dengan merancang suatu
hardware gain kontrol, dimana gain ini bekerja
berpedoman pada masukan error dan dikendalikan
secara program melalui mikrokontroler. Karena
algoritma yang akan digunakan pada rancangan ini
adalah algoritma fuzzy Look Up Table berbasis PI,
maka pengaturan gain dapat dilakukan pada
parameter proporsional dari kontroler PI. Sehingga
diharapkan dapat memperbaiki kinerja dari sistem
dan mendapatkan respon output yang cepat menuju
setpoint. Peracangan rangkain gain kontrol ini terdiri
dari 8 variasi gain yang dapat disetting sesuai
kebutuhan, seperti yang terlihat pada gambar 1.
fuzzy Look Up Table lebih sederhana dan lebih
mudah diimplementasikan pada sebuah minimum
sistem (mikrokontroler). Ada beberapa tahap dalam
merancang suatu konroler fuzzy Look Up Table
sebagai berikut:
Menentukan fungsi keangotaan bagi masukan,
pada perancangan ini digunakan fungsi
keanggotan segitiga dengan 7 variabel linguistik
yaitu : NB (Negatif Besar), NS (Negatif
Sedang), NK (Negatif Kecil) ,Z (Nol),
PK(Positif Kecil), PS (Positif Sedang) PB
(Positif Besar), seperti yang terliahat pada
gambar 2.
Menentukan tingkat kuantisasi berdasarkan
range variasi masukan dan keluaran, semangkin
banyak level atau tingkat kuatisasi maka
semakin peka kontroler terhadap perubahan
masukan. Pada penelitian ini menggunakan 11
tingkat kuantisasi.
Tabel 1. Tingkat kuantisasi error(E) dan delta
error(dE) dalam diskrit
Tingkat
Kuantisasi
(L)
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
Variasi Input Error
(Xn)
Variasi Input dE
(Xn)
Xn ≤ -50
-50 < Xn ≤ -40
-40 < Xn ≤ -30
-30 < Xn ≤ -20
-20 < Xn ≤ -10
-10 < Xn ≤ +10
+ 10< Xn ≤+20
+20 < Xn ≤ +30
+30 < Xn ≤ +40
+40 < Xn ≤ +50
+50 ≤ Xn
Xn ≤ -25
-25 < Xn ≤ -20
-20 < Xn ≤ -15
-15 < Xn ≤ -10
-10< Xn ≤ -5
-5
Perbaikan Respon Transient Pengaturan Kecepatan Motor DC
Menggunakan Kontroler "Look Up Table" Berbasis FLC-PI
dengan "Scheduling Gain"
Ari Santoso
Delon
Rusdhianto EAK
A. Fatoni
Laboratory of Control Engineering, Department of Electrical Engineering - ITS,
Kampus Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111, Indonesia
Phone : +62-31-5947302, Fax : +62-31-5931237, Email : [email protected]
Abstrak - Pada motor DC jika diberikan beban
yang berubah sekitar 20% dari beban nominalnya
maka responnya akan mengalami perubahan yang
sangat signifikan walaupun kontroler telah
diberikan. Ada beberapa cara untuk mengatasi
permasalahan ini salah satunya adalah dengan
menggunakan kontroler adaptif, akan tetapi untuk
motor DC akan mengalami kesulitan karena time
responnya lebih cepat dari frekuensi perhitungan
dari kontroler adaptifnya. Untuk itu pada penelitian
ini
kami
memanfaatkan
FLC-PI
yang
ditransformasikan ke dalam sebuah kontroler Look
Up Table dengan menggabungkan dengan
Scheduling Gain untuk mengatasi kekasaran
kontroler tsb. Untuk menguji fungsi dari kontroler
ini maka plant diuji dengan menggunakan
perubahan beban mekanik sekitar 20% dan
kontroler yang didesain tsb diberlakukan hanya jika
sistem mengalami perubahan parameter. Dan
ternyata hasil dari penelitian ini sangat memuaskan
untuk mengatasi perubahan beban yang signifikan
pada plant dengan time respon yang cepat.
Kata kunci: kontroler Look Up Table, FLC-PI,
Scheduling Gain.
1. PENDAHULUAN
Pada sistem dengan frekuensi kerja yang tinggi
akan mengalami kesulitan untuk mengendalikannya
dan akan dibutuhkan kontroler yang mempunyai
waktu perhitungan algoritma yang lebih cepat
dengan demikian frekuensi kontroler tersebut akan
lebih cepat, jika frekuensi kontrolernya lebih lambat
dari time respon maka kontroler tersebut
menyebabkan sistem menjadi sistem terlambat [7],
untuk sistem seperti ini maka kestabilan dari sistem
akan bergantung dari parameter sistem dan
parameter waktu terlambatnya [7].
Motor DC jika diberi beban yang berubah-ubah
maka akan menyebabkan parameter-parameter plant
akan berubah [14] dimana perubahan itu merupakan
fungsi dari perubahan beban yang diberikan. Jika
dianggap perubahan beban tersebut menyebabkan
adanya ketidakpastian parameter model maka
penyelesaian yang sering dilakukan dengan tidak
mengabaikan karakteristik respon yang diinginkan
maka digunakanlah kontroler robust dan ini telah
dilakukan penelitian pendahuluan oleh Paulus SN
[14] yaitu secara simulasi dengan menggunakan data
real dari pengukuran sebuah motor DC yang diberi
beban mekanik. Hasil dari penelitian ini secara
keseluruhan baik sekali akan tetapi secara on-line
belum dilakukan penelitian lebih lanjut.
Perubahan beban yang tidak terlalu besar dan
untuk sistem yang tidak mempunyai respon yang
terlalu cepat maka sistem pengaturan fuzzy adaptif
(Neuro-Fuzzy Controller) bisa diaplikasikan
[4][11][13] terlebih plantnya mempunyai komponen
nonlinier. Akan tetapi hasil dari penelitian
[4][11][13] menunjukkan bahwa sistem mempunyai
keterbatasan daerah kerja yang bebannya berubah
melebihi 30 % juga akan mengalami gangguan
kestabilan untuk sistem yang mempunyai respon
yang cepat.
Ada beberapa methode yang bisa diaplikasikan
untuk mengatasi permasalahan tersebut salah
satunya adalah PID dengan self tunning gain control
[10], kana tetapi pada daerah kerja yang mengalami
perubahan besar maka kontroler ini akan mengalami
kesulitan.
Pada penelitian ini akan dibahas mengenai
sistem pengaturan dengan menggunakan Look Up
Table Controller berbasis logika fuzzy yang
dikombinasikan dengan scheduling gain control
yang diaplikasikan ke sistem pengaturan kecepatan
motor DC karena plant ini mempunyai respon yang
cepat. Kontroler Look Up Table sangat cepat
responnya dan sangat cocok untuk plant-plant yang
mempunyai kecepatan respon tinggi dan sangat
sederhana pemrogrammannya kedalam bahasa dasar
Assebly akan tetapi mempunyai kelemahan yang
tidak bisa diabaikan yaitu responnya kasar dan
seringkali responnya akan mengalami osilasi
disekitar daerah steady state. Untuk mengatsi
kelemahan tersebut maka digunakan scheduling gain
control.
2. DISAIN SISTEM
Pada disain sistem maka bagian yang paling
utama adalah mikrokontroler yang berfungsi sebagai
JAVA Journal of Electrical and Electronics Engineering, Vol. 1, No. 2, Oct 2003, ISSN 1412-8306
38
pengendali dari plant untuk mengendalikan plant
agar selalu mengikuti setting point meskipun
dikenahkan perubahan parameter model maupun
beban yang diberikan dalam hal ini sistem hanya
diuji dengan memberikan perubahan beban.
3. PERANGKAT KERAS
Karena parameter dari plant motor DC akan
berubah jika diberikan perubahan beban, maka
diperlukan suatu kontroler dimana algoitma
pengendalinya (parameter kontroler) dapat berubah
mengikuti perubahan parameter plant tersebut.
Untuk mengatasi problema ini secara sederhana
dapat kita eliminasi dengan merancang suatu
hardware gain kontrol, dimana gain ini bekerja
berpedoman pada masukan error dan dikendalikan
secara program melalui mikrokontroler. Karena
algoritma yang akan digunakan pada rancangan ini
adalah algoritma fuzzy Look Up Table berbasis PI,
maka pengaturan gain dapat dilakukan pada
parameter proporsional dari kontroler PI. Sehingga
diharapkan dapat memperbaiki kinerja dari sistem
dan mendapatkan respon output yang cepat menuju
setpoint. Peracangan rangkain gain kontrol ini terdiri
dari 8 variasi gain yang dapat disetting sesuai
kebutuhan, seperti yang terlihat pada gambar 1.
fuzzy Look Up Table lebih sederhana dan lebih
mudah diimplementasikan pada sebuah minimum
sistem (mikrokontroler). Ada beberapa tahap dalam
merancang suatu konroler fuzzy Look Up Table
sebagai berikut:
Menentukan fungsi keangotaan bagi masukan,
pada perancangan ini digunakan fungsi
keanggotan segitiga dengan 7 variabel linguistik
yaitu : NB (Negatif Besar), NS (Negatif
Sedang), NK (Negatif Kecil) ,Z (Nol),
PK(Positif Kecil), PS (Positif Sedang) PB
(Positif Besar), seperti yang terliahat pada
gambar 2.
Menentukan tingkat kuantisasi berdasarkan
range variasi masukan dan keluaran, semangkin
banyak level atau tingkat kuatisasi maka
semakin peka kontroler terhadap perubahan
masukan. Pada penelitian ini menggunakan 11
tingkat kuantisasi.
Tabel 1. Tingkat kuantisasi error(E) dan delta
error(dE) dalam diskrit
Tingkat
Kuantisasi
(L)
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
Variasi Input Error
(Xn)
Variasi Input dE
(Xn)
Xn ≤ -50
-50 < Xn ≤ -40
-40 < Xn ≤ -30
-30 < Xn ≤ -20
-20 < Xn ≤ -10
-10 < Xn ≤ +10
+ 10< Xn ≤+20
+20 < Xn ≤ +30
+30 < Xn ≤ +40
+40 < Xn ≤ +50
+50 ≤ Xn
Xn ≤ -25
-25 < Xn ≤ -20
-20 < Xn ≤ -15
-15 < Xn ≤ -10
-10< Xn ≤ -5
-5