Post on 17-Sep-2018
1
DESAIN KONTROL PID UNTUK MENGATUR KECEPATAN
MOTOR DC PADA ELECTRICAL CONTINUOUSLY VARIABLE
TRANSMISSION (ECVT)
Oleh :
Raga Sapdhie Wiyanto
Nrp 2108 100 526
Dosen Pembimbing :
Dr. Ir. Bambang Sampurno, MT
PROGRAM SARJANA
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA 2010
2
Prinsip kerja CVT adalah memanfaatkan perubahan diameter antara puli penggerak
(driver) dan puli yang digerakkan (driven pulley) sehingga dapat melakukan variasi ratio
transmisi secara continue.
KEUNGGULAN CVT
1. Menghasilkan limit gear ratio yang continue.
2. Efisiensi bahan bakar lebih baik.
3. Akselerasi halus → responsive and nyaman dalam mengendari.
4. Pada pengembangan CVT terbaru memiliki
banyak pilihan terutama dalam membuat simulasi kontrol yang diinginkan.
KELEMAHAN CVT
1. Kapasitas Torsi Terbatas.
2. Faktor slip pada puli dan belt yang menyebabkan kinerja CVT menurun.
3. Keausan belt atau roller sebagai faktor utama bila digunakan pada Daya >135 HP
LATAR BELAKANG
3
TIPE PENGGERAK
Toroidal cvt
Electrical CVT
Widjokongko 2009
4
GAMBAR PROTOTIPE
5
Bagaimana mengidentifikasi karakteristik daripengaturan ratio CVT mode elektrik denganpenggerak Push Belt Continuously VariableTransmission dengan menggunakan motor DC.
Bagaimana mengurangi pengaruh parametergaya gesek disebabkan oleh slip () darigesekan belt dengan puli pada kontrol PID.
Bagaimana merancang simulasi tuningparameter kendali PID dengan metode Ziegler-Nichols pada sistem pengendalian kecepatanmotor DC
RUMUSAN MASALAH
6
Model kendaraan adalah engine stand untuk kendaraan penumpang jenis city car penggerak FWD dengan 1300 cc.
Simulasi engine stand mengunakan mesin bensin 6.5 HP sebagai pengganti mesin kendaraan.
Analisa desain serta kekuatan frame CVT dan chasis kendaraan tidak dibahas dalam penelitian ini.
Jenis mekanisme pengatur ratio CVT adalah menggunakan penggerak Push Belt dengan mekanisme Fork Screw yang digerakan oleh motor DC 12 Volt.
BATASAN MASALAH
7
Membuat sistem kontrol loop tertutup yang berbasiskan PID untuk mengatur kecepatan motor DC.
Menampilkan unjuk kerja CVT yang dapat diketahui dari pengukuran slip (λ) secara simulasi dengan bekerja pada berbagai putaran.
Menampilkan performance motor DC terhadap pengaturan kecepatan sehingga diharapkan dapat meningkatkan kinerja CVT
TUJUAN PENELITIAN
8
Memberikan informasi sistem rasio CVT yang
optimal.
Memberikan informasi mengenai kinerja kontrol
PID pada Electric Continuously Variable
Transmission (ECVT sebagai bahan acuan
dalam improvement analisis untuk
penyempurnaan dari pengembangan yang ada
pada sistem CVT sebelumnya.
MANFAAT PENELITIAN
9
Prasetyo (2007)
Model : single actuator hidrolik
Simulasi : Control Fuzzy
Hasil : - losses rasio sebesar 70.3%
- efisiensi ratio CVT menjadi 29.7%
Widjokongko (2009)
Model : Double Fork screw motor (Screw Gear motor DC)
Simulasi : Control close loop
Hasil : meningkatkan efisiensi ratio CVT menjadi 53.056 % sehingga mengurangi faktor slip.
waktu steady state kurang dari 18.07 detik
error berkurang menjadi 8.8 rad/s~3.22 %
KAJIAN PUSTAKA
10
FLOWCHART PENELITIAN
11
MOTOR DC
12
KONTROL PID
Kombinasi beberapa jenis kontroler
diperbolehkan
PI, PD, PID
Keuntungan kontroler PID:
Menggabungkan kelebihan kontroler P, I, dan D
P : memperbaiki respon transien
I : menghilangkan error steady state
D : memberikan efek redaman
13
TUNING KONTROL PID
Permasalahan dalam desain kontroler PIDTuning : menentukan nilai Ki, Kp, dan Kd
Cara tuning kontroler PID yang paling populer :Ziegler-Nichols metode 1 dan 2
Metode tuning Ziegler-Nichols dilakukan dengan eksperimen (asumsi model belum diketahui)
Metode ini bertujuan untuk pencapaian maximum overshoot (MO) : 25 % terhadap masukan step
14
METODE TUNING NICHOLS - ZIEGLER
Prosedur praktis
1.Berikan input step pada sistem
2.Dapatkan kurva respons
3.Tentukan nilai L dan T
4.Masukkan ke persamaan mendapatkan nilai Kp, Ti, dan Td
15
Simulasi menggunakan Matlab 7.0 pada saat perancangan pengendali PID maka
melakukan simulasi tuning parameter kendali PID untuk mengendalikan kecepatan
motor DC ketika tanpa diberi kontroller (sistem open loop).
16
17
18
19
METODE ZIEGLER-NICHOLS 1
Tipe alat kontrol KP Ti Td
P T/L ~ 0
PI 0.9 T/L L/0.3 0
PID 1.2 T/L 2L 0.5L
20
q
(Throttle Valve)CONTROLLER ACTUATOR
CVT Fork
ScrewRODA
U1 wSP wSXp eSS
+-
Daya Roda
(Nout)
Te
K
wE
Kecepatan
Mesin SP
RANCANGAN KONTROL CLOSED LOOP
21
CVT Fork Screw
Roda
22
PERBANDINGAN GRAFIK DARI HASIL SIMULASI SOFTWARE MATLAB
Kontrol Proporsional Kontrol PID
Time respon Xp pada pedal gas posisi 10%
Time respon Xp pada pedal gas posisi 20%
Time respon Xp pada pedal gas posisi 30%
Time respon Xp pada pedal gas posisi 10%
Time respon Xp pada pedal gas posisi 20%
Time respon Xp pada pedal gas posisi 30%
Bukaan 10% waktu = 18.49 detik
Perpindahan Fork = 9.49 mm
Bukaan 20% waktu = 18.01 detik
Perpindahan Fork = 10.36 mm
Bukaan 30% waktu = 17.80 detik
Perpindahan Fork = 10.82 mm
Bukaan 10% waktu = 4.9 detik
Perpindahan Fork = 9.49 mm
Bukaan 20% waktu = 4.53 detik
Perpindahan Fork = 10.36 mm
Bukaan 30% waktu = 4,37 detik
Perpindahan Fork = 10.82 mm
23
Bukaan 45% waktu = 10.91 detik
Perpindahan Fork = 10.87 mm
Bukaan 55% waktu = 12.85 detik
Perpindahan Fork = 10.38 mm
Bukaan 70% waktu = 30.34 detik
Perpindahan Fork = 7.3 mm
Bukaan 45% waktu = 4.4 detik
Perpindahan Fork = 10.87 mm
Bukaan 55% waktu = 4.38 detik
Perpindahan Fork = 10.38 mm
Bukaan 70% waktu = 4.47 detik
Perpindahan Fork = 7.3 mm
Time respon Xp pada pedal gas posisi 45%Time respon Xp pada pedal gas posisi 55%Time respon Xp pada pedal gas posisi 70%
Time respon Xp pada pedal gas posisi 45%Time respon Xp pada pedal gas posisi 55%Time respon Xp pada pedal gas posisi 70%
24
Bukaan 10% waktu = 17.53 detik
Ratio = 2.22 mm
Bukaan 30% waktu = 9.16 detik
Ratio = 2.45 mm
Bukaan 70% waktu = 19.31 detik
Ratio = 1.84 mm
Bukaan 10% waktu = 6.77 detik
Ratio = 2.22 mm
Bukaan 30% waktu = 5.49 detik
Ratio = 2.45 mm
Bukaan 70% waktu = 5.06 detik
Ratio = 1.84 mm
25
Rasio = 2.06
Waktu = 18 detik
Bukaan 10%Bukaan 10% Rasio = 2.06
Waktu = 7.12 detik
PERBANDINGAN GRAFIK DARI HASIL SIMULASI DAN PENGUJIAN ONLINE (Widjokongko)
26
PERBANDINGAN RESPON TIME
Analisa Grafik :
Pada grafik perbandingan time settling dapat dilihat bahwa waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi steady pada kontrol PID lebih singkat sehingga konsumsi energi listrik yang dibutuhkan untuk menggerakan motor DC lebih kecil.
Grafik Perbandingan Time Settling P vs PID
0
5
10
15
20
25
30
35
10 20 30 45 55 70
Bukaan Valve (%)
Wak
tu (
detik
)
Time Settling PID
Time settling PI
27
Analisa Grafik :
Pada grafik perbandingan time Rise dapat dilihat bahwa waktu yang dibutuhkan untuk mencapai final value pada kontrol PID lebih singkat dan cenderung sama sehingga performance dari kendaraan lebih baik karena lebih responsive.
Grafik Perbandingan Time Rise P vs PID
0
2
4
6
8
10
10 20 30 45 55 70
Bukaan Throttle (%)
Wak
tu (d
etik
)
Time Rise PI
Time Rise PID
28
KESIMPULAN :
Perancangan sistem pengendali rasio pada sistem CVT, dilakukan melalui pemodelan tiap komponen pada sistem kendaraan dengan menggunakan program Simulink Matlab sehingga didapatkan hasil simulasi yang dapat diimplementasikan pada sistem plant CVT.
Penggunaan kontrol PID dapat mereduksi slip yang terjadi pada belt,
hal ini dilihat dari tidak adanya overshoot pada grafik pengujian simulink MATLAB dari setiap variasi putaran
Dari pengendalian rasio yang dirancang didapatkan kinerja pada hasil simulasi yang meliputi:
- Analisa time respon Xp pada kontrol close loop PID diperoleh:
1. Pada bukaan throttle valve 0% - 70% diperoleh time settling maksimum sebesar 4.9 detik dan time raising maksimum sebesar 2.7 detik.
2. Error sistem CVT berdasarkan simulasi MATLAB berdasarkan bukaan pedal gas antara 0% sampai 70%. Sehingga error rata – rata hasil simulasi MATLAB sebesar 8.8 rad/s atau 3.22%
3. Hasil yang terbaik pada kontrol PID diperoleh pada nilai Kp = 1.85, Ki = 0.03, Kd = 3
29
Sekian dan Terima Kasih
Mohon Kritik dan Saran