DESAIN KONTROL PID UNTUK MENGATUR KECEPATAN MOTOR DC PADA ... · (driver) dan puli yang digerakkan...

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).

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%






Bukaan 10% waktu = 18.49 detik

Perpindahan Fork = 9.49 mm









Bukaan 30% waktu = 4,37 detik


23













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


Ratio = 2.22 mm


Ratio = 2.45 mm


Ratio = 1.84 mm


Ratio = 2.22 mm


Ratio = 2.45 mm


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

DESAIN KONTROL PID UNTUK MENGATUR KECEPATAN MOTOR DC PADA ... · (driver) dan puli yang digerakkan...

Documents

Transcript of DESAIN KONTROL PID UNTUK MENGATUR KECEPATAN MOTOR DC PADA ... · (driver) dan puli yang digerakkan...