KENDALI MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN KENDALI MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN KENDALI MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN KENDALI MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN FUZZY SLIDING MODE CONTROLLER BERBASIS FUZZY SLIDING MODE CONTROLLER BERBASIS

DIRECT FIELD ORIENTED CONTROLDIRECT FIELD ORIENTED CONTROL

M. M. KhairulKhairul AmriAmri RosaRosaNRP 2208201012NRP 2208201012

PembimbingPembimbing::Prof. Dr. Ir. Prof. Dr. Ir. SoebagioSoebagio, MSEE, MSEEProf. Dr. Ir. Prof. Dr. Ir. MauridhiMauridhi HeryHery PurnomoPurnomo, M. Eng., M. Eng.

Program MagisterProgram MagisterBidangBidang KeahlianKeahlian TeknikTeknik SistemSistem TenagaTenaga

JurusanJurusan TeknikTeknik ElektroElektroFakultasFakultas TeknologiTeknologi IndustriIndustriFakultasFakultas TeknologiTeknologi IndustriIndustri

InstitutInstitut TeknologiTeknologi SepuluhSepuluh NopemberNopemberSurabayaSurabaya

20102010

Keunggulan motor induksi

RobustKarakteristik

Keunggulan motor induksi

torka tinggi

Konstruksisederhanasederhana

Perawatanmudah MOTOR INDUKSI

Murah

Motor Motor induksiinduksiMotor Motor induksiinduksidalamdalam electric driveelectric drive

kecepatankecepatan variabelvariabel Pengaturankecepatan

frekuensi torkafrekuensitegangan

torka

memerlukanmemerlukan konverterkonverter MODEL dqn

MOTOR MOTOR INDUKSIINDUKSI

Kontrolkecepatan

Mesin induksi non linier dijadikan linier

sulit dikontrolFOC

Konvensional : PIUntukUntuk

KontrolerNon-konvensional : SMC FLC FSMC

UntukUntukmemperbaikimemperbaiki

responrespon

SMC, FLC, FSMC

Model SistemModel Sistem

Next

Model motor induksiModel motor induksiRangkaian ekivalen motor induksi dalam koordinat dqn

R λω L L λωω )( − R

dsλ

sR qseλωsLl rLl

dsi

mL

qrre λωω )(rR

dri

drλdsV drVds m dr

Sumbu d

ds dr`

sR dseλωsLl rLl

qsi

drre λωω )( −rR

qri

qsλq

mLq

qrλqsV qrV

Sumbu q

Model motor induksiModel motor induksiPersamaan tegangan motor induksi

Persamaan fluksiPersamaan fluksi

Model motor induksiModel motor induksiPersamaan torka elektromagnetik

Persamaan mekanis motor induksi

Field oriented controlField oriented control

Si

S l d

FOCFOC Sistemdecoupled

Sistem coupledtorka dan fluks berada pada

rangkaian yang sama

torka dan fluks dapatdikontrol secara terpisah

q

eωsI0=qrλ

sumbu d diletakkan padasumbu fluks rotor

0=λ λλ =

θ

d

dsiqsi rωrd

rdr λλ =

0=qrλ drr λλ =

LP3

menghasilkan persamaan torkaseperti motor dc

rθ

slθ

eθsd

qsdrr

me i

LLPT λ

223

=

Back

Field oriented controlField oriented controlPerhitungan sudut rotor

InverterInverter

MembangkitkanMembangkitkantegangantegangan ac ac dengandengan

i di d dd f k if k imagnitudmagnitud dandan frekuensifrekuensiyang yang dapatdapat diaturdiatur

HB-PWM

CRPWMPWM

CRPWM

SPWM

SVPWM

Space vector PWMSpace vector PWMSasaran SVPWM untuk memperkirakan tegangan referensidalam vektor ruang menggunakan delapan pola switching g gg p p gdengan periode sampling tertentu

Space vector teganganSpace vector tegangan

dengan

Space vector PWMSpace vector PWMKombinasi urutan switching inverter membentuk 8 pola switching

State 1-6 menghasilkan vektor tegangan aktif yang membagi suatuheksagonal menjadi 6 sektorState 0 dan 7 menghasilkan vektor tegangan nolState 0 dan 7 menghasilkan vektor tegangan nol

Bentuk tegangan keluaran inverterBentuk tegangan keluaran inverterTegangan fasa

Tegangan line-to-line

Back

Sliding mode controllerSliding mode controllerTeknik kontrol yang melakukan switching berdasarkan keadaansistem.

Memaksa lintasan sistem menuju permukaan sliding s=0

Sliding pada permukaan begitu mencapai permukaanSliding pada permukaan begitu mencapai permukaan

Sliding mode controlSliding mode controlKeunggulan SMC

Penerapan sederhanaPenerapan sederhanaStabilRobustRobustRespon dinamik yang baik

Sliding mode controlSliding mode controlMemecah fungsi kontrol u

adalah kontrol ekivalenadalah kontrol ekivalenkontrol tidak kontinu menimbulkanchattering

Mereduksi chattering dengan memperhalus fungsi kontrol

Fuzzy sliding mode controllerFuzzy sliding mode controllerKombinasi SMC dan FLCMenggabungkan kelebihan masing-masing kontrolerMenggabungkan kelebihan masing masing kontrolerFLC menggantikan fungsi kontrol SMC yang tidak kontinudengan sistem inferensi fuzzy

Struktur FSMC:

Back

SimulasiSimulasiMenggunakan program Matlab/SimulinkProsedur Simulasi:Prosedur Simulasi:

Membuat model sistem menggunakan SIMULINKModel motor induksiBlok diagram inverterBlok diagram inverterBlok kontroler

Membuat model SMCSimulasi dengan SMCMendapatkan parameter optimumMembuat desain FSMCSimulasi dengan FSMCAnalisis dan kesimpulan

Model SimulinkModel Simulink

wr

lputaran rotor

m

Te

is_abc

fluks

pulsa

torka elektro-magnetik

arus stator

fl k d

Vdc

fluks_dr

tegangan outputinverter

Iabc

wr

pulsa

Parameter mesinParameter mesin

Space-Vector PWMSpace Vector PWM

TransformasiTransformasi dqdq –– abcabc(4.12)(4.12)( )( )

TransformasiTransformasiabcabc –– dqdq stasionerstasioner ((αβαβ))

(4.13)(4.13)

PerhitunganPerhitungan sudutsudut fasafasa(4.15)(4.15)

PenentuanPenentuan sektorsektor

PerhitunganPerhitungan waktuwaktuswitchingswitchingswitchingswitching

(2.54) (2.54) –– (2.56)(2.56)

PembangkitanPembangkitan pulsapulsa

KontrolerKontrolerBlok kontroler terdiri atas:

Kontroler kecepatanKontroler kecepatanKontroler arus iqs

Kontroler arus ids

Kontroler yang digunakan:Sliding mode controlFuzzy sliding mode control

Kontroler kecepatan SMCKontroler kecepatan SMC

Kontroler arus iqs SMCKontroler arus iqs SMC

Kontroler arus ids SMCKontroler arus ids SMC

FSMC kontroler kecepatanFSMC kontroler kecepatan

sinyal error putaran referensi dengan putaran aktualinput

arus sumbu q referensi (i*qs)output

FLC pada kontroler kecepatanFLC pada kontroler kecepatan

1

an

NB NS ZE PS PB

Fungsi Keanggotaan Input Pengendali Kecepatan

1

an

NB NS ZE PS PB

Fungsi Keanggotaan Output Pengendali Kecepatan

0.2

0.4

0.6

0.8

eraj

at k

eang

gota

a

0.2

0.4

0.6

0.8

eraj

at k

eang

gota

a

-1 -0.5 0 0.5 1

0

sw

De

-1 -0.5 0 0.5 1

0

un

De

Parameter FLCTipe : MamdaniMetode AND : MINMetode OR : MAX

Basis Aturan untuk FLC:• If sw is NB Then un is NB• If sw is NS Then un is NS• If sw is ZE Then un is ZEMetode OR : MAX

Implikasi : MINAggregasi : MAXDefuzzifikasi : CENTROID

If sw is ZE Then un is ZE• If sw is PS Then un is PS• If sw is PB Then un is PB

FSMC kontroler arus iqsFSMC kontroler arus iqs

sinyal error arus iqs referensi dengan iqs pengukuraninput

perubahan error dalam selang waktu Tsinput

tegangan sumbu q referensi (v*qs)output

FSMC kontroler arus idsFSMC kontroler arus ids

sinyal error arus ids referensi dengan ids pengukuran

perubahan error dalam selang waktu Ts

input

input

tegangan sumbu q referensi (v*ds)output

FLC pada kontroler arusFLC pada kontroler arus

1

an

NB NS ZE PS PB

Fungsi Keanggotaan Input 1 Pengendali Arus

1

an

NB NM NS ZE PS PM PB

Fungsi Keanggotaan Output Pengendali Arus

0.2

0.4

0.6

0.8

eraj

at k

eang

gota

a

0.2

0.4

0.6

0.8

eraj

at k

eang

gota

a

-1 -0.5 0 0.5 1

0

s

De

Fungsi Keanggotaan Input 2 Pengendali Arus

-1 -0.5 0 0.5 1

0

un

De

0.6

0.8

1

kean

ggot

aan

NB NS ZE PS PB Parameter FLCTipe : MamdaniMetode AND : MINMetode OR : MAX

-1 -0.5 0 0.5 1

0

0.2

0.4

d

Der

ajat

k

Metode OR : MAXImplikasi : MINAggregasi : MAXDefuzzifikasi : CENTROID

ds

FLC pada kontroler arusFLC pada kontroler arus

Basis aturan FLC pada pengendali arus

Δss PB PS ZE NS NB

NB NB NB NM NS ZE

NS NB NM NS ZE PS

ZE NM NS ZE PS PMZE NM NS ZE PS PM

PS NS ZE PS PM PB

PB ZE PS PM PB PBPB ZE PS PM PB PB

Hasil Simulasi

Simulation Results

Simulasi menggunakan SMCSimulasi menggunakan SMCUntuk mendapatkan nilai parameter kendali yang optimum.pIndeks performansi sistem dievaluasi menggunakan:

Variasi nilai k k dan kVariasi nilai kw, kq, dan kdRange kw : 200 – 600Range kq dan kd : 500 – 2000, masing-masing dengan step 50.g q d g g g p

Simulasi dengan kecepatan referensi 200 rad/s tanpabeban.

Dari hasil pengujian indeks

Perubahan kw terhadap indeks performansi Hasil Simulasi

performansi J, diperoleh parameter kendali SMC:

kw = 400

kq = 1900

kd = 1900

Indeks performansi terkecil:

J = 5961,8

Nilai kw, kq, dan kd digunakan untuk

Perubahan kq dan kd terhadap indeks performansi

w q d gFOC dengan pengendali FSMC

Perbandingan performansi FSMC dan SMCdan SMC

Perbandingan performansi FSMC dan SMCdan SMC

Perbandingan performansi FSMC dan SMCdan SMC

Performansi FSMC SMC

Rise time (detik) 0 260 0 322Rise time (detik) 0.260 0.322

Steady-state time (detik) 0.310 0.345

Overshoot 0% 0%

Performansi pada kecepatanbervariasibervariasi

Bentuk gelombang tegangan output line-to-line inverter

Performansi pada kecepatanbervariasibervariasi

Data simulasi

Waktu (detik) 0 1 2

Kecepatan referensi (rad/s) 100 200 50

Plot kecepatan Plot λdr

Performansi pada kecepatanbervariasibervariasi

Data simulasi

Waktu (detik) 0 1 2

Kecepatan referensi (rad/s) 100 200 50

Plot torka elektromagnetik Plot arus line stator

Performansi pada kecepatanbervariasibervariasi

P f iRise time Steady state Overshoot

Performansis

ys %

Putaran naik: 0 – 100 rad/s 0.17 0.22 0

Putaran naik: 100 – 200 rad/s

Putaran turun: 200 – 50 rad/s

0.10 0.14 0

0 17 0 23 0Putaran turun: 200 50 rad/s 0.17 0.23 0

Performansi pada torka bebanbervariasibervariasi

Data simulasi

Waktu (detik) 1 1 5 2 2 5Waktu (detik) 1 1.5 2 2.5

Torka beban (Nm) 300 0 -150 0

Kecepatan referensi (rad/s) 200

Plot kecepatan

Performansi pada torka bebanbervariasibervariasi

Data simulasi

Waktu (detik) 1 1 5 2 2 5Waktu (detik) 1 1.5 2 2.5

Torka beban (Nm) 300 0 -150 0

Kecepatan referensi (rad/s) 200

Plot torka elektromagnetik Plot arus line stator

KesimpulanKesimpulanFOC berhasil diterapkan untuk mengatur torka dan fluksmotor induksi secara terpisah seperti pada mesin arus searah. Penggunaan (FSMC) sebagai pengendali memberikan responyang robust terhadap perbahan parameter dan perubahanbeban serta kendali yang halus tanpa overshoot baik pada saaty g p paccelerating dan decelerating, pada saat terjadi gangguan bebandan perubahan parameter, yang baik untuk dinamik kendaraanelektrik. Respon kecepatan FSMC lebih baik dibanding SMC. Padakecepatan referensi 200 rad/s, FSMC mencapai steady statepada 0 31 detik dengan rise time 0 26 detik SMC mencapaipada 0.31 detik dengan rise time 0.26 detik. SMC mencapaisteady state pada 0.345 detik dengan rise time 0.322 detik.FSMC mengoptimalkan torka elektromagnetik motor, sehingga

h ilk l bih t dib di SMCmenghasilkan respon yang lebih cepat dibanding SMC.

Daftar PustakaDaftar Pustaka1. Bousserhane, I. K., A. Hazzab, P. Sicard, M. Rahli, B. Mazari, and M. Kamli, Fuzzy Sliding

Mode Based on Indirect Field Orientation for Induction Motor Drive, IEEE Transactions on., 2006 pp 537-5422006, pp.537 542.

2. Meroufel, A., A. Massoum, P. Wira, A Fuzzy Sliding Mode Controller for A Vector Controlled Induction Motor, IEEE Transaction on, 2008, pp. 1873-1878.

3. Swamy, R. L. and P. S. Kumar, Speed Control of Space Vector Modulated Inverter Driven y, , p f pInduction Motor, Proceedings of the International Multi Conference of Engineers and Computer Scientists, 2008, Hong Kong.

4. Soebagio,”Model Mesin AC pada Koordinat dqn”, Materi kuliah Mesin Sinkron Lanjut, I tit t T k l i S l h N b 2006Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2006

5. Faiz, J., M. Sharifian, A. Keyhani, A. Proca, Sensorless Direct Torque Control of Induction Motors Used in Electric Vehicle, IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 18, 2003.

6 Tunyasrirut S and S Srilad Fuzzy Logic Control for a Speed Control of Induction Motors 6. Tunyasrirut, S. and S. Srilad, Fuzzy Logic Control for a Speed Control of Induction Motors using Space Vector Pulse Width Modulation, Proc. of World Academy of Science, Engineering and Technology, 2007, pp.71-77.

7. Noaman, M., Speed Control for IFOC Induction Machine with Robust Sliding Mode Controller, Asian Journal of Scientific Research, I (4), 2008, pp 324-337.

Daftar PustakaDaftar Pustaka8. Bose, Bimal K., Modern Power Electronics and AC drives, Prentice Hall Ptr, 2002.

9. Ong, Chee-Mun, Dynamic Simulation of Electric Machinery using Matlab/Simulink, Prentice H ll PTR N J 1998Hall PTR, New Jersey, 1998.

10. Casadei, D., F. Profumo, G. Serra, and A. Tani, FOC and DTC: Two Viable Schemes for Induction Motor Torque Control, IEEE Transaction on Power Electronics, vol. 17 no. 5, 2002, pp 779-786.

11. Yuhendri, Muldi, Penggunaan Fuzzy Logic Controller (FLC) Untuk Maximum Output Power Tracking (MOPT) pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin dengan Kecepatan Variabel, PPS Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 2009.

12. Mohan, Ned, Advanced Electric Drive: Analysis, Control and Modeling using Simulink, MNPERE, Minneapolis, 2001.

13. T. Fu, W. Xie, “Novel Sliding Mode Control of Induction Motor Using Space Vector Modulation Technique” ISA Trans 44 2005 pp 481 490Modulation Technique , ISA Trans. 44, 2005, pp 481–490

14. Kusumadewi, Sri, Analisis & Desain Sistem Fuzzy, Graha Ilmu, Yogyakarta, 2002.

15. Prabowo, Gigih, Metoda Direct Torque Control pada Pengaturan Kecepatan Motor InduksiTanpa Sensor Dengan Menggunakan Sliding Mode Control, PPS Institut Teknologi SepuluhTanpa Sensor Dengan Menggunakan Sliding Mode Control, PPS Institut Teknologi SepuluhNopember, Surabaya, 2008.

Terima kasih