dengan menggunakan logika kabur (fuzzy …... · sistem mobil listrik berpenggerak motor dc (fuzzy...
TRANSCRIPT
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PENINGKATAN EFISIENSI PENGGUNAAN DAYA PADA
SISTEM MOBIL LISTRIK BERPENGGERAK MOTOR DC
DENGAN MENGGUNAKAN LOGIKA KABUR (FUZZY LOGIC)
OLEH :
HERY TRI WALOYO
I 0405030
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
PENINGKATAN EFISIENSI PENGGUNAAN DAYA PADA
SISTEM MOBIL LISTRIK BERPENGGERAK MOTOR DC
DENGAN MENGGUNAKAN LOGIKA KABUR (FUZZY LOGIC)
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
OLEH :
HERY TRI WALOYO
I 0405030
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
MOTTO
¨βÎ* sù yìtΒ Î� ô£ãè ø9 $# #��ô£ç„ ∩∈∪ ¨βÎ) yìtΒ Î�ô£ãè ø9 $# #Z�ô£ç„ ∩∉∪ #sŒ Î* sù |M øî t�sù ó= |ÁΡ$$sù ∩∠∪
Karena Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.
Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka
apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah
dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain (Al-Ayat)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ABSTRAK
Pembuatan mobil listrik adalah penting sebagai solusi untuk mengatasi
permasalahan isu dibidang trasportasi. Penelitian dilaksanakan untuk mengetahui
penghematan energi listrik yang digunakan pada mobil listrik berpenggerak motor
DC dengan metode pengaturan logika kabur. Penelitian dilakukan dengan
memberikan kontrol logika kabur sebagai pengambilan keputusan. Perintah
masukan pada kontrol logika kabur adalah kecepatan referensi. Pengujian
dilaksanakan dalam kondisi tanpa pembebanan dan ditinjau pada saat start hingga
mencapai kecepatan tunak. Penelitian dikerjakan dengan langkah pembuatan
simulasi dan dibuktikan pada penerapan mobil listrik nyata. Hasil dari penelitian
menunjukkan penghematan waktu dengan kontrol logika kabur pada simulasi
sebesar 67% dan penerapan nyata 30%. Penghematan energi dengan
menggunakan kontrol logika kabur pada simulasi 64.55%. Kesimpulan dari
penelitian adalah kontrol logika kabur dapat mengurangi waktu yang dibutuhkan
untuk mencapai kecepatan referensi dan mengurangi penggunaan energy saat
starting pada sistem mobil listrik.
Kata kunci: pengaturan, motor DC, mobil listrik, logika kabur, penghematan
energi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
ABSTRACK
Manufacture of electric cars is important, in order to solve the problem in
transportation issue. Research is done to investigate power efficiency usage in
electric car controlled system which is operated with DC motor by using fuzzy
logic. Research is done by giving fuzzy logic control to take the choice. Input in
fuzzy logic control is speed reference. Research is done at no load condition and
from start to steady state condition. The study begun by performing simulations
and then continue by application in the real electric car. The result shows saving
time the control by using fuzzy logic in the simulations by 67% and 30% for real
application. Energy saving by using fuzzy logic is 64.55% in the simulations. It
can be concluded that by using the fuzzy logic control can be reduced the use of
time to get speed reference and reduced energy used at starting time in electric
car system.
Key word: control, DC motor, Fuzzy logic, energy saving
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Wr. Wb
Alhamdulillah, puji syukur atas semua nikmat Allah SWT yang telah
dilimpahkan kepada semua ciptaan-Nya, termasuk kepada penulis sehingga tugas
akhir yang berjudul “Peningkatan Efisiensi penggunaan Daya pada Sistem Mobil
Listrik Berpenggerak Motor DC Dengan Menggunakan Logika Kabur (Fuzzy
Logic)“ dapat terselesaikan dengan baik. Sholawat dan Salam semoga tetap
terlimpah kepada Rosululloh SAW yang telah menunjukkan jalan lurus kepada
umat manusia.
Pelaksanaan penelitian hingga penyusunan penulisan dalam tugas akhir ini
tidak lepas dari berbagai kendala, akan tetapi dengan ijin Alloh banyak orang
yang membantu penulis untuk menyelesaikan permasalahan yang penulis hadapi
saat mengerjakan tugas akhir. Oleh karena itu penulis menyampaikan ucapan
terima kasih sebesar-besarnya kepada:
1. Prof. Muhammad Nizam, S.T., M.T., Ph.D., selaku pembimbing I dan
Purwadi Joko Widodo, S.T., M.KOM., selaku pembimbing II, terima kasih
telah membimbing penulis untuk menyelesaikan TA ini.
2. Bapak-bapak Dosen tim penguji ( Didik Djoko, S.T., MT., Eko Prasetyo B,
S.T., MT., dan Wahyu Purwo R, S.T.,M.T.) yang telah memberikan saran
dan kritik kepada penulis tentang isi penulisan TA.
3. Bambang Kusharjanta, S.T., M.T., selaku pembimbing akademik penulis.
4. Bapak Didik Djoko Susilo, S.T., M.T., selaku ketua jurusan Teknik Mesin
UNS yang telah membantu kelancaran TA penulis.
5. Bapak Maji dan Ibu Semi, karena beliau berdua penulis ada di dunia ini.
Terima kasih bapak, ibu anakmu ini tidak akan pernah bisa membalas
kebaikan kalian berdua.
6. Mawan Jupriyanto dan dek Hasyim yang telah menyemangati penulis
sehingga semakin menambah bersemangat untuk segera menyelesaikan
penelitian maupaun penyusunan laporan.
7. Rekan – rekan teknik mesin angkatan 2005 (yang berjumlah 20
mahasiswa), terima kasih atas semua bantuannya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
8. Rekan – rekan sekalian yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu, terima
kasih atas dukungan yang diberikan.
Semoga makalah Tugas Akhir penulis bisa bermanfaat bagi pembaca.
Wassalamu’alaikum Wr Wb
Surakarta, 2012
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .............................................................................. i
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................. ii
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ...................................... iii
ABSTRAK ............................................................................................. iv
ABSTRACK ........................................................................................... v
KATA PENGANTAR ............................................................................ vi
DAFTAR ISI .......................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR .............................................................................. x
DAFTAR TABEL .................................................................................. xii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1
1.1. Latar Belakang Masalah ................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah ......................................................... 2
1.3. Batasan Masalah ............................................................... 3
1.4. Tujuan dan Manfaat ......................................................... 3
BAB II DASAR TEORI .......................................................................... 4
2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................. 4
2.2. Dasar Teori ..................................................................... 5
2.2.1 Mobil Listrik ....................................................... 5
2.2.2 Motor DC ............................................................ 6
2.2.3 Catu Daya ........................................................... 8
2.2.4 Kontrol Kecepatan ............................................... 9
2.2.5 Mikrokoontroller ATmega16 ............................... 10
2.2.6 Komponen Elektronika ........................................ 11
2.2.7 Sensor Kecepatan ................................................ 16
2.2.8 Logika Kabur ...................................................... 17
2.2.9 Kecepatan ............................................................ 21
2.2.10 Jarak Tempuh ...................................................... 22
2.2.11 Daya Listrik ........................................................ 23
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................. 24
3.1. Lokasi Penelitian ............................................................ 24
3.2. Objek penelitian .............................................................. 24
3.3. Peralatan yang Digunakan ............................................... 24
3.4. Skema Alat ..................................................................... 24
3.4.1. Perangkat Lunak Penalaran kontrol Logika Kabur
(Toolbox Fuzzy) ................................................... 25
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
3.4.2. Permodelan ......................................................... 26
3.4.3. Aplikasi Perangkat Keras..................................... 27
3.5. Tahap Persiapan .............................................................. 29
3.6. Tahap Pengujian ............................................................. 29
BAB IV DATA DAN ANALISA ............................................................ 32
4.1. Simulasi dengan Toolbox Fuzzy ...................................... 32
4.2. Simulasi dengan Permodelan .......................................... 38
4.2.1. Penyusunan Diagram Simulasi Pengaturan ............ 38
4.2.2. Simulasi Pengaturan Motor DC ............................. 44
4.2.3. Simulasi Pengaturan kontrol logika kabur .............. 48
4.2.4. Perbandingan Respon Kecepatan ........................... 54
4.2.5. Perbandingan Konsumsi Energi ............................. 59
4.2.6. Perbandingan konsumsi energi per jarak tempuh .... 62
4.3. Penerapan kontrol pada mobil listrik ............................... 65
4.3.1. Pembuatan Program ............................................... 65
4.3.2. Perbandingan Pengaturan Motor DC ...................... 65
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................... 70
5.1 Kesimpulan ...................................................................... 70
5.2 Saran ............................................................................... 70
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................. 71
LAMPIRAN ........................................................................................... 73
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Komponen utama mobil listrik .......................................... 6
Gambar 2.2. Rangkaian Ekivalen motor DC .......................................... 7
Gambar 2.3. Aki Basah ......................................................................... 8
Gambar 2.4. Signal PWM ..................................................................... 9
Gambar 2.5. Rangkaian pengendali kecepatan motor ............................. 10
Gambar 2.6. Arsitektur Mikrokontroller ATmega16 .............................. 11
Gambar 2.7. Simbol Transistor Bipolar ................................................. 12
Gambar 2.8. Simbol dan bentuk MOSFET ............................................ 13
Gambar 2.9. Simbol dan bentuk fisik resistor tetap ................................ 13
Gambar 2.10. Struktur dan simbol dioda ................................................. 14
Gambar 2.11. Dioda dengan bias maju .................................................... 14
Gambar 2.12. Dioda dengan bias negatif ................................................. 14
Gambar 2.13. IC L293............................................................................. 15
Gambar 2.14. Rangkaian ekivalen input-output ....................................... 16
Gambar 2.15. Sensor kecepatan ............................................................... 16
Gambar 2.16. Rangkaian sensor kecepatan .............................................. 16
Gambar 2.17. Grafik fungsi sigmoid ....................................................... 18
Gambar 2.18. Grafik fungsi Phi............................................................... 18
Gambar 2.19. Grafik fungsi segitiga ........................................................ 18
Gambar 2.20. Grafik fungsi trapesium ..................................................... 19
Gambar 2.21. Gerak rotasi ....................................................................... 22
Gambar 3.1. Editor ................................................................................ 25
Gambar 3.2. Viewer .............................................................................. 26
Gambar 3.3. Permodelan ....................................................................... 26
Gambar 3.4. Bagan alur kerja kendali mobil listrik ................................ 27
Gambar 3.5. Sensor kecepatan ............................................................... 28
Gambar 3.6. Rangkaian Kit ATmega16 ................................................. 28
Gambar 3.7. Diagram alir pelaksanaan penelitian .................................. 31
Gambar 4.1. Antarmuka Toolbox Fuzzy ................................................. 32
Gambar 4.2. Variabel Input ................................................................... 33
Gambar 4.3. Variabel Output ................................................................. 34
Gambar 4.4. Editor aturan dasar ............................................................ 35
Gambar 4.5. Rule Surface ..................................................................... 37
Gambar 4.6. Diagram motor DC............................................................ 39
Gambar 4.7. Diagram IGBT .................................................................. 40
Gambar 4.8. Pembangkit PWM ............................................................. 41
Gambar 4.9. Output PWM ..................................................................... 42
Gambar 4.10. Kontrol Logika kabur ........................................................ 42
Gambar 4.11. Input kontrol kecepatan ..................................................... 45
Gambar 4.12. Respon kecepatan motor DC ............................................. 45
Gambar 4.13. Input kontrol kecepatan ..................................................... 46
Gambar 4.14. Respon kecepatan motor DC ............................................. 47
Gambar 4.15. Input kontrol kecepatan ..................................................... 47
Gambar 4.16. Respon kecepatan motor DC ............................................. 48
Gambar 4.17. Respon kecepatan kontrol logika kabur ............................. 49
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
Gambar 4.18. Respon kecepatan (potongan A-A) .................................... 50
Gambar 4.19. Input PWM ....................................................................... 51
Gambar 4.20. Nilai Input kontrol logika kabur ........................................ 51
Gambar 4.21. Delta PWM ....................................................................... 52
Gambar 4.22. Motor DC dipercepat ......................................................... 53
Gambar 4.23. Motor DC diperlambat ...................................................... 53
Gambar 4.24. Respon kecepatan pengaturan biasa ................................... 54
Gambar 4.25. Respon kecepatan kontrol logika kabur ............................. 55
Gambar 4.26. Perbandingan respon kecepatan ......................................... 55
Gambar 4.27. Perbandingan waktu naik .................................................. 56
Gambar 4.28. Perbandingan waktu tunak ................................................ 58
Gambar 4.29. Persentase penyimpangan .................................................. 59
Gambar 4.30. Konsumsi energi pada waktu naik ..................................... 60
Gambar 4.31. Konsumsi energi pada waktu tunak ................................... 61
Gambar 4.32. Penggunaan arus listrik per_jarak tempuh ......................... 62
Gambar 4.33. Perbandingan konsumsi energi per_jarak tempuh .............. 64
Gambar 4.34. Efisiensi penggunaan energi per_jarak tempuh .................. 64
Gambar 4.35. Diagram alir algoritma pemrograman ................................ 65
Gambar 4.36. Perdandingan respon kecepatan terhadap Input PWM ....... 67
Gambar 4.37. Persen Error respon kecepatan motor DC Nyata-Simulasi . 67
Gambar 4.38. Perbandingan waktu naik motor DC .................................. 68
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Konfigurasi PORT ATmega16 dan fungsinya ........................ 29
Tabel 4.1. Fungsi keanggotaan Input ...................................................... 33
Tabel 4.2. Fungsi keanggotaan Output ................................................... 34
Tabel 4.3. Aturan dasar kontrol logika kabur .......................................... 35
Tabel 4.4. Hubungan Input-Output logika kabur ..................................... 37
Tabel 4.5. Penyusun diagram pembangkit signal PWM .......................... 40
Tabel 4.6. Komponen pengaturan kontrol logika kabur .......................... 43
Tabel 4.7. Perbandingan simulasi respon waktu naik motor DC ............. 56
Tabel 4.8. Perbandingan simulasi respon waktu tunak motor DC ............ 57
Tabel 4.9. Karakteristik starting kontrol logika kabur ............................. 58
Tabel 4.10. Konsumsi energi pada kondisi waktu naik ............................. 60
Tabel 4.11. Konsumsi energi pada kondisi waktu naik ............................. 61
Tabel 4.12. Konsumsi energi per_jarak tempuh ........................................ 63
Tabel 4.13. Respon kecepatan dengan PWM ............................................ 66
Tabel 4.14. Perbandingan waktu tunak motor DC ..................................... 68
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
DAFTAR LAMPIRAN
Tabel 3.2. Pengaturan Simulasi Pengaturan Kontrol Logika Kabur ....... 74
Tabel 3.3. Program Mikrokontroller ..................................................... 77
Tabel 3.4. Data Sheet Komponen ......................................................... 84
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Krisis energi dan isu lingkungan merupakan isu sentral yang menjadi
perhatian negara maju maupaun berkembang. Banyak penelitian yang telah
dilakukan untuk mengatasi hal tersebut diantaranya konversi energi, penggunaan
sumber energi terbarukan dan peningkatan efisiensi (Lund, 2010). Sektor terbesar
penyumbang krisis energi dan kerusakan alam adalah bidang transportasi.
Kesadaran lingkungan dan dampak krisis energi menjadikan trend penelitian
bidang transportasi mengarah pada penggunaan energi listrik sebagai pengganti
sumber energi fosil yang semakin menipis ketersediaannya dan menimbulkan
pencemaran udara (Leitman, 2009).
Solusi untuk mengatasi kelangkaan energi dan menjaga lingkungan adalah
dengan menggunakan energi alternatif, salah satunya adalah energi listrik. Energi
listrik dapat dihasilkan dari berbagai sumber energi baru dan terbarukan
diantaranya matahari, angin, mikro hidro, fuel cell dan masih banyak sumber lain
yang dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit energi listrik. Salah satu
pemanfaatan energi listrik bidang transportasi adalah mobil listrik. Energi listrik
dirubah menjadi gerak oleh motor listrik sehingga pada pengoperasian tidak
menghasilkan emisi sama sekali (Leitman, 2009).
Dalam mobil listrik digunakan motor listrik untuk menghasilkan gaya
dorong yang menjadikan mobil dapat melaju. Teknologi motor listrik yang
digunakan adalah motor penggerak arus searah (motor DC). Motor DC memiliki
sifat linear sehingga pengaturan kecepatan motor DC bisa langsung diatur tanpa
menggunakan alat tambahan berupa inverter seperti pada pengaturan kecepatan
motor AC. Dengan sedikitnya sistem kelistrikan yang digunakan akan mendukung
terbentuknya sistem yang hemat energi (Beaty 1998).
Pengaturan kecepatan putar motor dapat dilakukan dengan membangun
sebuah sistem kontrol yang didalamnya ditanamkan algoritma pengaturan. Salah
satu algoritma pengaturan yang banyak digunakan adalah kecerdasan buatan yang
memiliki fleksibilitas tinggi dalam kinerjanya melakukan pengaturan. Agar proses
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
pengaturan kecepatan menjadi semakin mudah dan efisien, penggunaan
kecerdasan buatan kemudian ditanamkan kedalam sistem pengaturan. Untuk
membangun sebuah kecerdasan buatan digunakan suatu metode atau logika
tertentu dalam pengambilan keputusan, salah satu metode yang digunakan untuk
pengtauran adalah logika kabur. Metode pengendalian dengan logika kabur
mempunyai kelebihan dibandingkan dengan jenis pengendalian lainnya,
diantaranya adalah tidak diperlukan model matematis yang rumit dari sistem yang
akan dikendalikan dan algoritma pengendaliannya sangat sederhana (Saffiotti,
1997).
Kelebihan algoritma logika kabur adalah penggunaan daya listrik dapat
disesuaikan dengan kebutuhan. Solusi kontrol logika kabur dapat digunakan untuk
sistem yang komplek ketika solusi yang biasanya (PID control) tidak mampu
memberikan solusi (Naba, 2009). Logika kabur adalah teknik yang dikembangkan
secara sistematis maupun matematik yang mengikuti pola logika dan pengambilan
keputusan dari manusia, sehingga aturan logika kabur dapat dikembangkan
berdasarkan pengetahuan dari pengguna. Potensi perkembangan pengetahuan
manusia tidak terbatas yang berarti pengembangan aturan logika kabur juga tak
terbatas, sehingga persoalan sekomplek apapun dapat diselesaikan dan penerapan
logika kabur dapat diterapkan.
Salah satu tujuan penelitian ini adalah untuk meningkatkan efisiensi
penggunaan daya listrik dengan menggunakan metode logika kabur. Efisiensi ini
diperoleh dengan menyesuaikan sumber daya kebutuhan dengan dan yang
disediakan agar rugi-rugi daya menjadi semakin kecil.
1.2. Perumusan masalah
Bagaimana kontrol kecerdasan buatan dengan logika kabur mampu
memberikan peningkatan efisiensi penggunaan daya listrik pada sistem mobil
listrik berpenggerak motor DC.
1.3. Batasan masalah
Pada penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut ini :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1. Motor penggerak tanpa pembebanan.
2. Membandingkan karakteristik pengaturan pada saat starting hingga keadaan
waktu tunak.
3. Daya keluaran diukur dari respon kecepatan motor.
4. Rugi-rugi mekanik dan elektrik dianggap sama pada setiap pengujian.
1.4. Tujuan dan Manfaat
Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk :
1. Membuat sebuah kecerdasan buatan berdasarkan logika kabur.
2. Mengetahui perbandingan efisiensi mobil listrik berpenggerak motor DC
tanpa kontrol tambahan dibanding dengan tambahan kontrol kecerdasan
buatan berdasarkan logika kabur.
Hasil yang diperoleh dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan
manfaat sebagai berikut :
1. Terbangun sebuah kecerdasan buatan berdasarkan logika kabur yang mampu
meningkatkan efisiensi penggunaan daya listrik pada mobil listrik
berpenggerak motor DC.
2. Diketahui bagaimana logika kabur mampu memberikan peningkatan efisiensi
penggunaan daya listrik pada motor listrik berpenggerak motor DC.
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
Resmana (1999) melakukan penelitian terhadap alat pembuat gerabah
yang diputar dengan menggunakan motor DC Servo. Pengaturan kecepatan
dikontrol menggunakan mikrokontroler 8031 dengan algoritma pemrograman
kontrol logika kabur. Dari data yang diperoleh menunjukkan bahwa respon sistem
cukup cepat dalam mengejar nilai referensi kecepatan dalam berbagai variasi yaitu
variasi kecepatan referensi, variasi beban dan variasi aturan dasar. Kontrol logika
kabur merupakan salah satu sistem kontrol yang redundant atau fault tolerant
yang artinya kontrol logika kabur masih dapat bekerja dengan adanya
pengurangan beberapa rule, maupun jika terjadi kesalahan kecil dalam
pemrogramannya, tanpa adanya perubahan yang signifikan.
Era Purwanto (2008) melakukan penelitian tentang pengembangan inverter
dengan kontrol logika kabur untuk pengendalian motor induksi sebagai
penggerak mobil listrik dengan metoda vektor kontrol. Dari hasil percobaan
didapatkan bahwa dengan menggunakan pengaturan logika kabur akan
mempercepat waktu naik dan waktu yang digunakan hingga keadaan tunak.
Kesalahan tunak yang dihasilkan menjadi lebih kecil 50% dibanding tanpa kontrol
logika kabur.
Endro wahjono (2009) Melakukan penelitian tentang pengembangan
metode pengaturan kecepatan motor induksi tanpa sensor (sensorless)
menggunakan Direct torque Control (DTC) dengan Fuzzy Logic Control (FLC).
Dengan meggunakan metoda DTC memungkinkan untuk mengontrol secara
langsung torka dan fluks stator. Dengan menggunakan Fuzzy Logic Direct Torque
Control (FLDTC) mampu untuk mengikuti kecepatan referensi yang dinamis
dengan baik serta dapat menekan penyimpangan sampai ke derajat yang sangat
rendah.
Arman (2009) melakukan penelitian pada pengaturan kecepatan dengan
metode pengaturan kecepatan putar motor induksi tanpa sensor menggunakan
metode fuzzy logic sliding mode controller (FLSMC). Direct torque control
(DTC) digunakan sebagai basis estimasi parameter kontrol. Hasil yang diperoleh
melalui simulasi menunjukkan respon kecepatan putar yang cepat dalam kondisi
start, perubahan beban dan perubahan nilai kecepatan referensi. Khusus pada
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
kondisi perubahan beban, respon kecepatan hampir tidak mengalami perubahan
kecepatan atau bisa dikatakan respon kecepatan kokoh bila ada gangguan.
Assanov (2009) melakukan penelitian mengenai peningkatan kinerja
Coding Line Conveyer system (CLC), merupakan bagian utama yang digunakan
pada proses pengelompokan paket kiriman yang digunakan pusat logistik Swiss.
Pada kondisi normal tanpa menggunakan kontroller, koveyor berjalan dengan
kecepatan tetap. Logika kabur melakukan pengaturan kecepatan belt. Jika
didapatkan data alamat tujuan paket kiriman sama atau saling berdekatan, kontrol
kecepatan akan diatur oleh logika kabur. Dengan menggunakan kontrol logika
kabur didapatkan peningkatan kapasitas kerja.
Valera dkk. (2009) menjelaskan mengenai arsitektur dan metodologi
perancangan sistem/ komponen berbasis virtual modeling. Simulasi memberikan
kesempatan penggantian perangkat keras seperti yang sesungguhnya. Hasilnya
adalah dengan menggunakan perancangan berbasis virtual modeling mengurangi
untuk mengurangi waktu pengembangan dari rata-sata 3 tahun menjadi hanya 12
bulan dan juga meningkatkan kualitas hasil perancangan secara keseluruhan.
Chetouane (2010) melakukan penelitian untuk membandingkan kinerja
kontrol logika kabur dan kontrol PID pada sistem inverted gyroscopic pendulum
(GIP). Penelitian dilakukan dengan melakukan simulasi dengan menggunakan
perangkat lunak MATLAB untuk mendapatkan data respon sistem pendulum.
Pada kontrol logika kabur digunakan aturan dasar sejumlah 49 aturan dasar. Dari
hasil penelitian didapatkan bahwa kontrol logika kabur memiliki kelebihan karena
kestabilan dan responnya yang cepat.
2.2. Dasar Teori
1. Mobil Listrik
Mobil listrik adalah alat transportasi yang memanfaatkan listrik sebagai
sumber energi. Sebagai penggerak digunakan motor listrik yang memiliki prinsip
kerja merubah energi listrik menjadi energi mekanik (Leitman, 2009).
Penggunaan energi listrik sebagai sumber penghasil tenaga penggerak disebabkan
semakin sulitnya bahan bakar fosil dan pentingnya menjaga alam dari polusi
bahan bakar tersebut. Energi listrik dapat dihasilkan dari berbagai sumber yang
sangat melimpah disekitar kita tanpa menghasilkan polusi. Kita dapat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
memanfaatkan sumber alam yang sangat melimpah seperti angin, air, panas bumi,
cahaya untuk membangkitkan energi listrik (Johansson, 1993).
Listrik sebagai sumber energi mobil listrik berdasarkan keadaan kutubnya
dibagi menjadi listrik kutub bolak – balik atau AC dan listrik kutub searah atau
DC. Listrik AC dan DC memiliki karakteristik tersendiri. Listrik yang digunakan
sebagai sumber energi mobil listrik diperoleh dari batere yang mampu menyimpan
beda potensial. Motor penggerak yang memanfaatkan arus DC atau motor DC
memiliki kelebihan dibanding motor AC. Motor DC memiliki kelebihan
diantaranya pengaturan kecepatan mudah, arah putaran motor reversible, memiliki
respon yang cepat, memiliki fungsi pengereman yang baik. Berdasarkan kelebihan
yang dimiliki, motor DC banyak digunakan untuk kegiatan industri dan banyak
penggunaan lainnya (Beaty 1998).
Bagian penyusun mobil listrik sama dengan mobil pada umumnya kecuali
pada sumber tenaga yang digunakan untuk menghasilkan gaya dorong dan
pengaturan laju kendaraan. Mobil listrik terdiri dari batere yang menghasilkan
energi, motor listrik yang menggerakkan roda dan bagian kontrol yang mengatur
aliran energi dari sumber ke motor (Leitman, 2009). Skema dari sebuah motor
listrik seperti tampak pada gambar 2.1.
Gambar 2.1. Komponen utama mobil listrik
2. Motor DC
Motor arus searah (motor DC) termasuk jenis aktuator yang menghasilkan
gerak dari sumber energi listrik. Bagian utama motor DC terdiri dari aktuator
(bagian yang selalu berputar) dan stator (bagian yang diam). Stator merupakan
tempat kumparan medan (field winding) dan rotor merupakan tempat rangkaian
jangkar (armature winding). Prinsip kerja dari motor DC sesuai dengan sifat
kemagnetan dimana magnet yang kutubnya berlawanan arah didekatkan satu sama
lain akan saling tarik menarik dan sebaliknya, magnet yang kutubnya searah akan
Battery Controller
Motor
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
saling tolak. Arah medan magnet rotor akan selalu berusaha untuk berada pada
posisi yang berlawanan arah dengan arah medan magnet stator.
Dalam mesin DC, arah medan magnet stator adalah tetap, sehingga untuk
menjaga kontinyuitas momen putar rotor maka arah medan magnet rotor harus
menyesuaikan atau dirubah. Untuk menciptakan efek perubahan arah medan rotor
dilakukan dengan merubah arah aliran arus yang mengalir dalam rangkaian
jangkar. Perubahan aliran arus rotor dilakukan dengan menghubungkan rangkaian
jangkar dengan sumber tegangan luar melalui sikat (brush) yang dilengkapi
dengan komutator. Cincin komutasi berfungsi sebagai alat untuk menjaga agar
posisi medan jangkar selalu optimum dalam menghasilkan momen putar. Metode
pembangkitan medan stator dapat dilakukan dengan mengalirkan arus pada
kumparan sehingga terbentuk sebuah medan elektromagnet yang memiliki arah
medan magnet tetap.
Model matematika dari sebuah motor DC dapat dikembangkan dengan
menggunakan pendekatan rangkaian ekivalen. Secara sederhana rangkaian
ekivalen sebuah motor DC dengan penguatan terpisah (separately excited)
diperlihatkan seperti pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Rangkaian Ekivalen motor DC
Persamaan matematisnya dapat diuraikan sebagai berikut :
Dimana,
IF arus medan IA arus jangkar
VF tegangan medan EA back emf
(2.1)
(2.2)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
RF resitansi medan VT tegangan terminal
LF induktansi medan RA resistansi jangkar
Hubungan elektromagnetiknya dapat diuraikan sebagai berikut:
Dimana Te dan TL adalah torsi motor dan torsi beban. J adalah konstanta
inersia dari drive dan ω adalah kecepatan motor serta Bm adalah koefisien
redaman dari sistem mekanis.
3. Catu Daya
Batere adalah komponen elektronika yang berfungsi menyimpan energi
listrik. Batere secara umum terdiri dari elektroda (anoda dan katoda), lapisan
pemisah, terminal dan elektrolit. Tiap sel batere dirangkai menjadi satu rangkaian
elektrik yang disebut modul batere. Terminal adalah bagian batere yang
dihubungkan dengan rangkaian atau beban elektrik. Terdapat dua jenis terminal
yakni terminal positif dan terminal negatif. Elektrolit yang digunakan dapat
berupa cair, gel, atau padat (Sandeep, 2001).
Gambar 2.3. Aki basah
Batere dalam kerjanya menggunakan prinsip beda tegangan. Terminal
positif memiliki tegangan lebih tinggi dari terminal negatif. Pada saat terminal
terhubung dengan rangkaian elektronik atau beban, terminal positif akan
mengalirkan listrik kepada beban dan elektron dari negatif mengalir menuju
teminal positif. Paada masing-masing elektroda akan terjadi reaksi kimia sehingga
pada keadaan tertentu beda tegangan mengalami kondisi netral. Untuk dapat
digunakan kembali maka harus dialirkan listrik dengan arah berkebalikan agar
terjadi reaksi berkebalikan, sehingga kedua terminal kembali memiliki beda
potensial.
(2.3)
(2.4)
(2.5)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Pemilihan jenis batere ditentukan oleh kebutuhan. Untuk keperluan mobil
listrik banyak dikembangkan batere dengan elektronik berbentuk gel, pasta atau
resin. Batere yang digunakan juga harus memiliki isolasi yang baik seperti NiMh,
Li-ion, Pb-acid.
4. Kontrol kecepatan
Metode paling mudah untuk pengaturan kecepatan motor DC adalah
dengan menggunakan metode pengaturan Pulse Width Modulation (PWM).
Pengaturan dengan PWM menggunakan prinsip pengaturan nilai tegangan yang
dilakukan antara keadaan ON dan OFF pada frequensi tertentu. Perbandingan
waktu antara signal pada keadaan ON dengan periode dalam satu siklus disebut
duty cycle, seperti terlihat pada penjelasan berikut.
Gambar 2.4. Signal PWM
���� ���� �� � ������ �� ���� �����
������ �� ������ 100
���� ���� �"#
�� 100%
dimana $ %
�
Kecepatan motor sebanding dengan besarnya Duty Cycle, sehingga
semakin besar Duty Cycle maka menghasilkan putaran motor tinggi, semakin
rendah Duty Cycle maka menghasilkan putaran motor rendah. Secara sederhana,
sistem kontrol kecepatan motor DC terlihat seperti gambar
Gambar 2.5. Rangkaian pengendali kecepatan motor
5. Mikrokontroler ATmega16
(2.6)
(2.7)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
Mikrokontroler AVR merupakan mikrokontroler berbasis arsitektur RISC
(Reduced Instruction Set Computing) 8 bit. Berbeda dengan mikrokontroler
keluarga 8051 yang mempunyai arsitektur CISC (Complex Instruction Set
Computing), AVR menjalankan sebuah instruksi tunggal dalam satu siklus dan
memiliki struktur I/O yang cukup lengkap sehingga penggunaan komponen
eksternal dapat dikurangi. Mikrokontroler AVR didesain menggunakan arsitektur
Harvard, di mana ruang dan jalur bus bagi memori program dipisahkan dengan
memori data. Memori program diakses dengan single-level pipelining, di mana
ketika sebuah instruksi dijalankan, instruksi lain berikutnya akan di-prefetch dari
memori program.
ATmega16 adalah salah satu keluarga mikrokontroller AVR yang
memiliki kapsistas Flash memori 16 Kbyte, EEPROM 512 Byte dan SRAM 1
Kbyte. Secara lebih lengkap fitur yang dimiliki oleh ATmega16 adalah sebagai
berikut:
1. Mikrokontroller AVR 8 bit yang memimiliki kemampuan tinggi, berdaya
rendah
2. Saluran I/O sebanyak 32 buah yaiutu PORT A, PORTB, PORT C, dan PORT
D yang memiliki fungsinya masing-masing
3. Unit interupsi internal dan eksternal
4. Fitur Peripheral
a. Tiga buah timer
b. Real Time Counter dengan Oscilator tersendiri
c. 4 channel PWM
d. 8 channel 10-bit ADC
e. On-chip Analog Comparator
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 2.6. Arsitektur mikrokontroler ATmega16
(sumber: Datsheet ATmega16)
6. Komponen elektronika
2.2.6.1 Transistor
Transistor adalah komponen semikonduktor yang memiliki tiga terminal.
Tiap-tiap terminal terbuat dari bahan yang berbeda. Transistor merupakan jenis
komponen aktif karena dalam kerja membutuhkan sumber arus (Power Supply).
Menurut pengkutupannya, transistor dibedakan menjadi transistor bipolar dan
transistor unipolar. Transistor banyak digunakan untuk berbagai keperluan
diantaranya adalah sebagai penguat arus, saklar elektronika, osilator, pencampur
(mixer) dan penyearah.
Jenis transistor yang biasa digunakan untuk keperluan penguatan adalah
transistor bipolar. Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi
utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan (elektron dan lubang)
untuk membawa arus listrik. Dalam transistor bipolar arus listrik utama harus
melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone. Ketebalan
lapisan batas dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur
aliran arus utama tersebut.
Transistor bipolar terdiri atas sebuah bahan tipe P dan N. Transistor
bipolar terdiri dari transistor NPN dan transistor PNP. Transistor NPN tersusun
dari lapisan tipe P yang diapit oleh dua bahan tipe N, transistor PNP tersusun dari
lapisan tipe N yang diapit oleh dua bahan tipe P. Ketiga terminal transistor dikenal
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
dengan Emitor (E), Basis (B) dan
semikonduktor yang diberi tingkat doping sangat
doping dengan tingkat yang sedang.
doping yang sangat rendah. Perlu
suatu bahan, maka semakin kecil konduktivitasnya.
pembawa mayoritasnya (elektron untuk bahan
sedikit.
Gambar 2.7.
(sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Transistor_sambungan_dwikutub
Transistor unipolar atau
satu jenis pembawa muatan (elektron atau
mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan
sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong
arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah
dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal
konduksi tersebut.
Transistor unipolar misalnya FET, MOSFET, JPET dan lain
(Junction Field Effect Transistor)
mempunyai resistansi input yang cukup tinggi. JFET memerlukan pembawa
mayoritas untuk dapat bekerja (muatan hole atau elektron). JFET mempunyai kaki
terminal, sama halnya dengan transistor bip
Gate (G). MOSFET (Metal O
bahan logam dan antara kanal dan gate dilapisi oleh suatu bahan silikon dioksida.
MOSFET mempunyai jenis kanal N dan kanal P.
dengan Emitor (E), Basis (B) dan Kolektor(C). Emitor merupakan bahan
semikonduktor yang diberi tingkat doping sangat tinggi. Bahan kolektor diberi
doping dengan tingkat yang sedang. Sedangkan basis adalah bahan dengan dengan
doping yang sangat rendah. Perlu diingat bahwa semakin rendah tingkat doping
suatu bahan, maka semakin kecil konduktivitasnya. Hal ini karena jumlah
pembawa mayoritasnya (elektron untuk bahan N; dan hole untuk bahan
Gambar 2.7. Simbol transistor bipolar
http://id.wikipedia.org/wiki/Transistor_sambungan_dwikutub
Transistor unipolar atau Field Effect Transistor (FET) hanya menggunakan
satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole). Dalam FET, arus listrik utama
mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone
sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong
h arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah
dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal
Transistor unipolar misalnya FET, MOSFET, JPET dan lain-
ect Transistor) adalah salah satu model transistor junction
mempunyai resistansi input yang cukup tinggi. JFET memerlukan pembawa
mayoritas untuk dapat bekerja (muatan hole atau elektron). JFET mempunyai kaki
terminal, sama halnya dengan transistor bipolar yaitu Drain (D), Source (S) dan
(Metal Oxide Semi Conductor) mempunyai gate terbuat dari
bahan logam dan antara kanal dan gate dilapisi oleh suatu bahan silikon dioksida.
MOSFET mempunyai jenis kanal N dan kanal P. Dalam penggunaan t
26
Emitor merupakan bahan
Bahan kolektor diberi
asis adalah bahan dengan dengan
diingat bahwa semakin rendah tingkat doping
Hal ini karena jumlah
; dan hole untuk bahan P) adalah
http://id.wikipedia.org/wiki/Transistor_sambungan_dwikutub)
(FET) hanya menggunakan
). Dalam FET, arus listrik utama
depletion zone di kedua
sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong
h arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah
dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal
-lain. JFET
transistor junction dan
mempunyai resistansi input yang cukup tinggi. JFET memerlukan pembawa
mayoritas untuk dapat bekerja (muatan hole atau elektron). JFET mempunyai kaki
Drain (D), Source (S) dan
mempunyai gate terbuat dari
bahan logam dan antara kanal dan gate dilapisi oleh suatu bahan silikon dioksida.
Dalam penggunaan transistor
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
untuk suatu proyek harus dipakai transistor yang tepat. Letak sambungan kaki
suatu transistor sudah ditetapkan oleh pabrik pembuatnya.
Gambar 2.8. Simbol dan bentuk MOSFET
2.2.6.2 Resistor
Resistor adalah suatu komponen elektronika yang fungsinya untuk
menghambat arus dan tegangan listrik. Berdasarkan jenisnya, resistor dibagi
menjadi dua yaitu resistor tetap dan resistor variabel. Disebut dengan resistor tetap
karena memiliki tahanan yang tetap sedangkan resistor variabel nilai tahanannya
dapat dirubah sesuai dengan kebutuhan. Resistor memiliki batas kemampuan daya
misalnya : 1,16 watt, 1,8 watt, ¼ watt, ½ watt, dan sebagainya, sehingga resistor
hanya dapat dioperasikan dengan daya maksimal sesuai dengan kemampuan yang
dimiliki.
Gambar 2.9. Simbol dan bentuk fisik resistor tetap
2.2.6.3 Dioda
Dioda merupakan suatu semikonduktor yang hanya dapat menghantar arus
listrik dan tegangan pada satu arah saja. Dioda berfungsi mengalirkan arus pada
satu arah dan menahan arus dari arah yang berlawanan. Bisa dikatakan dioda juga
berfungsi sebagai pencegah arus balik (feed back) (Zuhal 2004). Bahan pokok
untuk pembuatan dioda adalah Germanium (Ge) dan Silikon/Silsilum (Si).
Struktur dioda terdiri dari sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi
adalah semikonduktor dengan tipe P dan sisi yang lain adalah tipe N. Dengan
struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N,
seperti nampak pada gambar 2.10.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
Gambar 2.10. Struktur dan simbol dioda
Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan pembatas
sempit yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat
keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak
terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak
terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka. Jika diberi bias positif,
dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka
elektron dari sisi N merta akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu kalau
elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena
ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N, Kalau mengunakan
terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.
Gambar 2.11. Dioda dengan bias maju
Sebalikya jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias
negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih
besar dari sisi P. Maka yang terjadi adalah tidak akan terjadi perpindahan elektron
atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron
masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi
(depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.
Gambar 2.12. Dioda dengan bias negatif
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2.2.6.4 IC L293
Integrated Circuit (IC) terbuat dari sekeping kristal silicon dengan luas
beberapa mm2 yang didalamnya terdapat sejumlah komponen aktif dan pasif yaitu
transistor, dioda, condensator dan resistor yang telah dirangkai secara terpadu.
Kemajuan teknologi saat ini memungkinkan membuat sebuah IC yang besarnya
hanya beberapa mm2 saja tetapi mampu memuat puluhan ribu transistor.
Keuntungan yang didapatkan dengan adanya IC diantaranya adalah
praktis, mudah diperbaiki dan berkemampuan tinggi. Dengan IC yang
membutuhkan ukuran kecil tetapi mampu memberikan fungsi komponen yang
beragam memungkinkan untuk membuat sebuah rangkaian elektronik yang
komplek tetapi hanya membutuhkan tempat yang tidak begitu luas. Salah satu
jenis IC yang digunakan untuk keperluan penguatan adalah IC L293.
IC L293 berfungsi sebagai penguat tegangan. Bentuk dan konfigurasi Pin
yang dimiliki komponen IC L293 tampak pada gambar. IC L293 merupakan
empat buah rangkaian setengah H-Bridge dengan empat ground sehingga kaki
yang dimiliki berjumlah 16 dengan fungsi masing-masing kaki komponen seperti
tampak pada gambar 2.13.
(a) (b)
Gambar 2.13. IC L293 (a) letak pin (b) bentuk arsitektur
(sumber: Datasheet IC L293)
IC L293 adalah empat rangkaian penguat yang dapat bekerja pada
tegangan TTL. Rangkaian ekivalen IC L293 adalah transistor yang dirangkai
dengan rangkaian darlington. Rangkaian ekivalen untuk input dan output dapat
dilihat pada gambar 2.14.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 2.14. Rangkaian ekuivalen input
7. Sensor kecepatan
Kecepatan dihitung dari putaran
kecepatan. Sensor kecepatan berfungsi memroses gerak menjadi data digital yang
selanjutnya dikirimkan ke mikrokontroller. Metode yang digunakan adalah
menggunakan encoder dengan bagian utamanya piringan, photodioda, LED
seperti terlihat pada gambar 2.15.
(a) (b) (c) (d)
Gambar 2.15. Sensor kecepatan. (a) piringan yang berputar, (b) LED/Photodiode
(c) simbol Photodiode (d) simbol
Perhitungan kecepatan putar dapat dilakukan dua cara yakni menghitung
frekuensi tiap detik atau menghitung periode tiap signal yang diterima.
Gambar 2.16. Rangkaian sensor kecepatan
Gambar 2.14. Rangkaian ekuivalen input-output
Kecepatan dihitung dari putaran motor DC dengan menggunakan sensor
kecepatan. Sensor kecepatan berfungsi memroses gerak menjadi data digital yang
selanjutnya dikirimkan ke mikrokontroller. Metode yang digunakan adalah
menggunakan encoder dengan bagian utamanya piringan, photodioda, LED
eperti terlihat pada gambar 2.15.
(a) (b) (c) (d)
(f)
Gambar 2.15. Sensor kecepatan. (a) piringan yang berputar, (b) LED/Photodiode
(c) simbol Photodiode (d) simbol LED (f) signal yang dibangkitkan
Perhitungan kecepatan putar dapat dilakukan dua cara yakni menghitung
frekuensi tiap detik atau menghitung periode tiap signal yang diterima.
Gambar 2.16. Rangkaian sensor kecepatan
30
motor DC dengan menggunakan sensor
kecepatan. Sensor kecepatan berfungsi memroses gerak menjadi data digital yang
selanjutnya dikirimkan ke mikrokontroller. Metode yang digunakan adalah
menggunakan encoder dengan bagian utamanya piringan, photodioda, LED
Gambar 2.15. Sensor kecepatan. (a) piringan yang berputar, (b) LED/Photodiode
LED (f) signal yang dibangkitkan
Perhitungan kecepatan putar dapat dilakukan dua cara yakni menghitung
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Perhitungan kecepatan putar dapat dilakukan dua cara yakni menghitung
frekuensi tiap detik atau menghitung periode tiap signal yang diterima. Dengan
Menggunakan rumus perhitungan bisa diapatkan kecepatan putar berupa putaran
per detik. Untuk dapat menghitungnya, perlu diketahui terlebih dahulu banyaknya
lubang pada piringan berputar (n lubang).
Pengukuran kecepatan dengan mengukur frekuensi setiap detik dilakukan
dengan mencacah atau menghitung banyaknya lubang yang terlewati oleh signal
sehingga dengan rumus
&'( ���)*��+�
,* ��� �*-���.
/0 ����)
���� �� �
8. Logika Kabur
Logika kabur adalah peningkatan dari logika boolean yang memiliki
konsep kebenaran sebagaian. Jika dibandingkan dengan logika klasik yang
menyatakan bahwa segala hal dapat diekspresikan dalam istilah binari (0 atau 1,
hitam atau putih, ya atau tidak) logika kabur memiliki nilai antara. Logika kabur
menggantikan kebenaran boolean dengan tingkat kebenaran tertentu. Dengan
logika kabur memungkinkan nilai keanggotaan antara 0 dan 1, hitam dan putih.
Logika kabur dapat mendefinisikan dengan baik bentuk linguistik konsep tidak
pasti seperti “sedikit”, “lumayan”, atau “sangat”. Logika kabur berhubungan
dengan himpunan kabur dan teori kemungkinan. Konsep logika kabur pertama
kali diperkenalkan oleh Dr. Lutfi Zadeh dari Universitas California, Berkeley
1965 (Naba, 2009).
Untuk menterjemahkan suatu data mekanis kedalam data linguistik, pada
logika kabur dikenal himpunan fuzi dan derajat keanggotaan. Himpunan fuzi
adalah sebuah himpunan dimana fungsi keanggotaannya memiliki derajat
keanggotaan tertentu dengan nilai antara 0% hingga 100%. Himpunan Fuzi
mendasari konsep logika kabur yang menyatakan bahwa kebenaran dari
sembarang pernyataan hanyalah masalah derajat. Fungsi kenggotaan didalam
sistem kontrol logika kabur memiliki peranan yang sangat penting untuk
mempresentasikan masalah dan manghasilkan keputusan secara akurat. Fungsi
keanggotaan hendaknya dibuat oleh orang yang ahli dibidang yang akan dibuat
(2.8)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
kontrol agar nilai yang dihasilkan mendekati de
Terdapat beberapa jenis fungsi keangotaan diantaranya:
a. Fungsi sigmoid
Fungsi sigmoid berbentuk sigmoid seperti huruf S. Setiap nilai x
(anggota criso set
gambar dibawah ini.
b. Fungsi phi
Disebut fungsi
Pada fungsi ini hanya terdapat satu nilai x yang berderajat keanggotaan
sama dengan 1. Adapun bentuk dari grafik fungsi
berikut:
c. Fungsi segitiga
Fungsi segitiga mempunyai bentuk segitiga dengan keanggotaan
yang mempunyai derajat keanggotaan sama dengan satu adalah satu.
Adapun grafik dari fungsi segitiga adalah sebagai berikut:
kontrol agar nilai yang dihasilkan mendekati dengan ideal yang diinginkan.
Terdapat beberapa jenis fungsi keangotaan diantaranya:
Fungsi sigmoid berbentuk sigmoid seperti huruf S. Setiap nilai x
criso set) dipetaka ke dalam interval [0,1]. Grafiknya seperti
gambar dibawah ini.
Gambar 2.17. Grafik fungsi Sigmoid
Disebut fungsi phi karena mempunyai bentuk seperti symbol
Pada fungsi ini hanya terdapat satu nilai x yang berderajat keanggotaan
sama dengan 1. Adapun bentuk dari grafik fungsi phi adalah sebagai
Gambar 2.18. Grafik fungsi Phi
Fungsi segitiga mempunyai bentuk segitiga dengan keanggotaan
yang mempunyai derajat keanggotaan sama dengan satu adalah satu.
Adapun grafik dari fungsi segitiga adalah sebagai berikut:
Gambar 2.19. Grafik Fungsi Segitiga
32
ngan ideal yang diinginkan.
Fungsi sigmoid berbentuk sigmoid seperti huruf S. Setiap nilai x
dipetaka ke dalam interval [0,1]. Grafiknya seperti
karena mempunyai bentuk seperti symbol phi.
Pada fungsi ini hanya terdapat satu nilai x yang berderajat keanggotaan
adalah sebagai
Fungsi segitiga mempunyai bentuk segitiga dengan keanggotaan
yang mempunyai derajat keanggotaan sama dengan satu adalah satu.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
d. Fungsi Trapesium
Fungsi trapesium berbentuk trapesium sehingga keangggotaan
yang mempunyai derajat keanggotaan sama dengan satu lebih dari satu
buah. Adapun bentuk dari fungsi trapesium adalah sebagai berikut:
Suatu sistem yang lengkap berbasis aturan logika kabur
komponen utama yakni fuzifikasi, aturan kendali fuzi, dan defusifikasi.
Fuzifikasi
Proses fuzifikasi dimaksudkan untuk merubah masukan
nilai kebenarannya bersifat pasti (
kabur, yang berupa nilai linguistik yang simantiknya ditentukan berdasarkan
fungsi kenggotaan.
Inferensi
Inferensi melakukan penalaran menggunakan input logika kabur dan
aturan logika kabur yang telah ditentukan sehingga menghasilkan keluaran logika
kabur. Terdapat dua sistem inferensi pada logika kabur yang biasa dipakai dalam
sistem pengaturan, yaitu:
1. Model Mamdani
Pada model ini, aturan inference didefinisikan sebagai:
If x1 is A1 AND ….AND x
Di mana A1 … A
“x1 adalah A1 ” menyatakan bahwa variable x
2. Model Sugeno
Model ini disebut juga Takagi
model dari varian model Mamdani. Model ini menggunakan aturan yang
berbentuk:
If x1 is A1 AND ….AND x
Fungsi Trapesium
Fungsi trapesium berbentuk trapesium sehingga keangggotaan
yang mempunyai derajat keanggotaan sama dengan satu lebih dari satu
buah. Adapun bentuk dari fungsi trapesium adalah sebagai berikut:
Gambar 2.20. Grafik fungsi Trapesium
Suatu sistem yang lengkap berbasis aturan logika kabur terdiri dari tiga
komponen utama yakni fuzifikasi, aturan kendali fuzi, dan defusifikasi.
Proses fuzifikasi dimaksudkan untuk merubah masukan-masukan yang
kebenarannya bersifat pasti (crisp input) dikonversi ke bentuk input logika
kabur, yang berupa nilai linguistik yang simantiknya ditentukan berdasarkan
melakukan penalaran menggunakan input logika kabur dan
ika kabur yang telah ditentukan sehingga menghasilkan keluaran logika
Terdapat dua sistem inferensi pada logika kabur yang biasa dipakai dalam
sistem pengaturan, yaitu:
Model Mamdani
Pada model ini, aturan inference didefinisikan sebagai:
AND ….AND xn is An THEN y is B
… An dan B adalah nilai-nilai linguistik (atau fuzzy set
” menyatakan bahwa variable x1 adalah anggota fuzzy set
Model ini disebut juga Takagi-Sugeno-Kang (TSK) model, yaitu
model dari varian model Mamdani. Model ini menggunakan aturan yang
AND ….AND xn is An THEN y =f(x1…………,xn)
Fungsi trapesium berbentuk trapesium sehingga keangggotaan
yang mempunyai derajat keanggotaan sama dengan satu lebih dari satu
buah. Adapun bentuk dari fungsi trapesium adalah sebagai berikut:
terdiri dari tiga
masukan yang
) dikonversi ke bentuk input logika
kabur, yang berupa nilai linguistik yang simantiknya ditentukan berdasarkan
melakukan penalaran menggunakan input logika kabur dan
ika kabur yang telah ditentukan sehingga menghasilkan keluaran logika
Terdapat dua sistem inferensi pada logika kabur yang biasa dipakai dalam
fuzzy set) dan
fuzzy set A1.
Kang (TSK) model, yaitu suatu
model dari varian model Mamdani. Model ini menggunakan aturan yang
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
Di mana f bisa berupa sembarang fungsi dari variable-variabel input yang
nilainya berada dalam interval variable output.
Defuzifikasi
Defuzifikasi adalah proses pembalikan keadaan pada scrip. Terdapat
beberapa metode defuzifikasi yaitu:
1. Centroid metode
Metode ini disebut juga sebagai center of area atau center of grafity.
Adapun rumus dari metode ini adalah:
� 1 �2(�)��
1 2(�)�� (2.9)
Fungsi integral diatas bisa diganti dengan fungsi jumlah jika y bernilai
diskrit, sehingga menjadi:
� ∑ �2(�)
∑ 2(�) (2.10)
Dimana y adalah nilai crisp dan µ(y) adalah derajat keanggotaan dari y.
Metode ini dipakai oleh sistem fuzzy Mamdani.
2. Heigh metode
Metode ini juga sebagai prinsip keanggotaan maximum karena
metode ini secara sederhana memilih nilai crisp yang memiliki derajat
keanggotaan maximum. Metode dipakai oleh sistem fuzzy tipe Sugeno.
3. First of maxima
Metode ini juga merupakan generalisasi dari heigh metode untuk
kasus dimana fungsi keanggotaan output memiliki lebih dari satu nilai
maximum.
4. Mean-Max Metode
Metode ini merupakan generalisasi dari heigh metode untuk kasus
dimana terdapat lebih dari satu nilai crisp yang memiliki derajat
keanggotaan maksimum. Adapun persamaan dari metode ini adalah:
� 67
8 (2.11)
Dimana m adalah nilai crisp yang paling kecil dan M adalah nilai
crisp yang paling besar.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5. Weighted Average
Metode ini mengambil nilai rata-rata dengan menggunakan
pembobotan berupa derajat keanggotaan. Adapun persamaannya adalah
sebagai berikut:
� ∑2(�)�
2(�) (2.12)
Dimana y adalah nilai crisp dan µ(y) adalah derajat keanggotaan dari nilai
crisp.
9. Kecepatan
Gerak translasi
Suatu benda yang melakukan gerak pada selang waktu tertentu dapat
dikatakan memiliki kecepatan. Dalam istilah kinematika gerak satu dimensi
dikenal istilah kecepatan dan laju. Laju didefinisikan sebagai seberapa jauh benda
berjalan dalam suatu selang waktu tertentu. Kecepatan berbeda dengan laju
karena kecepatan dinyatakan sebagai besar (nilai numerik) mengenai seberapa
cepat sebuah benda bergerak maupun arah geraknya sehingga kecepatan
merupakan besaran vektor. Kecepatan rata-rata didefinisikan dalam hubungannya
dengan perpindahan, dan bukan dalam jarak total yang ditempuh. Sehingga laju
rata-rata dirumuskan dengan:
9:;� <:�: − <:�: ,���) �� >*�
?�)�* �� >*� ���� ��>���*)��
Sedang untuk kecepatan rata-rata dirumuskan dengan:
@�A:�:B <:�: − <:�: >��>�������
?�)�* �� >*� ���� ��>���*)��
Jika suatu benda pada saat t% berada pada posisi awal x% dan pada saat t8
berada pada posisi akhir x8 maka untuk mencari kecepatan rata-rata dari benda
tersebut (ύ) digunakan rumus:
ύ EFGEH
�FG�H
Jika kecepatan benda yang bergerak berubah maka selisih kecepatan
dibagi waktu yang digunakan adalah percepatan “a”, apabila dituliskan dengan
rumus adalah
a JFGJH
�FG�H
(2.13)
(2.14)
(2.15)
(2.16)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
dimana
v : kecepatan benda (m/s)
x : Perpindahan (m)
t : waktu (s)
a : percepatan (m/s2)
Apabila kecepatan dihitung mulai dari t = 0 dan dari kondisi benda dalam
keadaan diam atau v = 0, maka rumus diatas dapat dituliskan menjadi
a J
�
Gerak Rotasi
Suatu benda dikatakan berotasi apabila benda tersebut melakukan gerak
secara tetap membnetuk lintasan berupa lingkarang terhadap titik pusat acuan.
Jarak titik pusat dengan bagian terluar disebut dengan radius atau jari-jari seperti
tampak pada gambar 2.21.
Gambar 2.21. Gerak rotasi
Kecepatan gerak melingkar dapat dihitung dari frekuensi atau periode
benda tersebut dengan menggunakan rumus:
ω 2πf
dengan
M %
�
Dari kecepatan sudut dapat dihitung kecepatan linier dengan rumus:
v r ω
Dimana:
ω : kecepatan sudut (rad/s)
f : frekuensi (putaran/detik)
T : periode (detik)
r : jari-jari roda (m)
ν : Kecepatan linear (m/s)
10. Jarak Tempuh
Suatu benda yang bergerak dengan kecepatan tertentu akan menempuh
jarak sejauh kecepatan dikalikan dengan waktu atau sesuai dengan rumus
s = ν t
r ω
(2.17)
(2.18)
(2.19)
(2.20)
(2.21)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Jika benda mengalami perubahan kecepatan atau mengalami percepatan
maupun perlambatan, jarak yang ditempuh suatu benda pada selang waktu
tertentu (t) dapat dihitung dengan rumus
s(t) = v(t-1) t + 0.5 a t2
sedang a J(P)GJ(PQH)
�
s(t) = v(t-1) t + 0.5 (v(t) – v(t-1)) t
Jarak tempuk total gerak benda dapat dihitung dengan menggunakan
rumus
s = s(t-1) + s(t)
sehingga kita dapatkan jarak tempuh total benda adalah
s = s(t-1) + v(t-1) t + 0.5 (v(t) – v(t-1)) t
Dimana:
s : jarak tempuh (m)
v : kecepatan (m/s)
t : waktu sela pengambilan data (s)
11. Daya listrik
Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik didalam
sirkuit listrik. Satuan dalam SI yang digunakan untuk daya listrik adalah watt
yang menyatakan banyaknya energi listrik yang mengalir persatuan waktu
(P=W/t) karena P = V I maka
W = V I t
Dimana:
W : Energi listrik (Joule)
V : Tegangan (Volt)
I : Arus listrik (Ampere)
t : waktu perhitungan (detik)
P : Daya listrik (Watt)
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
(2.22)
(2.23)
(2.26)
(2.25)
(2.24)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
38
3.1. Lokasi Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Komputasi dan Laboratorium Motor
Bakar, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
3.2. Obyek Penelitian
Penelitian dimaksudkan untuk mengetahui karakteristik kinerja kontrol
logika kabur. Penelitian dilakukan dalam dua tahapan yakni simulasi dan praktek.
Objek yang digunakan untuk penelitian berupa:
a. Pemodelan motor DC dengan perangkat lunak
b. Motor DC sebagai penggerak mobil listrik
3.3. Peralatan yang digunakan
a. Komputer personal dengan spesifikasi
- Prosesor Pentium® Dual-Core CPU T4200 @ 2.00GH
- Memori 954MB RAM
- VGA 256 MB
b. Perangkat lunak simulasi penalaran logika kabur
c. Perangkat lunak permodelan pengaturan motor DC
d. Osiloskop
3.4. Skema Alat
Penelitian dilaksanakan dengan menentukan aturan dasar pengaturan
kontrol logika kabur menggunakan perangkat lunak simulasi penalaran kontrol
logika kabur. Setelah terbentuk aturan dasar dan hasil simulasi pengambilan
keputusan sesuai yang diharapkan dilanjutkan dengan membuat permodelan.
Dengan membuat permodelan didapatkan gambaran respon motor DC terhadap
pengaturan dengan penalaran kontrol logika kabur. Dari simulasi didapatkan
aturan penyusunan program yang digunakan untuk pengaturan motor DC. Untuk
tahap pengujian pada Motor DC dilakukan dengan membandingkan respon
kecepatan yang diberikan terhadap nilai referensi yang diberikan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Untuk pelaksanaan penelitian dibutuhkan peralatan yang secara lengkap
dijelaskan berikut ini
3.4.1. Perangkat lunak Penalaran Logika Kabur (Toolbox Fuzzy)
Toolbox Fuzzy digunakan untuk simulasi penentuan derajat keanggotaan,
aturan dasar dan hubungan input-output. Dalam toolbox fuzy sudah tersedia editor
yang kita perlukan untuk menyusun aturan dasar. Editor yang disediakan adalah
editor fungsi keanggotaan dan editor aturan dasar seperti nampak pada gambar
3.1.
Fungsi keanggotaan dari logika kabur diatur dengan editor fungsi
keanggotaan seperti tampak pada gambar 3.1 (a). Pada proses penentuan derajat
keanggotaan terlebih dahulu ditentukan banyaknya input dan output, tipe fungsi
keanggotaan dan parameter keanggotaan.
(a) (b)
Gambar 3.1.Editor (a) MF Editor (b) Rule Editor
Setelah terbentuk fungsi keanggotaan yang lengkap kemudian menyusun
aturan dasar yang dikerjakan menggunakan editor aturan dasar seperti tampak
pada gambar 3.1 (b). Aturan dasar pada logika kabur adalah hubungan antara
input dan output. Setelah fungsi keanggotaan dan aturan dasar terbentuk maka
dilakukan pengamatan hasil penalaran dengan menggunakan surface dan rule
viewer seperti tampak pada gambar 3.2. Berdasarkan hasil pengamatan sementara,
kita dapat melihat kerja dari penalaran kontrol logika kabur dan membuat
kesimpulan dari aturan yang terbentuk.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
40
(a) (b)
Gambar 3.2. Viewer (a) Surface Viewer (b) Rule Viewer
3.4.2. Permodelan
Permodelan disusun berdasar karakteristik sistem yang terwakili. Beberapa
perangkat lunak telah menyediakan diagram blok yang mewakili beberapa
komponen tertentu. Terdapat juga berbagai macam diagram blok yang merupakan
fungsi matematis dari sistem yang terwakili. Untuk membuat sistem yang lengkap
dapat dilakukan dengan menghubungkan tiap-tiap diagram blok. Untuk
mendapatkan diagram blok yang diinginkan dengan membuka library browser
dan disusun pada lembar kerja seperti tampak pada gambar 3.5.
(a) (b)
Gambar 3.3. Permodelan (a) library browser (b) lembar kerja
3.4.3. Aplikasi Perangkat Keras
Perangkat keras yang digunakan untuk penelitian terdiri dari motor DC
sebagai penggerak mobil listrik, mikrokontroller sebagai pusat penalaran dan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
pengolahan data, driver motor untuk menggerakkan motor DC. Hubungan
masing-masing komponen seperti tampak pada gambar 3.4.
Gambar 3.4. Bagan alur kerja kendali mobil listrik
ATmega16 merupakan bagian pengolah data masukan berupa data digital
dan analog. Data analog dibangkitkan oleh pedal yang menggerakkan variabel
resistor, dengan injakan pedal gas akan menghasilkan tegangan bervariasi. Data
digital didapatkan dari encoder yang terpasang pada motor DC. Encoder
menghasilkan data digital dari berputarnya motor DC.
Pengaturan menggunakan kit ATmega16 menghasilkan keluaran berupa
signal PWM yang memiliki tegangan rendah yakni antara 0 hingga 5 volt. Untuk
dapat menggerakkan motor, signal PWM diperbesar arus maupun tegangan
dengan menggunakan perangkat driver motor. Dari driver motor inilah arus dan
tegangan yang bekerja pada motor DC.
Bahan yang digunakan untuk penelitian pengaturan motor DC dijelaskan
secara detail seperti berikut ini
Sensor Kecepatan
Pengukuran kecepatan dilakukan dengan menggunakan encoder yang
komponen serta prinsip kerjanya telah dijelaskan pada 2.2.7 mengenai sensor
kecepatan. Untuk dapat menghasilkan pengukuran yang tepat maka dilakukan
kalibrasi yakni membandingkan hasil pengukuran dengan alat ukur yang telah
terstandar. Pemasangan sensor kecepatan pada motor DC seperti tampak pada
gambar 3.5. Data digital yang diperoleh kemudian diolah oleh ATmega16 dengan
menggunakan program yang dapat dilihat pada lampiran.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Kit ATmega16
Mikrokontroller
mikrokontroler ATmega16
seluruh proses yang dibutuhkan untuk pengaturan motor DC. Pemasangan
ATmega16 seperti tampak pada gambar
Gambar 3.6
Kit ATmega16 yang memiliki fasilitas ADC
analog menjadi data digital
adalah PORT Input -
PORT D yang memiliki fungsi
piringan
encoder
lampu putih
(pemancar)
lampu merah
(indikator)
Gambar 3.5. Sensor Kecepatan
ATmega16 seperti dijelaskan pada 2.2.5 mengenai
mikrokontroler ATmega16, merupakan pusat perhitungan dan penalaran dari
seluruh proses yang dibutuhkan untuk pengaturan motor DC. Pemasangan
ATmega16 seperti tampak pada gambar 3.6.
Gambar 3.6. Rangkaian kit ATmega16
Kit ATmega16 yang memiliki fasilitas ADC yang berfungsi merub
analog menjadi data digital. PORT yang digunakan untuk pengaturan motor DC
Output yang terdiri dari PORT A, PORT B, PORT C,
PORT D yang memiliki fungsi seperti dijelaskan pada tabel 3.1.
42
a 2.2.5 mengenai
merupakan pusat perhitungan dan penalaran dari
seluruh proses yang dibutuhkan untuk pengaturan motor DC. Pemasangan
yang berfungsi merubah data
. PORT yang digunakan untuk pengaturan motor DC
Output yang terdiri dari PORT A, PORT B, PORT C,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Tabel 3.1 Konfigurasi PORT ATmega16 dan fungsinya
Nama PORT Fungsi Keterangan
PORT A ADC (Analog to Digital
Coverter)
Merubah masukan berupa data analog
menjadi data digital
PORT B Output Jalur output signal PWM
PORT C Output Jalur output data untuk mengatur
tampilan LCD 16x2
PORT D Input Jalur input data digital dari encoder
3.5. Tahap Persiapan
Tahap pengujian diawali dengan membuat perancangan berupa simulasi
dengan perangkat lunak sehingga dibutuhkan perangkat komputer yang telah
terinstal perangkat lunak utama dan pendukungnya. Untuk penerapannya maka
mempersiapkan peralatan yang digunakan untuk pengujian pada mobil listrik.
3.6. Tahap Pengujian
Penelitian yang dilakukan melalui dua tahap yakni pembuatan permodelan
yang dilanjutkan dengan penyusunan program dan mengaplikasikannya pada
mobil listrik berpenggerak motor DC. Secara garis besarnya sebagai berikut:
a. Menentukan variabel input Error dan DError sedangkan output berupa dPWM
untuk pengaturan penggerak motor DC
b. Mensimulasikan penalaran dengan toolbox fuzzy
c. Membuat permodelan pengaturan motor DC tanpa kontrol dan motor DC
dengan kontrol logika kabur
d. Pengambilan data simulasi pengaturan motor DC berupa arus (Ampere),
kecepatan (rad/s) dan waktu tempuh (detik)
e. Membuat algoritma program
f. Menulis bagan alir dalam bahasa C
g. Menjalankan program untuk evaluasi
h. Memperbaiki kesalahan dalam pemrograman, yaitu:
1) Kesalahan penulisan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
44
2) Kesalahan algoritma
i. Menuliskan Program kedalam memori mikro kontroler
j. Mengaplikasikan mikro kontroler yang telah terprogram pada mobil listrik
k. Pengambilan data berupa kecepatan putar dan waktu tempuh
l. Membuat analisa hasil
m. Membuat kesimpulan
Langkah penelitian secara lengkap digambarkan pada diagram alir
sebagaimana tampak pada gambar 3.7
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 3.7. Diagram alir pelaksanaan penelitian
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
46
BAB IV
DATA DAN ANALISA
4.1. Simulasi dengan Toolbox Fuzzy
Penelitian mengenai penghematan energi dengan menggunakan kontrol
logika kabur diawali dengan melakukan simulasi menggunakan perangkat lunak.
Untuk menyusun penalaran logika kabur digunakan perangkat lunak Toolbox
Fuzzy. Simulasi dengan perangkat lunak Toolbox Fuzzy dimaksudkan untuk
mengetahui pola pengambilan keputusan dari aturan dasar yang telah diberikan.
Pembuatan simulasi dengan perangkat lunak Toolbox Fuzzy diawali
dengan menentukan parameter dasar yakni masukan dan keluaran. Parameter
input yang digunakan adalah Error dan dError sedang parameter output berupa
DPWM. Dua input logika kabur terhubung dengan output melalui suatu penalaran
dengan nama “mootor”, dengan tipe penalaran model mamdani seperti tampak
pada Gambar 4.1. Keluaran DPWM dihasilkan oleh penalaran logika kabur
berdasar masukan data Error dan dError. Parameter Error adalah selisih antara
kecepatan referensi dengan kecepatan aktual pada waktu tertentu. Parameter
dError adalah perubahan dari nilai Error pada waktu tertentu. Parameter DPWM
adalah penambahan nilai PWM dari nilai sebelumnya.
Gambar 4.1. Antarmuka Toolbox Fuzzy
Parameter Error memiliki nilai antara -80 hingga 80. Fungsi keanggotaan
linguistik parameter Error ini dibagi menjadi Negatif Big (NB), Negatif Small
(NS), Zero (Z), Positif Small (PS), Positif Big (PB) dengan rentang nilai tiap
fungsi keanggotaan seperti tercantum pada Tabel 4.1. Nilai 80 dari kecepatan
maksimal yang dapat dicapai oleh motor DC yang sudah dimasukkan dalam
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
fungsi keanggotaan. Apabila angka terlalu kecil akan menyebabkan nilai yang
tidak dapat dimasukkan dalam fungsi keanggotaan. Hal ini menjadikan
pengaturan tidak efektif.
Parameter dError mempunyai nilai antara -40 hingga 40. Penentuan
parameter dError ditentukan dari setengah nilai kecepatan maksimal motor DC.
Parameter dError memiliki fungsi keanggotaan Negatif Big (NB), Negatif Small
(NS), Zero (Z), Positif Small (PS), Positif Big (PB) dengan rentang nilai tiap
fungsi keanggotaan seperti tercantum pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1. Fungsi keanggotaan Input
No
Fungsi Linguistik
Keanggotaan
Nilai besaran
Error
(rad/s)
Nilai besaran
dError
(rad/s)
Fungsi
Keanggotaan
1 Negatif Big (NB) - 80 ~ - 20 - 40 ~ - 4 Trapmf
2 Negatif Small (NS) - 40 ~ 0 -8 ~ 0 Trimf
3 Zero (Z) - 2 ~ 2 -1 ~ 1 Trimf
4 Positif Small (PS) 0 ~ 40 0 ~ 8 Trimf
5 Positif Big (PB) 20 ~ 80 4 ~ 40 Trapmf
Untuk memasukkan nilai fungsi keanggotaan yang perlu diatur adalah nilai
parameter dan jenis fungsi keanggotaan masing-masing. Apabila variabel input
pada Tabel 4.1 dimasukkan dalam editor fungsi keanggotaan tampak seperti pada
Gambar 4.2.
(a) (b)
Gambar 4.2. Variabel Input (a) Variabel Inpu Error (b) Variabel Input dError
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
48
Parameter keluaran berupa DPWM memiliki nilai parameter antara -20
hingga 20. Penentuan nilai parameter didasarkan pada percobaan yang
menunjukkan paling nilai paling baik. Jika nilai terlalu kecil menyebabkan waktu
yang dibutuhkan untuk mencapai nilai referensi menjadi semakin lama. Jika nilai
yang ditentukan lebih besar, maka nilai penyimpangan respon kecepatan menjadi
lebih besar. Parameter DPWM memiliki fungsi keanggotaan Negatif Big (NB),
Negatif Small (NS), Zero (Z), Positif Small (PS), Positif Big (PB) dengan rentang
nilai tiap fungsi keanggotaan seperti tercantum pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2. Fungsi Keanggotaan Output
No
Fungsi Linguistik
keanggotaan
Nilai besaran
DPWM
(rad/s)
Fungsi Keanggotaan
1 Negatif Big (NB) - 20 ~ - 4 trapmf
2 Negatif Small (NS) - 4 trimf
3 Zero (Z) 0 trimf
4 Positif Small (PS) 4 trimf
5 Positif Big (PB) 4 ~ 20 trapmf
Untuk memasukkan nilai fungsi keanggotaan yang perlu diatur adalah nilai
parameter dan jenis fungsi keanggotaan masing-masing. Apabila variabel output
pada Tabel 4.2 dimasukkan dalam editor fungsi keanggotaan seperti tampak pada
Gambar 4.3.
Gambar 4.3. Variabel Output
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Fungsi keanggotaan Input dan Output yang telah dibuat kemudian disusun
berdasarkan hubungan Input-Output dengan menggunakan editor aturan dasar
seperti tampak pada Gambar 4.4. Penyusunan hubungan Input-Output berdasarkan
aturan mamdani dengan oprator “and” untuk kedua input. Dengan menggunakan
editor aturan dasar dapat dilakukan penambahan, pengurangan atau pengubahan
aturan yang ada.
Gambar 4.4. Editor aturan dasar
Hubungan Input-Output disusun berdasar pada aturan dasar yang telah
ditentukan. Aturan dasar yang digunakan pada pengaturan kecepatan motor DC
seperti tercantum pada Tabel 4.3. Penentuan aturan didasarkan pada pengalaman
dan pengaturan yang pernah dilakukan pada percobaan yang lain. Banyaknya
aturan dasar tergantung dari kebutuhan sistem. Dalam penelitian ini disusun
aturan dasar sebanyak 25 aturan.
Tabel 4.3 Aturan dasar kontrol logika kabur
Error
d
E
r
r
o
r
NB NS Z PS PB
NB PB PS PS PS Z
NS PS PS PS Z NS
Z PS PS Z NS NB
PS PS Z NS NS NB
PB Z Z NS NS NB
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
50
Hubungan Input-Output pada Tabel 4.3 dirinci sebagai berikut:
1) Jika Error NB dan dError NB maka DPWM PB.
2) Jika Error NB dan dError NS maka DPWM PS.
3) Jika Error NB dan dError Z maka DPWM PS.
4) Jika Error NB dan dError PS maka DPWM PS.
5) Jika Error NB dan dError PB maka DPWM Z.
6) Jika Error NS dan dError NB maka DPWM PS.
7) Jika Error NS dan dError NS maka DPWM PS.
8) Jika Error NS dan dError Z maka DPWM PS.
9) Jika Error NS dan dError PS maka DPWM Z.
10) Jika Error NS dan dError PB maka DPWM Z.
11) Jika Error Z dan dError NB maka DPWM PS.
12) Jika Error Z dan dError NS maka DPWM PS.
13) Jika Error Z dan dError Z maka DPWM Z.
14) Jika Error Z dan dError PS maka DPWM NS.
15) Jika Error Z dan dError PB maka DPWM NS.
16) Jika Error PS dan dError NB maka DPWM PS.
17) Jika Error PS dan dError NS maka DPWM Z.
18) Jika Error PS dan dError Z maka DPWM NS.
19) Jika Error PS dan dError PS maka DPWM NS.
20) Jika Error PS dan dError PB maka DPWM NS.
21) Jika Error PB dan dError NB maka DPWM Z.
22) Jika Error PB dan dError NS maka DPWM NS.
23) Jika Error PB dan dError Z maka DPWM NB.
24) Jika Error PB dan dError PS maka DPWM NB.
25) Jika Error PB dan dError PB maka DPWM NB.
Aturan dasar logika kabur menyatakan hubungan antara input dan output,
apabila disusun dalam tabel matrik tampak seperti terlihat pada Tabel 4.3. Aturan
dasar disusun menggunakan editor aturan dasar yang sudah tersedia pada
MATLAB. Setelah tersusun menjadi aturan dasar kemudian diperiksa melalui rule
viewer dan rule surface.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Rule surface digunakan untuk melihat pola pengambilan keputusan dari
aturan dasar yang digunakan. Grafik hubungan Input-Output seperti tampak pada
Gambar 4.5. Untuk melihat hasil penalaran secara matematis dapat dilakukan
dengan menggunakan rule viewer, untuk gambar lebih jelas dapat dilihat pada
lampiran.
Gambar 4.5. Rule Surface
Rule viewer digunakan untuk melihat perkiraan hasil penalaran logika
kabur. Dengan memasukkan nilai kedua input pada rule viewer dapat diketahui
hasil penalaran oleh logika kabur. Beberapa contoh penalaran yang diberikan
seperti tampak pada Tabel 4.3.
Tabel 4.4 Hubungan Input-Output logika kabur
Input_1 (Error) Input_2 (dError) Output (DPWM)
- 40 - 10 13.1
- 40 - 4 4
- 40 0 4
- 40 4 4
- 40 10 0
Pada saat Error = -40 (NB) yakni jarak antara kecepatan saat perhitungan
terhadap nilai kecepatan referensi yang diberikan dan dError (-10) karena
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
52
mengalami perlambatan yang cukup besar sehingga PWM ditambah dengan cepat
(DPWM = 13.1). Jika Error besar tetapi motor sudah bergerak naik maka cukup
diberi kenaikan PWM kecil (DPWM = 4). Apabila terjadi Error kecil tetapi
percepatan cukup besar maka PWM ditahan (DPWM = 0) pada kondisi tersebut
agar pada saat mencapai kecepatan referensi tidak terjadi kelebihan nilai PWM.
4.2. Simulasi Menggunakan Permodelan
Setelah aturan dasar dievaluasi menggunakan Toolbox Fuzzy selanjutnya
simulasi kontrol logika kabur dijalakan dengan menggunakan permodelan.
Simulasi ini digunakan untuk melihat gambaran respon penggerak motor DC
terhadap pengaturan logika kabur yang diberikan.
4.2.1. Penyusunan Diagram simulasi pengaturan motor DC
Diagram simulasi pengaturan Motor DC dibuat pada lembar kerja baru
perangkat lunak permodelan. Komponen yang digunakan antara lain Motor DC,
Driver Motor, pembangkit signal PWM, kontroler logika kabur. Secara detail
dijelaskan sebagai berikut.
Motor DC
Penyusunan model untuk mewakili motor DC diambil dari diagram blok
motor DC yang tersedia, gambar diagram motor DC seperti tampak pada Gambar
4.6. Diagram motor DC memiliki PORT sebanyak enam dengan fungsi masing-
masing seperti dijelskan berikut
PORT signal terdiri dari dua yaitu PORT “TL” dan PORT “m”. PORT
“TL” atau Torsi Load adalah PORT yang digunakan masukan data beban torsi
dari luar. PORT “m” adalah PORT yang digunakan untuk pengambilan data dari
motor. Data yang diperoleh adalah tegangan dan arus yang melewati MOTOR DC
PORT data listrik terdiri dari empat yaitu PORT “A+” , “A-“, “F+” dan
“F-“. PORT “A+” dan “A-“ adalah PORT kelistrikan untuk rangkaian rotor
(armature). PORT “F+” dan “F-“ adalah PORT kelistrikan untuk rangkaian
medan (field).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Karakteristik motor DC yang digunakan untuk simulasi dapat diatur
melalui penentuan nilai komponen. Komponen motor
seperti berikut
Hambatan stator (Ra)
Induktansi stator (La)
Hambatan rotor (Rf)
Induksi rotor (Lf)
Induktansi stator
Total inersia (J)
IGBT
Driver motor atau penggerak motor berfungsi untuk mengatur putaran
motor secara langsung. Pada simulasi
digunakan adalah komponen
4.7 dengan penjelasan sebagai berikut. Di
PORT, dua saluran data dan dua saluran listrik. PORT data dengan simbol “g”
adalah input berupa data PWM yang digunakan untuk pengaturan. PORT data
“m” adalah data output IGBT yang terdiri dari data arus, dan tegangan y
melewati komponen. PORT “C” adalah masukan listrik yang akan diatur sedang
“E” terhubung dengan ground.
berikut
Hambatan (Ron)
Induktansi (Lon)
Tegangan balik (Vf)
Waktu jatuh arus (Tf)
Gambar 4.6. Diagram Motor DC
Karakteristik motor DC yang digunakan untuk simulasi dapat diatur
melalui penentuan nilai komponen. Komponen motor DC dan nilai besarnya
Hambatan stator (Ra) = 0.005 Ohm
Induktansi stator (La) = 0.006 H
Hambatan rotor (Rf) = 0.002 Ohm
Induksi rotor (Lf) = 0.001 H
Induktansi stator-rotor (Laf) = 0.01 H
= 0.1 Kg.m2
Driver motor atau penggerak motor berfungsi untuk mengatur putaran
motor secara langsung. Pada simulasi pengaturan motor DC, driver motor
adalah komponen IGBT. Diagram IGBT seperti tampak pada
dengan penjelasan sebagai berikut. Diagram blok untuk IGBT memiliki empat
PORT, dua saluran data dan dua saluran listrik. PORT data dengan simbol “g”
adalah input berupa data PWM yang digunakan untuk pengaturan. PORT data
“m” adalah data output IGBT yang terdiri dari data arus, dan tegangan y
melewati komponen. PORT “C” adalah masukan listrik yang akan diatur sedang
“E” terhubung dengan ground. Pengaturan komponen IGBT adalah sebagai
Hambatan (Ron) = 0.001 Ohm
Induktansi (Lon) = 1e-6 H
Tegangan balik (Vf) = 1 Volt
rus (Tf) = 1e-6 s
Karakteristik motor DC yang digunakan untuk simulasi dapat diatur
DC dan nilai besarnya
Driver motor atau penggerak motor berfungsi untuk mengatur putaran
driver motor yang
IGBT. Diagram IGBT seperti tampak pada Gambar
agram blok untuk IGBT memiliki empat
PORT, dua saluran data dan dua saluran listrik. PORT data dengan simbol “g”
adalah input berupa data PWM yang digunakan untuk pengaturan. PORT data
“m” adalah data output IGBT yang terdiri dari data arus, dan tegangan yang
melewati komponen. PORT “C” adalah masukan listrik yang akan diatur sedang
Pengaturan komponen IGBT adalah sebagai
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Pembangkit Signal PWM
Signal PWM digunakan sebagai input driver motor. Signal PWM
merupakan perbandingan antara nilai ON atau “1” dan OFF atau “0” pada satu
periode siklus. Untuk membangun sebuah diagram pemban
dibutuhkan beberapa komponen seperti pada
fungsinya masing-masing, tiap diagram komponen dirangkai seperti pada
4.8 sehingga membentuk rangkaian yang menghasilkan keluaran berupa signal
PWM. Masukan untuk menghasilkan signal PWM berupa konstanta yang dapat
diberikan oleh operator pada saat simulasi.
Tabel 4.5. Penyusun diagram pembangkit signal PWM
Nama Diagram Gambar
Konstanta
Pembangkit
signal
Pembanding
Operator
matematis
Gambar 4.7. Diagram IGBT
Pembangkit Signal PWM
Signal PWM digunakan sebagai input driver motor. Signal PWM
merupakan perbandingan antara nilai ON atau “1” dan OFF atau “0” pada satu
periode siklus. Untuk membangun sebuah diagram pembangkit signal PWM
dibutuhkan beberapa komponen seperti pada Tabel 4.5. Setiap diagram memiliki
masing, tiap diagram komponen dirangkai seperti pada
sehingga membentuk rangkaian yang menghasilkan keluaran berupa signal
untuk menghasilkan signal PWM berupa konstanta yang dapat
diberikan oleh operator pada saat simulasi.
5. Penyusun diagram pembangkit signal PWM
Gambar Fungsi Keterangan
Memberikan masukan Input = variable
Pembanding =
Menghasilkan signal
konstan dengan frekuensi
tertentu
time value
out value= [0 1]
Membandingkan input
yang masuk dengan
konstanta yang diberikan
operator= <=
const. value
Operator matematis dari
signal yang masuk
-
54
Signal PWM digunakan sebagai input driver motor. Signal PWM
merupakan perbandingan antara nilai ON atau “1” dan OFF atau “0” pada satu
gkit signal PWM
. Setiap diagram memiliki
masing, tiap diagram komponen dirangkai seperti pada Gambar
sehingga membentuk rangkaian yang menghasilkan keluaran berupa signal
untuk menghasilkan signal PWM berupa konstanta yang dapat
Keterangan
Input = variable
Pembanding = 225
time value= [0 1e-3]
= [0 1]
operator= <=
const. value = 0
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Kerja dari pembangkit signal PWM melalui tahapan sebagai berikut:
1. Menentukan propertis dari tiap
Penentuan propertis yang diberikan pada tiap komponen menentukan signal
keluaran yang akan dihasilkan. Pengaturan secara lengkap dapat dilihat pada
Tabel 4.5, sedangkan gambar lengkap dapat dilihat pada lampiran.
2. Memasukkan nilai Input yang dikehendaki pad
Kisaran nilai input adalah antara 0 dan nilai maksimal 225. Pembatasan nilai
input berdasarkan penentuan nilai PWM yang dikehendaki yakni dari 0
hingga maks 225.
3. Menghitung perbandingan nilai masukan dibanding dengan konstanta acuan
yang telah ditentukan.
4. Menjumlahkan nilai perbandingan Input dengan signal yang dibangkitkan
diagram “repeating squence”
5. Output yang dihasilkan dibandingkan dengan
Hasil signal yang dikeluarkan oleh pembangkit PWM dengan bermacam
nilai masukan dapat dilihat pada perhitungan. Hasil s
dibangkitkan terlihat pada
lampiran.
Masukan PWM = 30
%'S( T0
88U�
Masukan PWM = 70
%'S( V0
88U�
Gambar 4.8. Pembangkit PWM
Kerja dari pembangkit signal PWM melalui tahapan sebagai berikut:
Menentukan propertis dari tiap-tiap komponen penyusun
Penentuan propertis yang diberikan pada tiap komponen menentukan signal
keluaran yang akan dihasilkan. Pengaturan secara lengkap dapat dilihat pada
, sedangkan gambar lengkap dapat dilihat pada lampiran.
Memasukkan nilai Input yang dikehendaki pada diagram “Input”
Kisaran nilai input adalah antara 0 dan nilai maksimal 225. Pembatasan nilai
input berdasarkan penentuan nilai PWM yang dikehendaki yakni dari 0
Menghitung perbandingan nilai masukan dibanding dengan konstanta acuan
telah ditentukan.
jumlahkan nilai perbandingan Input dengan signal yang dibangkitkan
“repeating squence”
Output yang dihasilkan dibandingkan dengan const. value = 0
Hasil signal yang dikeluarkan oleh pembangkit PWM dengan bermacam
dapat dilihat pada perhitungan. Hasil signal PWM yang
at pada Gambar 4.9. Gambar lebih lengkap dapat dilihat pada
� 100% 13.33%
� 100% 13.33%
Kerja dari pembangkit signal PWM melalui tahapan sebagai berikut:
Penentuan propertis yang diberikan pada tiap komponen menentukan signal
keluaran yang akan dihasilkan. Pengaturan secara lengkap dapat dilihat pada
Kisaran nilai input adalah antara 0 dan nilai maksimal 225. Pembatasan nilai
input berdasarkan penentuan nilai PWM yang dikehendaki yakni dari 0
Menghitung perbandingan nilai masukan dibanding dengan konstanta acuan
jumlahkan nilai perbandingan Input dengan signal yang dibangkitkan
Hasil signal yang dikeluarkan oleh pembangkit PWM dengan bermacam
ignal PWM yang
9. Gambar lebih lengkap dapat dilihat pada
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Masukan PWM = 100
%'S( %00
88U�
Masukan PWM = 150
%'S( %U0
88U�
Masukan PWM = 225
%'S( 800
88U�
(a) (b)
Gambar 4.9. Output PWM (a) PWM = 30 (b) PWM = 70
Pengaturan Logika Kabur
Pengaturan logika kabur dilakukan dengan menambahkan diagram
pengaturan logika kabur. Untuk pengaturan logika kabur telah ditentukan dua
input dan satu output. Untuk dapat menghitung besarnya Error dan dError
dibutuhkan data masukan berupa ke
Diagram pengaturan logika kabur seperti tampak pada
Gambar 4.
0 0.2 0.4 0.60
0.5
1
1.5 X: 0.0001333
Y: 1
� 100% 44.44%
� 100% 66.67%
� 100% 88.89%
(a) (b)
9. Output PWM (a) PWM = 30 (b) PWM = 70
Logika Kabur
Pengaturan logika kabur dilakukan dengan menambahkan diagram
pengaturan logika kabur. Untuk pengaturan logika kabur telah ditentukan dua
input dan satu output. Untuk dapat menghitung besarnya Error dan dError
dibutuhkan data masukan berupa kecepatan referensi dan data kecepatan aktual.
Diagram pengaturan logika kabur seperti tampak pada Gambar 4.10.
Gambar 4.10. Kontrol logika kabur
0.8 1 1.2-
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0
0.5
1
1.5 X: 0.0003111
Y: 1
56
Pengaturan logika kabur dilakukan dengan menambahkan diagram
pengaturan logika kabur. Untuk pengaturan logika kabur telah ditentukan dua
input dan satu output. Untuk dapat menghitung besarnya Error dan dError
cepatan referensi dan data kecepatan aktual.
1.2 1.4
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Komponen utama diagram kontrol logika kabur adalah kontroller logika
kabur yang berfungsi memanggil persama
digunakan dijelaskan secara lengkap seperti tampak pada tabel. Keterangan fungsi
dan setting masing-masing komponen dapat dilihat pula pada
Keterangan lebih detail dapat dilihat pada lampiran.
Tabel 4.
Nama Diagram Gambar
Kontrol logika
kabur
Pembatas
Delay
Kerja dari pengaturan logika kabur melalui tahapan sebagai berikut:
1. Memberikan data input
Input untuk pengaturan logika kabur berupa kecepatan referensi dan
kecepatan aktual motor DC. Kecepatan referensi adalah konstanta
yang diberikan oleh operator pada saat simulasi atau sebelumnya. Kecepatan
referensi dibatasi mulai dari angka 0 hingga kecepatan maksimum. Kecepatan
motor DC didapatkan dari output data diagram motor DC. Kecepatan motor
DC adalah respon terhadap m
2. Perhitungan masukan kontrol logika kabur
Input untuk penalaran kontrol logika kabur adalah Error dan dError yang
dihitung dari input yang berupa kecepatan referensi dan kecepatan aktual
motor DC. Perhitungan input E
rumus
Error = kecepatan –
dError = Error(t) - Error
Komponen utama diagram kontrol logika kabur adalah kontroller logika
kabur yang berfungsi memanggil persamaan logika kabur. Komponen yang
digunakan dijelaskan secara lengkap seperti tampak pada tabel. Keterangan fungsi
masing komponen dapat dilihat pula pada Tabel 4.
Keterangan lebih detail dapat dilihat pada lampiran.
Tabel 4.6. komponen pengaturan logika kabur
Gambar Fungsi Keterangan
Pemanggil fungsi aturan
kontrol logika kabur
FIS Matrik = mootor
waktu panggil=0.001
Pembatasan signal yang
boleh lewat
Min = 0
Max = 225
Menunda data selama
waktu tertentu
-
Kerja dari pengaturan logika kabur melalui tahapan sebagai berikut:
Memberikan data input
Input untuk pengaturan logika kabur berupa kecepatan referensi dan
kecepatan aktual motor DC. Kecepatan referensi adalah konstanta
yang diberikan oleh operator pada saat simulasi atau sebelumnya. Kecepatan
referensi dibatasi mulai dari angka 0 hingga kecepatan maksimum. Kecepatan
motor DC didapatkan dari output data diagram motor DC. Kecepatan motor
DC adalah respon terhadap masukan tegangan dan arus yang diberikan.
Perhitungan masukan kontrol logika kabur
Input untuk penalaran kontrol logika kabur adalah Error dan dError yang
dihitung dari input yang berupa kecepatan referensi dan kecepatan aktual
motor DC. Perhitungan input Error dan dError dihitung dengan menggunakan
–kecepatan referensi
Error(t-1)
Komponen utama diagram kontrol logika kabur adalah kontroller logika
an logika kabur. Komponen yang
digunakan dijelaskan secara lengkap seperti tampak pada tabel. Keterangan fungsi
Tabel 4.6.
Keterangan
FIS Matrik = mootor
waktu panggil=0.001
Kerja dari pengaturan logika kabur melalui tahapan sebagai berikut:
Input untuk pengaturan logika kabur berupa kecepatan referensi dan
kecepatan aktual motor DC. Kecepatan referensi adalah konstanta masukan
yang diberikan oleh operator pada saat simulasi atau sebelumnya. Kecepatan
referensi dibatasi mulai dari angka 0 hingga kecepatan maksimum. Kecepatan
motor DC didapatkan dari output data diagram motor DC. Kecepatan motor
asukan tegangan dan arus yang diberikan.
Input untuk penalaran kontrol logika kabur adalah Error dan dError yang
dihitung dari input yang berupa kecepatan referensi dan kecepatan aktual
rror dan dError dihitung dengan menggunakan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
58
Error(t) : data error pada saat perhitungan
Error(t-1) : data error yang ditahan (menggunakan delay) dengan rentang
tertentu
3. Pengambilan keputusan kontrol logika kabur
Pengambilan keputusan kontrol logika kabur dilakukan berdasar fungsi
keanggotaan dan aturan dasar.
4. Menghitung nilai PWM
Data Output hasil penalaran kontrol logika kabur dijumlahkan nilai PWM
sebelumnya menghasilkan nilai PWM aktual. Nilai PWM aktual dihitung
dengan rumus
PWM(t) = Output + PWM(t-1)
5. Pembatas
Nilai PWM aktual dibatasi pada angka tidak kurang dari 0 dan melebihi nilai
225, tujuan pembatasan agar dapat digunakan untuk pengaturan PWM.
4.2.2. Simulasi Pengaturan Motor DC
Pengaturan motor DC dilakukan dengan memasukkan nilai PWM yang
dikehendaki pada diagram Input. Input yang masuk pada diagram digunakan
sebagai acuan membangkitkan signal PWM. Driver motor menggerakkan motor
DC berdasarkan signal PWM yang diterima sehingga motor memberi respon
berupa putaran. Penjelasan lebih detail pengujian respon kecepatan motor DC
dengan beberapa variasi nilai Input PWM adalah sebagai berikut.
Nilai PWM yang diberikan = 225
Secara matematis dapat dihitung persentase signal PWM yang
dibangkitkan sebagai berikut
%'S( 225
225� 100% 100%
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 4.11. Input kontrol kecepatan: input PWM = 225 ( )
respon gerbang logika ( )
Dari Gambar 4.11 tampak signal Input PWM diberikan nilai konstan yakni
sebesar 225. Dengan PWM masukan 225 signal yang dibangkitkan adalah 100%
seperti tampak pada Gambar 4.11. Dari Gambar 4.11 gerbang logika terlihat
bahwa signal PWM bernilai 1 untuk setiap waktunya. Dari signal PWM yang
dibangkitkan, motor DC memberi respon berupa kecepatan putar seperti tampak
pada Gambar 4.12.
Gambar 4.12. Respon Kecepatan Motor DC
Gambar 4.12 adalah respon kecepatan motor DC dengan maukan PWM
225. Kecepatan motor mencapai kecepatan masksimum sebesar 72,6 rad/s. Untuk
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Signal Logika Pengaturan Driver Motor
waktu (detik)
Logic
Ga
te (
1=
On,
0=
Off
)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
10
20
30
40
50
60
70
80
waktu (detik)
kecepata
n (
rad/s
)
Respon Kecepatan Motor DC
X: 1.25
Y: 72.59
0
50
100
150
200
250
Input
PW
M (
maks 2
25)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
60
mencapai kecepatan maksimum dengan kondisi tunak motor DC membutuhkan
waktu 1,25 detik.
Nilai PWM yang diberikan = 135
Secara matematis dapat dihitung persentase signal PWM yang
dibangkitkan sebagai berikut
%'S( 135
225� 100% 60%
Gambar 4.13. Input kontrol kecepatan: input PWM = 135 ( )
respon gerbang logika ( )
Dari Gambar 4.13 tampak signal Input PWM diberikan nilai konstan yakni
sebesar 135 dari nilai masksimum 225 dengan menghasilkan gerbang logika
dengan besar adalah 60%. Dari Gambar 4.15 gerbang logika terlihat bahwa signal
PWM bernilai 1 dari t = 0 detik dan pada t = 0.0006 detik nilai signal berubah
menjadi 0 hingga t = 0.001 detik kembali bernilai 1. Signal PWM berulang setiap
t = 0.001 detik hingga akhir simulasi. Dari signal PWM yang dibangkitkan, motor
DC memberi respon berupa kecepatan putar seperti tampak pada Gambar 4.14.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10-3
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Signal Logika Pengaturan Driver Motor
waktu (detik)
Logic
Gate
(1=
On,
0=
Off
)
X: 0.0006
Y: 1
0
50
100
150
200
250
Input
PW
M (
maks 2
25)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 4.14. Respon Kecepatan Motor DC
Dari Gambar 4.14 tampak respon kecepatan motor DC dengan masukan
PWM 135. Kecepatan motor mencapai maksimum pada 47,12 rad/s dan mencapai
kecepatan maksimum membutuhkan waktu 1,372 detik.
Nilai PWM yang diberikan = 90
Secara matematis dapat dihitung persentase signal PWM yang
dibangkitkan sebagai berikut
%'S( 90
225� 100% 40%
Gambar 4.15. Input kontrol kecepatan: input PWM = 90 ( )
respon gerbang logika ( )
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
waktu (detik)
kecepata
n (
rad/s
)
Respon Kecepatan Motor DC
X: 1.372
Y: 47.11
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10-3
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Signal Logika Pengaturan Driver Motor
waktu (detik)
Logic
Gate
(1=
On,
0=
Off
)
X: 0.0004
Y: 1
0
50
100
150
200
250
Input
PW
M (
maks 2
25)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
62
Input PWM diberikan nilai konstana yakni dengan nilai konstan sebesar 90
seperti tampak pada Gambar 4.15 Input PWM. Dengan masukan 90 signal PWM
yang dibangkitkan adalah 40% seperti tampak pada Gambar 4.15 respon gerbang
logika. Dari Gambar 4.20 respon gerbang logika terlihat bahwa signal PWM
bernilai 1 dari t = 0 detik dan pada t = 0.0004 detik nilai signal berubah menjadi 0,
hingga t = 0.001 detik kembali bernilai 1. Signal PWM berulang dengan t = 0.001
detik hingga akhir simulasi.
Gambar 4.16. Respon Kecepatan Motor DC
Dari Gambar 4.16 tampak respon espon kecepatan motor DC dengan
masukan PWM 60%. Kecepatan motor mencapai 32,37,12 rad/s. Untuk mencapai
kecepatan maksimum dengan kondisi tunak membutuhkan waktu 1,418 detik.
4.2.3. Simulasi Pengaturan Motor DC kontrol logika kabur
Pengujian simulasi pengaturan motor DC kontrol logika kabur dilakukan
dengan memberikan nilai kecepatan referensi hingga motor memberi respon
kecepatan dan mencapai keadaan tunak. Dari data pengujian respon kecepatan
motor DC diketahui kecepatan maksimum adalah sebesar 72,6 rad/s. Dari data
kecepatan maksimum, rentang masukan nilai kecepatan referensi yang diberikan
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
5
10
15
20
25
30
35
40
waktu (detik)
kecepata
n (
rad/s
)
Respon Kecepatan Motor DC
X: 1.416
Y: 32.37
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
pada simulasi kontrol kecepatan motor DC dengan logika kabur adalah antara 0
rad/s hingga 72.6 rad/s.
Nilai referensi referensi yang dimasukkan operator dibandingkan dengan
respon kecepatan motor DC sehingga diperoleh nilai Error dan dError dengan
melakukan perhitungan seperti yang telah dijelaskan. Nilai masukan diolah
dengan penalaran kontrol logika kabur sehingga menghasilkan keluaran berupa
DPWM. Berikut salah satu contoh hasil pengaturan kontrol logika kabur dengan
kecepatan referensi 55 rad/s. Respon kecepatan yang diberikan motor DC dengan
pengaturan logika kabur seperti diperlihatkan pada Gambar 4.17.
Gambar 4.17. Respon kecepatan kontrol logika kabur
Dari Gambar 4.17 grafik diketahui bahwa untuk mencapai nilai kecepatan
referensi 55 rad/s, motor DC dengan pengaturan kontrol logika kabur
membutuhkan waktu 0.453 detik. Untuk penjelasan mengenai karakteristik respon
kecepatan motor DC pada saat starting maka diambil gambar potongan A – A
seperti nampak pada Gambar 4.18.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
10
20
30
40
50
60
70
waktu (detik)
kecepata
n (
rad/s
)
Respon Kecepatan Motor DC
X: 0.4529
Y: 54.99
A -- A
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
64
Gambar 4.18. Respon kecepatan (potongan A – A)
Dari respon kecepatan (potongan A-A) pada Gambar 4.18 diatas dapat
diketahui karakteristik respon kecepatan pada saat starting sebagai berikut
Waktu naik = 0.156 detik
Waktu tunak = 0.453 detik
Overshoot = 55.37 rad/s
Penyimpangan = 53.79 rad/s
Pada pengaturan motor DC dengan kontrol logika kabur terjadi kelebihan
nilai kecepatan atau overshoot dan penyimpangan. Waktu naik adalah waktu yang
dibutuhkan motor DC dari kondisi diam hingga sebelum mengalami overshoot.
Waktu tunak adalah waktu yang dibutuhkan motor DC dari kondisi diam hingga
kecepatan tunak.
Kecepatan yang dihasilkan motor DC pada simulai pengaturan merupakan
respon dari signal PWM hasil pengolahan kotrol logika kabur. Signal PWM yang
dihasilkan kontrol logika kabur seperti tampak pada Gambar 4.19.
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.550
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
X: 0.1679
Y: 55.37 X: 0.4544
Y: 54.99
X: 0.1564
Y: 54.98
waktu (detik)
kecepata
n (
rad/s
)
Respon Kecepatan Motor DC
X: 0.2274
Y: 53.79
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 4.19. Input PWM
PWM yang diberikan mengalami penyesuaian atau setting hingga t = ± 0.5
detik atau hingga waktu tunak. Setelah mencapai kecepatan referensi, besarnya
PWM relatif konstan. Input PWM yang diberikan berdasar pengaturan logika
kabur dengan masukan error dan delta error seperti tampak pada Gambar 4.20.
(a) (b)
Gambar 4.20. Nilai Input Kontrol Logika Kabur (a) Error (b) DError
Dari Input yang diberikan menghasilkan penalaran kontrol logika kabur
seperti tampak pada Gambar 4.21.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
50
100
150
200
250
waktu (detik)
Input
PW
M (
maks 2
25)
Masukan Nilai PWM
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
waktu (detik)
err
or
(ra
d/s
)
Nilai Error
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-5
0
5
10
15
20
waktu (detik)
delt
a e
rror
(ra
d/s
)
Nilai Delta Error
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
66
Gambar 4.21. Delta PWM
Proses pengaturan dan pengambilan keputusan pada kecepatan referensi
50 rad/s. Pada permulaan penyalaan, motor DC tidak bergerak (kecepatan terbaca
0 rad/s) dan tidak mengalami percepatan. Berdasarkan data kecepatan yang
terbaca kemudian dirubah dalam fungsi keanggotaan input berupa Error negatif
besar (NB) dan dError nol (Z). Dengan menggunakan aturan dasar didapatkan
Output penambahan nilai PWM atau DPWM positif besar (PB). Untuk
pengaturan, fungsi kebahasaan Output diterjemahkan dalam nilai diskrit
mengikuti fungsi keanggotaan yang telah tersusun.
Pengaturan dikerjakan dalam fungsi kebahasaan dan pengambilan
keputusan berdasar aturan dasar yang terbentuk. Pada saat motor mulai bergerak
dError besar tetapi Error masih sangat besar maka Out PS. Pada saat Error kecil
dan dError sudah cukup besar (PB) maka Out Z agar saat mendekati nilai referensi
tidak mengalami percepatan yang berlebih. Setelah Error hampir Z dan dError PB
maka Out NS karena sudah mendekati atau hampir sesuai dengan nilai referensi
tetapi masih mengalami percepatan sehingga nilai PWM dikurangi. Karena laju
pengurangan nilai kurang dibanding percepatan sehingga terjdi overshoot. Pada
kondisi ini Error PS dan dError PS sehingga harus dikurangi nilai PWMnya lagi.
Penalaran terus terjadi demikian hingga akhirnya kecepatan mencapai nilai
referensi yang diinginkan.
Kontrol kecepatan motor DC dengan menggunakan kontrol logika kabur
tidak hanya dapat digunakan untuk pengaturan saat starting saja akan tetapi juga
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-5
0
5
10
15
waktu (detik)
delta P
WM
Penambahan Nilai PWM
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
bagus saat ada perubahan nilai referensi kecepatan seperti ditunjukkan pada
Gambar 4.22.
Gambar 4.22. Motor DC dipercepat
Motor DC diberi referensi kecepatan yang bertingkat dipercepat dengan
nilai sebesar 10 rad/s, 20 rad/s, 30 rad/s, 60 rad/s, 72 rad/s. Terlihat pada gambar
respon kecepatan yang diberikan motor dengan pengaturan kontrol logika kabur
cepat dengan tingkat penyimpangan relatif kecil. Kontrol logika kabur juga dapat
digunakan untuk mengatur motor dengan nilai kecepatan referensi diperkecil
seperti tampak pada Gambar 4.23.
Gambar 4.23. Motor DC diperlambat
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
10
20
30
40
50
60
70
80
waktu (detik)
kecepata
n (
rad/s
)
Respon Kecepatan Motor DC
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
10
20
30
40
50
60
70
80
waktu (detik)
kecepata
n (
rad/s
)
Respon Kecepatan Motor DC
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
68
Motor DC diberi referensi kecepatan yang bertingkat diperlambat dengan
nilai sebesar 72, 50, 30, 8, dan 5 rad/s. Terlihat pada gambar respon kecepatan
yang diberikan motor dengan pengaturan kontrol logika kabur cepat dengan
tingkat penyimpangan relatif kecil.
4.2.4. Perbandingan Respon kecepatan
Dalam pembahasan perbandingan respon kecepatan hanya dibatasi pada
saat starting saja. Untuk membandingkan antara kontrol logika kabur dan
pengaturan biasa pada simulasi motor DC maka parameter tetap adalah kecepatan
respon yang dicapai. Kecepatan referensi yang digunakan adalah 20, 25, 30, 35,
40, 45, 50, 55, 60, dan 70 rad/s.
A. Pengaturan motor DC dengan kecepatan atur sebesar 50 rad/s
Pengaturan motor DC tanpa kontrol dilakukan dengan memberikan Input
PWM konstan. Hasil respon kecepatan motor DC seperti tampak pada Gambar
4.24.
Gambar 4.24. Respon kecepatan pengaturan biasa (w = 50 rad/s)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
10
20
30
40
50
60
waktu (detik)
kecepata
n (
rad/s
)
Respon Kecepatan Motor DC
X: 1.004
Y: 49.9
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Dari Gambar 4.24 diketahui bahwa motor DC tanpa kontrol untuk
mencapai nilai referensi atau kecepatan 50 rad/s membutuhkan waktu 1.004 detik.
Gambar 4.25. Respon kecepatan kontrol logika kabur (w = 50 rad/s)
Dari Gambar 4.25 diketahui bahwa motor DC dengan kontrol logika kabur
untuk mencapai nlai referensi atau kecepatan 50 rad/s membutuhkan waktu
0.1215 detik. Apabila grafik respon kecepatan Motor DC tanpa kontrol logika
kabur dan Motor DC dengan kontrol logika kabur disatukan dalam satu gambar
seperti tampak pada Gambar 4.26.
Gambar 4.26. Perbandingan respon kecepatan
(tanpa kontrol-kontrol logika kabur)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
10
20
30
40
50
60
waktu (detik)
kec
epata
n (
rad/s
)
Respon Kecepatan Motor DC
X: 0.1215
Y: 49.9
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
10
20
30
40
50
60
waktu (detik)
kecepata
n (
rad/s
)
Respon Kecepatan Motor DC
kontrol logika kabur
tanpa kontrol
Logika Kabur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
70
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0 20 40 60 80
wa
ktu
na
ik (
de
tik
)
kecepatan referensi (rad/s)
Waktu naik motor DCMotor DC
tanpa kontrol
Motor DC
kontrol logika
kabur
Dari Gambar 4.26 sangat jelas perbandingan kecepatan respon yang
diberikan motor DC dengan kontrol logika kabur. Respon kecepatan dengan
pengaturan kontrol logika kabur lebih cepat mencapai kondisi tunak dibandingkan
dengan tanpa kontrol. Untuk beberapa nilai kecepatan referensi dapat dilihat
seperti tampak pada Tabel 4.7.
Tabel 4.7. Perbandingan simulasi respon waktu naik motor DC
kecepatan
referensi
waktu naik (detik) hemat
tanpa kontrol
logika kabur
kontrol
logika kabur (detik) %
20 1.0960 0.0951 1.0009 91%
25 1.0600 0.0728 0.9872 93%
30 1.0440 0.0772 0.9668 93%
35 1.0200 0.0807 0.9393 92%
40 1.0090 0.0845 0.9245 92%
45 1.0060 0.0997 0.9063 90%
50 1.0040 0.1217 0.8823 88%
55 0.9844 0.1552 0.8292 84%
60 0.9840 0.3819 0.6021 61%
Rata-rata penghematan 87%
Waktu naik adalah waktu yang dibutuhkan hingga kecepatan mencapai
kecepatan referensi. Dari Tabel 4.7 diketahui rata-rata penghematan yang dapat
diberikan sebesar 87% dengan penghematan terbesar 93% dan terkecil 61%.
Apabila tabel dimasukkan dalam grafik seperti tampak pada Gambar 4.27.
Gambar 4.27. Perbandingan waktu naik
Logika Kabur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Dari Gambar 4.27 terlihat perbandingan waktu naik dari motor DC dengan
kontrol logika kabur dan tanpa kontrol logika kabur, menunjukkan waktu yang
digunakan motor DC untuk mencapai nilai kecepatan referensi lebih cepat jika
menggunakan kontrol logika kabur.
Tabel 4.8. Perbandingan simulasi respon waktu tunak motor DC
kecepatan
referensi
waktu tunak (detik) hemat
tanpa control
logika kabur
kontrol
logika kabur (detik) %
20 1.0960 0.3381 0.7579 69%
25 1.0600 0.3711 0.6889 65%
30 1.0440 0.3531 0.6909 66%
35 1.0200 0.3294 0.6906 68%
40 1.0090 0.3373 0.6717 67%
45 1.0060 0.3461 0.6599 66%
50 1.0040 0.2414 0.7626 76%
55 0.9844 0.3334 0.6510 66%
60 0.9840 0.3819 0.6021 61%
Rata-rata penghematan 67%
Waktu tunak adalah waktu yang dibutuhkan motor DC menghasilkan
respon kecepatan sampai pada kondisi tunak tanpa penyimpangan. Dari tabel
diketahui rata-rata penghematan yang dapat diberikan sebesar 67% dengan
penghematan terbesar 76% dan terkecil 61%.
Penghematan waktu tunak menunjukkan keunggulan dengan
menggunakan kontrol logika kabur dibandingkan tanpa kontrol logika kabur pada
saat penyalaan awal. Apabila Tabel 4.8 dimasukkan dalam grafik akan tampak
seperti pada Gambar 4.28.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
72
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0 20 40 60 80
wa
ktu
na
ik (
de
tik
)
kecepatan referensi (rad/s)
Perbandingan Waktu Tunak
Motor DC
tanpa kontrol
Motor DC
kontrol logika
kabur
Gambar 4.28. Perbandingan waktu tunak
Dari Gambar 4.28 terlihat bahwa motor DC dengan kontrol logika kabur
mempunyai relatif sama untuk kecepatan referensi rendah hingga tinggi. Selain
memiliki keuntungan, kontrol logika kabur juga memiliki kekurangan.
Kekurangan dari respon pengaturan kontrol logika kabur adalah adanya kelebihan
nilai respon dari nilai referensi yang diinginkan atau overshoot. Selain itu juga
terjadinya penyimpangan akibat penyesuaian oleh kontrol dari kondisi overshoot.
Nilai overshoot dan penyimpangan yang terjadi untuk masing-masing kecepatan
referensi seperti tampak pada Tabel 4.9.
Tabel 4.9. Karakteristik starting motor DC dengan logika kabur
kecepatan
referensi
(rad/s)
waktu
naik
(detik)
waktu
tunak
(detik)
Overshoot penyimpangan
rad/s % rad/s %
20 0.095 0.3381 22.49 2.49 12.45 19.3 0.70 3.50
25 0.073 0.3711 30.43 5.43 21.72 24.61 0.39 1.56
30 0.077 0.3531 35.37 5.37 17.90 29.46 0.54 1.80
35 0.081 0.3294 40.38 5.38 15.37 34.2 0.80 2.29
40 0.085 0.3373 45.27 5.27 13.18 39.29 0.71 1.78
45 0.100 0.3461 48.18 3.18 7.07 44.42 0.58 1.29
50 0.122 0.2414 51.59 1.59 3.18 49.69 0.31 0.62
55 0.155 0.3334 55.37 0.37 0.67 53.79 1.21 2.20
60 0.382 0.3819 0 0 0.00 0 0.00 0.00
Rata-rata
overshoot 10.17
Rata-rata
penyimpangan 1.67
Logika Kabur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80
pe
rse
nta
se (
%)
kecepatan referensi (rad/s)
Persentase Penyimpangan
% overshoot
% penyimpangan
Dari Tabel 4.9 diketahui overshoot terbesar terjadi pada kecepatan
referensi 21% dari dan nilai terkecil adalah 0.6%. Rata-rata overshoot yang terjadi
adalah 10.17 dari nilai kecepatan referensi. Sedangkan penyimpangan yang terjadi
relatif hampir sama untuk seluruh nilai referensi dengan rata-rata 1.67%. Apabila
data overshoot dan penyimpangan pada tabel dimasukkan dalam gambar akan
tampak seperti pada Gambar 4.29.
Gambar 4.29. Persentase penyimpangan
Dari Gambar 4.29 dapat kita lihat bahwa pada kecepatan referensi rendah
nilai overshoot reltif tinggi, nilai overshoot semakin kecil dengan menaikkan
kecepatan referensi. Untuk nilai penyimpangan relatif sebanding untuk setiap nilai
kecepepatan referensi.
4.2.5. Perbandingan Konsumsi Energi
Untuk mengetahui baik tidaknya pengaturan harus dibandingkan konsumsi
energi yang digunakan untuk mencapai nilai kecepatan referensi yang diinginkan.
Konsumsi energi pada waktu naik dan waktu tunak seperti tampak pada Tabel
4.10.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
74
0
500
1000
1500
2000
0 20 40 60 80Ko
nsu
msi
en
erg
i (J
ou
le)
kecepatan referensi (rad/s)
Konsumsi Energi Waktu Naik
Motor DC
tanpa Kontrol
Motor DC
kontrol
Logika kabur
Tabel 4.10. Konsumsi energi pada kondisi waktu naik
Kecepatan
Referensi
(rad/s)
Waktu naik Efisiensi
tanpa kontrol
logika kabur
kontrol
logika kabur Joule %
Waktu Energi Waktu Energi
20 1.0960 996.5 0.0951 157.7 838.8 84.17
25 1.0600 1087 0.0728 155.8 931.2 85.67
30 1.0440 1179 0.0772 179.1 999.9 84.81
35 1.0200 1252 0.0807 197.8 1054.2 84.20
40 1.0090 1329 0.0845 218.8 1110.2 83.54
45 1.0060 1411 0.0997 235.5 1175.5 83.31
50 1.0040 1488 0.1217 308.8 1179.2 79.25
55 0.9844 1540 0.1552 378.8 1161.2 75.40
60 0.9840 1613 0.3819 730.7 882.3 54.70
Rata-rata efisiensi 79.45
Dari Tabel 4.10 diketahui bahwa penghematan penggunaan energi listrik
untuk setiap kecepatan referensi reltif sebanding dengan nilai yang kecil pada
kecepatan referensi tinggi. Jika tabel dimasukkan dalam bentuk gambar grafik
seperti tampak pada Gambar 4.30.
Gambar 4.30 konsumsi energi pada waktu naik
Konsumsi energi untuk pengaturan motor DC tanpa menggunakan kontrol
kabur mengalami kenaikan secara linear sebanding dengan kenaikan nilai
referensi keccepatan. Untuk pengaturan motor DC dengan logika kabur cenderung
tetap dengan kenaikan yang sedikit dan menjadi sangat besar saat referensi
kecepatan 60 rad/s.
Logika Kabur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
0
500
1000
1500
2000
0 20 40 60 80
Ko
nsu
msi
en
erg
i (J
ou
le)
kecepatan referensi (rad/s)
konsumsi energi waktu tunak
Motor DC
Tanpa kontrol
Motor DC
kontrol logika
kabur
Tabel 4.11. Konsumsi energi pada kondisi waktu tunak
Kecepatan
Referensi
(rad/s)
Waktu tunak Efisiensi
tanpa kontrol
logika kabur
kontrol
logika kabur Joule %
Waktu Energi Waktu Energi
20 1.0960 996.5 0.3381 338.2 658.3 66.06
25 1.0600 1087 0.3711 394.1 692.9 63.74
30 1.0440 1179 0.3531 423 756 64.12
35 1.0200 1252 0.3294 439.1 812.9 64.93
40 1.0090 1329 0.3373 492.6 836.4 62.93
45 1.0060 1411 0.3461 559.5 851.5 60.35
50 1.0040 1488 0.2414 465.8 1022.2 68.70
55 0.9844 1540 0.3334 378.8 1161.2 75.40
60 0.9840 1613 0.3819 730.7 882.3 54.70
Rata-rata efisiensi 64.55
Dari Tabel 4.11 diketahui bahwa penghematan penggunaan energi listrik
untuk setiap kecepatan referensi reltif sebanding dengan nilai yang kecil pada
kecepatan referensi tinggi. Jika tabel dimasukkan dalam bentuk gambar grafik
seperti tampak pada Gambar 4.31.
Gambar 4.31. konsumsi energi waktu tunak
Konsumsi energi untuk pengaturan motor DC tanpa menggunakan kontrol
logika kabur mengalami kenaikan secara linear sebanding dengan kenaikan nilai
referensi keccepatan. Untuk pengaturan motor DC dengan logika kabur cenderung
tetap dengan kenaikan yang sedikit dan menjadi sangat besar saat referensi
kecepatan 60 rad/s.
Logika Kabur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
76
4.2.6. Perbandingan konsumsi energi per jarak tempuh
Perbandingan konsumsi energi terhadap jarak tempuh dihitung untuk
mengetahui efisiensi kontrol logika kabur pada jarak tertentu. Perbandingan
dilakukan pada saat tidak ada perubahan kecepatan untuk motor DC dengan
kontrol logika kabur dan tanpa control logika kabur atau sudah pada kondisi
tunak. Untuk penjelasannya adalah sebagai contoh pada kecepatan referensi 45
rad/s.
Karakteristik pengaturan arus terhadap jarak tempuh ditunjukkan seperti
tampak pada gambar. Pengambilan data dilakukan mulai dari kondisi motor diam
hingga kecepatan tunak. Respon kecepatan dan pengaturan logika kabur seperti
yang telah dijelaskan pada 3.2.4 mengenai simulasi Pengaturan Motor DC kontrol
logika kabur
Gambar 4.32. Penggunaan Arus listrik per_jarak tempuh
Dari Gambar 4.32 terlihat bahwa arus yang digunakan motor DC dengan
pengaturan kontrol logika kabur mengalami pengaturan hingga jarak tertentu.
Pada saat kondisi pengaturan, arus yang digunakan motor dengan kontrol logika
kabur berbeda pada motor tanpa kontrol. Pada jarak tempuh teretentu kedua
pengaturan menggunakan arus yang sama sehingga untuk membandingkan
konsumsi energi yang digunakan untuk menggerakkan motor DC adalah dari
keadaan diam hingga mencapai jarak saat arus yang digunakan sama (terlihat
kedua grafik saling berhimpitan). Pada Gambar 4.32 terlihat kedua grafik saling
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Jarak Tempuh (m)
Aru
s (
Am
pere
)
Arus Listrik Tiap Jarak
X: 5.014
Y: 31.89
Kontrol Logika Kabur
Tanpa kontrol
Logika Kabur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
berhimpitan setelah menempuh jarak 5 m. Untuk perbandingan konsumsi energi
listrik pada jarak tertentu seperti pada tabel diberikan data dengan kecepatan
referensi bervariasi.
Tabel 4.12. Konsumsi Energi per-Jarak Tempuh
Kecepatan
Referensi
(rad/s)
Jarak
tunak (m)
Konsumsi Energi (Joule) Efisiensi
tanpa kontrol
logika kabur
kontrol
logika kabur Joule %
20 2 587 448 139 31.06
25 3 712 533 180 33.73
30 3.5 764 588 176 29.86
35 4 797 627 170 27.02
40 4.5 844 693 151 21.75
45 5 882 762 120 15.73
50 5.5 910 821 89 10.89
55 6 953 879 74 8.41
60 6.5 977 933 44 4.72
Rata-rata efisiensi 20.35
Darti Tabel 4.12 dapat kita lihat jarak tempuh motor setelah mencapai
kondisi tunak. Pada jarak tersebut kemudian diambil data konsumsi energi dan
dibandingkan antara motor DC dengan kontrol logika kabur dan tanpa kontrol.
Selisih yang didapatkan dari perbandingan dihitung besar persentase terhadap
energi listrik yang dipakai pada motor DC tanpa control logika kabur.
Dari Tabel 4.12 terlihat besarnya konsumsi energi listrik motor DC dengan
kecepatan referensi 20 rad/s membutuhkan waktu 2 menit untuk mencapai
keadaan tunak. Konsumsi energi pada motor DC tanpa control logika kabur
sebesar 587 J, sedangkan motor DC dengan kontrol logika kabur 448 J.
Penghematan dengan menggunakan kontrol logika kabur pada kecepatan referensi
20 rad/s adalah139 J atau 31.06%. Dengan naiknya nilai kecepatan referensi
menurunkan nilai persen penghematan sehingga pada kecepatan referensi 60 rad/s
hanya terjadi penghematan 4 % dengan rata-rata penghematan keseluruhan
20.35%. Apabila data perbandingan konsumsi energi pada tabel dimasukkan
dalam gambar akan tampak seperti Gambar 4.33 dan Gambar 4.34.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
0
200
400
600
800
1000
1200
0 20
Ko
nsu
msi
En
erg
i (J
ou
le)
Penggunaan Energi per
0
10
20
30
40
0
efi
sie
ne
si (
%)
Efisiensi Energi per
Gambar 4.33. Perbandingan konsumsi energi per
Dari Gambar 4.3
logika kabur dan motor DC dengan kontrol logika kabur
Pada jarak yang sama, kontrol logika kabur menghabiskan lebih sedikit energi
listrik dibanding tanpa kontrol. Besarnya penghematan semakin kecil pada
referensi kecepatan semakin besar seperti tampak pada gambar dimana kedua
kurva cenderung saling berhimpit
Gambar 4.34
Semakin besar nilai kecepatan referensi menjadikan efisiensi semakin
mengecil. Dapat disimpulkan bahwa dengan menggunakan kontrol logika kabur
akan memberikan pengh
20 40 60 80kecepatan referensi (rad/s)
Penggunaan Energi per-Jarak Tempuh
tanpa kontrol
kontrol logika kabur
20 40 60
kecepatan referensi (rad/s)
Efisiensi Energi per-Jarak Tempuh
. Perbandingan konsumsi energi per-jarak tempuh tunak
33 terlihat perbandingan konsumsi motor DC tanpa kontrol
dan motor DC dengan kontrol logika kabur hingga keadaan tunak.
Pada jarak yang sama, kontrol logika kabur menghabiskan lebih sedikit energi
listrik dibanding tanpa kontrol. Besarnya penghematan semakin kecil pada
referensi kecepatan semakin besar seperti tampak pada gambar dimana kedua
erung saling berhimpit
Gambar 4.34. Efisiensi penggunaan energi per-jarak tempuh
Semakin besar nilai kecepatan referensi menjadikan efisiensi semakin
mengecil. Dapat disimpulkan bahwa dengan menggunakan kontrol logika kabur
akan memberikan penghematan penggunaan energi.
78
tanpa kontrol
kontrol logika kabur
80
jarak tempuh tunak
terlihat perbandingan konsumsi motor DC tanpa kontrol
hingga keadaan tunak.
Pada jarak yang sama, kontrol logika kabur menghabiskan lebih sedikit energi
listrik dibanding tanpa kontrol. Besarnya penghematan semakin kecil pada
referensi kecepatan semakin besar seperti tampak pada gambar dimana kedua
jarak tempuh
Semakin besar nilai kecepatan referensi menjadikan efisiensi semakin
mengecil. Dapat disimpulkan bahwa dengan menggunakan kontrol logika kabur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4.3. Penerapan Kontrol pada mobil listrik
Penelitian penggunaan kontrol logika kabur pada mobil listrik dilakukan
dengan pengaturan motor DC sebagai penggeraknya. Setelah analisa pengaturan
motor DC dengan menggunakan perangkat lunak dilanjutkan dengan menerapkan
pengaturan pada mobil listrik yang sesungguhnya. Penerapan kontrol logika kabur
melalui langkah sebagai berikut.
4.3.1. Pembuatan program
Pengaturan kontrol logika kabur menggunakan ATmega16 dengan
memanfaatkan arsitektur yang dimiliki. Program pengaturan kontrol logika kabur
melalui algoritma sebagaimana tampak pada Gambar 4.35.
Gambar 4.35. Diagram alir algoritma pemrograman
4.3.2. Perbandingan Pengaturan Motor DC
Untuk mengetahui hubungan pengaturan motor DC simulasi dan nyata,
dilakukan dengan memberikan nilai masukan PWM tetap hingga motor
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
80
memberikan respon kecepatan tunak. Untuk membandingkan dengan motor DC
yang sesungguhnya dibuat tabel untuk membandingkan dan mengatahui hubungan
karakteristik simulasi motor DC dengan motor DC nyata. Tabel perbandingan
seperti tampak pada Tabel 4.13. Data yang didapatkan dari motor nyata berupa
kecepatan putar dengan satuan rpm, data yang didapatkan dari simulasi berupa
kecepatan sudut dengan satuan rad/s. Untuk dapat dibandingkan maka dihitung
konversinya. Perbandingan dihitung pada kecepatan putar satuan rpm untuk
melihat kesebandingan yang lebih jelas.
Tabel 4.13. Respon kecepatan dengan PWM
PWM Nyata Simulasi Error
rpm rad/s rpm rad/s rpm %
36.71 85 8.70 111.49 11.68 26.49 24%
45.53 128 12.78 147.37 15.44 19.37 13%
54.33 162 16.45 181.74 19.04 19.74 11%
63.97 203 21.27 218.01 22.84 15.01 7%
82.68 289 30.28 284.35 29.79 4.65 2%
97.06 343 35.94 332.36 34.82 10.64 3%
109.41 389 40.75 371.97 38.97 17.03 5%
125.29 444 46.52 420.84 44.09 23.16 6%
134.12 475 49.76 447.18 46.85 27.82 6%
150.00 520 54.48 493.19 51.67 26.81 5%
Rata-rata Error 8%
Pengujian dilakukan untuk memperlihatkan respon kecepatan motor
terhadap masukan PWM. Dari tabel diketahui data dari masing-masing respon
kecepatan motor DC menggunakan simulasi maupun nyata. Dari data pada Tabel
4.7 diketahui error terbesar 24% dan terkecil 2% dengan rata-rata error 8%. Error
yang kecil dari perbandingan menunjukkan kedua sistem mempunyai karakteristik
yang sama.
Jika perbandingan respon kecepatan Tabel 4.13 dimasukkan dalam grafik
akan tampak seperti pada Gambar 4.36 sehingga perbandingan antara pengaturan
motor DC simulasi dan nyata tampak lebih jelas.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
0
100
200
300
400
500
600
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Ke
cep
ata
n p
uta
r (r
pm
)
Input PWM (maks 225)
Respon Kecepatan Motor DC
Motor DC Nyata
Motor DC Simulasi
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100 120 140 160
pe
rse
n E
rro
r (%
)
Input PWM (maks 225)
Nilai Error Nyata-Simulasi Motor DC
Gambar 4.36. Perbandingan respon kecepatan terhadap Input PWM
Grafik perbandingan respon kecepatan motor DC Gambar 4.36
menunjukkan dengan nilai input PWM yang sama menghasilkan respon kecepatan
yang hampir sama. Pada Input PWM kecil respon kecepatan Motor DC simulasi
lebih tinggi dibanding motor DC nyata. Pada Input PWM bernilai sekitar 80
menunjukkan kesebandingan respon kecepatan. Pada Input PWM besar respon
Motor DC simulasi lebih rendah dibanding motor DC nyata. Dari data dan gambar
perbandinga simulasi dapat diambil kesimpulan bahwa motor DC simulasi dan
nyata mempunyai karakteristik yang sama.
Selisih nilai respon kecepatan terhadap masukan PWM atau error pada
Tabel 4.13 apabila dimasukkan pada grafik seperti pada Gambar 4.37.
Gambar 4.37. Persen Error respon kecepatan motor DC Nyata-Simulasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
82
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
250 300 350 400 450
wa
ktu
tu
na
k (
de
tik
)
kecepatan referensi (RPM)
Perbandingan Waktu Tunak
Motor DC
tanpa kontrol
Motor DC
kontrol Logika
Kabur
Dari gambar grafik diatas dapat diketahui bahwa error yang terjadi
cenderung menurun dengan penambahan nilai PWM dan mencapai nilai terkecil
pada PWM 80 dan nilainya kembali naik untuk nilai PWM berikutnya.
Tabel 4.14. Perbandingan waktu tunak motor DC (pengujian nyata)
Motor DC tanpa kontrol
logika kabur
Motor DC
kontrol Logika Kabur
Penghematan
kecepatan
referensi
waktu
tempuh
kecepatan
referensi
waktu
tempuh
(detik) (%)
(rpm) (detik (rpm) (detik)
270 8.80 270 7.01 1.79 20%
285 9.40 285 7.22 2.18 23%
305 10.43 305 7.50 2.93 28%
320 10.78 320 7.55 3.23 30%
343 11.53 343 7.63 3.91 34%
366 11.71 366 7.70 4.01 34%
380 11.82 380 7.79 4.03 34%
400 12.11 400 7.93 4.18 35%
420 12.40 420 8.07 4.33 35%
Rata – rata penghematan 30%
Dari Tabel 4.14 dapat diketahui waktu yang diperlukan hingga mencapai
kecepatan referensi, motor DC tanpa kontrol logika kabur membutuhkan waktu
lebih lama dibandingkan motor DC dengan kontrol logika kabur. Apabila Tabel
4.14 dibuat dalam grafik akan tampak seperti pada Gambar 4.38.
Gambar 4.38. Perbandingan Waktu naik motor DC
Logika Kabur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 4.38 menunjukkan grafik perbandingan waktu yang diperlukan
dengan kontrol logika kabur dan tanpa kontrol logika kabur untuk mencapai
kecepatan referensi. Dari Gambar 4.38 terlihat motor DC dengan kontrol logika
kabur memerlukan waktu yang lebih cepat dibandingkan dengan tanpa kontrol
logika kabur. Hal ini ditunjukkan dengan grafik waktu tunak kontrol logika kabur
yang berada dibawah grafik waktu tunak tanpa kontrol logika kabur. Artinya
Energi yang diperlukan pada kotrol logika kabur lebih kecil dibandingkan dengan
kontrol konvensional. Ini membuktikan bahwa kontrol logika kabur dapat
penghasilkan penghematan konsumsi energi yang digunakan, dengan
penghematan sampai dengan 30% pada saat start. Besarnya penghematan yang
diberikan kontrol logika kabur simulasi dan nyata memiliki perbedaan disebabkan
karena, pada simulasi sistem penggerak motor DC dianggap ideal sehingga
variabel yang mempengaruhi respon kecepatan seperti adanya gaya gesek udara,
rugi-rugi mekanis tidak diikutkan dalam perhitungan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
84
BAB V
PENUTUP
4.4. Kesimpulan
Dari data dan analisa yang sudah dilakukan maka didapatkan kesimpulan
sebagai berikut:
1. Simulasi motor DC memiliki karakteristik yang sama dengan
kenyataan karena respon kecepatan terhadap masukan signal PWM
adalah identik. Rata-rata error respon kecepatan motor DC simulasi
dengan input sama dibanding motor DC nyata adalah sebesar 8%.
2. Kontrol logika kabur memberikan respon lebih cepat untuk mencapai
nilai referensi. Penghematan waktu untuk mencapai kecepatan
referensi pengaturan dengan kontrol logika kabur rata – rata sebesar
67% (pada simulasi) dan 30% (pada nyata). Penghematan penggunaan
energi hingga kecepatan tunak dengan kontrol logika kabur rata - rata
64.55%. Penghematan energi listrik untuk mencapai jarak yang sama
pada saat start dengan kontrol logika kabur sebesar 20.35%.
4.5. Saran
Setelah melakukan penelitian maka ada beberapa saran yang bisa dipakai
untuk penelitian selanjutnya:
1. Perlunya penelitian lebih lanjut mengenai karakteristik motor DC
sebagai dasar penentuan keanggotaan maupun aturan dasar.
2. Penambahan parameter penelitian agar kinerja kontrol logika kabur
terbukti lebih menyeluruh dengan beberapa parameter.