KONTROL KECEPATAN MOTOR DC BERBASIS LOGIKA FUZZY MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER

Print
Category: Listrik & Elektronika
Last Updated on Friday, 06 February 2015 Published Date Written by Sodikin Susa'at (WI Madya Elektronika, P4TK/VEDC Malang)

KONTROL KECEPATAN MOTOR DC BERBASIS LOGIKA FUZZY

MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER 

 

Oleh : Sodikin Susa’at (Widyaiswara Madya VEDC Malang)

Artikel: Elektronika Industri

 

Edisi: Desember 2014 – Februari 2015

 


Abstrak 

Pada Artikel hasil penelitian eksperimen ini dibahas tentang kontrol kecepatan motor dc berbasis logika fuzzy menggunakan mikrokontroler 8-bit. Mikrokontroler yang digunakan adalah: 68HC11F1 sebagai sistem Kontroler Logika Fuzzy mempunyai 2-input: error (e) dan delta-error(de) yang merupakan penyimpangan kecepatan putaran motor yang telah dikonversikan kedalam tegangan dc  0-5V analog atau untuk 8-bit (0-255). Output kontrol digunakan untuk menggontrol plant motor DC penguat medan terpisah (separately excited dc motor) yang dilengkapi konverter ac/dc yang direpresentasikan secara “black box” dengan asumsi gain linier. Selanjutnya diimplementasikan sebagai obyek yang dikontrol adalah plant tiruan kedalam Komputer Personal melalui saluran Tx RS-232 dikirim sebagai aksi kontrol (Vo) yang diumpan balikkan untuk dibandingkan dengan tegangan referensi (Vr) melalui saluran Rx RS-232.Algoritma  error(e) dan delta-error(de) diproses oleh mikrokontroler 8-bit 68HC11F1 (0-255) berbasis logika fuzzy yang didasarkan atas 7x7 rule base fungsi keanggotaan dengan teori Min-Max Mamdani. Hasil uji eksperimen dalam artikel ini menunjukkan dengan input referensi (setting point) 2V, waktu sampel (sampling time)4000ms(T1) dan 300ms(T2), interval 100 ms dan gain=8.5 diperoleh sinyal output diskrit pada settling time antara 0-34ms dengan amplitudo 1.99V daerah steady state atau ={(2.00-1.99)*100%}/2 = 0.5% dari steady state.

Kata kunci : logika fuzzy, membership function, mikrokontroler 8-bit, steady state.

 I. PENDAHULUAN

Untukperancangan kontroler pada peralatan industri yang menggunakan mesin-mesin listrik diperlukan sistem kontrol yang memadai, andal dan efisien dalam penggunaan komponen hardware dan software. Solusi jawaban dari masalah ini salah satunya adalah sistem Kontroler berbasis logika fuzzy menggunakan mikrokontroler 8-bit [5, 8, 9].

Dalam artikel hasil penelitian eksperimen ini disimulasikan hasil respon dari kontroler logika fuzzy (KLF) dengan obyek yang dikontrol berupa plant motor DC penguat medan terpisah menggunakan Matlab sebagai pra-desain dalam meyakinkan perancangan sistem KLF di mikrokontroler 8-bit. Pra-desain disimulasikan beberapa karakteristik respon diantaranya respon plant kondisi open- dan closed-loop.

Menggapa dipilih kontroler berbasis logika fuzzy dan motor DC sebagai plant Dipilihnya Kontroler berbasis Logika fuzzy karena Kontroler Logika Fuzzy telah dibuktikan pada penelitian sebelumnya antara lain : “Kontrol Kongesti pada Jaringan ATM menggunakan Fuzzy Leaky Bucket” [3].  Kemudian pada penelitian lain : “Pembelajaran Mandiri untuk Kontroler Logika Fuzzy pada Simulasi Motor Induksi” [1].

Kontroler logika fuzzy adalah suatu kontrol yang dipercaya keandalannya oleh beberapa peneliti sebelumya karena dalam perancangan kontrolnya input/output bisa didesain dengan secara linguitik, sehingga lebih mendekati kondisi ril yang sebenarnya.

Motor DC secara penggunaan adalah motor yang serbaguna, banyak digunakan di industri (misalnya : mesin pelipat baja “steel mills”, penggerak dari alat penarik “traction” dan pengangkat barang berat dan alat derek “crane”, ‘hoist”)[4, 9].

 Artikel ini pada prinsipnya menguraikan bagaimana plant dengan KLF dirancang menggunakan mikrokontroler 8-bit dari hasil penelitian eksperimen yang telah dilaksanakan. Secara  prinsip sistem  kontrol dan  struktur sistem sambungan Mikrokontroller seperti gambar 1.1 dan gambar 1.2 berikut.

 

Gambar 1.1 Diagram blok sistem FLC menggunakan Mikrokontroler 

 

Gambar 1.2   Sistem Sambungan Unit Mikrokontroller (MCU) dengan Lptop/Komputer

 

II. MOTOR DC

Motor DC yang dikontrol sebagai plant adalah motor DC  penguat medan terpisah (separately excited DC motor) yag dilengkapi dengan konverter dan diasumsikan mempunyai gain linier =1, dalam bentuk “black box”.

 Persamaan model matematik fungsi alih Laplace dari motor DC diperoleh seperti persamaan (1.1), dan gambar rangkaian ekivalen motor DC bisa dilihat pada gambar (1.3) berikut.

 

 Gambar 1.3 Model  ekivalen Motor DC dengan gain Konverter (Kc=1) plant

 

Motor ini kemudian dijadikan sebagai model tiruan yang dimasukkan ke PC, dengan cara persamaan (1.1) yang bersifat kontinyu diubah menjadi persamaan diskrit seperti pada persamaan (1.2).

Data motor berdasarkan studi literatur diperoleh J=0.01kg.m2; B=0.1Nms; Kb=km=0.01Nm/A;  Ra=1W; La=0.5H . Sehingga model matematik fungsi  alih plant  antara kecepatan w(s)  terhadap tegangan referensi Vr(s) adalah [7]:

 

 

 

III. KONTROLER LOGIKA FUZZY

 

            Kontroler Logika Fuzzy sangat pesat perkembangannya dalam aplikasi kontrol, sampai menjarah keperalatan-peralatan rumah tangga seperti mesin cuci, kulkas,  microwave dan lain sebagainya. Pada dekade tahun 1974 Prof. Ebrahim Mamdani dalam penelitiannya :”Suceeded to apply fuzzy logic for  control in practice” [2].

             Pemrosesan algoritma Kontroler Logika Fuzzy  (KLF) menggunakan rule  base fungsi keang-gotaan dari variabel input error (e) dan delta error (de) dilakukan oleh mikrokontroler 8-bit dalam hal ini 68HC11F1 menggunakan bantuan “software” fuzzy for Lemps  dan Lempswin untuk program “down load”dengan asembler. Algoritma fuzzy menggunakan rule matrik 7x7 fungsi keangggotaan antara lain NB(Negative-Big), NM(Negative Medium), NS(Nega-tive Small), Z(Zero), PS(Positive Small), PM(Positive Medium) dan PB(Positive Big) seperti Mac Vicar-Whelan (Tabel 1.1) berikut ini.

 Tabel 1. Rule  base Fungsi keanggotaan  error (e) dan delta error (de).

 

NBe

NMe

NSe

ZEe

PSe

PMe

PBe

NBd

NBc

NBc

NBc

NBc

NMc

NSc

ZEc

NMd

NBc

NBc

NBc

NMc

NSc

ZEc

PSc

NSd

NBc

NBc

NMc

NSc

ZEc

PSc

PMc

ZEd

NBc

NMc

NSc

ZEc

PSc

PMc

PBc

PSd

NMc

NSc

ZEc

PSc

PMc

PBc

PBc

PMd

NSc

ZEc

PSc

PMc

PBc

PBc

PBc

PBd

ZEc

PSc

PMc

PBc

PBc

PBc

PBc

 
 

IV. IMPLEMENTASI DAN SIMULASI

           Gambar 1.4 berikut hasil implementasi dan simulasi Kontrol Kecepatan Motor DC berbasis Logika fuzzy menggunakan Mikrokontroler 8-bit 68HC11F1 dengan amplitudo  input 0-2V sebagai setting point yang  diskala dengan putaran motor 0-1200 rpm.

Penskalaan dan konversi dari putaran (w) menjadi tegangan (V) ini harus dilakukan, karena mikrokontroler hanya dapat menera input tegangan. Hasil simulasi ditunjukkan grafik output diskrit dengan input step 0-2V time sampling 4300ms, terbagi dalam T1=4000ms dan T2=300ms.

Output kontrol  dicapai hampir 1.99V pada waktu mencapai 34ms hampir masuk daerah steady state.

 

V. KESIMPULAN

Dengan input tipe step amplitudo referensi =2V sampling time=4300ms,T1=4000ms, gain=8.5 dan T2=300ms, interval time=100ms, diperoleh sinyal output kontrol sistem diskrit dengan setling time 0 sampai dengan 34ms, hampir mencapai steady state sekitar 1.99V atau =(2-1.99)x100%/2 steady state =0.5% steady state.

  

V. DAFTAR  PUSTAKA

[1].EraPurwanto, Mauridhi HP, Tutus Wibowo: “Pembelajaran Mandiri untuk Kontroler Logika fuzzy pada Simulasi Motor Induksi”. Makalah 2, hal. C1-28.

[2].Jason T. Teeter, Mo-Yuen Chow and James J. Brickley Jr. : “A Novel Fuzzy Friction Compensation Approach to Improve the Performance of  a DC Motor Control System”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.43, No.1,  February 1996.

[3].Mauridhi Hery P., Ida Bagus GWS, Suwadi : “Kontrol Kongesti pada Jaringan ATM menggunakan Fuzzy Leaky Bucket”, Majalah Ilmiah Fakultas Teknik UGM, Edisi No.3 Th.XXIV, Agustus 2002.

[4].Mohammad NUH, Dr.Ir,DEA., Son Kuswadi Ir., “Elektronika Terapan”, Diktat Politeknik Elektronika ITS Surabaya 1998.

[5].Motorola: “MC68HC11 Technical Data”, “Technical Summary 8-Bit Microcontro-llers”, and “MC68HC11F1 Programming Reference Guide”, Motorola, Inc., USA 1991.

[6] Muhammad H. Rashid : “Power Electronics, Circuits, Devices, and Applications”, Printice Hall, India 1997.

[7]. P.C Sen: “Thyristor DC Drives”, John Wiley & Sons, Inc., Canada 1981.

[8]. Pierre Guillemin : “Fuzzy Logic Applied to Motor Control”, IEEE Transactions on Industry Application Vol.2, No.1, January/February 1996.

 [9]. Tarun Gupta, R.R Boudreaux, R.M. Nelms and John Y. Hung : “Implementation of  a Fuzzy  Controller for DC-DC Converters Using an Inexpensive 8-Bit Microcontro-ller”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.44, No.5, October 1997.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 VII. LAMPIRAN
 

 Menentukan Fungsi Keanggotaan dari system input/output dan Fuzzy-dan DeFuzzy-fikasi  pada  Mikrokontroler 68HC11F1 menggunakan software FUZZYLEMPS

 

 1. Menentukan Input/Output FLC menggunakan FUZZY LEMPS untuk 68HC11
 
 2. Menentukan Fungsi keanggotaan Error,d-Error KLF 68HC11F1

 



 
 

3. Menentukan Fungsi keanggotaan Output kontrol KLF 68HC11F1


 

4. Cara Mendefinisikan 7x7 Aturan Fungsi keanggotaan KLF 68HC11F1

 

5. Cara Menetukan Alamat PORT data KLF 68HC11F1 (File Fuzzy)

 
6. Contoh Program utama Assembler yang dihasilkan dari up-load pada Mikrokontroller             68HC11F1
 
 
7. Contoh Program bagian Assembler yang dihasilkan dari up-load pada RS 232                         Mikrokontroller 68HC11F1dengan laptop sebagai plant.
 
 

8. Hasil Print out FLC menggunakan Mikrokontroler 68HC11F1

 
 
Copyright 2019. Powered by Humas. PPPPTK BOE MALANG