PERANCANGAN DAN SIMULASI SISTEM

FUZZY LOGIC CONTROL (FLC) Harga kebenaran logika fuzzy diberikan dalam terminologi linguistik dengan menyertakan predikat kekaburan (fuzzines) pada pr...

0 downloads 4 Views 1MB Size
PERANCANGAN DAN SIMULASI SISTEM KONTROL POSISI PADA PANEL SURYA DENGAN MENGGUNAKAN METODE FUZZY SLIDING MODE CONTROL (FSMC) OLEH : WAWAN ISMANTO

(1205 100 063)

DOSEN PEMBIMBING: Dra. Mardlijah, M.T

(131 933 301)

Drs. I Gst Ngr Rai Usadha, M.Si (131 846 103)

DAFTAR ISI 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

LATAR BELAKANG RUMUSAN DAN BATASAN MASALAH TUJUAN DAN MANFAAT SISTEM PENGENDALIAN DESKRIPSI DAN SISTEM KERJA PANEL SURYA EFEKTIVITAS PANEL SURYA MOTOR SERVO DC, AMPLIFIER, TAKOMETER, DAN RODA GIGI SLIDING MODE CONTROL (SMC) FUZZY LOGIC CONTROL (FLC) FUZZY SLIDING MODE CONTROL (FSMC) METODE PENELITIAN PEMODELAN MATEMATIKA SISTEM PANEL SURYA PERANCANGAN PENGENDALI SMC PERANCANGAN PENGENDALI FLC PERANCANGAN PENGENDALI FSMC HASIL SIMULASI DENGAN TANPA GANGGUAN HASIL SIMULASI DENGAN GANGGUAN INTERNAL HASIL SIMULASI DENGAN GANGGUAN EKSTERNAL KESIMPULAN DAN SARAN SIMULASI MATLAB DAN FLASH

LATAR BELAKANG INDONESIA

POTENSI ENERGI

TERBATAS

SISTEM PENGENDALI

PID, SMC, FLC

PANEL SURYA

FSMC

T U GA S A K H I R

SO, WHAT???

ENERGI SURYA

ROBUST

RUMUSAN DAN BATASAN MASALAH 



Bagaimana rancangan sistem kontrol posisi pada pelacak matahari dengan menggunakan metode SMC Bagaimana performansi sistem kontrol posisi pada pelacak matahari dengan menggunakan metode SM • • • • • •

Model fuzzy yang digunakan adalah model fuzzy mamdani Diasumsikan sistem dari panel surya bersifat terkontrol (controllable). Diasumsikan bahwa model pergerakan matahari adalah konstan. Posisi yang dimaksud dalam tugas akhir ini adalah posisi sudut. Model dari sistem panel surya sudah diambil dari referensi. Gangguan pada sistem adalah semua gangguan yang berhubungan dengan berubahnya pergerakan panel surya

TUJUAN DAN MANFAAT TUJUAN :  Merancang sistem kontrol posisi pada panel surya dengan menggunakan metode FSMC.  Menganalisa performansi sistem kontrol posisi pada panel surya dengan menggunakan metode FSMC. MANFAAT : Diperoleh rancangan sistem kontrol posisi pada panel surya dengan menggunakan metode FSMC yang robust terhadap sistem nonlinier serta memiliki banyak ketidakpastian sehingga dapat diterapkan pada sel surya dalam memaksimalkan penyerapan cahaya matahari.

SISTEM PENGENDALIAN SISTEM PENGENDALI OPERATORNYA

MANUAL

LOOP TERBUKA JARINGAN LOOP TERTUTUP

OTOMATIK

DESKRIPSI DAN SISTEM KERJA PANEL SURYA Laju sinar matahari

θi Galat posisi

Sensor Matahari

Laju Trim

Pengendali

Usikan torsi Td

θo

+

Laju motor perintaah

+

Driver Motor

Piringan Pengumpul

Pengurang Kecepatan Beban

Panel surya yang dapat dikendalikan (Junaidi, 2009)

Diagram skematik sistem panel surya (Kuo, 1996)

EFEKTIVITAS PANEL SURYA

PANEL SURYA

EFEKTIF = MAKSIMUM

POSISI SUDUT

MATAHARI

MOTOR SERVO DC, AMPLIFIER, TAKOMETER, DAN RODA GIGI Motor Servo DC

ea (t ) = Ra ia (t ) + La

Amplifier

dia (t ) + eb (t ) dt

ea (t ) = - K[eo (t ) + et (t )] = - Kes (t )

eb (t ) = K bω m (t )

Takometer et (t ) = K tω m (t )

Tm (t ) = K m ia (t ) Tm (t ) = J

dω m (t ) + Bω m (t ) dt

Roda Gigi 1 n

θ0 = θm

SLIDING MODE CONTROL (SMC) Sistem Dinamis

Fungsi Switching

d  S ( x, t ) =  + λ   dt 

( n −1)

 n − 1 k ( n −1− k ) λ e e = ∑ k  k =0  k  n −1

Permukaan Sliding

Kondisi Sliding

atau

Kondisi sliding

FUZZY LOGIC CONTROL (FLC) Harga kebenaran logika fuzzy diberikan dalam terminologi linguistik dengan menyertakan predikat kekaburan (fuzzines) pada proposisinya suatu himpunan fuzzy (fuzzy set) A dalam semesta pembicaraan (Universe of discourse) U dinyatakan dengan fungsi keanggotaan (membership function) µA, yang harganya berada dalam interval [0,1]. Harga kebenaran dalam logika fuzzy dinyatakan berdasarkan fungsi keanggotaan µA, dimana untuk µA = 1 berarti memiliki keanggotaan penuh, sedangkan µA = 0 berarti tidak termasuk sebagai anggota dari himpunan bagian tersebut A = { (u, µA (u) / u ∈ U) }

LANJUTAN FLC STRUKTUR DASAR PEGEDALI FUZZY • Rule-base, berisi sekumpulan aturan fuzzy dalam mengendalikan sistem. • Inference mechanism, mengevaluasi aturan kontrol yang relevan dan mengambil keputusan masukan yang akan digunakan untuk plant. • Fuzzifikasi, mengubah masukan sehingga dapat digunakan pada aturan di rulebase, dari nilai crisp menjadi nilai fuzzy. • Defuzzifikasi, mengubah kesimpulan yang diperoleh dari inference mechanism menjadi masukan plant, dari nilai fuzzy menjadi nilai crisp.

FUZZY SLIDING MODE CONTROL (FSMC)

menunjukkan jarak antara titik keadaan dan permukaan sliding. d menunjukkan jarak antara titik keadaan dan garis normal dari permukaan sliding yang melalui titik asal bidang

Interpretasi grafis dari Sp dan d (Palm, 1997)

METODE PENELITIAN 1. Studi Literatur. 2. Pemodelan Sistem Posisi Panel Surya. 3. Perancangan Pengendali Sistem Posisi Panel surya. 4. Simulasi Sistem Pengendali Pada Matlab. 5. Analisa Hasil Simulasi. 6. Penyimpulan Hasil Simulasi dan Pemberian Saran.

PEMODELAN MATEMATIKA PADA SISTEM POSISI PANEL SURYA

PERANCANGAN PENGENDALI SMC   Dˆ1 − D1  Dˆ 2 − D2 d − dˆ η  Dˆ1 Dˆ 2 − λ λ ˆ & +  K =  max  ω + max  ω + max uˆ = ω + ( )ω& + ω& d − d C C C   Cˆ Cˆ Cˆ  C    Dˆ 2 − λ   Dˆ1 − D1  Dˆ1 Dˆ 2 − D2 λ d − dˆ η  S & & & u = ω + +  Sat ( ) ω + max  ω + ωd −  max   ω + max Cˆ













C



C

C

C 

Φ

PERANCANGAN PENGENDALI FLC ) pada FLC

Fungsi keanggotaan control input u pada FLC Fungsi keanggotaan dari selisih pergerakan kecepatan sudut pada FLC

Fungsi keanggotaan dari selisih pergerakan percepatan sudut pada FLC

PERANCANGAN PENGENDALI FSMC Fungsi Switching S

Permukaan Sliding Fungsi keanggotaan d pada FSMC

Fungsi keanggotaan Sp pada FSMC

Fungsi keanggotaan control input u pada FSMC

HASIL SIMULASI DENGAN TANPA GANGGUAN Perbandingan respon selisih kecepatan sudut (omega) pada pergerakan panel surya

-5

8,

x 10

9,

x 10

Perbandingan respon selisih percepatan sudut (omegadot) pada pergerakan panel surya

-4

FSMC SMC FLC

8,

7, 7,

6,

Percepatan sudut (rad/detik 2)

Kecepatan sudut (rad/detik)

6,

5,

4,

3,

5,

4,

3,

2,

2,

FSMC SMC FLC

1,

0,

1,

-1, 0,

0, 0,

0,5

1,

1,5 Waktu (detik)

2,

2,5

3,

Perbandinga respon selisih omega pada pergerakan panel surya dengan tanpa gangguan

0,5

1,

1,5 Waktu (detik)

2,

2,5

Perbandinga respon selisih Omegadot pada pergerakan panel surya dengan tanpa gangguan

3,

HASIL SIMULASI DENGAN GANGGUAN EKSTERNAL SINYAL IMPULS Perbandingan respon selisih kecepatan sudut (omega) pada pergerakan panel surya

-3

Perbandingan respon selisih kecepatan sudut (omega) pada pergerakan panel surya

-3

1,

x 10

1,4

FSMC SMC FLC

FSMC SMC FLC

0,9

x 10

1,2

0,8 1,

Kecepatan sudut (rad/detik)

Kecepatan sudut (rad/detik)

0,7

0,6

0,5

0,4

0,8

0,6

0,4 0,3

0,2

0,2

0,1 0, 0, 0, 0,

0,5

1,

1,5 Waktu (detik)

2,

2,5

3,

Perbandinga respon selisih omega pada pergerakan panel surya dengan sinyal impuls kecil

0,5

1,

1,5 Waktu (detik)

2,

2,5

3,

Perbandinga respon selisih omega pada pergerakan panel surya dengan sinyal impuls besar

SINYAL SQUARE Perbandingan respon selisih kecepatan sudut (omega) pada pergerakan panel surya

Perbandingan respon selish kecepatan sudut (omega) pada pergerakan panel surya

0,03

0,06

FSMC SMC FLC

0,025

0,04 Kecepatan sudut (rad/detik)

Kecepatan sudut (rad/detik)

0,02

0,015

0,03

0,01

0,02

0,005

0,01

0, 0,

FSMC SMC FLC

0,05

0,5

1,

1,5 Waktu (detik)

2,

2,5

3,

Perbandinga respon selisih omega pada pergerakan panel surya dengan sinyal square kecil

0, 0,

0,5

1,

1,5 waktu (detik)

2,

2,5

3,

Perbandinga respon selisih omega pada pergerakan panel surya dengan sinyal square besar

HASIL SIMULASI DENGAN GANGGUAN INTERNAL Perbandingan respon selisih kecepatan sudut (omega) pada pergerakan panel surya

-5

Perbandingan respon kecepatan sudut (omega) pada pergerakan panel surya

-5

8,

x 10

8,

x 10

7, 7,

6,

Kecepatan sudut (rad/detik)

Kecepatan sudut (rad/detik)

6,

5,

4,

5,

4,

3,

3,

2, 2,

0, 0, 0, 0,

0,5

1,

1,5 Waktu (detik)

2,

2,5

FSMC SMC FLC

1,

FSMC SMC FLC

1,

3,

Perbandinga respon selisih omega pada pergerakan panel surya dengan perubahan parameter minimum

0,5

1,

1,5 Waktu (detik)

2,

2,5

3,

Perbandinga respon selisih omega pada pergerakan panel surya dengan perubahan parameter maksimum

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari analisis dan pembahasan yang telah dilakukan pada sistem pengendali FSMC pada plant sistem panel surya diperoleh kesimpulan bahwa : 1.

Rancangan sistem pengendali FSMC pada sistem panel surya yang robust terhadap berbagai gangguan terdiri dari fungsi keanggotaan fuzzy, aturan fuzzy, dan susunan diagram blok dari pengendali pada sistem panel surya telah dikerjakan sebelumnya

2.

Rancangan pengendali FSMC dimulai dengan pembentukan fungsi switching S, yaitu :

Permukaan Sliding :

Performansi sistem pengendali FSMC pada sistem panel surya memilki beberapa kelebihan dibandingkan sistem pengendali SMC dan FLC, yaitu : 

Lebih robust terhadap berbagai gangguan eksternal yang bersifat kecil maupun besar.



Lebih robust terhadap gangguan internal yang berupa ketidakpastian parameter.



Lebih mudah dan sederhana dalam perancangannya.



Waktu respon lebih cepat. Namun, masih terdapat beberapa kekurangan yang dimilki sistem pengendali FSMC, yaitu : 1. Membutuhkan penalaan gain agar logika fuzzy dapat mencapai performansi yang baik serta dapat bekerja dengan baik. 2. Adanya overshoot pada pengujian gangguan yang bersifat ekstenal, tetapi overshoot yang ada masih dapat ditolerir.

Lanjutan... Saran 

Dalam tugas akhir ini pengontrolan panel surya agar mengikuti arah gerak matahari adalah melalui kecepatan sudut dari motor servo DC, oleh karena itu akan lebih baik lagi apabila pengontrolan dilakukan dengan melihat sudut dari matahari dikaji lebih lanjut pada penelitian selanjutnya agar memperoleh hasil yang maksimal.



Setelah pengujian sistem pengendali FSMC pada sistem panel surya diperoleh hasil yang baik, maka sebaiknya sistem pengendali FSMC diuji lebih lanjut pada sistem-sistem lainnya.

SIMULASI MATLAB DAN FLASH

DAFTAR PUSTAKA 

Arismunandar, W. 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta: PT PRADNYA PARAMITA



Junaidi, M.A. 2009. Perancangan dan Simulasi Sistem Kontrol Posisi Pada Panel Surya dengan Menggunakan Metode Sliding Mode Control (SMC). Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember



Kuo, C. B. 1998. Teknik Kontrol Automatik Jilid 1. Jakarta: Prenhallindo



Leksono, E. dan Hadi, S. 2000. “Perancangan Sistem Sliding Mode Control dengan Penala Logika Fuzzy untuk Manipulator Robot”. Proceeding Seminar of Intelligent Technology and Its Applications. SITIA’2000.



Messner, W. dan Tilbury, D. 1998. Control Tutorials for Matlab and Simulink.


Mintorogo, D.S. 2000. Strategi Aplikasi Sel Surya (Photovoltaic Cells) Pada Perumahan dan Bangunan Komersial. Surabaya: Universitas Kristen Petra.



Musafa, A. 2003. Perancangan dan Simulasi Sistem Kontrol Posisi Pelacak Matahari Dengan Pengendali PID. Fakultas Teknik Universitas Budi Luhur.



Ogata, K. 1996. Teknik Kontrol Automatik Edisi Kedua Jilid 1. Jakarta: Erlangga



Palm, R., Driankov, D., dan Hellendoorn, H. 1997. Model Based Fuzzy Control: Fuzzy Gain Schedulers and Sliding Mode Fuzzy Controllers. Berlin: Springer-Verlag.



Passino, K.M. dan Yurkovich, S. 1998. Fuzzy Control. California: Addison Wesley Longman, Inc.



Perruquetti, W. dan Barbot, J.P. 2002. Sliding Mode Control in Engineering. New York: Marcel Dekker, Inc.



Rizan, R.I. 2008. Analisis dan Perancangan Sistem Pengendali Pada Inverted Pendulum Menggunakan Metode Fuzzy Sliding Mode Control. Surabaya. Institut Teknologi Sepuluh Nopember.



Setiadi, I. 2009. Optimalisasi Arah Solar Cell Terhadap Intensitas Cahaya Matahari Dalam Dua Sumbu Berbasis Mikrokontroller. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember.



Tien, N.T. 2002. Sliding Control. Applied Nonlinear Control.



Zhang, H. dan Liu, D. 2006. Fuzzy Modeling and Fuzzy Control. Boston: Birkhäuser.



Zhu, F.Q.Q.M., Winfield, A., dan Melhuish, C. 2003. “Fuzzy Sliding Mode Control for Discrete Nonlinear Sistems”. Transactions of China Automation Society, Vol. 22, No. 2 (Sum No. 86).



SEKIAN ... TERIMA KASIH