JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK · PDF fileJurnal Pusat Pengembangan Bahan Ajar: UMB. [8] M Subchan Mauludin. 2011. Simulasi Kontrol PID Untuk Mengatur Putaran Motor

i

SISTEM PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI

TIGA FASA MENGGUNAKAN KONTROLER PID BERBASIS

GENETIC ALGORITHM

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Akademik dalam

Menyelesaikan Program Sarjana (S-1) Teknik

Disusun Oleh :

FATIH MUTAMMIMUL WILDAN

201110130311087

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2016

ii

iii

iv

v

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas rahmat serta

hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul :

“SISTEM PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA

MENGGUNAKAN KONTROLER PID BERBASIS GENETIC

ALGORITHM”.

Dalam mewujudkan semua yang lebih baik, kami selalu berhadapan

dengan segala macam hambatan. Tidak lain halnya dalam pembuatan Laporan

Tugas Akhir ini, banyak hambatan yang harus penulis lewati, tetapi berkat

bantuan dari beberapa pihak akhirnya penulis dapat melampauinya dengan lancar.

Penulis menyadari bahwa didalam penulisan laporan ini tidak terlepas dari

bimbingan dan pengarahan dari para dosen Universitas Muhammadiyah Malang

serta pihak – pihak yang telah tulus ikhlas memberikan bantuan baik secara moril

dan spiritual. Semoga amal kebaikan serta keikhlasan mereka mendapat balasan

setimpal dari Allah SWT.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan skripsi ini masih

banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran

yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu

pengetahuan dan perkembangan teknologi kedepan.

Malang, 9 Mei 2016

Penulis

vi

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ................................................................................................. i

LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................. ii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iii

LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................. iv

ABSTRAK .............................................................................................................. v

ABSTRACT .......................................................................................................... vi

LEMBAR PERSEMBAHAN ............................................................................. vii

KATA PENGANTAR ........................................................................................ viii

DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xv

BAB I

PENDAHULUAN ................................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................. 2

1.3 Tujuan ............................................................................................................... 2

1.4 Batasan Masalah ............................................................................................... 2

1.5 Metodelogi Penelitian ....................................................................................... 3

1.6 Sistematika Penulisan ....................................................................................... 3

BAB II

DASAR TEORI ...................................................................................................... 5

2.1 Motor Induksi .................................................................................................... 5

2.1.1 Konstruksi Motor Induksi ..................................................................... 5

2.1.2 Prinsip Kerja Motor Induksi .................................................................. 8

2.1.3 Slip Motor Induksi ................................................................................ 9

2.1.4 Frekuensi Arus Rotor .......................................................................... 10

2.1.5 Pengaturan Putaran Motor Induksi ...................................................... 10

2.2 Inverter ............................................................................................................ 12

2.2.1 Pulse Width Modulation ...................................................................... 14

vii

2.3 Pengaturan Vektor .......................................................................................... 15

2.3.1 (a,b,c) (α,β) (Transfomasi Clarke) .................................................. 16

2.3.2 (α,β) (d,q) (Transfomasi Park) ....................................................... 16

2.3.3 (d,q) (α,β) (Invers Park Transformation) ........................................ 17

2.4 Sistem Kontrol PID ......................................................................................... 17

2.4.1 Kontroler Proportional ........................................................................ 18

2.4.2 Kontroler Integral ................................................................................ 19

2.4.3 Kontroler Diferensial........................................................................... 20

2.4.3 Kontroler PID ...................................................................................... 21

2.5 Tanggapan Wawasan Waktu ........................................................................... 23

2.6 Genetic Algorithm (Algoritma Genetika) ....................................................... 24

2.6.1 Hal-hal Yang Harus Dilakukan Dalam Algoritma Genetika .............. 25

2.6.2 Pengertian Individu ............................................................................. 26

2.6.3 Nilai Fitness ........................................................................................ 27

2.6.4 Siklus Algoritma Genetika .................................................................. 28

2.6.5 Komponen Utama Algoritma Genetika............................................... 29

2.7 MATLAB ......................................................................................................... 37

2.7.1 Karakteristik MATLAB ........................................................................ 37

2.7.2 Fungsi M-File Pada M ......................................................................... 38

2.7.3 MATLAB Simulink ............................................................................... 38

BAB III

PERANCANGAN DAN PEMODELAN SISTEM ............................................ 40

3.1 Data Motor Induksi ......................................................................................... 40

3.2 Perancangan Pemodelan Simulasi .................................................................. 40

3.3 Pemodelan Motor Induksi Tiga Fasa .............................................................. 41

3.4 Pemodelan Inverter Tiga Fasa......................................................................... 43

3.5 Pemodelan Vector Control .............................................................................. 44

3.5.1 ABC to dq Convertion ......................................................................... 45

3.5.2 dq to ABC Convertion ......................................................................... 45

3.5.3 Flux Calculation .................................................................................. 46

3.5.4 Teta Calculation .................................................................................. 46

viii

3.6 Hysteresis Current Regulator ......................................................................... 47

3.7 Kontroler PID .................................................................................................. 48

3.8 Penalaan Parameter Kontroler PID Menggunakan GA .................................. 49

BAB IV

ANALISADAN PENGUJIAN SISTEM ............................................................. 53

4.1 Rangkaian dan Simulasi .................................................................................. 53

4.2 Hasil Simulasi Tanpa Kontroler PID .............................................................. 54

4.3 Hasil Simulasi Menggunakan Kontroler PID ................................................. 57

4.3.1 Pembatasan Nilai Kp, Ki, dan Kd 0-10 ............................................... 56



4.3.4 Pembatasan Nilai Kp 5-15, Ki 1-10, dan Kd 0.1-1 ............................. 60

4.3.5 Pembatasan Nilai Kp 5-15, Ki 0.1-1, dan Kd 0.001-0.1 ..................... 61

4.4 Pembahasan ..................................................................................................... 63

4.4.1 Perbandingan Saat Beban 0 Nm .......................................................... 64

4.4.2 Perbandingan Saat Beban 40 Nm ........................................................ 65

4.4.3 Perbandingan Saat Beban 70 Nm ........................................................ 66

4.4.4 Perbandingan Saat Beban 100 Nm ...................................................... 67

BAB V

PENUTUP ............................................................................................................. 69

5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 69

5.2 Saran ............................................................................................................... 69

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 70

LAMPIRAN .......................................................................................................... 72

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Stator dan rotor motor induksi ............................................................ 5

Gambar 2.2 Rangkaian rotor sangkar tupai ............................................................ 7

Gambar 2.3 Rangkaian rotor belitan ....................................................................... 7

Gambar 2.4 Sambungan motor induksi dengan sumber 3 fasa .............................. 9

Gambar 2.5 Pelaksanaan lilitan untuk mengubah jumlah kutub dengan mengubah

sambungan fasa ................................................................................. 11

Gambar 2.6 Pelaksanaan hubungan untuk tinggi sambungan seri P=8 ................ 11

Gambar 2.7 Pelaksanaan hubungan untuk tinggi sambungan seri P=4 .............. 12

Gambar 2.8 Inverter tiga fasa beban hubung bintang ........................................ 13

Gambar 2.9 Bentuk gelombang tegangan fasa a-Van n ...................................... 13

Gambar 2.10 Pulse Width Modulation ................................................................. 14

Gambar 2.11 Kerangka acuan tetap 3 koordinat .................................................. 15

Gambar 2.12 (a,b,c) (α,β) (transfomasi Clarke) .............................................. 16

Gambar 2.13 (a,ß) (d,q) (transfomasi Park) .................................................... 17

Gambar 2.14 Diagram blok sistem kontrol berumpan balik ................................ 18

Gambar 2.15 Diagram blok kontroler proporsional ............................................. 18

Gambar 2.16 Proportional Band dari kontroler proporsional pada penguatan .... 19

Gambar 2.17 Diagram blok kontroler integral ..................................................... 20

Gambar 2.18 Diagram blok kontroler diferensial ................................................ 20

Gambar 2.19 Kurva waktu hubungan input-output kontroler diferensial ............ 21

Gambar 2.20 Blok Diagram Kontroler PID ......................................................... 22

Gambar 2.21 Hubungan dalam fungsi waktu antara sinyal keluaran dengan

masukan untuk kontroler PID ......................................................... 22

Gambar 2.22 Karakteristik Tanggapan Tangga Satuan ........................................ 24

Gambar 2.23 Ilustrasi Representasi Penyelesaian Permasalahan dalam GA ....... 27

Gambar 2.24 Kerangka kerja penerapan Algoritma Genetika untuk

menyelesaikan suatu masalah optimasi .......................................... 28

Gambar 2.25 Struktur dasar Algoritma Genetika ................................................. 28

Gambar 2.26 Ilustrasi seleksi dengan model roda rolet ....................................... 31

Gambar 2.27 Ilustrasi metode penyilangan n-titik ............................................... 33

Gambar 2.28 Ilustrasi metode penyilangan seragam............................................ 34

x

Gambar 2.29 Ilustrasi metode penyilangan berbasis posisi ................................. 34

Gambar 2.30 Ilustrasi metode penyilangan berbasis urutan................................. 34

Gambar 2.31 Ilustrasi metode mutasi kode biner ................................................. 35

Gambar 2.32 Ilustrasi metode mutasi berbasis posisi .......................................... 36

Gambar 2.33 Ilustrasi metode mutasi berbasis urutan ......................................... 36

Gambar 2.34 Ilustrasi metode mutasi campur aduk ............................................. 36

Gambar 3.1 Blok Diagram Inverter dan Kontrol PID berbasis GA ..................... 41

Gambar 3.2 Pemodelan Motor Induksi ................................................................. 42

Gambar 3.3 Blok Konfigurasi Motor Induksi MATLAB ...................................... 42

Gambar 3.4 Blok Parameter Motor Induksi MATLAB ......................................... 43

Gambar 3.5 Pemodelan Inverter ........................................................................... 44

Gambar 3.6 Blok Parameter Inverter Tiga Fasa MATLAB ................................... 44

Gambar 3.7 Pemodelan Vector Control ................................................................ 45

Gambar 3.8 Blok Rangkaian Transformasi Vector Control ................................. 45

Gambar 3.9 Pemodelan ABC-dq Convertion ........................................................ 45

Gambar 3.10 Pemodelan dq-ABC Convertion ..................................................... 46

Gambar 3.11 Pemodelan Flux Calculation .......................................................... 46

Gambar 3.12 Pemodelan Teta Calculation .......................................................... 47

Gambar 3.13 Pemodelan Hysteresis Current Regulator ...................................... 47

Gambar 3.14 Blok Rangkaian Hysteresis Current Regulator .............................. 47

Gambar 3.15 Pemodelan Kontroler PID .............................................................. 48

Gambar 3.16 Blok Parameter Kontroler PID MATLAB ....................................... 48

Gambar 3.17 Flowchart Genetic Algorithm ......................................................... 49

Gambar 4.1 Simulasi Rangkaian Keseluruhan ..................................................... 53

Gambar 4.2 Simulasi Rangkaian Tanpa Kontroler PID ....................................... 54

Gambar 4.3 Simulasi Rangkaian Menggunakan Kontroler PID .......................... 54

Gambar 4.4 Kecepatan Motor Tanpa Kontroler PID Dengan Beban

Bervariasi .......................................................................................... 55

Gambar 4.5 Kecepatan Motor Menggunakan Kontroler PID saat Pembatasan

Nilai Kp, Ki, dan Kd 0-10 ................................................................. 57


Nilai Kp, Ki, dan Kd 0-20 ................................................................. 58

xi


Nilai Kp, Ki, dan Kd 0-30 ................................................................. 59


Nilai Kp 5-15, Ki 1-10 dan Kd 0.1-1 ................................................ 61


Nilai Kp 5-15, Ki 0.1-1 dan Kd 0.001-0.1 ........................................ 62

Gambar 4.10 Perbandingan Respon Kecepatan Motor saat Beban 0 Nm ............ 64

Gambar 4.11 Perbandingan Respon Kecepatan Motor saat Beban 40 Nm .......... 65

Gambar 4.12 Perbandingan Respon Kecepatan Motor saat Beban 70 Nm .......... 66

Gambar 4.13 Perbandingan Respon Kecepatan Motor saat Beban 100 Nm ........ 67

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tanggapan sistem kontrol PID terhadap perubahan parameter ............. 18

Tabel 3.1 Data Nameplate Motor Induksi 3 fasa MATLAB ................................... 40

Tabel 4.1 Respon Motor Ketika Tanpa Kontroler PID.......................................... 55

Tabel 4.2 Hasil Simulasi Pencarian Parameter PID saat Pembatasan Nilai Kp,

Ki, dan Kd 0-10 ..................................................................................... 56

Tabel 4.3 Respon Motor Ketika Menggunakan Kontroler PID saat Pembatasan

Nilai Kp, Ki, dan Kd 0-10 ..................................................................... 57


Ki, dan Kd 0-20 ..................................................................................... 58


Nilai Kp, Ki, dan Kd 0-20 ..................................................................... 58


Ki, dan Kd 0-30 ..................................................................................... 59


Nilai Kp, Ki, dan Kd 0-30 ..................................................................... 60

Tabel 4.8 Hasil Simulasi Pencarian Parameter PID saat Pembatasan Nilai

Kp 5-15, Ki 1-10 dan Kd 0.1-1 .............................................................. 60


Nilai Kp 5-15, Ki 1-10 dan Kd 0.1-1 ..................................................... 61

Tabel 4.10 Hasil Simulasi Pencarian Parameter PID saat Pembatasan Nilai

Kp 5-15, Ki 0.1-1 dan Kd 0.001-0.1 ................................................... 62


Nilai Kp 5-15, Ki 0.1-1 dan Kd 0.001-0.1 .......................................... 62

Tabel 4.12 Perbandingan Hasil Simulasi dengan Lima Jangkauan Batasan Nilai

Parameter Kp, Ki dan Kd dengan Beban 0 Nm .................................. 63


Parameter Kp, Ki dan Kd dengan Beban 40 Nm ................................ 63


Parameter Kp, Ki dan Kd dengan Beban 70 Nm ................................ 63


Parameter Kp, Ki dan Kd dengan Beban 100 Nm .............................. 64

xiii

Tabel 4.16 Perbandingan Saat Beban 0 Nm .......................................................... 65

Tabel 4.17 Perbandingan Saat Beban 40 Nm ........................................................ 66

Tabel 4.18 Perbandingan Saat Beban 70 Nm ........................................................ 67

Tabel 4.19 Perbandingan Saat Beban 100 Nm ...................................................... 68

xiv

DAFTAR PUSTAKA

[1] Abu-Rub Haitham, Iqbal Atif, Guzinski Jaroslaw. 2012. HIGH

PERFORMANCE CONTROL OF AC DRIVES WITH MATLAB/SIMULINK

MODELS. UK: John Wiley & Sons, Inc.

[2] Aris Sugiharto. 2006. Pemrograman GUI dengan MATLAB. Yogyakarta:

Andi Offset.

[3] Endra Pitowarno. 2006. ROBOTIKA DESAIN, KONTROL, DAN

KECERDASAN BUATAN. Yogyakarta: Andi Offset.

[4] Ermanu Azizul Hakim, 2012. Sistem Kontrol. Malang: UMM Press.

[5] Falahal Abadi, 2015, Desain Optimal Power System Stabilizer (PSS) PLTMH

Berbasis Fuzzy PID Menggunakan Genetic Algorithm. Malang.

[6] Hamzah Berahim. 1994. PENGANTAR TEKNIK TENAGA LISTRIK Teori

Ringkas dan Penyelesaian Soal. Yogyakarta: Andi Offset.

[7] Ismail Muchsin. 2009. Motor Induksi. Jurnal Pusat Pengembangan Bahan

Ajar: UMB.

[8] M Subchan Mauludin. 2011. Simulasi Kontrol PID Untuk Mengatur Putaran

Motor AC. Semarang.

[9] Muhamad Ali. 2010. Materi Kuliah Elektronika Daya. Yogyakarta: UNY

[10] Muhammad Arhami dan Anita Desiani. 2005. Pemrograman MATLAB.

Yogyakarta: Andi.

[11] Nurhadi. 2013. Diktat Elektronika Daya. Malang: UMM.

[12]Rashid M.H. 2011. POWER ELECTRONICS HANDBOOK:devices,

circuits,and applications handbook. USA: Butterworth-Heinemann.

xv

[13] Sumanto. 1993. MOTOR LISTRIK Arus Bolak – Balik Motor Sinkron Motor

Induksi. Yogyakarta: Andi Offset.

[14] The Mathworks, Inc., Le-Huy, H., 2016. Vector Control of AC Motor Drive.

Available at: http://www.mathworks.com/help/physmod/sps/examples/vector-

control-of-ac-motor-drive.html

[15] Yon Rijono. 2002. Dasar Teknik Tenaga Listrik Edisi Revisi. Yogyakarta:

Andi.

[16] Zainudin Zukhri. 2014. Algoritma Genetika Metoda Komputasi Evolusioner

untuk Menyelesaikan Masalah Optimasi. Yogyakarta: Andi Offset.

[17] Zuhal. 1988. DASAR TEKNIK TENAGA DAN ELEKTRONIKA DAYA.

Jakarta: Gramedia.

http://www.mathworks.com/help/physmod/sps/examples/vector-control-of-ac-motor-drive.html

http://www.mathworks.com/help/physmod/sps/examples/vector-control-of-ac-motor-drive.html

Documents

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK · PDF fileJurnal Pusat Pengembangan Bahan Ajar: UMB. [8] M Subchan Mauludin. 2011. Simulasi Kontrol PID Untuk Mengatur Putaran Motor