perancangan dan simulasi sistem kontrol posisi pada panel surya

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

Cˆ

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. <URL: http: //www. engin. umich. edu/ class/
ctms/ simulink/ examples/ pend/ pendsim. htm
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. <URL:
https://www2.hcmut.edu.vn/~nttien/Lectures/Applied%20nonlinear%20control/ C.7%20Sliding%20Control.pdf>
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