Top Banner
PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC VEHICLE MENGGUNAKAN SELF TUNING PROPORTIONAL INTEGRAL DERIVATIVE BERDASARKAN GENETIC ALGORITHM Ahmad Thonthowi - 2210100187 T UGAS A KHIR TE-091399 Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2014 Dosen Pembimbing : Ir. Rusdhianto Effendi A.K, MT.
40

PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Feb 26, 2022

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID

ELECTRIC VEHICLE MENGGUNAKAN SELF TUNING

PROPORTIONAL INTEGRAL DERIVATIVE BERDASARKAN

GENETIC ALGORITHM

Ahmad Thonthowi - 2210100187

T UGAS AKHIR TE-091399

Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2014

Dosen Pembimbing : Ir. Rusdhianto Effendi A.K, MT.

Page 2: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

AGENDA

Pendahuluan

Pengenalan Plant dan Kontroler

Perancangan Sistem

Pengujian Sistem

Penutup

Page 3: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pendahuluan

Latar Belakang Perumusan

Masalah Batasan Masalah

Tujuan

Pemberian beban berlebih yang mengakibatkan kecepatan kendaraan Hybrid berkurang

Membutuhkan penggerak bantuan penggerak utama untuk menanggung beban bersama

Metode kontrol Proportional-Integral-Derivative (PID) digunakan untuk mengatur kecepatan motor listrik, sehingga dapat membantu ICE saat terjadi pembebanan yang dapat menurunkan kecepatan kendaraan

Page 4: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pendahuluan

Latar Belakang Perumusan

Masalah Batasan Masalah

Tujuan

Timbulnya beban menyebabkan kecepatan putar ICE menurun

Mensinkronisasi dan mengoptimalkan kerja dari motor listrik untuk membantu ICE dalam pengaturan kecepatan dari mesin hybrid agar dapat mempertahankan kecepatan yang diinginkan ketika terjadi pembebanan

Page 5: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pendahuluan

• Digunakan plant berupa simulator HEV terdiri dari ICE sebagai penggerak utama, motor DC sebagai penggerak pembantu dan rem elektromagnetik sebagai efek beban.

• ICE telah mencapai set point yang diinginkan

• Motor listrik diberikan tegangan dari PLN, Proses charging-discharging baterai tidak diperhatikan.

Latar Belakang Perumusan

Masalah Batasan Masalah

Tujuan

Page 6: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pendahuluan

Latar Belakang Perumusan

Masalah Batasan Masalah

Tujuan

Dengan mengatur kecepatan dari motor DC menggunakan metode PID-GA dapat

menghasilkan penambahan torsi yang sesuai untuk membantu ICE dengan

pemberian beban yang berbeda untuk mempertahankan keadaan steady state nya

Page 7: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengenalan plant dan kontroler

Simulator HEV Metode PID-GA

Bentuk fisik simulator HEV :

Page 8: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengenalan plant dan kontroler

Simulator HEV Metode PID-GA

Konfigurasi simulator HEV :

Motor DC

ICE

Ge

ar

4:1

Beban

tachogenerator

Rem Elektromagnetik

Arduino R3 Driver Motor

Power Supply

z

Power Supply

Page 9: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengenalan plant dan kontroler

• PID

merupakan kontroler yang aksi kontrolnya merupakan kombinasi dari aksi kontrol proporsional, aksi kontrol integral dan aksi kontrol differensial.

Simulator HEV Metode PID-GA

Page 10: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengenalan plant dan kontroler

• PID

sinyal kesalahan e(t) merupakan masukan kontroler sedangkan keluaran kontroler adalah sinyal kontrol u(t). Hubungan antara masukan kontroler e(t) dan keluaran kontroler u(t)

Simulator HEV Metode PID-GA

Page 11: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengenalan plant dan kontroler

dalam besaran transformasi Laplace

Simulator HEV Metode PID-GA

sEss

11KsU d

ip

Kp = penguatan proporsional τi = waktu integral τd = waktu differensial.

Page 12: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengenalan plant dan kontroler

Simulator HEV Metode PID-GA

Linear Quadratic Regulator adalah suatu kontrol optimal pada sistem linear dengan dengan kriteria kuadratik untuk menyelesaikan permasalahan regulator.

Dengan meminimalisasi energy (cost

function/quadratic function) melalui

indeks performansi dalam interval t0,∞ :

02

1

t

TT dtRuuQeeJ

Page 13: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengenalan plant dan kontroler

Simulator HEV Metode PID-GA

0QPBPBRPAPA T1T

Persoalan regulator dapat diselesaikan

dengan menyelesaikan Persamaan

Riccati:

(2.40)

Page 14: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengenalan plant dan kontroler

Simulator HEV Metode PID-GA

0

222 azpuyuJ

t

0

idp ydtKdt

dyKyKtu*

(2.45)

Kontroler PID LQR merupakan kontroler optimal LQR yang digunakan untuk menentukan gain Kp, Ki, dan Kd pada kontroler PID.

semua state memenuhi serta tersedia untuk feedback, dengan ketentuan u* = -Fx,

Sekarang J sebagai kriteria optimasi yang meminimumkan indeks performansi kuadratik yang direpresentasikan oleh:

Page 15: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengenalan plant dan kontroler

untuk memperoleh nilai parameter yang optimal dari kontroler PID berupa Kp, Ki dan Kd . Urutan dari proses Algoritma Genetika adalah :

- Inisialisasi

- Evaluasi

- Seleksi

- Crossover

- Mutasi

Simulator HEV Metode PID-GA

Page 16: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengenalan plant dan kontroler

Pembangkitan populasi awal akan dibangkitkan secara random dengan biangan integer antara

0,1 – 100

- Dengan jumlah populasi 4

- Kemudian melakukan proses GA (Evaluasi, Seleksi, Crossover, Mutasi)

Simulator HEV Metode PID-GA

Page 17: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengenalan plant dan kontroler

- nilai beban berubah-ubah maka akan digunakan parameter Kp , Ki, Kd sebagai fungsi V load saat implementasi pada sistem,

• Kp (n) = a1 + a2 Vload + a3 Vload 2

• Ki (n) = b1 + b2 Vload + b3 Vload 2

• Kd (n) = c1 + c2 Vload + c3 Vload 2

Simulator HEV Metode PID-GA

Page 18: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengenalan plant dan kontroler

1 20 202

1 30 302

1 40 402

1 50 502

1 60 602

𝑎1𝑎2𝑎3

=

𝐾𝑝1

𝐾𝑝2

𝐾𝑝3

𝐾𝑝4

𝐾𝑝5

• A a Kp

• ATA 𝑎1𝑎2𝑎3

= AT K Sehingga 𝑎1𝑎2𝑎3

= (ATA)-1

ATKp

Simulator HEV Metode PID-GA

Untuk Kp:

Page 19: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Perancangan Sistem Diagram Blok

sistem Identifikasi ICE

Identifikasi motor DC

Kontroler PID

Page 20: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Perancangan Sistem Diagram Blok

sistem Identifikasi ICE

Identifikasi motor DC

Kontroler PID

• Pengujian Identifikasi ICE dengan metode Strejc

Beban Transfer Function RRMSE

Minimal 𝐺 𝑠 =

1.29

0.3118 + 1 2 4.39%

Nominal 𝐺 𝑠 =

1

0.1848 + 1 2 3.208%

Maksimal 𝐺 𝑠 =

1

0.289 + 1 2 6.17%

Page 21: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Perancangan Sistem Diagram Blok

sistem Identifikasi ICE

Identifikasi motor DC

Kontroler PID

• Pengujian Identifikasi ICE dengan metode Strejc

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

waktu(s)

kece

pata

n(rp

m

Set Point

Respon Pemodelan

Respon Pengukuran

Hasil Identifikasi dan Pemodelan ICE Beban Nominal

Page 22: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Perancangan Sistem Diagram Blok

sistem Identifikasi ICE

Identifikasi motor DC

Kontroler PID

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

200

400

600

800

1000

1200

Waktu (s)

Kec

epat

an (

rpm

)

𝐺 𝑠 = 11,01

(s2 + 4,5s + 11,056)

Page 23: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Perancangan Sistem Diagram Blok

sistem Identifikasi ICE

Identifikasi motor DC

Kontroler PID

Simulink Simulasi Kontroler

Page 24: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Perancangan Sistem

Diagram Blok sistem

Identifikasi ICE Identifikasi motor DC

Kontroler PID

Simulink Implementasi Kontroler

Page 25: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengujian Sistem

Tegangan Beban (Volt) Daya Motor DC (Watt) Penurunan Kecepatan (rpm)

20 58,138 158,219

30 92,040 236,410

40 133,194 308,428

50 187,740 387,350

60 241,800 464,640

Simulasi ICE Simulasi HEV Implementasi

ICE Implementasi

HEV

Page 26: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengujian Sistem

• Respon ICE dengan penurunan kecepatan berubah ubah

Simulasi ICE Simulasi HEV Implementasi

ICE Implementasi

HEV

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

200

400

600

800

1000

1200

1400

Waktu (s)

Kecepata

n (

rpm

)

Set Point

Respon ICE

Beban

Page 27: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengujian Sistem

• Sinyal kesalahan ICE dengan penurunan kecepatan berubah ubah

Simulasi ICE Simulasi HEV Implementasi

ICE Implementasi

HEV

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-200

0

200

400

600

800

1000

1200

Waktu (s)

Kecepata

n (

rpm

)

Sinyal Kesalahan

Page 28: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengujian Sistem

• Parameter Kontroler PID yang didapatkan menggunakan GA

Simulasi ICE Simulasi HEV Implementasi

ICE Implementasi

HEV

Tegangan Beban (Volt) Kp Ki Kd

20 1,08 1 0.7589

30 1,12 1,025 0,783

40 1,2 1,083 0,84

50 1,56 1,31 1,06

60 1,72 1,414 1,17

Page 29: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengujian Sistem

• Respon HEV dengan pemberian beban 20 VDC

Simulasi ICE Simulasi HEV Implementasi

ICE Implementasi

HEV

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-200

0

200

400

600

800

1000

1200

Waktu(s)

Kecepata

n (

rpm

)

Set Point

Respon mesin Hybrid

Respon ICE

Desired Respon

Page 30: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengujian Sistem

• Sinyal kesalahan HEV dengan pemberian beban 20 VDC

Simulasi ICE Simulasi HEV Implementasi

ICE Implementasi

HEV

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Waktu(s)

Kec

eata

n (r

ms)

Sinyal Kesalahan

Page 31: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengujian Sistem

• Sinyal kontrol HEV dengan penurunan kecepatan 158,219 rpm

Simulasi ICE Simulasi HEV Implementasi

ICE Implementasi

HEV

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Waktu(s)

Kec

epat

an (

rpm

)

Sinyal Kontrol

Page 32: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengujian Sistem

• Respon HEV dengan pemberian beban 60 VDC

Simulasi ICE Simulasi HEV Implementasi

ICE Implementasi

HEV

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-200

0

200

400

600

800

1000

1200

Waktu (s)

Kecepata

n (

rpm

)

Set Point

Respon Mesin Hybrid

Respon ICE

Desired Respon

Page 33: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengujian Sistem

• Sinyal kesalahan HEV dengan pemberian beban 60 VDC

Simulasi ICE Simulasi HEV Implementasi

ICE Implementasi

HEV

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Waktu (s)

Kecepata

n (

rpm

)

Sinyal Kesalahan

Page 34: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengujian Sistem

• Sinyal kontrol HEV dengan penurunan kecepatan 464,64 rpm

Simulasi ICE Simulasi HEV Implementasi

ICE Implementasi

HEV

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

100

200

300

400

500

600

Waktu (s)

Kec

epat

an (

rpm

)

Sinyal Kontrol

Page 35: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengujian Sistem

• Respon ICE dengan penurunan kecepatan berubah - ubah

Simulasi ICE Simulasi HEV Implementasi

ICE Implementasi

HEV

0 20 40 60 80 100 1200

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Waktu (s)

Kecepata

n (

rpm

)

Respon ICE

Set Point

Page 36: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

Pengujian Sistem

• Respon HEV dengan penurunan kecepatan berubah – ubah

Simulasi ICE Simulasi HEV Implementasi

ICE Implementasi

HEV

0 20 40 60 80 100 1200

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Waktu (s)

Kecepata

n (

rpm

)

Respon Mesin Hybrid

Set Point

Page 37: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

PENUTUP

• ▫ Parameter Kontroler PID berupa Kp, Ki dan Kd yang

optimal dapat dicari menggunakan Algoritma Genetika berdasarkan penerapan aturan tertentu yang sesuai

▫ Kontroler PID mampu mengurangi sinyal kesalahan

akibat adanya pembebanan berlebih yang diberikan pada sistem HEV

▫ Terjadi kenaikan steady state error dengan

bertambahnya besar beban yang diberikan pada ICE

Kesimpulan Saran

Page 38: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

PENUTUP

▫ Pada simulasi, kontroler PID mampu mengurangi

steady state error set point pada saat terdapat beban yang menyebabkan penurunan kecepatan motor DC yang terjadi hingga mencapai 2,2%.

▫ Pada implementasi , respon motor DC dengan

Kontroer PID dapat membantu kinerja ICE pada simulator HEV, tetapi belum dapat mencapai performansi optimalnya, terutama saat rem elektromagnetik diberi tegangan sebesar 50 VDC dan 60 VDC.

Kesimpulan Saran

Page 39: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …

PENUTUP

Program yang digunakan untuk penentuan parameter kontrol PID dengan metode pencarian Algoritma genetika lebih baik lagi, sehingga mendapatkan parameter yang lebih optimal dan nilai steady state error lebih kecil lagi.

Kesimpulan Saran

Page 40: PENGATURAN KECEPATAN PADA PARALLEL HYBRID ELECTRIC …