kinerja pengendali tanpa sensor kecepatan pada permanent...
TRANSCRIPT
UNIVERSITAS INDONESIA
Kinerja Pengendali Tanpa Sensor Kecepatan Pada Permanent-
Magnet Synchronous Motor
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
M.Apriyudi Syafputra
0606074054
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
DEPOK
JUNI 2010
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINILITAS
Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,
dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk
telah saya nyatakan dengan benar
Nama : M.Apriyudi Syafputra
NPM : 0606074054
Tanda Tangan :
Tanggal : 28 Juni 2010
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
iv
KATA PENGANTAR/UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur saya haturkan sebesar-besarnya kepada Allah SWT, karena atas
rahmat-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini
dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana
Teknik Jurusan Teknik Elektro pada Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Saya
sangat menyadari bahwa, tanpa bantuan dari berbagai pihak, sangatlah sulit untuk
menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan tepat waktu. Oleh karena itu, saya
ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1 Ibu, Bapak dan keluarga tercinta yang telah memberikan motivasi dan
dukungan lahir dan batin.
2 Dr. Ir. Feri Yusivar, selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan waktu
beliau untuk memberikan arahan, bimbingan dan diskusi sehingga skripsi ini
dapat diselesaikan dengan baik.
3 Dosen penguji saat sidang yang telah memberikan saran yang sangat berguna
dalam memberikan masukan terhadap penulisan skripsi ini
4 Teman-teman di lab kendali yang mau membantu dengan senang hati dan
mau berdiskusi sehingga skripsi ini bisa lancar.
5 Teman-teman satu bimbingan yang saling mendukung satu sama lain.
6 Teman-teman mahasiswa Departemen Teknik Elektro FTUI angkatan 2006
yang telah memberikan bantuan dalam penulisan skripsi ini yang tidak bisa
disebutkan satu-persatu.
7 Nurul Ilmi yang telah memberikan waktunya untuk memberi masukan,
nasehat dan selalu memberikan dukungan saat saya dalam keadaan tidak baik
dan yang memberikan peringatan disaat saya lupa.
8 Pihak departemen teknik elektro FTUI yang telah turut memberikan andil
besar kepada saya sehingga skripsi ini bisa selesai dan pihak-pihak lainnya
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
v
Akhir kata, semoga Allah SWT membalas segala kebaikan semua pihak yang
telah membantu saya dalam penyusunan skripsi ini. Dan semoga skripsi ini dapat
bermanfaat bagi pengembangan ilmu pembacanya.
Depok, 28 Juni 2010
Penulis
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
vi
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di
bawah ini:
Nama : M.Apriyudi Syafputra
NPM : 0606074054
Program Studi : Teknik Elektro
Departemen : Teknik Elektro
Fakultas : Teknik
Jenis karya : Skripsi
demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty-
Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:
Kinerja Pengendali Tanpa Sensor Kecepatan Pada Permanent-Magnet
Synchronous Motor
beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti
Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan mengalihmedia/
formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan
memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai
penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di : Depok
Pada tanggal : 28 Juni 2010
Yang menyatakan
(M.Apriyudi Syafputra)
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
vii
ABSTRAK
Nama : M.Apriyudi Syafputra
Program Studi : Teknik Elektro
Judul : Kinerja Pengendali Tanpa Sensor Kecepatan Pada Permanent-
Magnet Synchronous Motor
Pada skripsi ini membahas tentang pengendali tanpa sensor dengan mengestimasi
fluks rotor. Untuk mendapatkan nilai estimasi fluks rotor rotor, perlu arus dan
tegangan dari motor dimana selain untuk dikembalikan ke skema pengendali, juga
sebagai masukan untuk skema observer. Model observer yang digunakan pada
skripsi ini adalah luenberger observer. Untuk pengendali yang digunakan pada
skema FOC, pengendali berdasarkan model motor yang digunakan. Dari hasil
percobaan disimpulkan estimasi fluks bagus saat motor berputar pada kecepatan
tinggi. Pengendalian dengan model motor juga memiliki kelemahan seperti yang
didapat dari hasil percobaan
Kata kunci: Motor PMSM, sensorless control, luenberger observer
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
viii
ABSTRACT
Name : M.Apriyudi Syafputra
Study Program : Electrical Engineering
Title : Performance of Speed Sensorless Control on Permanent-
Magnet Synchronous Motor
This thesis discusses the sensorless control by estimating the rotor flux. To obtain
the estimated value of rotor flux, it is necessary current and voltage of the motor
which in addition to a return to the control scheme, as well as input to observer
scheme. Observer model used in this paper is luenberger observer. For the
controller used in the FOC scheme, controller based motor model is used. From
the experimental results concluded that a good estimation of flux when the motor
rotates at high speed. Motor control model also has weaknesses such as obtained
from the experiment results
Keyword: PMSM motor, sensorless control, luenberger observer
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL………………………………………………………… ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS……………………………. iii
HALAMAN PENGESAHAN……………………………………………….. iv
KATA PENGANTAR/UCAPAN TERIMA KASIH………………………... v
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS
AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS…………………………… vi
ABSTRAK…………………………………………………………………… vii
ABSTRACT………………………………………………………………….. viii
DAFTAR ISI…………………………………………………………………. ix
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………… xi
DAFTAR TABEL……………………………………………………………. xiv
DAFTAR LAMPIRAN………………………………………………………. xv
DAFTAR SIMBOL……………………………………………………………. xvi
1. PENDAHULUAN………………………………………………………… 1
1.1 Latar Belakang Penelitian……………………………………………… 1
1.1.1 Perumusan Masalah……………………………………………. 2
1.1.2 Tujuan Penelitian………………………………………………. 2
1.2 Batasan Masalah……………………………………………………….. 3
1.3 Metodologi Penelitian………………………………………………….. 3
1.4 Sistematika Penulisan………………………………………………….. 3
2. MOTOR PMSM, PEMODELAN, DAN KARAKTERISTIKNYA
.........................………………………………………............... 5
2.1 Motor PMSM………………………………………………................. 6
2.2 Pemodelan matematika motor PMSM...…………………………………. 8
2.2.1 Transformasi 3 fasa ke 2 fasa ...…………………………………. 9
2.2.2 Zero dirrect current axis ...…………………………………. 11
2.3 Prinsip pengamat …………………………………........................... 12
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
x
3. SKEMA PERCOBAAN .……………………….………......................... 14
3.1 Field-Orinted Control…………………………………...................... 15
3.1.1 Skema FOC………………………………………………...... 16
3.2 PI CurrentRregulator……………………………………………….... 16
3.3 PI Speed Regulator..............................................................…….... 19
3.4 Space-Vector Pulse Width Modulation .......................…………..... 21
3.5 Estimasi Fluks dengan Model Pengamat ...................…………....... 21
3.5.1 Luenberger Observer ...................………….......................... 22
3.5.2 Perhitungan Konstanta Ke observer ....………......................... 26
4. ANALISA PERCOBAAN ......................................................... 29
4.1 Percobaan Pengendalian Tanpa Sensor Pada Kecepatan 900 rpm….... 31
4.1.1 Nilai yang terukur dari variabel motor pada kecepatan 900 rpm.. 31
4.1.2 Nilai estimasi variabel motor pada kecepatan 900 rpm ............. 33
4.2 Percobaan Pengendalian Tanpa Sensor Pada Kecepatan 1500 rpm ....... 35
4.2.1 Nilai yang terukur dari variabel motor pada kecepatan 1500 rpm 35
4.2.2 Nilai estimasi variabel motor pada kecepatan 1500 rpm ............ 37
4.3 Percobaan Pengendalian Tanpa Sensor Pada Kecepatan 2100 rpm ....... 39
4.3.1 Nilai yang terukur dari variabel motor pada kecepatan 2100 rpm 39
4.3.2 Nilai estimasi variabel motor pada kecepatan 1500 rpm ............ 41
4.4 Respon Pengendali Tanpa Sensor Saat Perubahan Kecepatan 1000 rpm ke
2000 rpm …………………………………............................................ 43
4.5 Analisa Percobaan …………………………………............................... 45
4.5.1 Analisa Kesalahan Percobaan .................................................. 45
4.5.2 Analisa Kesalahan Estimasi .................................................... 46
4.5.3 Analisa Step Respon .................................................................. 47
5. KESIMPULAN ………………………………………………………….. 48
DAFTAR ACUAN………………………………………………………....... 49
DAFTAR REFERENSI…....……………………………………………….. 50
LAMPIRAN………………………………………………………................. 51
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram klasifikasi motor secara umum ........................... 5
Gambar 2.2 Konstruksi SM-PMSM dan IPMSM ................................ 6
Gambar 2.3 Konstruksi sebuah motor PMSM......…………….................. 7
Gambar 2.4 Kerangka acuan motor ..................................................... 9
Gambar 2.5 Transformasi dan transformasi kebalikan 3 fasa ke 2 fasa
............................................................................................. 9
Gambar 2.6 Arus stator pada sumbu d-q dan saat i-d=0 ...............…….. 12
Gambar 3.1 Skema alat percobaan ......................................................... 14
Gambar 3.2 Skema FOC..............………………………………………... 15
Gambar 3.3 Loop tertutup pengendali arus ............................................. 16
Gambar 3.4 Model loop tertutup antara alat dan motor .............………. 17
Gambar 3.5 Pole-zero cancelation...............…………………….. 18
Gambar 3.6 Diagram setelah dilakukan pole-zero cancelation…… 18
Gambar 3.7 Kurva linearisasi pengendali kecepatan ............................. 19
Gambar 3.8 Sektor-sektor pada SV-PWM ........................................... 21
Gambar 3.9 Blok diagram estimasi fluks ...........................................… 22
Gambar 3.10 Blok diagram pengamat luenberger ...................................... 24
Gambar 3.11 Diagram perhitungan kecepatan ........................................ 24
Gambar 3.12 Flow chart pengamat luenberger ........................................ 25
Gambar 3.13 Nilai eigen motor dan pengamat ........................................ 27
Gambar 4.1 Arus stator Ia dan Ib pada kecepatan 900 rpm................. 31
Gambar 4.2 Arus iα dan iβ saat kecepatan 900 rpm ................. 31
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
xii
Gambar 4.3 arus qsi dan dsi pada kecepatan 900 rpm .............................. 32
Gambar 4.4 Tegangan vα dan vβ pada kecepatan 900 rpm ...................... 32
Gambar 4.5 Tegangan qsv , dan dsv pada kecepatn 900 rpm ...................... 33
Gambar 4.6 kecepatan estimasi motor saat kecepatan referensi 900 rpm ...
................................................................................................. 33
Gambar 4.7 nilai ^
iα dan ^
iβ saat kecepatan 900 rpm ....................................34
Gambar 4.8 nilai ^
eα dan ^
eβ saat kecepatan 900 rpm ................................. 34
Gambar 4.9 nilai Ia dan Ib pada kecepatan 1500 rpm ...................................35
Gambar 4.10 Arus iα dan iβ saat kecepatan 1500 rpm ................................ 35
Gambar 4.11 arus qsi dan dsi pada kecepatan 1500 rpm .............. ........... ........36
Gambar 4.12 Tegangan vα dan vβ pada kecepatan 1500 rpm ..... ........... ........36
Gambar 4.13 Tegangan qsv , dan dsv pada kecepatan 1500 rpm ............... ........37
Gambar 4.14 Kecepatan estimasi saat kecepatan acuan 1500 rpm . ...............37
Gambar 4.15 nilai ^
iα dan ^
iβ saat kecepatan 1500 rpm ............................ ........38
Gambar 4.16 nilai ^
eα dan ^
eβ saat kecepatan 1500 rpm ........................... ........38
Gambar 4.17 Arus Stator Ia dan Ib saat kecepatan 2100rpm ................ ........39
Gambar 4.18 arus iα dan iβ saat kecepatan 2100 rpm ........................... ........39
Gambar 4.19 arus qsi dan dsi pada kecepatan 1500 rpm .............. ........... ........40
Gambar 4.20 Tegangan vα dan vβ pada kecepatan 2100 rpm ................ ........40
Gambar 4.21 Tegangan qsv , dan dsv pada kecepatan 2100 rpm .............. ........41
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
xiii
Gambar 4.22 : Kecepatan estimasi dengan kecepatan acuan 2100 rpm ....... ........41
Gambar 4.23 nilai ^
iα dan ^
iβ saat kecepatan 2100 rpm ................................ ........42
Gambar 4.24 nilai ^
eα dan ^
eβ saat kecepatan 2100 rpm ............................... ........42
Gambar 4.25 respon kecepatan dari 1000 rpm menjadi 2000 rpm ............... ........43
Gambar 4.26 respon Vq dan Vd saat 1000 rpm ke 2000 rpm ...................... ........43
Gambar 4.27 respon Arus Iq dan Id dari 1000 rpm ke 2000 rpm ................ ........44
Gambar 4.28 respon tegangan stator dari 100 rpm ke 200 rpm (peak 24 v) ........44
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
xiv
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 parameter motor PMSM....................................................... ........29
Tabel 4.2 Parameter perangkat keras yang digunakan (Power board) . ........30
Tabel 4.3 waktu respon pada kecepatan 1000 rpm menjadi 2000 rpm. ........47
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Gambar percobaan dengan menggunakan STM32-MCKIT beserta
pendukungnya .................................................................................................. 51
Lampiran 2 Rangkain lowpass filter yang digunakan untuk memfilter data
keluaran perangkat keras................................................................................. 52
Lampiran 3 Flow chart dari percobaan ....................................................... 53
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
xvi
DAFTAR SIMBOL
V a,b,c = Tegangan stator motor pada fasa a,b,c
I a,b,c = Arus motor pada fasa a,b,c
λ a,b,c = fluk staor pada fasa a,b,c
dan l m
L L
= Induktansi bocor dan induktansi magnet pada stator
sR = hambatan fasa motor
Ls = induktansi fasa motor
mφ = Fluks magnet permanen
rθ
= Sudut rotor
qsλ dan ds
λ = Fluks magnet pada sumbu q dan d
qsv dan ds
v = tegangan motor pada q dan d
qsi dan ds
i
= arus pada sumbu q dan d
rω = kecepatan rotor
p = jumlah pasang kutub magnet
x(k) = plant pada ruang keadaan
u(k) = masukan pada ruang keadaan
y(k) = keluaran system pada ruang keadaan
K1 dan K2 = koefisien luenberger observer
Ts = waktu pencuplikan
eα dan eβ = Back-EMF motor
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
xvii
Kp, Ki,dan Kd = Konstanta pengendali
tr = rise time
tp = peak time
ts = Settling time
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
1
UNIVERSITAS INDONESIA
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penggunaan motor listrik tidak asing dalam kehidupan manusia dari dulu
sampai sekarang. Mulai dari aplikasi paling rendah seperti kipas angin, pompa
yang menggunakan motor listrik ataupun aplikasi yang tinggi seperti mobil listrik
atau industri manufaktur. Seiring dengan perkembangan zaman, kebutuhan akan
motor listrik yang memiliki efisiensi yang tinggi, kecepatan, dan torsi yang tinggi
serta biaya perawatan yang murah semakin meningkat.
Terdapat dua jenis utama motor listrik, yaitu motor ac dan motor dc.
Untuk aplikasi yang membutuhkan kecepatan motor yang berubah-rubah, motor
dc lebih sering digunakan karena arus armatur dan medan dengan mudah
dikendalikan. Namun motor ini juga memiliki kelemahan seperti memerlukan
perawatan untuk brush dan komutatornya. Selain itu, motor ini juga memiliki
keterbatasan untuk kecepatan tinggi dan kendala harga yang cenderung mahal.
Oleh karena itu, orang lebih cenderung menggunakan motor ac yang tidak
membutuhkan perawatan ekstra, harga yang relatif lebih murah, lebih handal, dan
dapat bekerja pada kecepatan yang tinggi.
PMSM motor atau motor sinkron dengan magnet permanen merupakan
sebuah motor sinkron tiga fasa dimana rotornya berupa magnet permanen dan
dikelilingi stator yang berupa kumparan. Motor PMSM semakin banyak
diterapkan dalam berbagai aplikasi industri. Berbagai alasan mengapa motor
PMSM digunakan dalam aplikasi seperti kerapatan daya dan efisiensi yang tinggi,
memiliki torsi yang tinggi dan kehandalan yang tinggi. Untuk aplikasi yang
membutuhkan keinerja yang tinggi, motor PMSM dapat juga dijadikan sebagai
pilihan karena memiliki respon dinamik yang cepat, faktor daya yang tinggi, dan
memiliki jangkauan kecepatan yang luas. Hal ini menyebabkan penggunaan motor
PMSM berkembang dalam skala besar sehingga bukan tidak mungkin di masa
depan motor PMSM menjadi pilihan utama
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
2
UNIVERSITAS INDONESIA
Agar motor PMSM dapat dikendalikan dengan orientasi medan, posisi
rotor sangat penting untuk diketahui. Biasanya untuk mengetahui posisi rotor
menggunakan enkoder, resolver, atau hall sensor. Hal ini akan meningkatkan
biaya dan beban dari sistem sehingga dapat menurunkan kemampuan dan
kehandalan dari sistem pengendalian motor tersebut. Selain itu, akan sulit
memasang perangkat serta pemeliharaan yang sulit karena keterbatasan tempat
dan area yang dapat menjadikannya kaku terhadap goncangan dan temperatur
yang tinggi. Oleh karena itu, hadir skema pengendalian tanpa sensor atau dikenal
dengan istilah sensorless control yang dapat mengatasi masalah yang timbul dari
pemakaian sensor.
1.1.1 Perumusan Masalah
Motor PMSM mulai dilirik oleh dunia industri karena beberapa
kelebihannya seperti kerapatan daya dan efisiensi yang tinggi, memiliki torsi yang
tinggi dan kehandalan yang tinggi. Berbagai metode pengendaliannya juga ikut
berkembang sehingga motor bisa bekerja lebih efisien dan memiliki kecepatan
yang tinggi. Posisi rotor dari motor sangat penting untuk diketahui agar motor
bisa dikendalikan dan untuk mengetahui posisi rotor biasanya digunakan
enkoder, resolver, atau sensor hall. Tetapi dengan adanya sejenis enkoder pada
motor, akan menambah biaya lagi dan mengurangi kehandalan motor. Pada
skripsi ini akan dibahas mengenai sebuah skema pengendalian tanpa sensor
kecepatan sehingga dapat mengatasi masalah yang timbul akibat menggunakan
sensor. Sebuah skema pengendalian dengan mengestimasikan posisi rotor dan
kecepatan rotor dari arus dan tegangan motor. Sehingga dengan kehadiran skema
ini dapat meningkat kinerja dari motor dan dapat meningkat efiensi sehingga
motor PSMS bisa menjadi pilihan utama oleh dunia industri terutama untuk dunia
industri menegah sampai ke bawah yang selalu terkendala dengan masalah biaya
yang tinggi.
1.1.2 Tujuan Penelitian
Seperti pada perumusan masalah yang telah dijabarkan pada subbab 1.1,
penelitian bertujuan agar dapat mengestimasi kecepatan motor tanpa harus
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
3
UNIVERSITAS INDONESIA
menggunakan sensor kecepatan, melihat kinerja pengendali terhadap motor
PMSM, dan meningkatkan kinerja motor PMSM
1.2 Batasan Masalah
Pembahasan yang akan diuraikan pada skripsi ini akan dibatasi pada hal-
hal sebagai berikut:
• Motor PMSM beserta karakteristiknya
• Perancangan pengendali arus dan kecepatan dengan motor-based dan
gain scheduling
• Luenberger obeserver
• Hasil percobaan menggunakan perangkat keras STM32-MCKIT
• Analisa kinerja pengendali terhadap kinerja motor
1.3 Metodologi Penelitian
Metodologi dilakukan dengan diawali studi literatur dan dilanjutkan
dengan penerapan pengendali pada sistem. Pada penelitian ini digunakan sistem
STM32-MCKIT yang merupakan sebuah sistem terintergrasi dengan sebuah
motor PMSM. Eksperimen dilakukan pada pada kecepatan 900 rpm, 1500 rpm,
2100 rpm, dan perubahan kecepatan 1000 rpm ke 2000 rpm. Selanjutnya
dilakukan pengujian terhadap sistem yang akan menghasilkan data yang
kemudian dilakukan analisa kinerja pengendali terhadap motor PMSM.
1.4 Sistematika Penulisan
Metode penulisan yang dilakukan pada skripsi ini adalah studi literatur,
percobaan dengan perangkat keras STM32-MCKIT, dan perangkat lunak
MATLAB 7. Literatur yang digunakan didapat dari jurnal-jurnal, internet, buku
elektronik, buku kuliah, bahan ajar dosen, dan lain-lain.
Skripsi ini terdiri dari 5 bab. Bab pertama menguraikan tentang latar
belakang penulisan, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah,
metodologi penelitian, dan sistematika penulisan. Bab kedua berisi teori motor
PMSM beserta karakteristiknya dan pemodelan motor PMSM. Bab ketiga
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
4
UNIVERSITAS INDONESIA
menguraikan tentang FOC, pendeteksi arus, pengendali arus, pengendali
kecepatan, SV-PWM, dan estimasi fluks dengan luenberger observer. Bab
keempat berisi tentang hasil percobaan dan analisa data. Bab ini terdiri dari hasil
percobaan pada kecepatan 900 rpm, hasil percobaan pada 1500 rpm, hasil
percobaan pada 2100 rpm, respon step saat motor berubah kecepatan dari 1000
rpm menjadi 2000 rpm, dan analisa kesalahan percobaan. Bab kelima berisi
kesimpulan penelitian.
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
5
UNIVERSITAS INDONESIA
BAB II
Karakteristik dan Pemodelan Motor PMSM
Motor merupakan alat yang bekerja memanfaatkan elektromagnetik yang
merubah energi listrik menjadi energi gerak. Secara umum motor dibagi menjadi
2 yaitu motor DC dan motor AC. Pada aplikasinya motor AC lebih banyak
digunakan karena lebih murah, perwatannya tidak rumit dan metode
pengendaliannya beragam. Motor AC sendiri terdiri dari 2 jenis yaitu motor
sinkron dan motor tidak sinkron. Untuk lebih jelas mengenai klasifikasi motor,
dapat dilihat pada gambar 2.1
Gambar 2.1 diagram klasifikasi motor secara umum
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
6
UNIVERSITAS INDONESIA
2.1. Motor PMSM [1]
Motor Sinkron dengan magnet permanen atau dikenal dengan PMSM
motor merupakan sebuah motor AC dengan stator berupa kumparan dan rotor nya
berupa magnet permanen. Motor PMSM memiliki 2 kategori dilihat dari BMF,
yaitu motor PMSM sendiri yang memiliki BMF sinusoidal dan motor DC tanpa
sikat (brushless) yang memiliki BMF trapezoidal. Sedangkan dari struktur, motor
PMSM dibagi menjadi SM-PMSM (Surfaced Mounted PMSM) dan IPMSM (
Interior PMSM) seperti gambar 2.2 dibawah ini. Pada penelitian ini digunakan
motor yang digunakan adalah motor PMSM dengan struktur SM-PMSM.
Gambar 2.2: a).konstruksi SM-PMSM motor b). Konstruksi IPMSM motor
Hampir semua sektor industri menggunakan motor induksi dahulunya.
Hal ini dikarenakan aplikasi yang membutuhkan perubahan kecepatan perlu
sebuah motor yang tahan dan stabil terhadap gangguan. Tetapi, sekarang orang
sudah mulai beralih ke motor PMSM terutama karena keunggulan aplikasi yang
kecil, yaitu aplikasi yang berdaya dibawah 10 KW, contohnya seperti pompa,
kipas angin, dan peratan rumah lainnya.
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
7
UNIVERSITAS INDONESIA
Beberapa kelebihan motor PMSM dibandingkan dengan motor induksi
yaitu:
a) Efisiensi yang tinggi
b) Power faktornya tinggi
c) Untuk aplikasi dibawah 10 KW memiliki density power yang tinggi
sehingga ukurannya menjadi kecil
d) Transfer panas yang baik
Gambar 2.3 : konstruksi sebuah motor PMSM
Untuk aplikasi daya rendah motor PMSM memiliki keunggulan dibandingkan
motor induksi. Motor PMSM memiliki kemiripan dengan motor induksi sehingga
metode pengendalian dan analisa matematisnya dapat diterapkan pada kedua jenis
motor tersebut.
Beberapa aplikasi dari motor PMSM dalam kehidupan sehari-hari adalah
sebagai berikut:
a) Robotik dan automasi
b) Power Inverters
c) Mesin foto kopi dan printer
d) Mesin cici
e) Pengatur suhu ruangan
f) Mobil listrik
g) Pengendali suspensi
h) Pemanas ruangan
i) Kompresor udara
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
8
UNIVERSITAS INDONESIA
2.2. Pemodelan Matematika Motor PMSM[2][3]
Untuk memudahkan perhitungan parameter motor dan perancang
pengendaliannya, motor harus dimodelkan dahulu secara matematis. Secara
umum, persamaan matematis dari SM-PMSM adalah sebagai berikut:
a a a
b s b b
c c cs s s
v id
v R idt
v i
λ
λ
λ
= + .................................................................................... 2.1
2 2 sin
sin( 120 )2 2
sin( 120 )
2 2
m m
l m
ra a
m mb l m b r m
c c rs sm m
l m
s
L LL L
iL L
L L i
iL L
L L
θλ
λ θ φ
λ θ
− − +
− − = + + −
+ − − +
o
o
....................................... 2.2
Dimana:
Va,b,c = Tegangan stator motor pada fasa a,b,c
I a,b,c = Arus motor pada fasa a,b,c
λ a,b,c = fluk bocor pada staor pada fasa a,b,c
dan l m
L L = Induktansi bocor dan induktansi magnet pada stator
sR = hambatan tiap fasa motor
mφ = Fluks magnet permanen
rθ = Sudut rotor
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
9
UNIVERSITAS INDONESIA
2.2.1 Transformasi 3 fasa ke 2 fasa
Untuk memudahkan mengendalikan dan menganalisa motor PMSM, perlu
sebuah transformasi sehingga arus armatur dan medan dapat di kendalikan.
Sehingga motor yang semula 3 fasa dirubah menjadi 2 fasa dengan sebuah
transformasi seperti pada gambar 2.3 dibawah ini.
Gambar 2.4 : kerangka acuan motor PMSM
Gambar 2.5: transformasi dan transformasi kebalikan 3fasa-2 fasa
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
10
UNIVERSITAS INDONESIA
Pada gambar 2.5 diatas, motor yang berada pada kerangka fasa abc dirubah
menjadi kerangka acuan αβ. Misalkan S merupakam matriks yang
mempresentasikan beberapa variabel (arus, tegangan, fluks hubungan) yang
berupa 3 fasa maka jika di transformasikan ke 2 fasa akan menjadi sebagai
berikut:
( )
0
cos cos 120 cos( 120)2
sin sin( 120) sin( 120)3
0.5 0.5 0.5
a
b
c
S S
S S
SS
α
β
θ θ θ
θ θ θ
− +
= − + ................................................. 2.3
Sedangkan transformasi dari kerangka αβ menjadi kerangka dacuan dinamik dq
sebagai berikut:
cos sin
sin cos
q
d
S S
SS
α
β
θ θ
θ θ
− = ............................................... 2.4
Sedangkan dalam menentukan nilai koefiesien transformasi αβ ke dq dapat
menggunakan motor power-invariant atau non-power-invariant. Untuk motor
yang power invariant, maka konstanta yang dipakai 2
3. Sedangkan untuk motor
non-power-invariant menggunakan konstanta 2
3, karena pada penelitian ini
menggunakan sistim yang sebenarnya sehingga konstanta yang digunakan adalah
non-power invariant. Sedangkan motor yang digunakan merupakan tipe SM-
PMSM, dimana motor SM-PMSM bersifat isotropik sehingga induktansi d dan q
sama.[3]
d q sL L L= =...................................................................................................... 2.5
Sehingga didapat nilai tegangan, arus dan fluks dalam kerangka acuan dq yaitu:
qs s qs
ds s ds m
L i
L i
λ
λ φ
=
= +.............................................................................................. 2.6
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
11
UNIVERSITAS INDONESIA
qs
qs s qs r ds
dsds s ds r qs
dv R i
dt
dv R i
dt
λω λ
λω λ
= + +
= + +............................................................................. 2.7
Dimana :
qsλ dan ds
λ = Fluks magnet pada sumbu q dan d
qsv dan ds
v = tegangan motor pada q dan d
qsi dan ds
i = arus pada sumbu q dan d
rω = kecepatan rotor
Untuk persamaan elektromagnetik torsi
3 3( ) ( )
2 2e ds ds qs ds s ds qs m qs s qs ds
T p i i p L i i i L i iλ λ φ= − = + − .............................................. 2.8
3( )
2e m qs
T iφ= ................................................................................................................. 2.9
karena Id diset menjadi 0, dari persamaan 2.9 bahwa besar torsi sangat
dipengaruhi oleh arus stator
2.2.2 Zero Direct Axis Current
Pada industri, pengendalian akan semakin mudah ketika nilai torsi
elektromagnetik sebanding dengan arus stator motor. Untuk dapat mencapai
keadaan ini, arus pada sumbu lansung atau id bernilai sama dengan 0. Hal ini
sesuai dengan persamaan berikut:
2 2
s d qi i i= + .............................................................................................................. 2.10
Jika id=o maka
2
s qi i= ....................................................................................................................... 2.11
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
12
UNIVERSITAS INDONESIA
Sehingga untuk nilai torsi elektromagnetik dari motor
3( )
2e m qs
T p iφ= .................................................................................. 2.12
Persamaan 2.9, persamaan 2.12 terjadi akibat nilai id=0 seperti digambarkan pada
gambar 2.6 dibawah. Nilai id = 0 menyebabkan nilai torsi elektromagnetiknya
sebanding dengan besar arus stator motor.
Gambar 2.6 Arus stator pada sumbu d-q dan saat id=0
2.3. Prinsip pengamat[5]
Salah satu metode yang dikenal dalam desain kendali dengan State
observer atau pengamat keadaan dalam dasar kendali merupakan sebuah sistem
yang memodelkan sebuah sistem sebenarnya untuk menghasilkan sebuah
perkiraan keadaaan didalam sistem tersebut. Pada domain waktu, persamaan
keadaan ruang dituliskan seperti persamaan 2.13 dan 2.14
( 1) ( ) ( )x k Ax k Bu k+ = + ......................................................................................... 2.13
( ) ( )y k Cx k= ............................................................................................... 2.14
Dimana x(k) adalah plant, u(k) merupakan masukan, dan y(k) merupakan
keluaran sistem.
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
13
UNIVERSITAS INDONESIA
Untuk sistim dari pengamat, dapat diambil dari plant. Sehingga dari
persamaan 2.13 dan 2.14, maka persamaa untuk pengamat keadaan yaitu
^ ^ ^
( 1) ( ) ( )x k A x k B u k+ = + ................................................................................... 2.15
^ ^
( ) ( )y k C x k= ................................................................................................ 2.16
Nilai akurasi dari perkiraan akan mengalami kesalahan dan perlu dikoreksi
dengan membandingkan keluaran sistem sebenarnya dengan sistem perkiraan
dengan mengalikan dengan suatu matrik L, sehingga persamaan pengamat 2.15
dan 2.16 menjadi persamaan 2.17 dan 2.18 yang disebut luenberger observer
^ ^ ^
( 1) ( ) [ ( ) ( )] ( )x k A x k L y k y k Bu k+ = + − + ........................................................ 2.17
Pengamat dikatakan stabil jika error antar sistem dan pengamat mendekati nol.
Untuk luenberger observer, error pengamat memenuhi persamaan 2.18
( 1) ( ) ( )e k A LC e k+ = − ................................................................................... 2.19
Luenberger observer pada domain waktu akan mendekati stabil jika ( )A LC−
memiliki nilai eigen berada dalam lingakaran unit
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
14
UNIVERSITAS INDONESIA
BAB III
SKEMA PERCOBAAN
Pada pengendalian vektor yang masih konvensional, posisi rotor sangat
diperlukan sebagai orintesi arus stator yang digunakan dan pengendalian yang
antara torsi dan fluks. Biasanya untuk dapat mengetahui posisi dari rotor
diperlukan sensor atau enkoder sehingga posisi dan kecepatan rotor dapat
diketahui. Hal ini akan meningkatkan biaya, ukuran dan kompleksitas dari
rangkaian pengendali motor PMSM, mengurangi kehandalan atau kinerja motor
tersebut, dan akibatnya akan membatasi aplikasi dari motor PMSM terutama
untuk aplikasi rendah yang yang diharapkan sangat terjangkau oleh konsumen.[1]
Sensorless control atau dikenal dengan pengendali tanpa sensor hadir
untuk mengatasi masalah akibat keterbatasan sumber daya terutama untuk aplikasi
rendah sehingga tidak ada halangan dalam mengendalikan arus stator dan dapat
mengendalikan torsi dan fluks motor. Berbagai metode estimasi digunakan untuk
sensorless control, sedangkan pada skripsi ini digunakan metode estimasi
luenberger observer. Pada bab ini akan fokus pada beberapa sub-bab yaitu FOC
dan luenberger observer
Gambar 3.1 Skema alat percobaan
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
15
UNIVERSITAS INDONESIA
Percobaan yang dilakukan dalam skripsi ini menggunakan sebuah sistem
yang telah terintegrasi dengan mikroprosesor dalam satu produk
STmicroelectronic dengan berbasis ARM Cortex M-3. Gambar 3.1 menunjukkan
skema alat percobaan pada skripsi ini.
3.1 Field-Oriented Control
Field-Oriented Control atau dikenal dengan FOC merupakan sebuah
metode pengendalian motor PMSM pada aplikasi yang membutuhkan perubahan
kecepatan dengan perubahan beban yang cepat. FOC intinya mengendalikan arus
stator yang direpresentasikan dengan vektor. Kontrol ini didasarkan dengan
proyeksi 3 fasa menjadi 2 kordinat yaitu direct dan quadrature . FOC
membutuhkan 2 nilan masukan sebagai referensi, yaitu torsi dan fluks
3.1.1 Skema dasar FOC
Gambar 3.2 mengambarkan skema dasar dari pengaturan kecepatan
dengan FOC. Pada dasarnya FOC berfungsi untuk mengendalikan motor dengan
merubah-rubah nilai id dan iq sehingga torsi dan fluks dapan\t dikendalikan.
Gambar 3.2 skema FOC
Arus dari stator motor yaitu ia dan ib di baca oleh 2 sensor arus. Pada
skripsi ini sensor arus yang digunakan berupa shunt resistor 3 fasa. Arus ia dan ib
lalu di transformasi ke kerangka diam αβ dan kerangka bergerak dq dengan
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
16
UNIVERSITAS INDONESIA
transformasi clarke & Park seperti yang telah dijelaskan pada persamaan 2.3 dan
2.4. Arus referensi akan diatur oleh kompesator PI dan di bandingkan dengan arus
umpan balik dari motor. Pada skripsi ini arus i-d di set menjadi nol karena agar
tidak terjadi arus induksi akibat arus stator. Keluaran dari pengatur arus akan akan
dijadikan sebagai masukan untuk stator setelah melalui teknik modulasi space
vector. Untuk mengetahui arus fasa pada stator biasanya menggunakan
tranceducer atau dengan suatu hambatan. Sedangkan untuk mendapatkan posisi
rotor, digunakan enkoder, hall atau tanpa sensor. Dan penelitian di skripsi ini
digunakan yang tanpa sensor.
3.2 PI Current Regulator
Pengendali PI merupakan sesuatu yang lebih efisiesn dalam mengatur torsi
dan tegangan ke nilai-nilai yang diinginkan. Selain itu PI dapat memperbaiki eror
kondisi tunak dan meningkatkan sesnsibilitas. Hal ini dapat dicapai dengan
memberikan komponen penguat dan integral seperti pada blok diagram pada
gambar 3.3
Gambar 3.3 loop tertutup pengatur arus
Untuk dapat menghitung nilai Kp dan Ki, perlu beberapa parameter dari
motor seperti nilai Ls dan Rs dari motor. Selain itu perlu parameter dari perangkat
keras yang digunakan seperti nilai dari shunt resistotr, nilai gain dari pendeteksi
arus, dan nilai tegangan pada DC bus. Untuk analisanya, motor dibuat isotropik
terhadap sumbu d dan q. Jadi diasumsikan nilai torsi dan fluks regulator memiliki
Kp dan Ki yang sama.
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
17
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 3.4 model lup tertutup antara alat dan motor
Seperti pada gambar 3.4, analisanya menggunakan sitem loop tertutup
yang pada pemodelan motor menggunakan resistor dan induktor yang ekivalen
dengan kondisi “looked-rotor”. Maksud motor dalam kondisi looked-rotor adalah
kondisi dimana motor dalam keadaan baru akan berputar. Sehingga dapat
diketahui nilai tegangan atau arus minimal yang dibutuhkan untuk start-up motor.
Blok A merupakan konstanta perbandingan antara variabel perintah untuk
tegangan yang mampu di simpan dalam perangkat lunak (dalam digit) dengan
tegangan yang sebenarnya yang digunakan pada motor (dalam volt). Sedangkan
blok B merupakan konstanta perbandingan antara arus sebenarnya (dalam ampere)
dengan variabel arus yang bisa disimpan di perangkat lunak (dalam digit).
Sehingga dapat dituliskan blok A dan B berupa sebuah persamaan
162
busDCV
A = .......................................................................................................... 3.1
162
3.3
shunt opR A
B = ................................................................................................... 3.2
Nilai dari R-shunt dan Aop didapat dari spesifikasi perangkat keras yang
digunakan.
Dengan persamaan Kp Ls
Ki Rs= , sehingga dapat digunakan pole-zero cancellation
seperti pada gambar 3.5
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
18
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 3.5 pole-zero cancelation
Dengan kondisi ini, sistem loop tertutup menjadi lebih sederhana dan dan orde
turun menjadi orde 1 seperti pada gambar 3.6
Gambar 3.6 blok diagram setelah dilakukan pole-zero cancelation
Dengan blok diagram terakhir, dapat ditulis persamaan akhir
s c p D I V
p
L KK
A B
ω= ........................................................................................... 3.3
s c i D I Vi
R KK
A B
ω= ........................................................................................... 3.4
.
3.3
busDC shunt opV R A
AB = ........................................................................................... 3.5
Untuk c
ω merupakan pita lebar dari sistem tertutup yang digunakan dan
perangkat keras yang digunakan. Pada skripsi ini, besar nya nilai pita lebar adalah
1500 rad/s. Sedangkan Kp DIV dan Ki DIV merupakan besaran faktor yang akan
dikalikan dengan nilai Kp dan Ki pada program yang digunakan.
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
19
UNIVERSITAS INDONESIA
3.3 PI Speed Regulator[3]
Untuk pengaturan kecepatan dengan PI, biasanya dirancang sesuai
performan yang dipilih, tetapi pada skripsi ini, nilai untuk menghitung nilai
konstanta dari Kp, Ki, maupun Kd dimana nilai Kd akan di abaikan,
menggunakan linearisasi. Gambar 3.7 memperlihatkan kurva linearisasi untuk
menghitung nilai Kp, Ki atau Kd.
Gambar 3.7 Kurva linearisasi pengendali kecepatan
nilai F_min = 1 Hz, F_1= 5 Hz,F_2 = 20 Hz, dan F_max= 50 Hz ditentukan sesuai
kebutuhan, sedangkan resolusi pada perangkat lunak 10 kali sebenarnya maka
untuk masing-masing nilai dikali 10 Untuk masing-masing frekuensi, nilai Kp, Ki,
dan Kd ditentukan juga sendiri.
F_min = 10
Ki_Fmin = 1000 , Kp_Fmin = 2000, Kd_Fmin = 0
F_1 = 50
Ki_F_1 = 2000 , Kp_F_1 = 1000, Kd_F_1 = 0
F_2 = 200
Ki_F_2 = 1000 , Kp_F_2 = 750, Kd_F_2 = 0
Freq_Max = 500
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
20
UNIVERSITAS INDONESIA
Ki_Fmax = 500 , Kp_Fmax = 500, Kd_Fmax = 0
Pengendali yang digunakan dalam penelitian dalam skripsi ini hanya PI maka
nilai konstanta dari Kd = 0. Setelah itu, dilakukan penentukan nilai koefisien dari
linearisasi untuk Kp, Ki, dan Kd dengan menggunakan persamaan..
alpha_Ki_1 = (Ki_1-Ki_Fmin)/(F_1-Fmin) .......................................... 3.6
alpha_Kp_1 = (Kp_1-Kp_Fmin)/(F_1-Fmin) ......................................... 3.7
alpha_Kd_1 = (Kd_1-Kd_Fmin)/(F_1-Fmin) ....................................... 3.8
setelah mendapatkan nilai koefiesien linearisasi, baru dapat ditentukan nilai dari
Kp, Ki , dan Kd dengan prinsip gain scheduling sesuai persamaan 3.9-3.11
Ki = Ki_Fmin + alpha_Ki_1*(Freq_motor-Freq_Min)........................... 3.9
Kp = Kp_Fmin + alpha_Kp_1*(Freq_motor-Freq_Min)....................... 3.10
Kd = Kd_Fmin + alpha_Kd_1*(Freq_motor-Freq_Min)....................... 3.11
Misalkan frekuensi motor yang sedang berputar 3 Hz, sehingga nilai Kp
dan Ki pengendali kecepatnnya adalah
(1000-2000)alpha_kp_1= 25
(50-10)
(2000-1000)alpha_ki_1= 25
(50-10)
= −
=
Kp=Kp_Fmin + alpha_Kp_1*(speed_motor-F_min)
=2000 + (-25)*(30-10)=1750
Ki=Ki_Fmin + Alpha_Ki_1*(Speed_motor)-Fmin)
=1000 + 25(30-10) =1250
Untuk mendapatkan nilai Ki_Fmin, dan Kp_Fmax dilakukan dengan
pemilihan sesuai peforman yang diinginkan. Dari persamaan 3.9 hingga
persamaan 3.11 diperoleh nilai kosntanta Kp dan Ki untuk pengatur kecepatan
yang akan digunakan pada motor
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
21
UNIVERSITAS INDONESIA
3.4 Space Vector Pulse Width Modulation (SV-PWM)
Pulse Width Modulation atau dikenal dengan PMW merupakan metoda
yang digunakan untuk menghasilkan tegangan dan arus sebagai masukan motor.
Teknik ini semakin lama semakin meningkat digunakan dalam aplikasi motor
karena harmonisasi menjadi kecil dan nilai tegangan yang di dapat maksimum.
Secara umum pola switching dari PMW akan dihasilkan yaitu dengan
membandingkan gelombang sinusoidal dengan sinyal segitiga.
Dalam beberapa tahun belakangan ini, SV-PWM dikembangkan untuk
memperbaiki nilai puncak tegangan serta rugi harmonisasi tembaga. Nilai
tegangan maksimum keluaran 2/√3 lebih besar dari PMW sinusiodal. Sehingga
nilai tegangan yang di dapat lebih besar dari PWM sinusoidal. Akibatnya, torsi
yang dihasilkan lebih besar pada kecepatan tinggi dan memiliki efisiensi yang
besar.
Gambar 3.8 : sektor-sektor pada SV-PWM
Gambar 3.8 menunjukkan kombinasi switching pada inverter dengan
menggunakan SV-PWM. Ada delapan kombinasi tegangan yang dihasilkan oleh
power inverter. Akibatnya, nilai distorsi harmonis yang kecil pada tegangan
output dari inverter sehingga motor memiliki efisiensi yang tinggi
3.5 Estimasi Fluks dengan Model Observer
Sensorless control bearti nilai keluaran dari motor AC seperti kecepatan
motor tidak diukur tetapi di estimasi on-line dengan beberapa algoritma dari yang
sederhana sampai kompleks. Hal ini dilakukan untuk mengurangi biaya dan
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
22
UNIVERSITAS INDONESIA
meningkatkan ketahanan dari sistem. Pada skripsi ini, metoda untuk mengstimasi
yang digunakan untuk mengetahui kecepatan motor adalah state observer atau
dikenal juga dengan Lunberger observer.
Luenberger observer, dalam teori dasar kendali, merupakan sebuah sistem yang
memperkirakan keadaan internal dari motor secara waktu nyata. Pada kasus ini
keadaan internal dari motor ada back-emf atau bemf dan arus fasa motor. Dengan
memberikan masukan yang dibutuhkan sehingga nilai-nilai yang dibutuhkan dapat
diketahui. Secara umum, algoritma untuk sensorless seperti pada gambar 3.9.
back-emf didefenisikan sebagai berikut
cos( )
sin( )
m r r
m r r
e p p t
e p p t
α
β
φ ω ω
φ ω ω
=
= −............................................................................ 3.6
Gambar 3.9: Blok diagram estimasi fluks
3.5.1 Luenberger Observer
Dengan mengadopsi model motor bedasarkan tegangan, maka persamaan
estimasi fluksi motor yang diturunkan dari model motor maka
.
.
qs
qs s qs s qs
dsds s ds s ds
div R i L e
dt
div R i L e
dt
= + +
= + +
............................................................................................ 3.7
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
23
UNIVERSITAS INDONESIA
Dimana
.
.
q s
q s r d s
d sd s r q s
de
d t
de
d t
λω λ
λω λ
= =
= = −
.................................................................................. 3.8
Sedangkan nilai fluksi magnet motor PMSM pada sumbu dq adalah
( )
( )
. .
. .
qs qs s qs s qs
ds ds s ds s ds
v R i dt L i
v R i dt L i
λ
λ
= − −
= − −
∫
∫................................................................................... 3 .9
Karena pada domain waktu, kerangka acuan stasioner dq sama dengan αβ,
sehingga dapat ditulis persamaan fluksi nya sebagai berikut
( )1
1
( ) . ( ) . . ( )k
s s sv h R i h T L i kα α α αλ−∧
= − −∑ .................................................................... 3.10
( )1
1
( ) . ( ) . . ( )k
s s sv h R i h T L i kβ β β βλ−∧
= − −∑ ................................................................... 3.11
Untuk persamaan luenberger pada model ruang keadaan motor dapat dituliskan
sebagai berikut:
.
.
qs s qs qs qs
s s s
ds s ds ds ds
s s s
qs
r ds
dsr qs
di R i e v
dt L L L
di R i e v
dt L L L
dee
dx
dee
dx
ω
ω
= − − +
= − − +
=
= −
............................................................................................ 3.12
Jika K merupakan eror antara nilai antara nilai arus yang terukur dengan arus yang
diestimasi, maka persamaan luenberger observer dalam domain waktu ditulis
sebagai berikut:
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
24
UNIVERSITAS INDONESIA
............... 3.13
Gambar 3.10: blok diagram luenberger observer
Dari gambar 3.9 dan 3.10 dengan membaca nilai dari arus_alfa_beta dari
pembaca arus, tegangan_alfa_beta motor, dan tegangan pada DC bus, sehingga
didapatlah nilai B-efm estimasi dari algoritma luenberger. Untuk mendapatkan
posisi rotor dan besar kecepatan, nilai B-emf yang didapatkan dimasukkan ke blok
perhitungan kecepatan seperti pada gambar 3.11. Melalui perhitungan numerik,
didapatkan besar kecepatan dan posisi rotor. Untuk lebih jelasnnya dapat dilihat
pada gambar
Gambar 3.11: Blok diagram perhitungan kecepatan
1
1
2
2
ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ( 1) ( ) ( ) ( ( ) ( )) ( ) ( )
ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ( 1) ( ) ( ) ( ( ) ( )) ( ) ( )
ˆˆ ˆ ˆ( 1) ( ) ( ( ) ( )) ( )
ˆˆ ˆ( 1) ( ) ( ( )
s
s s s
s
s s s
r
r T T Ti k i k i k K T i k i k e k v k
L L L
r T T Ti k i k i k K T i k i k e k v k
L L L
e k e k K T i k i k p e k
e k e k K T i k i
α α α α α α α
β β β β β β β
α α α α β
β β β β
ω
+ = − + − + +
+ = − + − + +
+ = + − +
+ = + − ˆ( )) ( )rk p e kαω
−
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
25
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 3.12: flow chart luenberger observer
tidak Motor
berhenti
ya
Start
Inisialisai semua
parameter untuk
observer
Meghitung semua
parameter yaitu K1,
K2, PLL-Kp,PLL-Ki
Membaca tegangan
dan arus motor
Menghitung nilai
e_alfa_beta
Menghitung nilai
sudut dan kecepatan
dengan PLL
Menghitung dan
Membandingkan
nilai e_alfa_beta
Selesai
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
26
UNIVERSITAS INDONESIA
Dari gambar 3.11, didapat persamaan:
1
2
cos
sin
r
r
e
e
α
β
δ ϑ
δ ϑ
=
=
Sehingga didapat nilai eror antara e_alfa dan e_beta dengan besar eror
2 1err δ δ= −
Selama nilai eror tidak sama dengan nol, maka nilai kecepatan estimasi motor
akan terus di update samapi suatu saat besar eror=0
Untuk besar nilai PI nya, mengikuti persamaan berikut:
_ __ *
__ _
Rated speed motorPLL Kp Pole
T
PolePLL Ki
Rated speed motor
=
=
............................................................. 3.14
Sehingga bisa dihitung nilai kecepatan estimasi motor seperti pada blok diagram
3.14. Dari gambar 3.10 dan 3.12, bisa dilihat bahwa nilai eα dan eβ akan selalu di
update jika eror antara keduanya masih belum nol
3.5.2 Perhitungan Konstatanta Ke observer[3]
Untuk mendapatkan nilai-nilai dari hasil estimasi pengamat seperti
persamaan 3.11, untuk itu perlu mengetahui nilai eror K. Pada skripsi ini untuk
perhtungan nilai K1 dan K2 dengan berdasarkan penempatan dari nilai eigen.
Untuk itu perlu parameter dari motor seperti R dan L. Juga dibutuhkan nilai dari
waktu penculikan pada perangkat lunak yang digunakan. Seperti yang telah
dijelaskan pada bab sebelumnya bahwa eigen dari pengamat harus lebih cepat dari
pada eigen motor seperti gambar 3.13
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
27
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 3.13: nilai eigen motor dan eigen pengamat pada z-domain
Untuk nilai eigen dari motor dapat dihitung sebagai berikut:
1
2
1
1
s
s
R Te
L
e
= −
=
....................................................................................................... 3.15
Untuk nilai eigen dari pengamat dihitung sebagai berikut:
^1
1
^2
2
ee
K f
ee
K f
=
=
............................................................................................................... 3.16
Pada skripsi ini Kf di set Kf=4, sehingga nilai eigen dari pengamat lebih kecil dari
nilai sebenarnya. Dengan memasukkan nilai dari persamaan 3.16 didapat nilai K1
dan K2 sebagai berikut:
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
28
UNIVERSITAS INDONESIA
^ ^
1 21
^ ^ ^ ^
1 2 1 2
2 2
2
1
s
s
s
Re eK
T L
L e e e e
KT
+ −= +
− − +
=
.......................................................................................... 3.17
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
29
UNIVERSITAS INDONESIA
BAB IV
ANALISA PERCOBAAN
Bab ini akan menjelaskan analisa yang dilakukan pada percobaan motor
PMSM dengan perangkat keras STM32-MCKIT. Percobaan yang dilakukan yaitu
mengendalikan motor PMSM tanpa sensor. Berikut beberapa nilai parameter yang
digunakan pada percobaan skripsi ini seperti dari erhitungan pada bab
sebelumnya. Motor PMSM yang digunakan pada skripsi ini merupakan motor
PMSM 3 fasa yang diproduksi oleh SHINANO KENSHI dengan model LA052-
080E3NL1.
Tabel 3.1 parameter motor PMSM
Daya 80 W
Torsi 0,25 N.m
Tegangan 24 V DC
Arus 4,2 A
Kecepatan Maksimum 5000 rpm
Hambatan fasa 0,6 ohm
Induktansi fasa 1,4 Mh
B-emf konstanta 6,2 V/krpm
Jumlah kutub magnet 2 pasang
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
30
UNIVERSITAS INDONESIA
Tabel 4.2 : Parameter perangkat keras yang digunakan (Power board)
V Bus 24 V
A op 2,57
R shunt 0,1 ohm
Pada bab ini akan dilakukan beberapa percobaan yaitu percobaan dengan
kecepatam 900 rpm, 1500 rpm, kecepatan 2100 rpm, dan melihat respon dari
motor dengan melakukan perubahan kecepatan motor 1000 rpm menjadi 2000
rpm . Beberapa variabel yang akan dilihat nilainya
1. Arus fasa stator (as
i dan bsi )
2. arus pada kerangka diam ( iα dan iβ )
3. arus pada kerangka bergerak (qs
i dan ds
i )
4. tegangan motor pada kerangka acuan diam dan bergerak ( vα , vβ , qs
v , dan
dsv )
5. estimasi kecepatan motor (r
ω )
6. estimasi arus kerangka diam (^
iα dan ^
iβ )
7. estimasi nilai Back-EMF motor (^
eα dan ^
eβ ),
untuk mendapatkan sinyal keluarannya berupa sinusoidal, digital-analog konverter
dari perangkat keras perlu di beri tambahan filter yaitu lowpass filter. Untuk
rangkaian lowpass filter dibuat di perangkat lunak MATLAB dan disambungkan
dengan perangkat keras National Instrument. Untuk rangkaian filternya dapat
dilihat pada lampiran 2.
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
31
UNIVERSITAS INDONESIA
4.1 Percobaan pengendalian tanpa sensor pada kecepatan 900 rpm
Pada bagian ini motor di putar 900 rpm yang mana merupakan kecepatan
acuan pada skripsi ini dan akan dilihat nilai-nilai dari variabel yang seperti
disebutkan pada sebelumnya.
4.1.1 Nilai yang terukur dari variabel motor pada kecepatan 900 rpm
Hasil yang didapat saat motor berputar dengan kecepatan 900 rpm seperti
pada gambar 4.1 – 4.5
Gambar 4.1 : Arus Stator Ia dan Ib saat kecepatan 900rpm
Gambar 4.1 memperlihatkan arus stator as
i dan bsi pada kecepatan 900 rpm.
Dilihat dari gambar 4.1, grafik arus bergelombang. Seharusnya arus fasa as
i dan
bsi adalah gelombang sinusoidal
Gambar 4.2 : Arus iα dan iβ saat kecepatan 900 rpm
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
32
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 4.2 memperlihatkan arus stator iα dan iβ pada kecepatan 900 rpm.
Dilihat dari gambar 4.2, grafik arus bergelombang. Seharusnya arus fasa iα dan iβ
adalah gelombang sinusoidal
Gambar 4.3 : arus qs
i dan ds
i pada kecepatan 900 rpm
Gambar 4.3 memperlihatkan arus stator qs
i dan ds
i pada kecepatan 900 rpm.
Dilihat dari gambar 4.3, grafik arus bergelombang. Seharusnya arus fasa qs
i dan
dsi adalah arus searah tetapi pada gambar 4.3 terdapat ripel-ripel
Gambar 4.4 : Tegangan vα dan vβ pada kecepatan 900 rpm
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
33
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 4.4 memperlihatkan arus stator vα dan vβ pada kecepatan 900 rpm.
Dilihat dari gambar 4.4, grafik arus bergelombang. Seharusnya arus fasa vα
dan vβ adalah gelombang sinusoidal
Gambar 4.5 : Tegangan qs
v , dan ds
v pada kecepatn 900 rpm
Gambar 4.5 memperlihatkan arus stator qs
v , dan ds
v pada kecepatan 900 rpm.
Dilihat dari gambar 4.5, grafik arus bergelombang. Seharusnya arus fasa qs
v , dan
dsv adalah arus searah tetapi pada gambar 4.5 terdapat ripel-ripel sama seperti arus
pada sumbu dq
4.1.2 Nilai estimasi variabel motor oleh pengamat pada kecepatan 900
rpm
Berikut beberapa nilai variabel estimas yang di hasilkan dari pengamat
sperti pada gambar 4.6
Gambar 4.6 : kecepatan estimasi motor saat kecepatan referensi 900 rpm
Gambar 4.6 memperlihatkan kecepatan estimasi pada kecepatan 900 rpm. Sinyal
yang dihasilkan berayun
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
34
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 4.7 : nilai ^
iα dan ^
iβ saat kecepatan 900 rpm
Gambar 4.7 memperlihatkan gelombang ^
iα dan ^
iβ saat kecepatan 900 rpm. Hasil
yang didapat berupa gelombang tetapi tidak beraturan, dimana seharusna hasil
yang didapat berupa gelombang sinusoidal sama seperti Arus iα dan iβ
sebenarnya
Gambar 4.8 : nilai ^
eα dan ^
eβ saat kecepatan 900 rpm
Gambar 4.8 merupakan gelombang ^
eα dan ^
eβ saat kecepatan 900 rpm.
Gelombang yang didapatkan berupa gelombang sinusoidal tetapi sinyalnya masih
belum bagus.
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
35
UNIVERSITAS INDONESIA
4.2 Percobaan pengendali tanpa sensor pada kecepatan 1500 rpm
Pada percobaan berikut ini, motor akan dicoba untuk diputar pada
kecepatan 1500 rpm dan akan dilihat keluaran dari beberapa variabelnya.
4.2.1 Nilai terukur dari variabel motor pada kecepatan 1500 rpm
Berikut hasil yang didapat saat motor berputar pada kecepatan 1500 rpm seperti
pada gambar 4.9 – 4.12
Gambar 4.9: nilai Ia dan Ib pada kecepatan 1500 rpm
Gambar 4.9 memperlihatkan arus stator as
i dan bsi pada kecepatan 1500 rpm.
Dilihat dari gambar 4.9, grafik arus bergelombang. Seharusnya arus fasa as
i dan
bsi adalah gelombang sinusoidal tetapi masih belum beraturan, tetapi
dibandingkan saat kecepatan 900 rpm hasil nya sudah mulai membaik
Gambar 4.10 : Arus iα dan iβ saat kecepatan 1500 rpm
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
36
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 4.10 memperlihatkan arus stator iα dan iβ saat kecepatan 1500 rpm.
Dilihat dari gambar 4.10, grafik arus bergelombang. Seharusnya arus fasa iα dan
iβ adalah gelombang sinusoidal tetapi masih belum beraturan, tetapi
dibandingkan saat kecepatan 900 rpm hasil nya sudah mulai membaik
Gambar 4.11 : arus qs
i dan ds
i pada kecepatan 1500 rpm
Gambar 4.11 memperlihatkan arus stator qs
i dan ds
i pada kecepatan 1500 rpm.
Dilihat dari gambar 4.11, grafik arus bergelombang. Seharusnya arus fasa qs
i dan
dsi adalah arus searah tetapi pada gambar 4.11 terdapat ripel-ripel
Gambar 4.12 : Tegangan vα dan vβ pada kecepatan 1500 rpm
Gambar 4.12 memperlihatkan arus stator vα dan vβ pada kecepatan 1500 rpm.
Dilihat dari gambar 4.12, grafik arus bergelombang. Seharusnya arus fasa vα
dan vβ adalah gelombang sinusoidal dan hasil yang didapat sudah mulai persis
sinusoidal.
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
37
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 4.13 : Tegangan qs
v , dan ds
v pada kecepatan 1500 rpm
Gambar 4.13 memperlihatkan arus stator qs
v , dan ds
v pada kecepatan 1500 rpm.
Dilihat dari gambar 4.13, grafik sudah mulai mendatar walaupun masih ada ripel
pada sinyal.
4.2.2 Nilai estimasi dari variabel motor pada kecepatan 1500 rpm
Berikut beberapa nilai hasil estimasi dari pengamat yang akan disajikan
pada gambar 4.13 – 4.15
Gambar 4.14: Kecepatan estimasi saat kecepatan acuan 1500 rpm
Gambar 4.13 memperlihatkan arus stator qs
v , dan ds
v pada kecepatan 1500 rpm.
Dilihat dari gambar 4.13, grafik sudah mulai mendatar walaupun masih ada ripel
pada sinyal.
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
38
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 4.15: nilai ^
iα dan ^
iβ saat kecepatan 1500 rpm
Gambar 4.15 memperlihatkan gelombang ^
iα dan ^
iβ saat kecepatan 1500 rpm.
Hasil yang didapat berupa gelombang tetapi tidak beraturan, dimana seharusna
hasil yang didapat berupa gelombang sinusoidal sama seperti Arus iα dan iβ
sebenarnya
Gambar 4.16: nilai ^
eα dan ^
eβ saat kecepatan 1500 rpm
Gambar 4.16 merupakan gelombang ^
eα dan ^
eβ saat kecepatan 1500 rpm.
Gelombang yang didapatkan berupa gelombang sinusoidal tetapi sinyalnya masih
belum bagus gelombangnya
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
39
UNIVERSITAS INDONESIA
4.3 Percobaan pengendalian motor pada kecepatan 2100 rpm
Pada sub-bab ini akan ditampilkan data hasil percobaan motor PMSM
pada kecepatan 2100 rpm dan akan ditampilkan pada grafik hasil percobaan dan
pengaruh nya terhadap variabel-variabel yang telah di sebutkan sebelumnya
4.3.1 Nilai yang terukur dari variabel motor pada kecepatan 2100 rpm
Berikut beberapa nilai dari variabel motor yang di dapat pada kecepatan
2100 rpm
Gambar 4.17 : Arus Stator Ia dan Ib saat kecepatan 2100rpm
Gambar 4.17 memperlihatkan arus stator as
i dan bsi pada kecepatan 2100 rpm.
Dilihat dari gambar 4.17, grafik arus bergelombang. Seharusnya arus fasa as
i dan
bsi adalah gelombang sinusoidal tetapi masih belum beraturan,
Gambar 4.18: arus iα dan iβ saat kecepatan 2100 rpm
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
40
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 4.18 memperlihatkan arus stator iα dan iβ saat kecepatan 2100 rpm.
Dilihat dari gambar 4.18, grafik arus bergelombang. Seharusnya arus fasa iα dan
iβ adalah gelombang sinusoidal tetapi masih belum beraturan dan sudah mulai
sedikit gangguan pada sinyalnya
Gambar 4.19 : Tegangan q
i dand
i pada kecepatan 2100 rpm
Gambar 4.19 memperlihatkan arus stator qs
i dan ds
i pada kecepatan 2100 rpm.
Dilihat dari gambar 4.19, grafik arus bergelombang. Seharusnya arus fasa qs
i dan
dsi adalah arus searah tetapi pada gambar 4.19 terdapat ripel-ripel
Gambar 4.20 Tegangan vα dan vβ pada kecepatan 2100 rpm
Gambar 4.20 memperlihatkan arus stator vα dan vβ pada kecepatan 2100 rpm.
Dilihat dari gambar 4.20, grafik arus bergelombang. Gelombang yang didapat
sudah merupakan gelombang sinusoidal walaupun masih ada kesalahan
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
41
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 4.21 : Tegangan qs
v , dan ds
v pada kecepatan 2100 rpm
Gambar 4.21 memperlihatkan arus stator qs
v , dan ds
v pada kecepatan 2100 rpm.
Dilihat dari gambar 4.21, grafik sudah mulai mendatar walaupun masih ada ripel
pada sinyal.
4.3.2 Nilai estimasi variabel motor pada kecepatan 2100 rpm
Pada bagian ini akan ditampilkan data nilai estimasi dari variabel motor
hasil percobaan pada kecepatan 2100 rpm seperti pada gambar
Gambar 4.22 : Kecepatan estimasi dengan kecepatan acuan 2100 rpm
Gambar 4.22 memperlihatkan kecepatan estimasi pada kecepatan 2100 rpm.
Sinyal yang dihasilkan sudah mulai stabil sehingga kecepatan perkiraan sudah
seperti kecepatan sebenarnya
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
42
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 4.23 : nilai ^
iα dan ^
iβ saat kecepatan 2100 rpm
Gambar 4.23 memperlihatkan gelombang ^
iα dan ^
iβ saat kecepatan 2100 rpm.
Hasil yang didapat berupa gelombang tetapi tidak beraturan, dimana seharusna
hasil yang didapat berupa gelombang sinusoidal sama seperti Arus iα dan iβ
sebenarnya
Gambar 4.24: nilai ^
eα dan ^
eβ saat kecepatan 2100 rpm
Gambar 4.24merupakan gelombang ^
eα dan ^
eβ saat kecepatan 2100 rpm.
Gelombang yang didapatkan berupa gelombang sinusoidal dan sudah mendekati
sinyal aslinya
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
43
UNIVERSITAS INDONESIA
4.4 Respon step pengendali tanpa sensor saat perubahan kecepatan 1000 rpm
menjadi 2000 rpm
Pada bagian ini, dilakukan percobaan dengan merubah kecepatan motor
dari 1000 rpm menjadi 2000 rpm dan dilihat respon nya terhadap beberapa
keluaran motor seperti kecepatan estimasi, tegangan dan arus pada sumbu d-q.
Gambar 4.25: respon kecepatan dari 1000 rpm menjadi 2000 rpm
Gambar 4.25 merupakan sinyal kecepatan perkiraan saat perubahan kecepatan
dari 1000 rpm menjadi 2000 rpm. Saat terjadi perubahan terjadi lonjakan
kecepatan.
Gambar 4.26: respon Vq dan Vd saat 1000 rpm ke 2000 rpm
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
44
UNIVERSITAS INDONESIA
Hasil pada gambar 4.26 memperlihatkan perubahan tegangan vq dan vd saat
kecepatan motor berubah dari 1000 rpm menjadi 2000 rpm.
Gambar 4.25-4.28 menggambarkan respon step saat terjadi perubahaan
kecepatan dari 1000 rpm menjadi 2000 rpm. Perubahan kecepatan terjadi pada
waktu 2,5 detik. Untuk analisanya akan di bahas pada sub-bab selanjutnya
Gambar 4.27: respon Arus Iq dan Id dari 1000 rpm ke 2000 rpm
Gambar 4.28 : respon tegangan stator dari 100 rpm ke 200 rpm (peak 24 v)
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
45
UNIVERSITAS INDONESIA
Gambar 4.28 merupakan tegangan stator lansung dari terminal motor yang masih
berupa sinyal-sinyal pwm. Saat sekitar 0,45 detik, terjadi lonjakan kecepatan. Hal
ini bisa dilihat dari mengecilnya gelombang pwm nya.
4.5 Analisa Percobaan
Pada bagian ini akan dibahasa mengenai kesalahan pada saat melakukan
percobaan pada alat STM32-MCKIT. Beberapa hal yang akan di analisa adalah
analisa kesalahan percobaan, analisa kesalahan estimasi dan analisa kesalahan
parameter.
4.5.1 Analisa kesalahan percobaan
Pada percobaan 4.1.1, 4.2.1, dan 4.3.1 dapat dilihat data variabel motor
hasil percobaan. Percobaan dilakukan pada kecepatan 900 rpm, 1500 rpm, dan
2100 rpm. Kecepatan 900 rpm mewakili kecepatan rendah sedangkan 1500 rpm
dan 2100 rpm mewakili kecepatan menengah dan tinggi. Kecepatan rendah dipilih
900 rpm karena pada saat motor diputar di bawah kecepatan tersebut, nilai
estimasi sangat tidak presisi dan erornya sangat besar. Ini dikarenakan pengamat
yang digunakan, yaitu luenberger observer, agak susah untuk mengestimasi pada
kecepatan rendah. Selain itu, hal tersebut bisa terjadi karena K1 dan K2 yang
kurang presisi nilainya.
Pada pengambilan data arus stator as
i dan bsi , arus stator yang dibaca oleh
osiloscope tidak memiliki perubahan yang bearti. Maksudnya walau terjadi
perubahan kecepatan, besar arus stator as
i dan bsi hampir selalu tetap tetapi ada
perubahan walaupun kecil. Karena pada percobaan ini menggunakan motor
PMSM, maka seharusnya as
i dan bsi merupakan sinyal sinusoidal, tetapi data yang
di dapat tidak murni sinusoidal seperti terdapat ripel-ripel pada sinyal. Hal ini bisa
disebabkan oleh gangguan pada rangkaian shunt yang berfungsi sebagai sensor
arus. Sinyal arus dari motor bersifat kontinu dan harus dirubah menjadi sinyal
diskrit agar bisa dibaca oleh perangkat lunak. Kesalahan bisa terjadi saat
penyamplingan sinyal analog yang masuk dari motor ata perangkat keras ke
perangkat lunak. Hal ini juga berlaku untuk iα dan iβ
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
46
UNIVERSITAS INDONESIA
Untuk komponen pada kerangka acuan bergerak seperti arus dan tegangan
d-q, seharusnya hasil yang didapat berupa sinyal searah. Tetapi, dalam data yang
didapat dari percobaan, pada sinyal-sinyal arus dan teganga d-q masih terdapat
ripel-ripel pada sinyal. Hal ini bisa terjadi karena penyamplingan oleh perangkat
lunak. Karena pada percobaan yang digunakan adalah loop kecepatan, kesalahan
bisa terjadi pada pengendali PI. Pengaturan konstanta Kp dan Ki pada pengatur
kecepatan dan pengatur arus yang tidak tepat bisa menimbulkan ripel dan
fluktuasi sinyal. Sedangkan perubahan kecepatan mempengaruhi perubahan arus
d-q walaupun kecil sekali karena sama kasusnya pada as
i dan bsi juga iα dan iβ .
Tetapi perubahan kecepatan mengikuti perubahan nilai tegangan baik itu sumbu
abc, alfa_beta, dan juga sumbu d-q karena sesuai persamaan 2.7
Data-data yang diambil seperti nilai as
i dan bsi juga iα dan iβ dan
tegangan vα , vβ hasil yang didapatkan tidak valid baik untuk kecepatan 900 rpm,
1500 rpm, dan 2100 rpm. Hal ini terjadi karena dalam pengambilan data, sinyal-
sinyal tersebut merupakan hail filter dari sinyal sebenarnya yang merupakan
sinyal pwm, tetapi jika pengambilan datanya adalah sinyal pwm tidak bisa dilihat
bentuk gelombang karena frekuensinya nya yang sangat besar
4.5.2 Analisa kesalahan estimasi
Pada percobaan 4.1.2, 4.2.2, dan 4.3.2 dapat dilihat variabel motor hasil
estimasi dari pengamat. Sama seperti dengan pembahasan pada sub-bab 4.5.1,
percobaan dilakukan pada kecepatan 900 rpm, 1500 rpm, dan 2100 rpm. Untuk
estimasi kecepatan, hasil estimasi yang didapat akan semakin bagus saat
kecepatan tinggi. Seperti yang disebutkan sebelumnya, kelemahan pengamat yang
digunakan ini terletak pada kecepatan rendah. Seperti pada gambar 4.6 saat motor
berputar dengan kecepatan 900 rpm dimana pada percobaan ini merupakan
kecepatan rendah, kecepatan estimasi dari pengamat mengalami fluktuasi
sehingga nilai kecepatan yang di dapat tidak tetap . Dibandingkan saat kecepatn
900 rpm, kecepatan estimasi cenderung lebih konstan saat kecepatan tinggi
walaupun terdapat fluktuasi pada motor. Hal ini bisa disebkan oleh penguat
pengendali pengatur kecepatan dan nilai dari konstanta pengamat. Sedangkan
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
47
UNIVERSITAS INDONESIA
terjadi lonjakan kecepatan saat motor start-up , disebabkan nilai Kp dan Ki pada
pengendali kecepatan belum tepat.
Sama seperti kecepatan, arus iα dan iβ dan nilai ^
eα dan ^
eβ cenderung
lebih sedikit ripel nya saat kecepatan tinggi. Untuk ^
eα dan ^
eβ , nilainya akan
meningkat diikuti meningkatnya kecepatan motor. Hal ini sesuai teori seperti
persamaan 3.7.
4.5.3 Analisa Step Respon
Pada percobaan 4.4, motor dirubah kecepatnnya dari 100 rpm menjadi
2000 rpm, lalu dilihat respon step dari variabel motor dari motor yaitu kecepatan,
arus dan tegangan sumbu d-q, dan tegangan fasa stator. Arus d-q saat mengalami
perubahan , seperti pada gambar 4.27, terlihat mengalami perubahan saat terjadi
lonjakan kecepatan seperti pada gambar perubahan kecepatan 4.25. Saat
kecepatan mulai stabil, arus d-q mulai turun tetapi tetap ada perubahan arus saat
kecepatan berubah walaupun kecil. Hal ini juga terjadi untuk tegangan d-q dan
tegangan fasa stator. Pada gambar 4.28, tegangan stator pada kecepatan 1000 rpm
memiliki pwm yang lebih lebar dari pada saat motor berputar 2000 rpm, bearti
saat kecepatan 1000 rpm tegangan fasa motor memiliki frekuensi yang kecil
dibanding kecepatan 2000 rpm dan ini sesuai teori. Hasil dari respon pada
percobaan 4.4 seperti pada tabel 4.3
Tabel 4.3 : waktu respon pada kecepatan 1000 rpm menjadi 2000 rpm
Tr Tp %OS Ts
tegangan 0,02 s 0,12 s 3,29% 0,59 s
kecepatan 0,01 s 0,158 s 32,4% 0,656 s
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
48
UNIVERSITAS INDONESIA
BAB V
KESIMPULAN
Dari hasil percobaan pengendali tanpa sensor pada motor PMSM dengan
menggunakan perangkat keras STM32-MCKIT dapat diambil kesimpulan:
1 Kinerja estimasi kecepatan oleh pengamat pada saat motor dengan kecepatan
tinggi, memiliki hasil yang lebih baik dibandingkan saat motor diputar dengan
kecepatn rendah. Hal ini terbukti saat motor berputar pada 2100 rpm, fluktuasi
lebih sedikit terjadi.
2 Dari poin pertama, dapat diambil kesimpulan bawah estimasi fluks bagus
digunakan jika motor berputar dengan kecepatan tinggi.
3 Untuk respon step dari motor pada kecepatan 1000 rpm ke 2000 rpm didapat
nilai respon tegangan dq sebagai berikut: tr=0,02 s, tp= 0,12 s, ts=0,59 s, dan
%OS= 3,9%. Sedangkan untuk respon kecepatannya sebagai berikut: tr=0,01
s, tp= 0,158 s, ts= 0,656 s, %OS= 32,4%.
4 Dengan perhitungan pengendali yang di inginkan, dapat dikurangi cara coba-
coba atau trial and error.
5 Perlunya tuning kembali untuk mendapatkan hasil pengendali yang lebih baik
setelah perhitungan.
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
49
UNIVERSITAS INDONESIA
DAFTAR ACUAN
[1]. M. Cacciato., G. Scarcella., G. Scelba., S. M. Billè., D. Costanzo., A.
Cucuccio., Comparison of Low-Cost-Implementation Sensorless Schemes
in Vector Controlled Adjustable Speed Drives,
[2]. Vas, P., Sensorless Vector and Direct Torque Control, OXFORD
UNIVERSITY PRESS, 1998
[3]. STM32F103xx permanent-magnet synchronous motor FOC user manual,
STmicroelectronic
[4]. Setiadi, R.F., Pengendalian Kecepatan Permanent Magnet Synchronous
Motor Tanpa Sensor Kecepatan, Skripsi S-1 EKT.2005041, Departemen
Teknik Elektro FTUI, 2005.
[5]. Ogata, K., Discrete-Time Control System, 2th ed, Prentice-Hall, Inc., 1994
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
50
UNIVERSITAS INDONESIA
DAFTAR REFERENSI
Vas, P., Sensorless Vector and Direct Torque Control, OXFORD UNIVERSITY
PRESS, 1998.
Pillay, P., Khrisnan , R, Modelling, Simulation, and Analysis of Permanent-
Magnet Motor Drives, Part 1: The Permanent-Magnet Motor Drives,
IEEE , 1989
Setiadi, R.F., Pengendalian Kecepatan Permanent Magnet Synchronous Motor
Tanpa Sensor Kecepatan, Skripsi S-1 EKT.2005041, Departemen Teknik
Elektro FTUI, 2005
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
51
UNIVERSITAS INDONESIA
LAMPIRAN 1
Gambar percobaan dengan menggunakan STM32-MCKIT beserta pendukungnya
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
52
UNIVERSITAS INDONESIA
LAMPIRAN 2
Rangkain lowpass filter yang digunakan untuk memfilter data keluaran perangkat
keras
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010
53
UNIVERSITAS INDONESIA
LAMPIRAN 3
Flow chart dari percobaan
Mulai
Mengaktifkan
PWM dan ADC
Mengaktifkan
semua modul
FOC
Motor
Run?
Membaca arus
Dari shunt
Arus dari shunt
dan tegangan
masuk ke
pengamat
Update
kecepatan
motor
Arus dari shunt
dibandingkan
arus referensi
Speed dari pengamat
dibandingkan dengan
seed referensi
Masuk ke
speed
regulator
Masuk ke
PWM
Semua nilai
dikeluarkan ke
DAC
PWM dan ADC
di non-aktifkan
ya
tidak
selesai
Motor
Stop ?
tidak
ya
Kinerja pengendali..., M. Apriyudi Syafputra, FT UI, 2010