Pengembangan Hybrid PID-ANFIS (Proportional Integral Derivative-Adaptive Neuro Fuzzy Inference Systems) Sebagai Pengendali Kecepatan Mesin Arus Searah Tanpa Sikat (MASTS)

Hidayat, ST, MT, Prof. Dr. Ir. Sasongko Pramono Hadi, DEA

2014 | Disertasi | S3 Teknik Elektro

Mesin arus searah tanpa sikat (MASTS) memiliki keunggulan dari mesin induksi dan mesin arus searah konvensional (MASK) antara lain: efisiensi lebih tinggi, torsi lebih besar, kebisingan rendah dan dimensi lebih kecil. Namun, ketersediaan instrumen pengendalinya saat ini masih terbatas. Pengendalian bertujuan untuk mendapatkan nilai yang diinginkan sama dengan nilai aktual. Perkembangan desain kendali MASTS mengalami kemajuan pesat, akan tetapi pembahasan yang sampai pada tahap implementasi masih sedikit. Kompleksitas algoritma kendali yang berdampak pada keterbatasan ruang dan waktu pengolah data, untuk menghasilkan instrumen kendali yang efektif merupakan persoalan yang mengemuka dalam implementasi. Oleh karena itu, penelitian ini membahas pengembangan metode hybrid PID-ANFIS sebagai pengendali kecepatan MASTS, yang diwujudkan dalam bentuk prototipe. Pengendali hybrid PID-ANFIS merupakan perpaduan pengendali PID klasik dan pengendali ANFIS. Metode ini diterapkan pada pengendali kecepatan MASTS dengan cara simulasi dan implementasi dengan membuat prototipenya. Input pengendali hybrid PID-ANFIS terdiri dari setting kecepatan, kecepatan aktual dan error kecepatan. Kecepatan aktual diperoleh melalui pengolahan sinyal output sensor posisi rotor. Parameter pengendali PID ditala menggunakan metode Ziegler Nichols loop tertutup, sedangkan parameter pengendali ANFIS didapat melalui pelatihan hybrid secara off-line. Data pelatihan ANFIS meliputi data input pelatihan (kecepatan aktual dan setting kecepatan) dan target pelatihan ANFIS (tegangan input MASTS berupa lebar pulsa PWM). Parameter pengendali hybrid PID-ANFIS merupakan perpaduan parameter PID dan ANFIS, ditambah batas error. Batas error berfungsi untuk menyeleksi domain kerja masing-masing pengendali melalui penentuan bobot sinyal aktivasi PID dan ANFIS yang direpresentasikan dengan kurva linier. Pengembangan prototipe merupakan implementasi dari pengembangan struktur dan parameter pengendali hybrid PID-ANFIS yang ditanam ke dalam microcontroller ARM cortex STM32 F103RB menggunakan bahasa pemograman C. Kinerja pengendali dianalisis berdasarkan parameter respons kecepatan, energi kendali dan Integral Square Error (ISE) melalui pengujian setiap struktur pengendali pada berbagai setting kecepatan kondisi berbeban dan tanpa beban. Hasil pengujian menunjukkan bahwa performa respons terbaik diperoleh pada pengendali struktur hybrid PID-ANFIS. Indikatornya adalah: Perbaikan waktu tunda (td) dan waktu tunak (ts) masing-masing 33,33% dan 13,.84%; error keadaaan tunak (Est) dan lewatan maksimum (Mp) masing-masing 0% dan 4,04%; pengurangan energi kendali 15,11% sampai dengan 17,36% dan ISE 11,69% sampai dengan 15,29% yang dihitung berdasarkan sinyal kendali dan sinyal error; pengendali dapat bekerja pada spektrum setting kecepatan yang lebar mencapai 100% (dari 2000 rpm sampai 1000 rpm). Hal demikian menunjukkan bahwa desain prototipe pengembangan pengendali hybrid PID-ANFIS sebagai pengendali kecepatan MASTS dapat bekerja dengan baik

Direct Current Machines (BLDCM) have advantages compared to induction machines and Conventional Direct Current Machines (CDCM) such as higher efficiency, larger torque, less noise and smaller dimensions. However, the availability of its controller instruments is very limited. The control aims to obtain the desired value equal to the actual value. Development of BDCM controller design has progressed rapidly, but discussion reached at the implementation stage was still slight. The controller algorithms complexity that have impacted at the space limitedness and data processing time to produce an effective control instrument is the problem encountered in the implementation. Therefore, the research discusses development of hybrid PIDANFIS method as BLDCM speed controller, which is realized in the prototype shape. The hybrid PID-ANFIS controller is a combination of classical PID controller and ANFIS controller. This method is applied to BLDCM speed controller by simulation and implementation with making its prototype. Hybrid PID-ANFIS controller input consists of speed setting, actual speed and error speed. The actual speed is acquired the processing the rotor position sensor output signal. PID controller parameters are tuned using closed loop Ziegler Nichols method, while ANFIS controller parameters are acquired by off-line hybrid training. ANFIS training data includes the training input data (actual speed and speed setting) and target of ANFIS training (BLDCM input voltage in the form of PWM). The parameters of hybrid PID-ANFIS controller are the combination of the parameter of PID and ANFIS, added by the error limit. The error limit is functioned to select of working domain of each controllers through determining weight of PID and ANFIS activation signal that presented by a linear curve. The development of prototype is implementation from the development of structure and parameter of hybrid ANFIS-PID controller that uploaded into microcontroller ARM cortex STM32 F103RB using C programming language. The controller performance was analyzed based on speed response parameters, control energy and Integral Square Error (ISE) through testing each controller structure at various loaded and non-loaded conditions speeds setting. The testing results show that the best response performance was obtained at hybrid PIDANFIS structure controller. The indicator are; delay time (td) and settling time (ts) improvement 33.33% and 13.84% respectively; steady state error (Est) and maximum overshoot (Mp) 0% and 4.04% respectively; control energy reduction is 15.11% up to 17.36% and ISE 11.69% up to 15.29% which calculated based on control signal and error signal; the controllers can operate on a wide speed setting spectrum reached to 100% (from 2000 rpm to 1000 rpm). It showed that prototype design of the hybrid PID-ANFIS controller development as the speed controller were able to work well.

Kata Kunci : -