BAB I PENDAHULUANetd.repository.ugm.ac.id/downloadfile/83323/potongan/S1-2015... · 2 dalam...
Transcript of BAB I PENDAHULUANetd.repository.ugm.ac.id/downloadfile/83323/potongan/S1-2015... · 2 dalam...
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Motor DC (Direct Current) Brushless atau disebut dengan Motor BLDC
(Brushless Direct Current Motor) sangat banyak digunakan dalam berbagai
macam aplikasi industri saat ini. Salah satu aplikasi penggunaannya yaitu pada
aplikasi belt conveyor. Belt conveyor menggunakan Motor BLDC karena memiliki
efisiensi tinggi, torsi yang tinggi, kecepatan yang tinggi dan dapat divariasikan, dan
biaya perawatan yang rendah dibandingkan penggunaan Motor DC atau Motor
Induksi. Penggunaan Motor BLDC pada belt conveyor diperlukan sebuah sistem
pengendalian yang tepat untuk mengendalikannya karena berperan penting dalam
proses produksi di industri. Contohnya pada industri semen yang menggunakan
penggerak belt conveyor di proses finish mill. Pada proses tersebut, belt conveyor
tidak dapat berjalan stabil dikarenakan pada saat material yaitu clinker 80%, trash
17% dan gypsum 3% berada di atasnya (Sari, 2010). Karena material yang turun
bisa mencapai 204 ton per jam, sehingga Motor BLDC sebagai penggerak harus
bisa berputar sesuai dengan kecepatan yang diharapkan agar belt conveyor tidak
bergerak menjadi semakin lambat atau semakin cepat (tidak stabil).
Bagaimanapun diperlukan suatu perancangan sistem pengendalian
kecepatan Motor BLDC pada aplikasi belt conveyor agar berjalan sesuai dengan
kecepatan yang diharapkan. Salah satu jenis pengendalian kecepatan Motor
BLDC adalah menggunakan kendali proportional – integral – derivative (PID).
Penggunaan tersebut karena struktur sederhana yang dapat dengan mudah
dipahami dan dilaksanakan. Kendali PID termasuk kendali konvensional atau
klasik yang masih populer di industri hingga saat ini karena efektifitasnya luar
biasa, implementasinya mudah dan aplikasinya sangat luas.
Masalah utama kendali PID adalah tala (tuning), yaitu menentukan nilai
parameter Kp, Ki dan Kd agar diperoleh performansi sistem yang optimal. Karena
perancangan penalaan kendali PID bersifat konseptual intuitif, tetapi akan sulit
2
dalam prakteknya, jika beberapa (dan sering bertentangan) tujuan seperti transien
pendek dan stabilitas tinggi yang harus dicapai (Ang, 2005). Umumnya proses
penalaan masih dilakukan dengan metode secara classical tuning yang dapat
memakan waktu. Perkembangan proses tuning PID diawali dengan
pengembangan metode penalaan konvensional, seperti Ziegler – Nichols, Chien –
Hrones – Reswick, Cohen – Coon, Astrom – Hagglund, Poulin – Pomerleau, dan
sebagainya. Tetapi, metode – metode ini kurang optimal karena menggunakan
asumsi sistem memiliki dinamika minimum, linear dan no-disturbance. Pada
kenyataannya penggunaan Motor BLDC pada aplikasi belt conveyor adalah
nonlinear, time-varying dan kompleks.
Perkembangan teknologi komputasi melahirkan metode komputasi lunak
yang membuka jalan baru bagi metode penalaan modern. Metode penalaan
modern ini dirancang untuk sistem yang kompleks, nonlinear, time-varying
seperti yang banyak ditemui di proses industri (Alridjajis, 2010). Salah satu
metode penalaan modern terbaru adalah Bacterial Foraging Optimization
Algorithm (BFOA) yang di usulkan oleh Passino (2010). BFOA merupakan
pendatang baru ke dalam keluarga algoritma optimasi yang terinspirasi dari alam.
Selama lebih dari lima dekade terakhir ini, algoritma optimasi seperti Genetic
Algorithm (GA), Evolutionary Programming (EP), Evolutionary Strategies (ES)
dan lainnya yang menarik inspirasi dari evolusi dan genetika alam telah
mendominasi bidang algoritma optimasi. Algoritma baru – baru ini yang
terinspirasi swarm alami seperti Particle Swarm Optimization (PSO), Ant Colony
Optimization (ACO) telah menemukan cara mereka ke dalam domain ini dan
membuktikan efektivitasnya.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang ada, maka dirumuskanlah
permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah bagaimana
menerapkan komputasi lunak (soft computing) untuk mendapatkan nilai konstanta
penalaan kendali PID yang akan di implementasikan pada Motor DC Brushless
sebagai penggerak belt conveyor.
3
1.3 Batasan Masalah
Pada penelitian ini, diberikan beberapa batasan masalah yaitu:
a. Motor yang digunakan adalah Motor DC Brushless (Motor BLDC)
b. Belt conveyor digunakan hanya sebatas untuk mensimulasikan
kecepatan motor BLDC dan memberikan gangguan beban.
c. Sistem kendali kecepatan pada motor DC Brushless sebagai penggerak
belt conveyor menggunakan sistem kendali PID.
d. Sensor kecepatan ditempatkan pada Motor BLDC.
e. Dimensi kecepatan pada belt conveyor menggunakan rpm (revolutions
per minute).
f. Batas kecepatan maksimum belt conveyor adalah 150 rpm.
g. Batas beban maksimum pada belt conveyor adalah 1000 g.
h. Metode penalaan pengendalian PID menggunakan metode Bacterial
Foraging Optimization Algorithm (BFOA).
i. Pengujian dilakukan terhadap kendali kecepatan belt conveyor.
j. Hasil pengujian hanya melihat hasil tanggapan rise time, settling time,
overshoot dan steady-state error pada kecepatan belt conveyor.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah merancang
algoritma Bacterial Foraging Optimization yang digunakan untuk mendapatkan
konstanta parameter Kp, Ki dan Kd. Hal tersebut bertujuan untuk mendapatkan
hasil yang optimal pada proses penalaan (tuning) kendali PID Motor DC
Brushless sebagai penggerak belt conveyor agar menjaga kecepatan belt conveyor
menjadi stabil meskipun terdapat perubahan beban.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah mampu memberikan
kontribusi mengenai tentang optimalisasi tuning pengendalian PID pada kendali
kecepatan Motor DC Brushless terutama yang di aplikasikan pada belt conveyor
atau aplikasi bidang industri lainnya.
4
1.6 Metodologi Penelitian
Metodologi dan alur pelaksanaan yang digunakan dalam penelitian ini
adalah sebagai berikut:
1) Menentukan topik yang akan dipilih dengan cara mengindentifikasi
masalah yang ada disertai konsultasi dengan dosen pembimbing.
2) Dicari solusi dari masalah – masalah yang telah dipilih.
3) Pengumpulan data dilakukan dengan pengkajian dan pembelajaran lebih
lanjut terhadap sistem yang akan dibuat, yaitu dengan cara:
a. Studi literatur, yaitu mempelajari artikel, makalah, jurnal, karya
ilmiah, situs internet, serta buku – buku yang terkait dengan belt
conveyor, motor BLDC, metode algoritma Bacterial Foraging
Optimization, komunkasi serial Arduino dan Matlab/Simulink,
pemodelan tuning dan real-time monitor, dan sistem kendali.
b. Konsultasi dengan dosen pembimbing dan dosen lain yang sesuai
bidang mengenai rancangan sistem dan inovasi – inovasi yang
akan diterapkan.
4) Membuat belt conveyor, perancangan metode algoritma Bacterial
Foraging Optimization, perancangan model kendali pada motor BLDC
dengan Arduino dan Matlab/Simulink, membuat komunikasi serial
Arduino dan Simulink, dan perancangan sistem kendali PID menggunakan
metode algoritma Bacterial Foraging Optimization pada motor BLDC
sebagai penggerak belt conveyor.
5) Selanjutnya adalah simulasi penalaan (tuning) dan real – time monitor data
dari motor BLDC sebagai penggerak belt conveyor.
6) Pengambilan data – data pengujian yang akan di ambil hanyalah kecepatan
pada belt conveyor yang menggunakan motor BLDC.
7) Tahap terakhir adalah analisa data yang diperoleh. Dari proses ini dapat
ditarik kesimpulan dari hasil penelitian yang dilakukan.
1.7 Sistematika Penulisan
Garis besar penulisan laporan penelitian ini terdiri dari tujuh bab, yaitu:
5
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi penguraian tentang latar belakang dan permasalahan yang
dikaji, batasan masalah, tujuan, manfaat, metodologi penelitian yang dilakukan
serta sistematika penulisan laporan penelitian.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi tentang penelitian – penelitian terdahulu seputar
pengendalian PID pada motor DC Brushless, metode BFOA dan hal – hal yang
berkaitan dengan sistem yang dibangun.
BAB III LANDASAN TEORI
Berisi penjelasan serta teori – teori yang berkaitan dengan sistem yang
diteliti dalam penelitian ini.
BAB IV ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM
Berisi analisis dilakukannya penelitian yang dilakukan, serta perancangan
sistem yang dibuat, meliputi perancangan perangkat keras dan perangkat lunak.
BAB V IMPLEMENTASI SISTEM
Berisi tentang implementasi dari perancangan dalam bentuk nyata
terhadap kinerja perangkat keras dan perangkat lunak.
BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisi hasil pengujian sistem yang dilakukan meliputi pengamatan atas
kinerja perangkat keras dan perangkat lunak. Hasil pengujian kemudian di analisis
dan dibahas hasil beserta kinerjanya.
BAB VII PENUTUP
Berisi kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan serta saran – saran
pengembangan penelitian selanjutnya.