Desain dan Implementasi Self Tuning LQR Adaptif untuk...
Transcript of Desain dan Implementasi Self Tuning LQR Adaptif untuk...
Desain dan Implementasi Self Tuning LQR Adaptif untuk Pengaturan
Tegangan Generator Sinkron 3 Fasa
Oleh : Arif Hermawan (05-176)
Dosen Pembimbing : 1. Dr.Ir.Mochammad Rameli
2. Ir. Rusdhianto Effendie A.K, MT.
Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro, FTI-ITS Surabaya
� MATERI PRESENTASIMATERI PRESENTASIMATERI PRESENTASIMATERI PRESENTASI
� PENDAHULUANPENDAHULUANPENDAHULUANPENDAHULUAN
� PERANCANGAN SISTEM & DESAIN PERANCANGAN SISTEM & DESAIN PERANCANGAN SISTEM & DESAIN PERANCANGAN SISTEM & DESAIN
KONTROLERKONTROLERKONTROLERKONTROLER
� PENGUJIAN SISTEMPENGUJIAN SISTEMPENGUJIAN SISTEMPENGUJIAN SISTEM
� PENDAHULUANPENDAHULUANPENDAHULUANPENDAHULUAN
� Latar Belakang
� Perumusan Masalah
� Batasan Masalah
� Tujuan dan Kontribusi
� Latar BelakangLatar BelakangLatar BelakangLatar Belakang
• Variasi beban menyebabkan
perubahan tegangan pada sistem
pembangkit
• Perlunya perancangan kontroler agar
tegangan stabil
• Variasi beban berubah dengan cepat
• Perancangan kontroler adaptif
dengan melakukan identifikasi
parameter plant
� PermasalahanPermasalahanPermasalahanPermasalahan
• Saat beban bersifat induktif, Generator
terjadi under excitasi (eksitasi kurang)
• Kontroler memerintahkan driver untuk menaikan arus eksitasi
• Saat beban bersifat kapasitif,
Generator terjadi over excitasi (eksitasi lebih)
• Kontroler memerintahkan driver untuk menurunkan arus eksitasi
� PermasalahanPermasalahanPermasalahanPermasalahan
• Desain rangkaian driver eksitasi harus stabil.
• Desain rangkaian sensor harus bekerja
dengan baik.
• Melakukan penyetelan (tuning) rangkaian desain.
� Batasan MasalahBatasan MasalahBatasan MasalahBatasan Masalah
• Pengambilan data menggunakan simulator pembangkit tenaga listrik generator sinkron 3 fasa 350 VA.
• Untuk pengambilan data diasumsikan bahwa beban generator seimbang serta kecepatan prime mover (motor induksi) konstan
• Output generator yang akan dianalisa adalah output generator dengan kontroler self tuning LQR adaptif.
� Tujuan dan Kontribuasi PenelitianTujuan dan Kontribuasi PenelitianTujuan dan Kontribuasi PenelitianTujuan dan Kontribuasi Penelitian
• Merancang kontroler self tuning LQR adaptif untuk diterapkan pada sistem pengaturan tegangan (AVR)
• Menganalisa perilaku generator pada kondisi tanpa beban dan berbeban.
• Mengetahui efektifitas kontroler self tuning LQR adaptif AVR untuk pengaturan tegangan pada saat sistem diberi beban.
� Prinsip Dasar Pembangkitan Tegangan Prinsip Dasar Pembangkitan Tegangan Prinsip Dasar Pembangkitan Tegangan Prinsip Dasar Pembangkitan Tegangan
Generator Sinkron 3 FasaGenerator Sinkron 3 FasaGenerator Sinkron 3 FasaGenerator Sinkron 3 Fasa
E Cnϕ=
Gambar 1. Konsep dasar sistem eksitasi
� PERANCANGAN SISTEMPERANCANGAN SISTEMPERANCANGAN SISTEMPERANCANGAN SISTEM
Gambar 2. Gambar 2. Gambar 2. Gambar 2. Diagram Blok Perancangan Sistem
Mik
roko
ntr
olle
r A
TM
EG
A
85
35
�Generator
• Daya : 350 VA
• Tegangan : 380 V (Y) / 220 (∆)• Arus : 0.58 A / 1 A
• : 0.92• Jumlah putaran (n) : 3000 rpm (trs/mn)
• Tegangan eksitasi : 220 V• Arus eksitasi : 0.24 A
• Jumlah kutub (p) : 2 .
Cosϕ
.
�Motor induksi yang digunakan adalah sebagai berikut :
• Daya : 350 W
• Tegangan : 380 V (Y) / 220 (∆)• Arus : 0.68 A / 1.17 A
• : 1• Jumlah putaran (n) : 3000 rpm (trs/mn)
• Tegangan eksitasi : 220 V• Arus eksitasi : 0.22 A
• Jumlah kutub (p) : 2
Cosϕ
�Perancangan Sensor
Gambar 3. Gambar 3. Gambar 3. Gambar 3. Skema perancangan sensor
tegangan dan arus stator
Output Generator
Sensor Arus
(Current Transformer)
Sensor Tegangan
(Potential Transformer)
Rangkaian Penyearah
AC ke DC
Rangkaian Penguat Sinyal
Bertingkat
(Multistage Amplifier)
Rangkaian Penyearah
AC ke DC
� Rangkaian Pengubah AC ke DCRangkaian Pengubah AC ke DCRangkaian Pengubah AC ke DCRangkaian Pengubah AC ke DC
Gambar 4. Gambar 4. Gambar 4. Gambar 4. Ac to DC Converter
� Rangkaian Penguat Sinyal untuk Rangkaian Penguat Sinyal untuk Rangkaian Penguat Sinyal untuk Rangkaian Penguat Sinyal untuk
Sensor ArusSensor ArusSensor ArusSensor Arus
Gambar 5. Gambar 5. Gambar 5. Gambar 5. Rangkaian penguat sinyal dengan
IC Op-Amp LF353
�Detektor Beda FasaDetektor Beda FasaDetektor Beda FasaDetektor Beda Fasa
Gambar 6. Gambar 6. Gambar 6. Gambar 6. Zerro crossing detector serta gambar input dan output-nya
� Perancangan Perancangan Perancangan Perancangan DC to DC Converter (DC DC to DC Converter (DC DC to DC Converter (DC DC to DC Converter (DC Chopper)Chopper)Chopper)Chopper)
Gambar 7. Gambar 7. Gambar 7. Gambar 7. Diagram blok DC to DC Converter (DC Chopper)
�Switching RegulatorSwitching RegulatorSwitching RegulatorSwitching Regulator
Vs RL
+
Vo
-
IL
saklar
Gambar 8. Gambar 8. Gambar 8. Gambar 8. Model dari regulator linear (a) dan rangkaian
ekivalen (b)
Gambar 9.Gambar 9.Gambar 9.Gambar 9.Tegangan output
� Buck Converter Buck Converter Buck Converter Buck Converter (Konverter Penurun Tegangan )(Konverter Penurun Tegangan )(Konverter Penurun Tegangan )(Konverter Penurun Tegangan )
Gambar 10. Gambar 10. Gambar 10. Gambar 10. Rangkaian Buck Converter
Gambar 11. Gambar 11. Gambar 11. Gambar 11. Sinyal tegangan dan arus pada induktor L
� Realisasi Rangkaian Driver DC to DC Converter
Sinyal Segitiga
Referensi(Sinyal kontrol)
t
V
V
t
PWM Optoisolatort
V
Power Mosfett
V
Rangkaian tegangan rendah Rangkaian t egangan tinggi
Gambar 12. Diagram blok realisasi rangkaian driver dc to dc converter
�Desain KontrolerDesain KontrolerDesain KontrolerDesain Kontroler
Secara umum persamaan state space adalah sebagai berikut :
= Ax+Buy = Cx
.
x
G(s)
K(s)
r(s) y(s)
Gambar Gambar Gambar Gambar 13.13.13.13. Blok diagram sistem kontrol optimal LQR
�Sistem Kontrol Optimal LQR
� Indeks Performansi Sistem Kontrol
Optimal LQR
[ ]dttRututQxtxJ TT
∫∞
+=0
)()()()(2
1
Sinyal kontrol u dari persamaan diatas dapat dinyatakan sebagai berikut:
u = −Kx
dengan,
PBRK T1−=Matrik P merupakan solusi dari persamaan Aljabar Riccati berikut :
1 0T TA P PA PBR B P Q−+ − + =
� Pemodelan SistemPemodelan SistemPemodelan SistemPemodelan Sistem
Gambar 14. Rangkaian generator dengan beban Gambar 14. Rangkaian generator dengan beban Gambar 14. Rangkaian generator dengan beban Gambar 14. Rangkaian generator dengan beban
induktifinduktifinduktifinduktif
1. Pemodelan beban induktif1. Pemodelan beban induktif1. Pemodelan beban induktif1. Pemodelan beban induktif
3-1
� Fungsi Alih Model Beban Induktif
Dengan :
dan
� Pemodelan SistemPemodelan SistemPemodelan SistemPemodelan Sistem
2. Pemodelan beban kapasitif2. Pemodelan beban kapasitif2. Pemodelan beban kapasitif2. Pemodelan beban kapasitif
Gambar 15. Rangkaian generator dengan beban Gambar 15. Rangkaian generator dengan beban Gambar 15. Rangkaian generator dengan beban Gambar 15. Rangkaian generator dengan beban
kapasitifkapasitifkapasitifkapasitif
2. Pemodelan beban kapasitif2. Pemodelan beban kapasitif2. Pemodelan beban kapasitif2. Pemodelan beban kapasitif
Loop 1 :
Loop 2 :
dan
� Fungsi Alih Model Beban Kapasitif
Dengan :
dan
�Menghitung Kg
Gambar 16 Pengujian Generator Tanpa Beban
Perancangan HardwarePerancangan HardwarePerancangan HardwarePerancangan Hardware
Perancangan SoftwarePerancangan SoftwarePerancangan SoftwarePerancangan Software
PENGUJIAN Driver PWM
Gambar 17.Karakteristik driver sinyal PWM dan Karakteristik Rangkaian S/C Driver
� Gambar Sinyal Driver
Gambar 18. Sinyal segitiga (kiri) dan output PWM (kanan) dengan D= 40 %, f =39 kHz
0
�Pengujian Detektor Beda Fasa Pengujian Detektor Beda Fasa Pengujian Detektor Beda Fasa Pengujian Detektor Beda Fasa
Gambar 18. Pengujian detektor beda fasa dengan beban lampu 60 W
a.Beban Resistif
�Pengujian Detektor Beda Fasa Pengujian Detektor Beda Fasa Pengujian Detektor Beda Fasa Pengujian Detektor Beda Fasa
Gambar 18. Pengujian detektor beda fasa dengan beban kapasitor 8 uF / 1000V
a.Beban Kapasitif
PENGUJIAN BEBAN CAMPURAN KAPASITIFPENGUJIAN BEBAN CAMPURAN KAPASITIFPENGUJIAN BEBAN CAMPURAN KAPASITIFPENGUJIAN BEBAN CAMPURAN KAPASITIF
PENGUJIAN BEBAN CAMPURAN INDUKTIFPENGUJIAN BEBAN CAMPURAN INDUKTIFPENGUJIAN BEBAN CAMPURAN INDUKTIFPENGUJIAN BEBAN CAMPURAN INDUKTIF
SEKIANSEKIANSEKIANSEKIAN
&&&&
TERIMA KASIHTERIMA KASIHTERIMA KASIHTERIMA KASIH