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