aan fakih hidayat - proposal ta revisi123
Post on 29-Jun-2015
87 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
PEMBUATAN MODEL MATEMATISPWM BOOST CONVERTER CCM SWITCH MODE
DENGAN MENGGUNAKAN
SYSTEM IDENTIFICATION TOOLBOX MATLAB VER
7.6.0.324
( R2008a )
Proposal tugas akhir iniDiajukan sebagai persyaratan untuk menyelesaikan
Program Pendidikan Diploma IIIPada
Jurusan : Teknik ElektroProgram Study : Teknik Listrik
POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA
Oleh :
AAN FAKIH HIDAYATNIM : 08612087
POLITEKNIK NEGERI SAMARINDAJURUSAN TEKNIK ELEKTRO
2011
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Konversi daya merupakan bidang multidisiplin yang memerlukan
beberapa pengetahuan dasar seperti : konfigurasi rangkaian daya, model
matematis, sistem pengendalian, piranti elektronik dan lain-lain. Terdapat dua
alternatif transformasi daya dari sumber DC ke beban dengan cara yang dapat
dikendalikan yaitu Linear Mode dan Switched Mode. Konversi daya mode linear
menggunakan jatuh tegangan pada elemen resistif untuk mengatur tegangan. Cara
ini menghasilkan rugi daya dalam bentuk panas sehingga efisiensi menjadi
rendah. Mode ini juga hanya bisa digunakan sebagai penurun tegangan. Pada
konversi daya Switched Mode, energi yang timbul oleh karena jatuh tegangan
pada induktor disimpan pada kondisi switched on, kemudian akan ditransfer ke
beban pada kondisi swithced off. Cara ini menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi
dibandingkan mode linear. Energi yang tersimpan pada induktor dapat diubah
menjadi tegangan output yang lebih tinggi dibandingkan tegangan inputnya
(Boost Converter), lebih rendah (Buck Converter) atau inversi dari tegangan
inputnya (Flyback Converter) (Maxim Integrated Product, an2031).
2
Secara umum pengertian model adalah suatu usaha untuk menciptakan
suatu replica dari suatu peristiwa. Ada tiga jenis model yaitu model fisik, model
analogi dan model matematik. Pada model fisik replica tersebut dilaksanakan
dengan menirukan domain dimana peristiwa itu terjadi. Tiruan domain ini dapat
lebih besar atau lebih kecil dibandingkan dengan domain aslinya di lapangan.
Kecocokan dari model ini tergantung dari seberapa mungkin kesebangunan
(geometris, kinematis dan dinamis) dapat diturunkan dalam model.. Pada model
analogi replica tersebut dilaksanakan dengan menganalogikan peristiwa dengan
peristiwa yang lain untuk kemudian dibuat model fisiknya. Pada model
matematik replica tersebut dilaksanakan dengan mendiskripsikan peristiwa
dengan satu set persamaan. Kecocokan model dengan peristiwa tergantung dari
ketepatan formulasi persamaan matematis.
Penyedia sumber daya DC yang berupa pengubah daya DC-DC secara
umum ada 2 macam, yaitu tipe penurun tegangan atau buck chopper dan tipe
penaik tegangan Boost Converter. Tipe boost sangat jarang ditemui di pasaran,
karena pengguna dari pengubah daya DC-DC ini sangat terbatas. Pengubah daya
DC-DC tipe boost dapat mempunyai efisiensi sampai 90 %, suatu efisiensi yang
sangat besar dibandingkan dengan penyedia sumber daya tipe lain. (Dallas
Semiconductor. 2003b) (Taufik, 1999b) (Mohan, Undeland and Robbins. 1995).
Dalam penulisan Tugas Akhir ini dibahas mengenai pengubah daya DC-
DC Boost Converter dengan optimasi induktor dan kapasitor, untuk mendapatkan
nilai keluaran tegangan yang maksimal dari masukan tegangan yang kecil. Hal ini
3
sangat jarang diperhatikan, padahal dengan optimasi ini akan didapat suatu
efisiensi yang lebih tinggi. Beberapa penggunaan Boost antara lain untuk
perbaikan factor daya (Power Factor), aplikasi untuk motor DC, charger untuk
baterai dan untuk menaikan tegangan baterai. (Taufik, 1999a) (Rajashekara, Bhat.
2000) (Mohan, Undeland and Robbins. 1995)
Dari uraian diatas, maka pada proposal Tugas Akhir ini membuat model
matematis Boost converter dengan menggunakan System Identification Toolbox
Matlab Ver 7.6.0.324(R2008a)
1.2 Perumusan Masalah
Dari uraian di atas maka perumusan masalah dapat disusun sebagai berikut :
1. Bagaimana membuat model matematis Boost converter dengan menggunakan
System Identification Toolbox Matlab Ver 7.6.0.324(R2008a)
2. Bagaimana model matematis boost converter yang dibangun dengan
menggunakan PWM Boost Converter CCM Switch Mode dibandingkan
dengan hasil simulasi dengan menggunakan sympower System Matlab Ver
7.6.0.324(R2008a)
1.3 Batasan Masalah
1. Ditinjau dari arus induktornya, dipilih Boost Converter yang bekerja pada
Continuous Conduction Mode (CCM) dimana arus induktor adalah kontinyu
dan tidak pernah nol.
4
2. Untuk kebutuhan permodelan matematis dengan menggunakan system System
Identification Toolbox Matlab Ver 7.6.0.324(R2008a). diperlukan sekumpulan
data input dan data output. Data input dan ouput diperoleh dari observasi
langsung pada rangkaian Boost converter yang di asumsikan sudah ada.
3. Tehnik observasi data dilakukan dengan menggunakan experiment
Laboratorium.
1.4 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengaplikasikan SYSTEM
IDENTIFICATION TOOLBOX MATLAB VER 7.6.0.324
( R2008a ) pada kasus pembuatan model matematis Boost converter
1.5 Manfaat Penelitian
Diharapkan hasil dari penelitian ini memiliki manfaat sebagai berikut :
1. Memberikan wawasan tentang kemampuan ANN sebagai aproksimasi
fungsi Controller pada MRC, khususnya pada kasus kendali tegangan
output Boost Converter.
2. Penerapan lebih lanjut adalah pada kasus-kasus kendali konverter daya
berbasis komputer.
5
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
2.1.1 Boost Converter
Boost Converter adalah salah satu jenis DC-DC Converter (DC Chopper)
yang menghasilkan tegangan output lebih besar dari tegangan inputnya. Semua
jenis DC Chopper bekerja dengan konsep dasar Switching Regulator (Rashid,
2001).
DC-DC Converter adalah jantung dari Switch Mode Power Supply
(SMPS). Disamping kelebihannya oleh karena tingkat kerapatan dan efisiensi
daya yang tinggi, pengaturan DC-DC Converter juga dibatasi oleh daerah sinyal
kecil di sekitar titik operasi steady state-nya. Hal ini didasarkan pada pengaturan
output daya dengan antisipasi terhadap segala gangguan pada sistem. Dengan
penerapan teknik linearisasi rata-rata sinyal kecil, problem non linearitas dan
ketidak-pastian parameter sistem biasanya diabaikan (Leung, 2009).
Dengan asumsi switch adalah ideal maka dua posisi switch (On dan Off)
dikendalikan oleh sinyal switching (duty ratio) pada nilai 1 dan 0. Perubahan
posisi switch secara bergantian dengan frekuensi switching yang konstan akan
mengiris (chop) tegangan input menjadi deretan pulsa tegangan (duty cycle).
6
Pengendalian melalui nilai rata-rata tegangan output yang dicapai dengan cara
memodulasi lebar pulsa disebut dengan Kendali PWM (Mohan, 2003).
2.1.2 Dasar model Matematis System dan Identification System
Identifikasi Sistem adalah salah satu bagian dari Teknik Permodelan
Sistem untuk melakukan estimasi model matematis linear dan non linear dari
suatu sistem dinamis (sistem nyata) dengan menerapkan teknik-teknik komputasi
yang relevan. Hasil dari identifikasi sistem adalah berupa model matematis suatu
sistem dinamis yang kemudian perlu disimulasikan untuk melihat bagaimana
respon output sistem bila diberi sinyal input tertentu.
Tipe-tipe data yang dapat dimodelkan
1. Data berdomain waktu (Time Domain) berupa sampel data input u(t) dan sampel
data output y(t) sebagai fungsi waktu.
2. Data berdomain frekuensi (Frequency Domain) berupa transformasi Fourier dari
sinyal input dan output yang berdomain waktu.
Langkah-langkah Identifikasi Sistem :
1. Desain eksperiman dan akuisisi data.
Misalnya akan membuat model matematis dari suatu motor DC, maka perlu
didesain suatu eksperimen untuk mengambil data input dan output dari motor
DC berdomain waktu.
Misalnya seperti begini :
7
Sinyal input
Beberapa oscilloscope sudah menyediakan fasilitas untuk menyimpan data dari
sinyal yang ditampilkan pada display dengan interval waktu dan waktu sampling
yang tertentu. Data hasil akuisisi inilah nantinya yang akan digunakan untuk
membuat model matematisnya.
2. Menganalisa data dan melakukan preprocessing seperti plot data, menghilangkan
ofset dan trend linear, filtering, resampling, dan memilih region dari grafik sinyal
data yang di-plot tadi yang sekiranya cocok untuk dijadikan dasar permodelan.
3. Melakukan estimasi model dan mem-validasi model yang sudah dibuat.
4. Melakukan analisis dan transformasi model seperti analisis linear, penurunan
orde model, konversi dari waktu diskrit ke waktu kontinyu.
5. Penggunaan model yang sudah dibuat untuk berbagai macam keperluan seperti
simulasi, prediksi harga output dan desain kontrol.
8
Function Generator
Oscilloscope
Sinyal output
ch1 ch2
Sampling Data
Dengan desain eksperimental seperti di atas, misalnya diperoleh grafik sinyal
pada oscilloscope seperti demikian.
Sampling data
Mengambil/mencuplik data dari suatu sistem dinamis sebagai contoh (sample).
Sampled data
Data hasil cuplikan (sampling).
9
Sampling Time
Waktu yang diperlukan untuk melakukan sampling data.
Sampling Interval
Waktu antar sampled data (data tercuplik).
Dari grafik di atas bila sampling time = 0.5 second, dan sampling interval = 0.1
second maka akan terdapat 5 sampled data seperti berikut :
10
Sampling Time
Sampling Interval
Sampled data :
T 0.00 0.1
0
0.20 0.30 0.4
0
0.50
y(t) 0.00 0.0
9
0.30 0.59 0.9
0
1.25
Dari uraian di atas diperoleh pemahaman bahwa :
Sebelum di-sampling, grafik yang terlihat adalah data terukur dalam domain
waktu kontinyu.
Setelah di-sampling dengan sampling interval dan sampling time tertentu, grafik
yang terlihat adalah sampled data dari data terukur dalam domain waktu diskrit.
Bila sampling interval sedemikian kecil maka grafik sampled data dalam domain
waktu diskrit akan hampir sama dengan grafik data terukur dalam domain waktu
kontinyu.
Data Driven Modeling
Maksudnya adalah pencocokan model dengan data terukur (melalui eksperimen
dan akuisisi data). Perhatikan gambar berikut.
11
u(t) y(t)
e(t)
Model menggambarkan hubungan antara satu atau lebih sinyal input terukur u(t)
dengan sinyal output terukur y(t). Secara eksperimental sangatlah susah untuk
memperoleh data terukur dari disturbance atau noise e(t).
Dengan menggunakan ToolBox System Identification Matlab, hubungan antara
input dan output terukur dengan noise-nya dinyatakan secara matematis dengan :
y ( t ) = G .u( t )+H .e (t )
dimana G adalah operator (transfer function) yang menggambarkan sistem
dinamis antara input u(t) dan output y(t). Sedangkan H adalah operator (transfer
function) yang menggambarkan model dari gangguan yang mempengaruhi
sistem.
Black Box Model
Adalah salah satu model yang digunakan pada ToolBox System Identification
Matlab untuk memodelkan sistem dinamis linear dan non linear.
12
Black Box Model
Input terukur, u(t)
Output terukur, y(t)
Output prediksi, y’(t)
13
BAB III
KERANGKA KONSEP PENELITIAN
3.1 Kerangka Konsep Penelitian
Operasi Boost Converter didasarkan pada prinsip dua posisi switch (On dan
Off) yang bekerja secara bergantian pada frekuensi switching konstan yang mengiris
(chop) tegangan input. Operasi ini menghasilkan sinyal duty cycle berupa deretan
pulsa tegangan dengan duty ratio tertentu. Rata-rata lebar pulsa yang dihasilkan
selama switching cycle adalah merupakan rata-rata tegangan output Boost
Converter. Duty-ratio inilah nantinya yang akan mengemudikan Boost Converter
untuk menghasilkan tegangan output pada level tertentu. Pengendalian terhadap
duty ratio pada frekuensi switching yang konstan disebut sebagai kendali PWM.
Model matematis Boost Converter dibangun dengan acuan arus induktor
yang bekerja pada mode CCM ( Continous Conduction Mode ). Beban resistif
dipilih untuk meminimisasi problem, terutama dalam hal permodelan sistemnya.
Langkah-langkah System Identification Toolbox MATLAB Ver 7.6.0.324
(R2008a) Sebagai berikut :
1. Mempersiapkan Data untuk Identifikasi Sistem
2. Strategi Memilih Sistem Identifikasi Anda
3. Mengidentifikasi Model Linear
4. Mengidentifikasi Model nonlinear Black-Box
14
5. Menyesuaikan dan Menggunakan GUI
6. Merancang Model Controller untuk diidentifikasi
3.2 Variabel Penelitian
Berdasarkan langka-langkah yang akan diuji maka variabel penelitian yang
akan dianalisis adalah performansi tegangan output yang dihasilkan berdasarkan
sinyal respons yang diperoleh.
3.3 Hipotesis
Dari kerangka konsep penelitian yang telah diuraikan maka hipotesis
penelitian adalah Pembuatan Model Matematis Boost Converter CCM Switch Mode
dengan menggunakan System Identification Toolbox Matlab Ver 7.6.0.324 (R2008a)
15
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Metodologi Penelitian
4.1.1 Riset Awal
Sebelum melakukan penelitian terlebih dahulu mempelajari segala hal yang
terkait dengan topik penelitian. Bagian utama yang perlu dipelajari dan didalami
adalah :
1. Model Matematis Pwm Boost Converter CCM Switch Mode
2. System Identification Toolbox Matlab Ver 7.6.0.324 (R2008a)
3. Model Reference Control
4. Simulink Matlab
4.1.2 Perancangan Awal
4.1.2.1 Model Pengendalian Tegangan Output Boost Converter
PWM Boost converter yang beroperasi dengan tegangan output yang
dikendalikan agar sama dengan tegangan referensi yang diberikan ditunjukkan
pada gambar di bawah ini.
16
Gambar 4.2Feedback Control System - Boost Converter
(Perancangan)
4.1.2.2 Pemilihan parameter Boost Converter
Parameter Boost converter yang perlu dipilih adalah sebagai berikut :
Tegangan Input (Vs)
Rencana Tegangan Output (Vref)
Induktor (L)
Kapasitor (C)
Frekuensi switching (fs = 1/Ts)
Duty Ratio (D = 1)
Beban Resistif (R)
4.1.3 Analisis Hasil Simulasi
Hasil simulasi menggunakan Simulink untuk masing-masing metode kemudian
dianalisis, terutama pada performansi sinyal respons yang dihasilkan dari kedua
metode yang digunakan.
17
4.2 Data dan Tempat Penelitian
Data-data yang diperlukan diperoleh melalui observasi data dengan menggunakan
Simulink Matlab.
18
DAFTAR PUSTAKA
Arun Rajagopalan, SIMULINK Tutorial, Ohio State University, 2002.
Rashid, H. Muhammad , Power Electronics: Sirkuit, Devices, dan Aplikasi, Prentice
Hall, 2003
Rashid, MH, Ph.D, Power Electronics Handbook, Academic Press - California,
2001.
R. P. Severns and G. Bloom, Modern DC-to-DC Switchmode PowerConverter Circuits, Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1985.
19
top related