Saat ini, penggunaan teknologi elektronika daya dan teknologi kontrol motor AC telah meningkatkan kinerja sistem penggerak AC [1], [2]. Motor AC diklasifikasikan menjadi tiga jenis: yaitu motor induksi, motor sinkron magnet permanen (PMSM), dan motor reluktansi sinkron (SynRM). Motor induksi banyak digunakan di industri karena perawatannya yang mudah dan strukturnya yang simpel. Namun PMSM memiliki ukuran yang lebih kecil dan kinerja yang lebih tinggi dibandingkan motor induksi. Akan tetapi bahan magnet permanen yang digunakan dalam PMSM sangat mahal. Untuk mengatasi masalah ini, tren yang muncul di industri adalah mengganti PMSM dengan SynRM, yang tidak memerlukan bahan magnet permanen.
SynRM menjadi semakin luas penggunaanya karena strukturnya yang sederhana dan tidak memerlukan bahan magnet permanen [3]揫5]. Sistem penggerak SynRM juga sangat diminati dibandingkan dengan sistem penggerak motor induksi karena strategi pengendaliannya lebih mudah [6]. Selain itu, SynRM bebas dari kehilangan dan slip rotor, yang memberikan efisiensi lebih tinggi dan kontrol lebih mudah dibandingkan motor induksi.
Kontroler merupakan bagian penting pada sistem penggerak motor. Ada berbagai jenis kontroler yang biasanya diterapkan pada sistem penggerak SynRM. Cara sederhananya adalah dengan menggunakan kontrol proporsional-integral (PI) yang penerapannya relatif mudah. Namun, seting parameter PI lebih menantang untuk rentang kecepatan yang lebar [7]. Beberapa kontrol lanjutan dari sistem penggerak SynRM telah diteliti oleh beberapa peneliti. Shyu dan Lai [8] mengusulkan kontrol multisegment sliding mode untuk SynRM. Kontrol multisegment sliding mode diimplementasikan untuk pengontrol kecepatan dan loop arus menggunakan kontrol histeresis. Metode ini menunjukkan respon kecepatan yang kuat namun ripel sangat besar. Lin dkk. [9] mengusulkan kontrol adaptif backstepping untuk SynRM untuk meningkatkan respons pelacakan kecepatan.
Namun hasilnya menunjukkan performanya bagus pada kecepatan menengah hingga tinggi. Senju dkk. [10] mengusulkan kontrol kecepatan berbasis PI untuk SynRM dengan Kalman filter yang diperluas untuk mencapai efisiensi kontrol yang tinggi terhadap variasi parameter. Meski demikian, metode tersebut terlalu rumit jika diterapkan pada pengolah sinyal digital. Mahfud dkk. [11] mengusulkan strategi kontrol torsi langsung penggerak motor menggunakan sistem adaptif referensi model. Metode ini digunakan untuk kontrol kecepatan tanpa sensor yang tidak bergantung pada resistor stator. Oleh karena itu, respons dinamisnya cepat.
Di antara teknik kontrol tingkat lanjut, kontrol prediktif telah berhasil diterapkan pada aplikasi industri [12]. Umumnya, kontrol prediktif berbasis model (MBPC) memerlukan model matematika motor yang sesuai [13]揫15]. Kemudian, sinyal kontrol satu tahap kedepanya harus ditentukan sebelumnya, dan perilaku variabel keluaran di satu tahap kedepanya juga harus dioptimalkan. Teknik minimalisasi fungsi ditambahkan untuk menghitung input kontrol optimal. Akibatnya, teknik modulasi space vector (SVPWM) tidak diperlukan di sini. Penerapan MPC meliputi konverter daya [16]揫19] dan penggerak motor [20]揫22]. Banyak makalah sebelumnya telah menyelidiki MBPC baik dalam kontrol loop arus atau kontrol loop kecepatan [23] tetapi tidak memasukkan keduanya dalam sistem drive SynRM.
Dalam makalah ini, kontrol prediktif diusulkan untuk drive SynRM dalam sistem kontrol loop saat ini dan loop kecepatan. Desain MBPC yang sistematis meningkatkan kinerja dinamika SynRM. Algoritma kontrol yang diusulkan dalam makalah ini dijalankan dengan menggunakan prosesor sinyal digital (DSP). Oleh karena itu, rangkaian perangkat keras mudah untuk dirancang. Dibandingkan dengan penelitian sebelumnya [1]-[23], ide-ide dalam makalah ini, yang mencakup penyelidikan kontrol prediktif pada kecepatan dan arus untuk sistem penggerak SynRM, adalah ide yang orisinal.
Dalam makalah ini, control kecepatan sistem penggerak SynRM menggunakan kontrol kecepatan model prediktif yang menggunakan prosedur fungsi Laguerre. Kontrol kecepatan prediktif dirancang berdasarkan model mekanis SynRM. Sedangkan untuk kontrol arus, kontrol prediktif dirancang berdasarkan kontrol arus finite-set prediktif, dimana dirancang berdasarkan model elektrik dari SynRM.
Dalam sistem penggerak SynRM terdiri dari dua komponen utama, perangkat lunak dan perangkat keras. Perangkat lunak ini dijalankan oleh DSP floating-point TMS320F28335 32-bit, yang dibuat oleh Texas instrument. DSP ini digunakan untuk menjalankan MBPC. Interval pengambilan sampel kontrol kecepatan adalah 1 饾憵饾憼 dan kontrol arus adalah 100 饾渿饾憼.
Diagram blok kontrol prediktif untuk penggerak SynRM ditunjukkan pada Gambar 1(a). Algoritma pengontrolan dalam program perangkat lunak mencakup kontrol kecepatan dan kontrol arus prediktif berbasis model. Gambar 1(b) mengilustrasikan implementasi sistem drive SynRM. Perangkat kerasnya terdiri dari SynRM, inverter tiga fasa, beberapa rangkaian sensor arus dan tegangan, rangkaian encoder, dan rangkaian interface. SynRM yang digunakan dalam makalah ini dibuat oleh Reliance Electric Company, tipe P56H5012. Parameter motornya adalah sebagai berikut: 饾惪饾憺= 67,2 饾憵饾惢, 饾惪饾憫= 148 饾憵饾惢, 饾憛饾憼= 2,0 饾浐, 4 kutub, arus pengenal 3,4 A, tegangan pengenal 220 V, daya keluaran pengenal 560 W, dan kecepatan pengenal 1800 putaran/menit.
Beberapa eksperimen dilakukan untuk memvalidasi usulan MBPC untuk sistem penggerak SynRM. Parameter untuk pengujian yang dipilih sebagai berikut: perintah arus sumbu id* = 0,5, nilai awal fungsi Laguerre 饾惪(0) = 0,71, horizon prediksi 饾憗饾憹 = 1, dan batasan arus termasuk 饾洢饾憱饾憵饾憱饾憶 = 鈭0,5饾惔, 饾洢饾憱饾憵饾憥饾懃 = 0,5饾惔, 饾憱饾憵饾憱饾憶 = 鈭4饾惔, 饾憱饾憵饾憥饾懃 = 4饾惔. Horizon prediksi dipilih 1 untuk menyederhanakan komputasi dari desain kontrol kecepatan prediktif berbasis model.
Desain dan implementasi kontrol kecepatan dan arus prediktif berbasis model untuk sistem penggerak SynRM disajikan dalam makalah ini. Hasil percobaan menunjukkan bahwa pengendali yang diusulkan mampu mencapai respons transien dan respons gangguan beban yang cepat. Selain itu, pengontrol yang diusulkan mencapai kecepatan lebar yang dapat disesuaikan dari 2 putaran/menit hingga 1800 putaran/menit. Walaupun analisisnya rumit, namun realisasi kontroller cukup mudah dengan menggunakan DSP. Kontrol prediktif yang dapat diimplementasikan dalam aplikasi industri karena kinerjanya yang memuaskan. Namun, masalah komputasi saat penerapan kontrol prediktif untuk SynRM dalam makalah ini dapat investigasi lebih lanjut untuk riset yang akan datang.
Penulis: Muhammad Syahril Mubarok, S.ST., M.Sc., Ph.D.
Link jurnal:
