Abd Gafur, Iradiratu D. P.K, Belly Y. D.

## RANCANG BANGUN KENDALI KECEPATAN MOTOR

## BERBASIS LOGIKA FUZZY UNTUK SISTEM PROPULSI ELEKTRIK PADA KAPAL MENGGUNAKAN PULSE
WIDTH MODULATION (PWM)
Abd Gafur 1) , Iradiratu Diah P.K 2) , Belly Yan Dewantara 3)
Prodi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Dan Ilmu Kelautan,
Universitas Hang Tuah Surabaya, Indonesia
Jl. Arif Rahman Hakim, Keputih, Kec. Sukolilo, Kota Surabaya, Jawa Timur e-mail : abdgafur6666@gmail.com

## ABSTRACT
Sistem  propulsi  kapal  adalah  suatu  mekanisme  yang  akan  memutar  baling-baling.  Pada perkembangan saat ini motor induksi 3 fasa banyak digunakan untuk kendaraan elektrik baik untuk mobil  listrik  maupun  propulsi  pada  kapal.  Disamping  keunggulannya  motor  induksi  memiliki kelemahan yaitu sulitnya mengatur kecepatan motor induksi dikarenakan sifatnya yang tidak linier. Pada  prinsipnya  motor  induksi  dioperasikan  pada  kecepatan  yang  konstan,  bila  beban  berubah kecepatan  motor  juga  berubah.  Dari  permasalahan  tersebut  dalam  penelitian  ini  dirancang  alat kendali  kecepatan  motor  berbasisi  logika  fuzzy  untuk  sistem  propulsi  elektrik  pada  kapal menggunakan  pulse  width  modulation.  Untuk  mengetahui  kinerja  alat  maka  dilakukan  beberapa pengujian,  pengujian  pertama  dengan  membandingkan  respon  kecepatan  motor  mengguakan logika fuzzy dan tanpa logika fuzzy dimana hasilnya adalah untuk respon kecepatan motor tanpa menggunakan  kontrol  logika  fuzzy  rata-rata  dapat  menempuh  23  detik  untuk  stady  state, sedangkan untuk penggunaan kontrol logika fuzzy rata-rata mampu mencapai stady state dengan waktu 17 detik. Untuk nilai rata-rata error stady state tanpa penggunaan kontrol logika fuzzy yaitu sebanyak  97  rpm,  sedangkan  untuk  penggunaan  kontrol  logika  fuzzy  rata-rata  nilai  error  stady state  adalah  78  rpm.  Dimana  untuk  rise  time  sendiri  tanpa  menggunakan  logika  fuzzy  rata-rata adalah 4 detik dan untuk penggunaan kontrol logika fuzzy memerlukan waktu rata-rata 2 detik.
Keywords : Propulsi, Motor Induksi, Fuzzy, PWM

## 1. PENDAHULUAN
Sistem
penggerak kapal merupakan  suatu  mekanisme  yang  akan
memutar  baling-baling.  Sistem  penggerak yang  paling  sederhana  adalah  dengan menggunakan tenaga manusia yang disalurkan  lewat  dayung,  perkembangan
berikutnya  menggunakan  tenaga  angin yang dipekerjakan melalui layar.  Dan kini sistem  penggerak  kapal  lebih  maju  dari sebelumnya,  yaitu  menggunakan  alat mekanis  atau  mesin  untuk  memutar baling-baling.
Pengaturan  kecepatan  kapal  dapat dilakukan dengan mengatur kondisi baling-baling  secara  mekanis,  tetapi  hal ini sangat sulit dilakukan karena menyangkut kondisi fisik baling-baling itu sendiri  yang  tidak  mungkin  setiap  saat harus dirubah-rubah besarnya. Oleh karena  itu  yang  paling  mudah  adalah dengan  mengendalikan  penggeraknya. Dimana  pengaturan  kecepatan  kapal  atau putaran  baling-baling  itu  merupakan kondisi  peralihan  gerak  kapal  yang berkaitan dengan motor dan baling-baling. (Afandi, 2004).
Motor  induksi  merupakan  salah satu jenis motor listrik yang paling banyak digunakan  dalam  kehidupan  manusia. Dalam  penggunaan  rumah  tangga,  motor induksi  satu  fasa  antara  lain  digunakan pada  pompa    air,  kipas  angin, air conditioner dan  sebagainya.  Di  dunia industri,  motor  industri  tiga  fasa    berjenis rotor  sangkar  tupai  banyak  digunakan sebagai penggerak peralatan seperti conveyor ,  pompa  besar,  dan  peralatan- peralatan  lainnya.  Belakangan  ini,  motor induksi  tiga  fasa  juga  banyak  digunakan
pada  aplikasi  kendaraan  elektrik,  baik untuk  mobil  listrik,  maupun  untuk propulsi  pada  kapal.  (Adi  dan  Anisa, 2015).
Penggunaan  motor  listrik  induksi sebagai  pengganti  motor  bakar  tidak hanya  menghemat  penggunaan  bahan bakar  minyak  yang  semakin  berkurang, namun  juga  membantu  mengendalikan emisi  gas  buang  di  alam.  Disamping keunggulan  diatas  kelemahan  dari  motor induksi adalah sulitnya mengatur kecepatan  karena  karakteristik  motor induksi  itu  sendiri  sifatnya  tidak  linier. Pada prinsipnya motor induksi dioperasikan pada kecepatan yang konstan, bila  beban  berubah  kecepatan  motor  juga akan berubah. Karena itu untuk mempertahankan  agar  kecepatan  tetap konstan  maka  tegangan  dan  frekuensi harus diatur.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Sistem Propulsi Kapal
Secara  prinsip  sistem  propulsi terdiri  dari  tiga  bagian  utama  yaitu: pengerak  utama  ( main  engine ),  sistem transmisi  ( gear  box )  dan  alat  penggerak kapal  ( propeller ).  Perancangan  ketiga bagian  ini  sangat  tergantung  dari  tipe kapal,  ukuran  utama,  kecepatan  kapal, model lambung serta model buritan kapal.
Abd Gafur, Iradiratu D. P.K, Belly Y. D.
(Andi,  Hasnawiyah  dan  Muhammad 2014).
Sejumlah keunggulan sistem propulsi  elektrik  ini  dibanding  sistem propulsi  konvensional  diantaranya  adalah sistem  propulsi  ini  dapat  mengurangi konsumsi  bahan  bakar,  biaya  perawatan sistem  yang  murah.  Secara  teknis  sistem propulsi  ini  memiliki  torsi  yang  besar, khususnya saat kapal berkecepatan rendah, memiliki kemampuan steering dan maneuvering yang  baik,  serta  memiliki tingkat  getaran  dan  kebisingan  yang rendah.

## B. Motor Induksi Tiga Fasa
Motor  induksi  merupakan  motor listrik    arus    bolak    balik    (AC)    yang paling luas digunakan, karena konstruksinya    yang    kuat    dan karakteristik  kerjanya  yang  baik.  Secara umum    motor  induksi    terdiri    dari    rotor dan  stator. Rotor merupakan bagian yang bergerak,  sedangkan  stator  bagian  yang diam.  Diantara  stator  dengan  rotor  ada celah  udara  yang  jaraknya  sangat  kecil. (Rico dan Iradiratu, 2018).
Motor induksi merupakan peralatan  yang  sangat  sering  digunakan dalam  proses  operasi  industri.  Hal  ini disebabkan karena motor induksi memiliki banyak  keunggulan.  Adapun  kelebihan motor  induksi  adalah  konstruksi  yang lebih  sederhana,  kehandalan  yang  lebih
tinggi,  biaya  yang  relatif  lebih  murah dibandingkan motor jenis lain, perawatannya mudah, dan tidak memerlukan motor lain untuk stator awal. Tetapi  dibalik  kelebihan  motor  induksi disamping  itu  juga  ada  kekurangan  dari motor induksi, diantaranya adalah sulitnya pengaturan  putaran  motor  dan  frekuensi motor agar tetap konstan.
Gambar 1. Motor Induksi C. Pulse Width Modulation (PWM)
Metode Pulse  Width  Modulation (PWM) adalah metode yang cukup efektif untuk  mengendalikan  kecepatan  motor AC.  PWM  ini  bekerja  dengan  cara membuat gelombang persegi yang memiliki perbandingan pulsa high terhadap  pulsa  low  yang  telah  tertentu, biasanya  diskalakan  dari  0  hingga  100%. Gelombang persegi ini memiliki frekuensi tetap (biasanya max 10 KHz) namun lebar pulsa high dan low dalam  1 periode  yang akan  diatur.  Perbandingan  pulsa high terhadap low ini akan menentukan jumlah daya  yang  diberikan  ke  motor  AC.  Pada gambar  kita  dapat  melihat  bagaimana
pengendalian dengan Pulse Width Modulation (PWM).  (Iradiratu  dan  Restu,
2018).
Gambar 2. Pulse Width Modulation
(PWM)
D. Kontrol Logika Fuzzy
Fuzzy  logic adalah  metodologi sistem  kontrol  pemecahan  masalah,  yang cocok  untuk diimplementasikan  pada sistem,  mulai  dari  sistem  yang  sederhana, sistem  kecil, embedded system ,  jaringan PC, multi  channel atau workstation berbasis akuisisi data, dan sistem kontrol. (Maher dan Iradiratu, 2018).
Teori Fuzzy mulai  dikembangkan pertama  kali  oleh  Profesor  Lotfi  Zadeh pada  ahun  1965  di  University  of Carlifornia, Berkeley. Teori Fuzzy dikembangkan  untuk  mengatasi  teori
“Two  Valued  Logic ”  (logika  dua  nilai)
yang  lazim  dikenal  sebagai  logika Boolean  yang  membagi  suatu  keadaan hanya  membagi  dua  kemungkinan  saja misalnya  hitam  atau  putih,  benar  atau salah  dan  tidak  memberi  kemungkinan
nilai yang lain. Teori “Two Valued Logic” yang  kemudian  diimplementasikan  dalam metode  pemecahan  masalah  ternyata sangat  efektif  dan  berhasil  sebatas permasalahan  yang  dapat  dideskripsikan secara  tepat  kuantitasnya.  ( Iradiratu  dan Tria, 2018 ).

## 3. METODE PENELITIAN

## A. Diagram Blok Sistem
Dalam penelitian ini sistem propulsi elektrik kapal akan disimulasikan mengguakan  beberapa  komponen  yang sudah  disediakan,  dimana  simulasi  ini dilakuakan  untuk  menunjang  jalannya penelitian  dan  mempermudah  dalam pengambilan  data  yang  diharapkan  dapat memperlancar jalannya penelitian. Berikut adalah  gambaran  diagram  blok  sistem propulsi  elektrik  kapal  menggunakan kontrol  logika fuzzy yang  akan  digunakan dalam penelitian.
Gambar 3. Diagram Blok Sistem Pada penelitian ini arduino digunakan sebagai mickrokontroller untuk logika fuzzy , inverter digunakan  sebagai driver motor,  motor  induksi  tiga  fasa
Abd Gafur, Iradiratu D. P.K, Belly Y. D.
digunakan sebagai sistem propulsi, kemudian generator dan lampu digunakan untuk  pembebanan.  Pada  gambar  3 menjelaskan tentang proses dari perancangan hardware dimana  motor akan berputar sesuai dengan set point awal yang dapat diakses menggunakan keypad. Dimana  apabila  ada  beban  yang  dapat mengganggu  atau  mengurangi  kecepatan motor  dan  tidak  sesui  dengan  kecepatan set  point  awal  maka  sensor  rpm  akan membaca  dan  akan  menginput  data  pada kontrol  logika fuzz y,  dimana  kontrol logika fuzzy akan  memproses  data sehingga  dapat memperbaiki  respon kecepatan  motor  tersebut.  Data  dari kontrol  logika fuzzy akan  diteruskan kedalam inverter sehingga dapat memperbaiki  respon  kecepatan  motor terserbut sesuai dengan set point awal.

## B. Perancangan Kontrol Logika Fuzzy
Metode  yang  di  gunakan  pada kontroler  logika fuzzy ini  adalah  metode statistik,  artinya  sifat  fungsi  keanggotaan ( membership  function )  bekerja  dengan rentang  kerja  ( range )  tetap,  yaitu  antara  - 2250 sampai dengan 2250 untuk masukkannya  ( variabel  input ).  Penentuan rentang  kerja  tersebut  harus  sefleksibel mungkin,  agar  sistem  mampu  melakukan tracking setpoint dengan baik. Merancang kontroler logika fuzzy , yang perlu diperhatikan adalah variabel input
(masukan) error (e)  dan  perubahan/ delta error (Δe),  dinyatakan  dalam  persamaan berikut:
e(k) = sp-y(k) (1) Δe(k)  = e(k)-e(k-1) (2) Dimana sp adalah setpoint (keceatan  referensi  ’ώ-ref)  dan  y  adalah keluaran output sistem,  sedangkan  k  dan k-1 adalah kejadian urutan dari pencuplikan  data  sistem.  Pada  kasus pengaturan  kecepatan  motor  induksi, himpunan  semesta  pembicaraan  meliputi error kecepatan  dan  perubahan  atau delta error kecepatan,yang  dinyatakan  dalam persamaan  (3.1)  dan  (3.2).  Sedangkan semesta  pembicaraan  dari  aksi  kontrol adalah  torsi  referensi,  yang  didefinisikan sebagai berikut:
ΔTe*(k) = Te*(k) - Te*(k-1) (3)
Dimana Te*(k) adalah torsi referensi,  dan  ΔTe*(k)  adalah  perubahan torsi  referensi  pada urutan sampling ke-k. Error dan Delta_Error yang  terjadi selama  sistem  dioperasikan,  terlebih dahulu dikuantisasi atau dipetakan melalui interpolasi biasa, menjadi error terkuantisasi (dQe). Pengkuantisasian melalui interpolasi bertujuan untuk memetakan error dan delta error kedalam semesta pembicaraan, dengan rentang keja yang telah ditetapkan di  atas,  yang dibagi menjadi enam tingkatan kuantisasi dengan variabel  linguistik,  yaitu  Negatif  Besar
(NB),  Negatif  Sedang  (NS),  Zerro  (Z), Positif  Sedang  (PS),  Positif  Besar  (PB).
Membership function (fungsi keanggotaan)  untuk  variabel input ( error dan delta  error ),  dengan  rentang  kerja antara  -255 sampai  dengan  255,  dan veriabel output dengan  rentang  kerja antara  -255  sampai  dengan  255  dalam bentuk segitiga untuk ( NB,NS,Z,PS,PB ).
Aturan  atau rule  base  kontroler logika fuzzy yang dirancang dengan logika “jika  –  maka”.  Secara  lengkap rule  base kontroler  logika fuzzy pada  implementasi ini,  yang  di  turunkan  dengan  metode pendekatan  heuristik,  jika  aturannya rule
base nya adalah:
NB = -255
NS = -127,5 Z =  0
PS = 127,5 PB = 255
Gambar 4. Rule Base Kontrol Logika
Fuzzy .

## 4. HASIL DAN ANALISA

## A. Pengujian Kalibrasi Sensor RPM
Pengujian  ini  digunakan  untuk melihat  kinerja  sensor  rpm  yang  akan digunakan  pada hardware kontrol  logika fuzzy apakah sudah sesuai pembacaan rpm dengan  mengkalibrasi  pada tachometer manual,  dimana  pengujian  ini  dilakuakan dengan  mengukur  sensor  rpm  dan tachometer secara  bersamaan  dengan mengukur kecepatan motor induksi 3 fasa yang  akan  digunakan  sebagai  sistem propulsi elektrik kapal.
Gambar 5. Kalibrasi Sensor RPM
Hasil  pengukuran  kalibrasi  antara sensor  rpm  dan tachometer menunjukan bahwa tachometer membaca  kecepatan motor  induksi  3  fasa  dengan  1507  rpm, dan sensor rpm membaca kecepatan motor yaitu 1530 rpm. Dari pengujian kedua alat tersebut  maka  dapat  dijelaskan  bahwa pembacaan  sensor  rpm  sudah  cukup  baik dengan  mendekati  hasil  pembacaan  dari tachometer manual  yang dalam pengujian ini hasil pembacaan antara tachometer dan sensor  rpm  terpaut  antara  10  sampai  50 rpm.  Adanya  selisih  rpm  sekian  persen (%)  dalam  pengkalibrasian  ini  tidak  luput
Abd Gafur, Iradiratu D. P.K, Belly Y. D.
dari beberapa faktor yang dapat mempengaruhi antara lain faktor hardware yaitu  pemilihan  sensor  rpm  yang  lebih baik  dan  faktor  peng-codingan,  namun selisih  yang  tidak  terlau  jauh  dapat menjadi acuan bahwa sensor dapat bekerja cukup  baik  dan  dapat  digunakan  dalam sistem  propulsi  elektrik  kapal  pada penelitian ini.

## B. Perbandingan  Respon  Kecepatan
Motor
Gambar 6. Respon Kecepatan Tanpa
Kontrol Fuzzy
Gambar 7. Respon Kecepatan Dengan
Kontrol Fuzzy
Dari perbandingan respon kecepatan  motor  induksi  3  fasa  pada gamabar 7 dan 8 bisa dilihat bahwa respon kontrol  logika fuzzy lebih  cepat  8  detik untuk  mencapai stady  state dan  memiliki 30 error  stady  state lebih  sedikit dibandingkan tanpa menggunakan metode
kontrol logika fuzzy dan memiliki 30 error stady state lebih sedikit.
C. Perbandingan Variasi Respon
Kecepatan Motor
Gambar 8. Respon Kecepatan Tanpa
Kontrol Fuzzy
Gambar 9. Respon Kecepatan Dengan Kontrol Fuzzy
Dari  pengujian  variasi  respon kecepatan  motor  induksi  tiga  fasa  pada gambar 8 dan 9 bisa dilihat bahwa respon kecepatan motor induksi dengan menggunakan kontrol logika fuzzy 8 detik lebih  cepat  untuk  mencapai  stady  state daripada tanpa kontrol logika fuzzy .
D. Respon  Kecepatan  Motor  Dengan Beban
Gambar 10. Respon Kecepatan Dengan Kontrol Fuzzy
Dari  pengujian  kecepatan  motor induksi 3 fasa dengan beban generator dan 1  lampu  menggunakan  metode  logika fuzzy yang  ditunjukan  pada  gambar  10 terlihat bahwa perubahan setpoint diturunkan kecepatannya pada detik ke 45 dari  1000  rpm  menjadi  800  rpm  terlihat respon  kecepatan  motor  induksi  3  fasa dapat  mengikuti  setpoint  menuju stady state pada  detik  ke  60  dengan  rentan waktu  15  detik.  Dimana  pada  detik  ke  75 beban  berupa  1  lampu  dinyalakan  dan terdapat error stay state 70 rpm.

## 5. KESIMPULAN
Dari semua hasil pengujian respon kecepatan  motor  induksi  yang  sudah dilakukan  dapat  dicari  nilai  rata  yaitu untuk  respon  kecepatan  motor  tanpa menggunakan  kontrol  logika fuzzy rata- rata dapat menempuh 23 detik untuk stady
state , sedangkan untuk penggunaan kontrol  logika fuzzy rata-rata  mampu mencapai stady  state dengan  waktu  17 detik.  Untuk  nilai  rata-rata error  stady state tanpa  penggunaan  kontrol  logika fuzzy yaitu  sebanyak  97  rpm,  sedangkan untuk  penggunaan  kontrol  logika fuzzy rata-rata  nilai error  stady  state adalah  78 rpm. Dimana untuk rise time sendiri tanpa menggunakan logika fuzzy rata-rata adalah 4  detik  dan  untuk  penggunaan  kontrol logika fuzzy memerlukan waktu rata-rata 2 detik.

## DAFTAR PUSTAKA
Afandi,  2004, “Penggunaan  Motor  Arus Searah  Sebagai  Penggerak  Baling- Baling Kapal Laut” , ELTEK Engineering  Journal,  June  2014,
POLINEMA.
Adi,  K.  and  Anisa,  H.,  2015, “Strategi Kendali  Kecepatan  Motor  Induksi Menggunakan Pwm Inverter Berbasis  Jaringan  Sarag  Tiruan” ,
TRANSMISI, 17, (2), 2015. e-ISSN 2407-6422,84.
Andi,  H.  et  al.,  2014, “Perancangan Sistem  Propulsi  Kapal  Perikanan Dengan  Motor  Penggerak  Diesel Elektrik” ,  Celebes  Osean  Science and  Engineering  Seminar,  Gedung IPTEKS UNHAS Tamalantrea,
Makassar 18 Juni 2014.
Abd Gafur, Iradiratu D. P.K, Belly Y. D.
Rico,  C.  and  Iradirat,  2018, “Six  Step
Voltage Source Inverter (VSI) Berbasis Fuzzy-Logic
Sebagai
Driver  Motor  Induksi  Tiga  Fasa”,,
Seminar  Nasional  Kelautan  XIII,
UHT Surabaya 12 Juni 2018.
Iradiratu,  D.  and  Restu,  A.,  2018,
“Perancangan ANFIS Sebagai
Pengontrol  Fluks  Dan  Torsi  Pada SVPWM-DTC Motor Induksi 3 Fasa ”,
Seminar Nasional FORTEI7-1 2018. Iradiratu. et al., 2018, “Penerapan Metode
Fuzzy Logic Sebagai Pengatur
Kecepatan Pada Motor BLDC” ,
Seminar Nasional FORTEI7-1 2018. Gita, A. et  al.,  2020, “Kontrol Kecepatan
Motor  Brushless  DC  Menggunakan Bouble  Boost  Converter  Berbasis PI” , CYCLOTRON: JURNAL
TEKNIK ELEKTRO.
Muhammad. F. et
al., 2019,
“Pengendalian  Kecepatan  Motor
DC  Dengan  Penyearah  Terkendali Semi  Konverte” ’,  Seminar  Nasional
FORTEI7-1 2019.
Defa,  M.  et  al.,  2019,  “ Pengaturan Kecepatan  Motor  Brushless  DC
Menggunakan Cuk Converter” ,
Seminar Nasional FORTEI7-1 2019.
Belly, 2019, “Perancangan  Perahu Nelayan Ramah Lingkungan Mengunakan Motor Listrik

## JURNAL TEKNIK ELEKTRO.