Abstrak-Penggunaan mobil listrik secara umum terkendala  pada  beban,  kecepatan  aktual,  serta  efisiensi energi.  Pemanfaatan  Fuzzy Logic  Controller  untuk pengaturan  kecepatan  motor  DC  pada  mobil  listrik diperlukan  untuk  meraih  kecepatan  aktual  yang  lebih presisi sehingga diperoleh efisiensi energi. Selain itu perlu juga  menggunakan  Bidirectional  Buck-Boost  Cascade Converter untuk pengaturan motor DC secara bidirectional,  yakni  pengaturan  saat  motoring  dan  saat pengereman  regeneratif  (regenerative  braking).  Hal  ini berdasar  pada  energi  yang  terbuang  percuma,  baik  itu rugi elektris maupun rugi mekanis saat pengereman.
Kata  kunci  :  bidirectional,  electric  car,  fuzzy  logic controller, motor DC.

## I. PENDAHULUAN
Penggunaan  mobil  listrik  secara  umum  terkendala  pada beban,  kecepatan  aktual,  serta  efisiensi  energi.  Pemanfaatan Fuzzy Logic Controller untuk pengaturan kecepatan motor DC pada  mobil  listrik  diperlukan  untuk  meraih  kecepatan  aktual yang  lebih  presisi.  Selain  itu,  menggunakan Bidirectional Buck-Boost  Cascade  Converter untuk  pengaturan  motor  DC secara bidirectional , yakni pengaturan  saat motoring dan saat pengereman  regeneratif  ( regenerative  braking ).  Hal  ini didasari  pada energi  yang  terbuang  percuma,  baik  itu  rugi elektris maupun rugi mekanis saat pengereman [1].
Konverter tersebut di  atas  menggunakan dua buah kapasitor sebagai perata tegangan akibat switching dan sebuah induktor sebagai  kopling H-bridge . Pada  topologi  rangkaian konverter,digunakan  sakelar  elektrik IGBT  ( Insulated  Gate Bipolar-Junction Transistor ) sehingga dapat dikontrol dengan mudah [2].
Lebih lanjut, converter  digunakan untuk menaikkan dan menurunkan tegangan baterai yang akan menyuplai daya pada motor  DC brush dalam aplikasi sebagai penggerak mobil listrik.  Kinerja converter  diamati ketika  motor  diberi kecepatan pada  beban  torsi  yang  bervariasi, dan saat pengereman.
II. PEMODELAN SISTEM DAN ALGORITMA A.Konfigurasi Sistem
Konfigurasi  sistem  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  3 merupakan  gambaran  sederhana  sistem  kelistrikan  pada penelitian  yang  dilakukan.  Gambar  ini  berupa  baterai, konverter,  motor DC shunt ,  torsi  beban,  kecepatan referensi dan  pengaturan kecepatan.  Konfigurasi  sistem  nantinya  akan dimodelkan  pada  perangkat  lunak  PSIM  9  dan  SIMULINK SIMCOUPLER pada MATLAB 2010a.

## Gambar 1 Konfigurasi sistem
Pada  penelitian  ini  sumber  dari  sistem  menggunakan baterai lead  acid .  Kapasitas  total  tegangan  nominal  yang dihasilkan  bernilai  120  Volt.  Beban  yang  digunakan  sebuah motor  DC  penguatan shunt dengan  daya output 10 HP  atau 7640 W, rating tegangan  240  V.  Untuk  dapat  menyesuaikan rating tegangan  beban,  maka output baterai  diolah  oleh BidirectionalBuck-Boost  Cascade  Converter .  Konverter  akan menaikkan  tegangan  ke rating 240  V  saat motoring ,  dan menurunkan tegangan dibawah rating 120 V saat regenerative braking.
Penyesuaian  nilai  tegangan output pada  konverter dilakukan dengan mengubah nilai duty cycle dari switch IGBT yang  terdapat  pada  konverter.  Nilai duty  cycle diperoleh  dari perhitungan gain konverter  yang  dibutuhkan  sistem.  Nilai induktor  dapat  mempengaruhi ripple arus  pada  sistem. Selainitu,  penggunaan  kapasitor  untuk memperhalus  nilai tegangan pada beban motor DC.
Beban pada motor merupakan torsi yang memilikinilaibervariasi.  Nilai  dan  bentuk  karakteristik  torsi ditentukan  pada  karakteristik  beban  mekanis.  Motor  harus

## Pengaturan Kecepatan Motor DC pada Mobil Listrik Menggunakan Bidirectional Buck-Boost Cascade Converter Berbasis

## Fuzzy Logic Controller
Muhammad Taufiq Ramadhan, Dedet Chandra Riawan, dan Imam Robandi Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : robandi@ee.its.ac.id
mampu  mempertahankan  kecepatan  walaupun  nilai  torsi beban  diubah,  kecuali  pada  mode regenerative  braking . Kecepatan  pada  mode regenerative  braking akan  berkurang, karena merupakan bagian dari proses perlambatan, torsi beban juga akan bernilai negatif.
Kecepatan  aktual  motor digunakan  sebagai  umpan  balik dari kontroler Fuzzy Logic  Controller .  Kecepatan referensi dan  kecepatan  aktual  akan  dibandingkan  sehingga menghasilkan  nilai  selisih  atau error.  Error tersebut selanjutnya  akan  digunakan  sebagai input pada  kontroler Fuzzy .  Proses  pembenaran error ini  akan  terus  berlangsung walaupun  nilai error sudah  sangat  kecilhinggamencapai kondisi steady  state. Sinyal output Fuzzy Logic  Controller tersebut akan digunakan sebagai pemicu switch IGBT .
Tabel 1. Parameter motor DC penguatan shunt Parameter Nilai Output Power 10 HP Speed Rating 2000 RPM atau 209,44 rad/s Voltage Rating 240 V Armature Resistance 1,91 Ω Armature Inductance 0,01 H Armature Current Rating 69 A Field Resistance 100 Ω Field Inductance 0,02 H Field Current Rating 2,4 A Moment of Inertia 4,16 N.m
B.Pemodelan Bidirectional Buck-Boost Cascade Converter Bidirectional  Buck-Boost  Cascade  Converter dapat beroperasi dengan dua arah yang berbeda. Mode boost terjadi ketika  motor  membutuhkan  suplai dari  baterai,  diasumsikan ketika  kendaraan  listrik  mulai  bergerak  dari  kondisi  diam. Sedangkan  mode buck terjadi ketika terbangkit tegangan dari sisa putaran roda saat turunan tajam dan menyuplai aliran daya ke  baterai.  Pemodelan  rangkaian Bidirectional  Buck-Boost Cascade  Converter tanpa FuzzyLogic  Controller dan Bidirectional  Buck-Boost  Cascade  Converter dengan Fuzzy Logic Controller ditunjukkan oleh gambar berikut.
Gambar 2 Pemodelan Bidirectional Buck-Boost Cascade Converter
Pada  Gambar  4 switch S1  merupakan switch utama ketika  konverter  beroperasi motoring .  Kemudian  mengatur switch S2  pada  mode boost atau  mengatur switch S3  pada mode buck .
Saat  beroperasi regenerative  braking , switch S3  yang aktif.  Kemudian  mengatur switch S4  pada  mode boost atau mengatur switch S2 pada mode buck . Nilai gain pada  konverter  dapat  ditingkatkan  dengan semakin  memperbesar  nilai duty  cycle dari switch. Namun duty  cycle yang  diperbolehkan  dari  setiap switch memiliki batasan  tertentu.  Batasan  ini  digunakan  agar  setiap switch tidak  mengalami voltage  stress yang  berlebih .  Voltage  stress
merupakan  hal  yang  wajar  dari  suatu  komponen  jika beroperasi  sampai  kondisi  saturasi. Stress dari  setiap switch harus  dijaga  agar  tidak  mencapai  kondisi  saturasi.  Jika stress mencapai  nilai  saturasi,  maka  akan  mengakibatkan menurunnya  kemampuan swicth dalam  beroperasi. Voltage stress berkaitan  erat  dengan  frekuensi switching yang digunakan. Semakin besar nilai frekuensi menghasilkan output tegangan  dan  arus  yang  lebih  halus,  namun  kondisi  tersebut bertentangan  dengan  yang  terjadi  pada switch.  Switch akan bekerja  dengan  kemampuan  ekstra  ketika  menggunakan frekuensi  yang  tinggi  (diatas  20  kHz),  karena  waktu  saat transien semakin singkat.
Gain ratio dan duty cycle saat mode boost dan mode buck pada Bidirectional  Buck  Boost  Cascade  Converter tanpa FuzzyLogic Controller dapat dituliskan sebagai berikut:
 Mode boost
(1)
 Mode buck
(2)
Pemilihan  induktansi  induktor  didasarkan  pada  rumus perhitungan sebagai berikut :
(3)
Pemilihan  kapasitansi  kapasitor  didasarkan  pada  rumus perhitungan sebagai berikut :
Kapasitor 1
(4)
(5)
Kapasitor 2
(6) (7)
Parameter  seluruh  komponen  yang  digunakan  pada Bidirectional  Buck  Boost  Cascade  Converter dapat  dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Parameter bidirectional buck boost cascade converter Parameter Nilai Kapasitor Sisi Tegangan Rendah 17mF Kapasitor Sisi Tegangan Tinggi 148 mF Induktor 0,84 mH Frekuensi 20  kHz

## C. Pengaturan Kecepatan
Pada pengaturan  kecepatan,  sinyal  referensi  yang digunakan  diperoleh  dari  sinyal  DC  konstan  dengan  nilai
tertentu.  Sinyal  referensi  yang  digunakan  merupakan  sinyal tegangan.  Kecepatan  aktual  dari  motor  DC  disensor  terlebih dahulu dengan menggunakan blok gain yang isinya merupakan persamaan  (3.1).  Sehingga  ketika  dibandingkan  kedua  sinyal tersebut  memiliki  satuan  yang  telah  sama.  Sebelum dibandingkan  pada  blok summary 1,  kedua  sinyal  tersebut memasuki  blok gain lagi  untuk  memperkecil  nilai  amplitude sinyal. Tujuannya  agar kontroler FuzzyLogic  Controller lebih mudah  mengolah  data  karena  nilai error yang  dihasilkan memiliki range yang semakin kecil. Error hasil perbandingan selanjutnya diteruskan ke dua jalur yang berbeda. Output blok tersebut  akan  digunakan sebagai  sinyal  referensi  DC  pada comparator .
D. Logika Fuzzy 1. Fuzzy Inference System (FIS) Inferensi logika fuzzy memiliki  kemiripan  dengan penalaran  manusia.  Inferensi fuzzy terdiri  atas  :  (1) Pengetahuan  ( knowledge )  :  melibatkan  penalaran fuzzy yang dinyatakan  sebagai  aturan  dalam  bentuk  :  IF  (jika)  x  is  A, THEN (maka) y is B, x dan y adalah variabel fuzzy , A dan B adalah  nilai fuzzy .  Pernyataan  pada  bagian  premis  dapat melibatkan  penghubung  ( connective )  logika  AND  dan  OR. Contoh  :  IF  x  is  A  AND  y  is  B  THEN  z  is  C;  (2)  Fakta  : merupakan  input fuzzy yang  harus  dicari  inferensi  (konklusi) dengan  menggunakan  aturan fuzzy .  Input  fakta  tidak  harus sama dengan basis pengetahuan; (3) Konklusi : inferensi yang sepadan  ( matched )  parsial  diperoleh  berdasar  fakta fuzzy dan basis pengetahuan fuzzy .
Metode  Mamdani  yang  sering  dikenal  dengan  metode Max-Min.  Metode  ini  diperkenalkan  oleh  Ebrahim  Mamdani pada  tahun  1975.  Ada  enam  tahapan  yang  diperlukan  untuk mendapatkan  output  :  (1)  Variabel  input  dan  output  berupa pembentukan  himpunan fuzzy ;  (2)  Aturan fuzzy ( fuzzy rule); (3) Operasi membership function (operator fuzzy yang dipakai adalah  AND);  (4)  Aplikasi  fungsi  implikasi  ( implication ), secara  umum  fungsi  implikasi  yang  digunakan  adalah  MIN; (5)  Komposisi  aturan  ( Agregation );  (6)  Penegasan
( Defuzzification ) [3].
2. Defuzzifikasi
Deffuzzifikasi adalah proses pemetaan hasil inferensi ke daerah  aksi  kontrol nonfuzzy (crisp). Pada  implementasi kontrol  real  time  logika fuzzy ,  defuzzifikasi  yang  digunakan adalah Center of Area (COA). Deffuzifikasi  COA  menghasilkan  pusat  gravitasi dari distribusi aksi kontrol yang dinyatakan pada persamaan (8).
(8)
Variabel z*, m, dan V k didefinisikan sebagai berikut : z* adalah nilai output; m adalah tingkat kuantisasi; V k adalah elemen ke-k dan µ v ( V k ) adalah membership degree elemen pada fuzzy set v [3].

## III. SIMULASI DAN ANALISIS
A.Simulasi Motoring/ Boost Mode Simulasi motoring/  boost  mode pada  penelitian  ini dilakukan dengan  mengatur  Sw1  agar duty  cycle dengan nominal 1, Sw3 agar duty cycle dengan nominal 0, Sw4 agar duty  cycle dengan nominal 0, dan Sw2 agar duty  cycle diatur sesuai  perhitungan  untuk  mendapatkan  tegangan  masukan motor. Kemudian  mengatur perubahan torsi sedemikian rupa. Hal  yang dianalisis dari simulasi ini adalah grafik  perubahan torsi, dan kecepatan aktual yang dijaga tetap pada rating 2000 rpm.
Gambar 3 Kurva kecepatan aktual saat motoring kondisi jalan datar

## B.Simulasi Regenerative Braking
Gambar 4 Kurva kecepatan aktual saat motoring kondisi jalan menanjak
Gambar 5 Kurva kecepatan aktual saat regenerative braking
Simulasi regenerative  braking/  buck mode dilakukan dengan  mengatur  Sw3 agar duty  cycle konstan pada  nominal 1, Sw2 agar duty cycle konstan pada nominal0, Sw4 agar duty cycle konstan pada  nominal0, dan Sw1 agar duty cycle diatur sesuai  perhitungan  untuk  mendapatkan  tegangan  masukan
motor.  Hal  yang  dianalisis  dari  simulasi  ini  adalah kemampuan sistem dalam mempertahankan kecepatan aktual saat diberi pengereman mendadak, serta mengamati aliran arus dari motor ke baterai sehingga terjadi regeneratif.
IV. PENUTUP A. Kesimpulan
Dari hasil simulasi pada pengujian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut : 1. Kinerja dari Bidirectional Buck Boost Cascade Converter dalam  mengatur  kecepatan motor  DC  menjaga kecepatan  aktual  pada sekitar rating 2000  rpm,  baik dalam  kondisi motoring maupun  dalam  kondisi regenerative braking.
2. Pada  pengujian  pengeremanregeneratif,  terjadi charging walaupun nominal sangat kecil.

## B. Saran
Saran yang diberikan pada penelitian ini adalah.\
1. Dalam  menentukan  parameter Fuzzy Logic  Controller agar  memperhatikan  logika switching pada  konverter , sehingga error yang  dihasilkan  sangat  kecil  dan  data yang diperoleh menjadi lebih akurat.
2. Dalam  menentukan  parameter  induktor  dan  kapasitor perlu berdasarkan pada spesifikasi yang ada di pasaran sehingga mudah untuk diaplikasikan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih saya haturkan kepada berbagai pihak yang  telah member  bantuan dan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir,  terutama kepada kedua  orang  tua dan kerabat yang telah memberikan doa, motivasi, bimbingan, dan nasehat dalam pengerjaan Tugas Akhir. Tak lupa saya ucapkan banyak terima kasih kepada bapak Prof. Dr. Ir. Imam Robandi, MT. Dan bapak Dedet Candra Riawan, St., M.Eng., Ph.D. selaku dosen pembimbing  yang  telah memberikan waktu dan kesempatan dalam member  bimbingan serta pengarahan hingga Tugas Akhir selesai.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Zuhal ,  “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”,  Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.
[2]Caricchi,  F.,  Crescimbini,  F.,  “Study  of  Bi-Directional  Buck-Boost Converter  Topologies  for  Application  in  Electrical  Vehicle  Motor Drives”, IEEE, 1998.
[3]Agus  Dharma,  Disertasi  “Peramalan Beban Jangka Pendek untuk Hari- Hari Khusus Menggunakan Interal  Type-2  Fuzzy Inference  System (StudiKasus di pulau Bali)”.