Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology
e-ISSN: 2088-6985 p-ISSN: 2087-3379 Accreditation Number: 432/Akred-LIPI/P2MI-LIPI/04/2012 www.mevjournal.com

## D ESIGN AND I MPLEMENTATION OF A NTI - WINDUP PI C ONTROL ON DC-DC B IDIRECTIONAL C ONVERTER FOR

## H YBRID V EHICLE A PPLICATIONS

## P ERANCANGAN DAN I MPLEMENTASI K ENDALI PI A NTI - WINDUP PADA K ONVERTER DC-DC D UA A RAH UNTUK A PLIKASI K ENDARAAN H IBRID
Muh. Zakiyullah Romdlony a , Amin a,b,* a Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesha 10, Bandung, Jawa Barat 40132, Indonesia b Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik – LIPI Komp. LIPI Bandung, Jl. Sangkuriang, Gd. 10, Lt. dasar, Bandung, Jawa Barat 40135, Indonesia
Received 10 May 2012; received in revised form 11 July 2012; accepted 12 July 2012 Published online 31 July 2012

## Abstract
Well-regulated DC bus voltage is the important point to guarantee power demand fulfillment in hybrid vehicle applications. Voltage regulation can be achieved with control method that determines switching signal on DC-DC converter. This paper describes the design and small scale experiment results of bus voltage regulation control for DC-DC bidirectional converter with battery and supercapacitor as energy sources. The control system consisted of two control loops. The outer loop got DC bus voltage feedback using anti-windup PI back calculation control method. This outer loop would generate a reference current for the inner loop that implemented hysteresis control. The inner control loop compared that reference curent with the source current obtained from the current sensor. Simulation and experiment results showed that bus voltage was well-regulated under the load changes of 1% ripple voltage.
Key words: anti-windup PI, hysteresis, DC-DC bidirectional converter

## Abstrak
Tegangan DC bus yang teregulasi dengan baik merupakan hal yang sangat penting pada aplikasi kendaraan hibrid, karena menjamin terpenuhi permintaan daya beban. Regulasi tegangan dapat dicapai dengan menerapkan metode kendali tertentu yang akan menentukan sinyal penyaklaran pada konverter DC-DC. Paper ini menjelaskan perancangan dan hasil eksperimen kendali regulasi tegangan bus pada konverter DC-DC dua arah ( bidirectional converter ) untuk skala kecil, dengan sumber berupa baterai dan superkapasitor. Sistem kendali terdiri dari dua buah loop kendali. Loop kendali luar mendapatkan umpan balik dari tegangan bus menerapkan metoda anti-windup PI back calculation . Pengendali ini akan menghasilkan arus referensi untuk loop kendali dalam yang menerapkan kendali histeresis. Loop kendali dalam membandingkan arus referensi tersebut dengan arus sumber yang diperoleh dari bacaan sensor arus. Hasil simulasi dan eksperimen menunjukkan bahwa tegangan bus teregulasi dengan baik ketika terjadi perubahan beban dengan riak tegangan sekitar 1% .
Kata kunci: anti-windup PI , histeresis, konverter DC-DC dua arah.

## I. P ENDAHULUAN
Kebutuhan akan energi terus meningkat seiring berjalannya waktu. Bahan bakar minyak masih menjadi pilihan utama bagi kebanyakan orang. Pertumbuhan jumlah kendaraan yang sangat pesat tidak sebanding dengan jumlah bahan bakar minyak yang tersedia. Jumlah
kendaraan di dunia yang mencapai ratusan juta unit merupakan konsumen bahan bakar minyak terbesar yang membakar ratusan milyar galon bahan bakar tiap tahunnya. Selain faktor ketersediaan bahan bakar minyak yang terbatas, faktor lingkungan juga menjadi isu yang sangat krusial. Penggunaan bahan bakar minyak dapat menimbulkan polusi berupa gas buang CO 2 dan gas CO yang berbahaya bagi manusia, dan juga dapat merusak lapisan ozon.
* Corresponding Author. Tel: +62-22-2503055 E-mail: amin_hwi@yahoo.co.id
Penelitian dalam bidang energi hibrid untuk aplikasi kendaraan telah banyak dilakukan [1-6]. Beberapa penelitian menggunakan baterai sebagai sumber energi utama dan dilakukan hibridisasi dengan penyimpan energi berupa superkapasitor [2], sedangkan lainnya menggunakan sel bahan bakar ( fuel cell ) sebagai sumber energi utama dan melakukan hibridisasi dengan baterai atau superkapasitor, atau keduanya [1,6].
Pada prakteknya, nilai nominal tegangan DC dari sumber atau penyimpan energi tidak selalu sesuai dengan tegangan bus untuk aplikasi kendaraan hibrid yang secara umum memiliki standar 42 V [1,2,3]. Oleh karena itu perlu penambahan rangkaian elektronika daya berupa konverter DC-DC untuk menyesuaikannya.
Tipe konverter DC-DC yang cocok digunakan adalah konverter DC-DC dua arah ( bidirectional converter ) atau sering dikenal dengan buck-boost converter . Hal ini terjadi karena pada konverter tipe tersebut, arus dapat mengalir dua arah, dari arah sumber menuju beban, dan dari arah beban menuju sumber, sehingga ada mode discharging ketika daya mengalir dari sumber atau penyimpan energi ke beban, dan mode charging ketika daya mengalir dari beban ke penyimpan energi untuk mendapatkan energi regeneratif pada saat kendaraan hibrid melakukan pengereman atau perlambatan. Selain itu, untuk menjamin permintaan daya beban terpenuhi, tegangan DC keluaran konverter DC-DC tersebut harus teregulasi dengan baik jika ada perubahan beban yang mendadak. Regulasi tegangan dapat dilakukan dengan menerapkan metode kendali tertentu yang akan menghasilkan sinyal penyaklaran.
Pada makalah ini, kami menerapkan rancangan dua metode kendali yaitu PI anti- windup pada loop kendali luar, dan histeresis pada loop kendali dalam.
Perancangan kendali disimulasikan dengan Matlab dan divalidasi dengan eksperimen skala kecil, dengan tegangan DC bus ditentukan sebesar 12 V. Sumber energi yang digunakan berupa baterai 6 V dan superkapasitor dengan tegangan nominal 7,5 V.

## II. K ENDALI DC-DC B IDIRECTIONAL

## C ONVERTER
Penggunaan konverter DC-DC diharapkan dapat menghasilkan tegangan keluaran yang tetap (sebagai regulator tegangan) sekalipun terdapat perubahan pada beban maupun pada sumber. Ketika tegangan turun akibat beban berlebih, maka kendali pada konverter akan memberikan perintah pada sistem kendalinya untuk segera
menaikkan tegangan keluarannya. Begitu pula sebaliknya ketika terjadi beban nol dan tegangan menjadi terlalu besar, maka kendali pada konverter akan dengan segera menurunkan tegangan. Oleh karena itu jarang digunakan suatu kendali terbuka dimana tidak ada umpan balik dari konverter [7].
Salah satu teknik kendali yang telah umum adalah dengan teknik kendali faktor kerja secara langsung ( direct duty cycle ) seperti terlihat pada Gambar 1. Tegangan keluaran diumpanbalikkan dan dibandingkan dengan tegangan acuan setiap saatnya untuk dihasilkan galat ( error ) tegangan. Sinyal galat ini kemudian diolah oleh pengendali sehingga dihasilkan sinyal PWM yang sesuai. Metode kendali ini rentan terhadap gangguan karena respon lambat terhadap gangguan akibat perubahan input . Selain itu, pengendali ini tidak mampu membatasi arus berlebih yang dapat terjadi [7].
Metode kendali yang umum digunakan adalah penggunaan sebuah pengendali tegangan untuk menghasilkan arus referensi dan kemudian sebuah pengendali arus untuk menghasilkan sinyal penyaklaran (Gambar 2). Dengan skema seperti ini arus referensi yang dihasilkan oleh pengendali tegangan dapat dibatasi dan juga berarti membatasi arus pada konverter. Oleh karena itu, dengan pengendalian ini maka tegangan keluaran konverter dapat dikendalikan tanpa mengalami kelebihan arus.

## A. Kendali PI Anti-windup
Pengendali tegangan yang umum digunakan adalah pengendali PI (Proportional Integral) . Pengendali ini berfungsi untuk mempercepat respon transien dan juga untuk memperbaiki galat keadaan tunak ( steady state error ).
∑

## ∑
Gambar 2. Kendali konverter dengan penggunaan pengendali arus histeresis.
Gambar 1. Kendali konverter dengan direct duty cycle .

## ∑
Secara umum komponen proporsional akan membuat respon sistem memiliki transien yang lebih cepat tetapi dapat menyebabkan sistem memasuki daerah osilasi bahkan daerah tidak stabil. Nilai K dipilih dalam batas kestabilan sistem dan juga dalam pertimbangan implementasi pengendali. Komponen integral memegang peranan dalam memperbaiki respon galat keadaan tunak. Penambahan komponen integral yang terlalu besar akan mengakibatkan sistem cenderung mengalami osilasi. Komponen integral akan menambah kutub pada sistem yaitu pada titik pusat. Komponen integral ditunjukkan dengan konstanta waktu integrasi yaitu T i . Semakin kecil nilai T i maka akan semakin cepat proses integral dilaksanakan. Diagram blok pengendali PI ditunjukkan pada Gambar 3 [8].
Dalam penggunaan pengendali PI akan ditemukan hasil sinyal kendali U yang terlalu besar. Hal ini biasanya terjadi ketika nilai dari T i terlalu kecil dan sinyal kendali menjadi membesar secara drastis. Sistem yang dikendalikan akan memiliki aktuator tertentu. Aktuator ini sendiri memiliki model dan batasan tersendiri dalam menerima sinyal kendali. Sinyal kendali yang terlalu besar akan mengakibatkan kerusakan aktuator, sehingga untuk menghindari hal tersebut maka digunakan suatu penambahan komponen pada komponen integral yang dikenal dengan nama anti-windup [8].
Anti-windup adalah algoritma penggunaan pengendali PI yang memperhitungkan batasan saturasi dan model dari aktuator. Secara umum metode ini memiliki diagram blok seperti pada Gambar 4. Metode ini menggunakan sebuah aktuator model yang memiliki karakteristik linear maupun nonlinear dengan batasan u min dan u max . Hal ini akan memberikan umpan balik pada pengendali integral sehingga pengendali integral akan mengurangi besarnya sinyal hasil integrasi.
Pengurangan besar galat yang diintegrasikan ini merupakan besaran selisih antara sinyal kendali hasil PI dan sinyal keluaran saturasi. Jika sinyal keluaran PI melebihi saturasi maka sinyal ini akan dikalikan dengan suatu konstanta waktu T t yang akan memberikan umpan balik ke pengendali integral. Penentuan nilai T t ini dipengaruhi oleh besarnya sinyal hasil keluaran PI yang diturunkan per satuan waktunya. Dengan mendefinisikan:
; dan ; (1)
penentuan nilai T t ini dapat diturunkan dari persamaan berikut dengan mengasumsikan x adalah nilai keluaran integrator [9]:
. . – (2) . (3) . . 1 –  . . . . (4)
solusi persamaan (4) yang merupakan persamaan differensial pada nilai galat konstan adalah seperti persamaan (5) sampai (7):
. .
. . . (5)
. . . . (6)
(7)
nilai x 0 adalah nilai kondisi awal x , u max adalah nilai maksimum sinyal kendali yang boleh diberikan. Jika dilihat dari persamaan diatas maka nilai u akan menuju nilai keadaan tunak. Jika nilai K t semakin besar maka nilai tunak dari sinyal kendali akan semakin cepat dicapai.

## B. Kendali Histeresis
Untuk pengendali arus digunakan kendali histeresis karena kesederhanaan dan kemampuan pengendali ini. Kendali arus dengan menggunakan histeresis ini memanfaatkan lebar sebuah pita histeresis dimana lebar pita ini merupakan batas atas dan bawah dari besarnya galat yang diperbolehkan. Jika arus induktor naik dari batas bawah pita histeresis hingga batas atas maka saklar akan dimatikan dan jika arus ini turun dari batas atas menuju batas bawah maka saklar akan dinyalakan. Hal ini berlaku untuk arus induktor yang positif sedangkan jika negatif hal berkebalikannya yang berlaku.
Gambar 4. Pengendali PI dengan anti-windup .
Gambar 3. Diagram blok pengendali PI.
Gamba
Cara ker dilihat pada induktor, ya adalah leba referensi ya windup . Pad diperoleh  d ( ripple ) aru Berikut ini a
nilai lebar dengan bes Oleh karen histeresis p induktor ya pita histere diturunkan penyalaan s

## .
dengan i L0 keadaan mu
dengan T ON Pada sa induktornya

## .
dengan T OF Dari dua pe dan (11), da T s sebesar
ar 5. Kendali ar rja pengenda a Gambar 5 ang tidak la ar pita hister ang dihasilka da aplikasi h dari persama s induktor de adalah persa setengah  p sarnya seten na itu dalam perlu ditentu ang diizinkan esis dan frek dari hubung saklar seperti
0 merupaka ula. Saat sakl
. N adalah lama aat kondisi a memenuhi
FF adalah lam ersamaan di apat memper
rus dengan pita ali arus hister 5. Dengan i L ain adalah ar resis, dan i r an oleh penge histeresis ini, aan hubunga
engan lebar p amaan yang b pita histere ngah riak a m menentuk ukan besarn n. Hubungan kuensi peny gan arus ind i persamaan an arus in lar S1 menya ; 0 a waktu sakla saklar S1 persamaan ; ma waktu s atas yaitu Pe roleh periode
histeresis resis ini dap
L adalah aru rus sumber,
ref adalah aru endali PI ant arus indukto an antara ria pita histeresi berlaku. (8 sis ini sam arus indukto an lebar pit nya riak aru n antara leba aklaran dap duktor denga (9). (9 nduktor pad ala, berlaku (10 ar menyala. padam, aru (11 saklar padam ersamaan (10 e penyaklara
at us δ us ti- or ak is. 8) ma or. ta us ar at an
9)
da
0) us 1) m. 0) an
pers freku men oleh histe indu digu sem N pera konv besa Resp resp hasi
III. A.
R dipe DC- trans konv atau laku MO kece S siny kend MO ajuk kend yang bus. refer dala terse baca men kend
d Vehicular Techn samaan di uensi penya nggunakan  k h besarnya eresis yang uktor dan se unakan, mak akin kecil. Nilai frekue anan penting verter. Nila arnya rugi-r pon pengend pon pengend l pengendali

## . D ESAIN B IDIREC

## Desain Kon
Rangkaian erlihatkan pa -DC dua a sistor daya y verter. Sakla u IGBT. D ukan, saklar SFET denga epatan penya Saklar MOSF yal penyakla dali yang dit SFET drive kan, terdiri d dali luar men g mendapatk Pengendal rensi untuk l am akan m ebut dengan aan sensor a njadi sinyal p dali histeresi
atas mem aklaran f s pa kendali arus nilai induk digunakan.
emakin lebar ka frekuens nsi penyakl g pada riak ai ini juga rugi saklar dali arus ini h dali tegangan yang tepat.

## N DAN S IMU

## CTIONAL C
nverter DC-D
konverter ada Gambar arah terdapa yang akan m ar tersebut da
Dalam eksp r yang dig an pertimban aklaran ( switc FET tersebu ran yang be terapkan me er . Sistem dari dua bua nerapkan me kan umpan li ini akan loop kendali membanding arus sumber arus. Galat a penyaklaran s sesuai deng
mperlihatkan ada konverte histeresis d ktor dan le Semakin be r pita histere si penyaklar laran ini m k arus dan a berpengaru akibat pen harus lebih c n untuk mem
ULASI DC

## C ONVERT
DC Dua Ara DC-DC du r 6. Pada k at kompone mengubah mo apat berupa M perimen yan unakan ada ngan rating ching ). ut akan di- dr erasal dari a lalui suatu r kendali yan ah loop kend etoda PI ant balik dari menghasilk dalam. Loop gkan arus r yang diper arus ini aka dengan me gan Gambar
(12) n bahwa r dengan itentukan ebar pita esar nilai esis yang ran akan memegang tegangan uh pada yaklaran. cepat dari mperoleh

## C-DC
TER ah ua arah konverter en saklar ode kerja
MOSFET ng kami alah tipe daya dan
drive oleh algoritma rangkaian ng kami dali, loop ti-windup tegangan kan arus p kendali referensi roleh dari an diubah nerapkan 2.
a arah.
Persa average n nilai par DC-DC

## B. Sim
Sebel dilakuka nilai par Dari has didapatk sebesar konstan Selain diterapka dengan dengan dibatasi loop dala batas pi dengan adalah untuk ko 7 dipe digunaka diperliha Pada bahwa  t baik di referensi dari 11 o

## Tabel 1
Parameter

## Paramete
Riak arus Riak tegan
Vref
L
C Fs
Vsumb i + - Isumb M.Z. amaan stat nya adalah se 0
rameter yang dua arah dip mulasi Konv lum dilaku
an terlebih ameter kend sil simulasi d kan nilai Kp 90 agar did meskipun te n itu, m an adalah penguatan batas atas masing-mas am menerapk ita histeresis 0,1 A. Kel
berupa sin onverter DC
erlihatkan  r an untuk s atkan pada G hasil simul tegangan bu sekitar 12 inya meskip
ohm menjad r konverter DC- er ngan ber Pengendali hy er gate Vin+ DC-DC bidir Conve Gamba Romdlony et al. / te space ebagai beriku g digunakan perlihatkan pa erter DC-DC ukan eksper dahulu untu dali ( Kp dan K dan tuning pa p sebesar 2 dapatkan teg rjadi perubah metode ant metode b Kb ditentu dan bawah sing 4 A da kan kendali s adalah da luaran kenda yal penyak -DC dua ara rangkaian simulasi dan Gambar 8.
lasi pada Ga us cukup te V sesuai d pun terjadi p di 6,3 ohm p
-DC dua arah.
Nilai 5%
1% 12 V 400 μ H
2000 μ F 25 KHz
ysterisis Pengendali PI metode ba Vo+ Vin- Vo- rectional erter Beb (a) ar 7. Rangkaian / Mechatronics, E untuk  m ut [5,10] 0 n pada konv ada Tabel 1. C Dua Arah rimen, sim uk mendapa Ki ) yang opt arameter ken 25 dan nila gangan bus han beban. ti-windup back calcula ukan sebesa h sinyal ken an 0 A. Ken histeresis de ri -0,1A sa ali histeresi klaran MOS ah. Pada Gam Simulink n hasil sim
ambar 8, ter eregulasi de dengan tega perubahan  b
ada saat deti
v + - Vbu PI(s) anti windup dengan ack calculation ban n simulasi konve Electrical Power, model (13) verter h mulasi atkan imal. ndali, ai Ki yang
yang ation ar 2, ndali ndali engan mpai s ini SFET mbar yang mulasi rlihat engan angan beban ik ke 0 d n A p s d s I A d m d d m u D m c ta a c
G te
12 Vref v s 1 Vref -V erter DC-DC du and Vehicular T 0,5 kemudian detik ke 1. nilai arus yan A. Sementar pada saat aru sekitar 1,25% dinaikkan, ri sekitar 0,7%.

## IV. D ESA

## A. Desain E
Pengendal diimplementa merupakan in dengan pera dSPACE con motherboard untuk menge DSP yang memiliki pr clock 250  M ambahan b adalah spes controller bo
• Processo MHz dan
• Global M
• Flash M
• 20 bit di slave DS
• 4 ADC 1
• 8 DAC 1
Kp Gain proporsional,K Ki Gain integral,Ki Vbus ua arah (a), pen Technology 03 (20 n kembali m Perubahan  b ng diminta b ra itu, untuk us beban 1 A %, sedangk iak tegangan
AIN DAN H
Eksperimen li PI anti-w asikan pada ntegrasi anta angkat luna ntroller board d PC dan me endalikan ko digunakan rosesor bert MHz serta m ertipe TMS sifikasi da ard : or tipe MPC n slave DSP Memory 32 M Memory 8 MB igital I/O dan
SP 16 bit dan 4 A 16 bit asil simulasi k tas, hijau), arus (b 1 s Integ Kp Gain back ca ngendali PI anti 012) 31-38 menjadi 11 oh beban ini m eban menjad k analisis ria A diperoleh ri kan ketika nnya berkura
H ASIL E KS
windup yang platform dS ara perangka ak MATLA d ini diintegr enjadi penge onverter DC- adalah DS tipe MPC82 memiliki pr S320F240. ari dSPACE
C8240 denga tipe TMS32 MB
B n 14 bit digi ADC 12 bit. konverter DC-D s beban (bawah, b). 1 s grator Kb alculation,Kb i-windup (b).
hm lagi pada menyebabkan di sekitar 1,9 ak tegangan, iak tegangan arus beban ang menjadi
PERIMEN g diusulkan SPACE yang at keras DSP AB/ Simulink . rasikan pada endali utama -DC. Modul S1104 yang 240 dengan rosesor DSP
Berikut ini E DS1104
an clock 250 20F240
ital I/O pada
1 Arus refer Iref output limiter a n 9 , n n i
n g P . a a l g n P i 4
0 a
rns
Sistem perangkat lunak dSPACE ini memberikan kemudahan implementasi sistem kendali karena hanya menggunakan bantuan MATLAB/ Simulink tanpa harus melakukan proses pengkodean program secara manual (misalnya bahasa C) seperti layaknya modul DSP biasa.
Parameter-parameter dari sistem seperti tegangan/arus akan dibaca oleh konverter analog ke digital (ADC) pada DS1104 controller board melalui rangkaian pengkondisi sinyal ( signal conditioning ). Fungsi dari rangkaian pengkondisi sinyal ini adalah mengubah level tegangan/arus dari sistem agar sesuai dengan range input yang diijinkan oleh DS1104 controller board . Proses perhitungan dari algoritma kendali akan dilakukan oleh DS1104 controller board dan akan menghasilkan sinyal penyaklaran. Sinyal penyaklaran yang dihasilkan akan mengatur konverter DC-DC dua arah melalui pengkondisi sinyal dan driver MOSFET. Secara lengkap diagram blok implementasi sistem diperlihatkan pada Gambar 9.
Algoritma kendali yang telah dirancang diuji dengan eksperimen. Parameter kendali PI yang digunakan dalam eksperimen sama dengan parameter yang digunakan dalam simulasi. Parameter ini dapat di- tuning secara online
Gambar 10. Diagram simulink untuk implementasi PI anti- windup pada dSPACE real time controller .
dengan mengaturnya pada GUI realtime yang telah dibuat. Akan tetapi untuk alasan keamanan, tuning parameter tidak dilakukan secara online . Gambar 10 adalah diagram simulink yang diimplementasikan pada dSPACE Controller board. Seluruh proses perhitungan dan pengendalian sistem dilakukan secara real-time dan ditampilkan dalam antarmuka pada ControlDesk -dSPACE (Gambar 11). ControlDesk -dSPACE dapat digunakan untuk mengamati semua parameter-parameter dari sistem seperti tegangan dan arus baterai/ superkapasitor, arus beban serta tegangan bus secara real-time melalui layar monitor komputer (Gambar 12).

## B. Hasil Eksperimen
Sumber energi yang digunakan dalam eksperimen adalah baterai dan superkapasitor, sesuai dengan sumber energi yang biasa digunakan dalam aplikasi kendaraan hibrid.
Pengujian dilakukan dua kali, pertama pengujian konverter DC-DC dua arah dengan sumber berupa baterai. Pengujian selanjutnya dilakukan dengan sumber berupa superkapasitor. Spesifikasi sumber energi yang digunakan untuk eksperimen diperlihatkan pada Tabel 2.

## Tabel 2
Spesifikasi sumber energi.
Sumber energi   Spesifikasi Jumlah dan konfigurasi
Baterai ( lead acid ) 6V, 4.5 Ah 1 buah Superkapasitor 7.5V, 120 F 9 buah superkapasitor 2.5 V, 120 F (konfigurasi seri dan paralel)
Gambar 12. Test bench eksperimen. sinyal_switching 10 scaling_dspace3 10 scaling_dspace2 10 scaling_dspace1 10 scaling_dspace 12 Vref Tegangan output (V) Tegangan baterai (V) RTI Data PI(s) PI Anti Windup Back calculation 37.87 Offset sensor arus1 37.87 Offset sensor arus Kendali Hysterisis Iref 2 Gain sensor tegangan 15.15 Gain sensor arus1 15.15 Gain sensor arus 2 Gain sensor tegangan DAC DS1104DAC_C2 ADC DS1104ADC_C8 ADC DS1104ADC_C7 ADC DS1104ADC_C6 ADC DS1104ADC_C5 Arus beban (A) Arus baterai (A) Gambar 11. GUI implementasi PI anti-windup .
Gambar 9. Diagram blok implementasi sistem.
Gambar 1 dengan sum
Tegan eksperim yang di dengan p Teganga masing  m dan diak kemudia perangka Pada Gambar berupa sedangka sebesar terjadi  p cara me menjadi Sedangk superkap detik ke Berda tersebut perubaha baik sesu dengan sumber e
Baterai Superkapasi Gambar konverter
M.Z.
3. Hasil ekspe mber baterai.
ngan bus ref men adalah terapkan pa parameter pe an bus dan melalui sens kuisisi oleh an di log , at lunak Con hasil eksp 14) terlihat baterai terj an untuk sup 38%. Perub pada detik ke engubah res 6,2 ohm, ke kan pada kon pasitor, peru 4 dan detik k asarkan Ga dapat  d an beban, teg uai dengan te riak tegang energi batera P SC P Bat tor B Bidir 15. Diagram DC-DC.
erimen konvert
ferensi yang 12 V. Param ada tahap e engendali pad arus beban sor tegangan h ADC dSP dan diplot ntrolDesk. perimen (G bahwa untu jadi oversh perkapasitor bahan beban e 12 dan det istansi beba mudian men nverter denga ubahan beb ke 12.
mbar 13 d disimpulkan gangan bus t egangan refe gan sekitar ai maupun su D Boost Converter rectional Converter blok penguji
ter DC-DC dua
g diterapkan meter pengen eksperimen  s da tahap sim dibaca ma n dan sensor PACE. Hasi dengan ban
Gambar 13 uk sumber en oot sekitar terjadi overs n pada konv tik ke 35 de an dari 11 njadi 11 ohm an sumber be ban terjadi
dan Gambar bahwa  u teregulasi de erensi yaitu 1
1% baik u uperkapasitor DC Bus BEB ian bidireksion Electrical Power, a arah pada ndali sama mulasi. sing- arus l ini ntuan dan nergi 9% shoot verter engan ohm lagi. erupa pada r 14 untuk engan 12 V, untuk r. BAN nalitas
G d C d m G m b o s p d b s p m m b 0 G D
Gambar 14. Ha dengan sumber
C. Pengujia
Pengujian dan discha memparalelk Gambar 15.
memberikan baterai dan d ohm menjadi superkapasito pengujian  b diperlihatkan Pada Gam beban 11 ohm superkapasito pada saat beb maka superk menjaga tega Dari hasil bus teregulas
0,7 % dan ov Gambar 16. Has DC. Technology 03 (20 asil eksperimen superkapasitor.
an bidireksio n konverter s arge ) dila kan dua sum Pengujian arus refere dilakukan pe i 4,3 ohm seh or ( charging bidireksionali n pada Gamb mbar 16 ter m maka bater or (superka ban menjadi kapasitor men angan bus tet eksperimen si dengan ba vershoot sebe
sil pengujian bi
012) 31-38 n konverter DC . onalitas secara dua a kukan den mber energi dilakukan  d ensi yang ko erubahan be hingga terlih atau dischar itas konver ar 16. rlihat bahwa rai menyupla apasitor cha i 4,3 ohm (d njadi discha tap pada refe n terlihat bahw aik dengan esar 24,87%. idireksionalitas
C-DC dua arah arah ( charge ngan cara seperti pada dengan cara onstan pada eban dari 11 hat arah arus rging ). Hasil rter DC-DC a pada saat ai beban dan arging ) dan detik ke 21) arging untuk erensinya. wa tegangan riak sebesar konverter DC- h e a a a a s l C t n n ) k n r
-

## V. K ESIMPULAN
Hasil simulasi dan eksperimen menunjukkan bahwa dengan menggunakan metode kendali PI anti-windup , tegangan bus teregulasi dengan baik dengan riak tegangan sekitar 1% meskipun terjadi perubahan beban maupun perubahan tegangan sumber. Hal ini berarti permintaan daya beban dapat terpenuhi dengan baik.
Untuk aplikasi daya besar seperti pada kendaraan hibrid, metode kendali ini dapat diaplikasikan dengan melakukan penyesuaian terutama pada spesifikasi hardware ( DC-DC converter ) yang digunakan.

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada tim hybrid fuel cell Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB dan juga Kementerian Riset dan Teknologi atas pembiayaan yang diberikan untuk riset ini.

## R EFERENSI
[1] Thounthong, P., Sethakul, P., Raël, S., and Davat, B., “Control of Fuel Cell/Battery/Supercapacitor Hybrid Source for Vehicle Applications”, Proceedings of the 2009 IEEE International Conference on Industrial Technology , 2009, pp.1-6.
[2] Thounthoung, P., Chunkag, V., Sethakul, P., Davat, B., “Comparative Study of Fuel Cell Vehicle Hybridization with Battery or Supercapacitor Storage Device”, IEEE
Transactions on Vehicular Technology , 58, pp. 3892-3904, 2009.
[3] O. Tremblay, “A Generic Battery Model For The Dynamic Simulation of Hybrid Electric Vehicle”, IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference , VPPC 2007, pp.
284-289, 2007.
[4] Bizon N.,”Some Aspects on Control of Fuel Cell Hybrid Source at The Fuel Cell Maximum Power Point under Dynamic Load”, IJTPE journal , 2, pp. 63-68, 2010.
[5] Hajizadeh, A., Aliakbar Golkar M., “Intelligent power management strategy of hybrid distributed generation system”, International Journal of Electrical Power & Energy System , 29, pp. 783–795, 2007.
[6] Souleman N.M., “ A generic fuel cell model and experimental validation” , Master thesis,
Ecole De Technologie Superieure Universite Du Quebec, 2008.
[7] Sasongko, Firman, “ Teknik Kendali Konverter DC-DC topologi baru mode boost ”, Laporan Tugas Akhir Institut Teknologi Bandung, 2008.
[8] Astrom, Karl Johan, “ Control Sistem Design ”, Department of Automatic Control, Lund Institute of Technology, Sweden, 2002.
[9] John, Anirban Ghoshal, and Vinod, “Anti- windup Schemes for Proportional Integral and Proportional Resonant Controller”, National Power Electronic Conference, 2010, pp. 1-6.
[10] Hajizadeh A, Aliakbar Golkar M., “Fuzzy control of fuel cell distributed generation systems”, Iranian Journal of Electrical & Electronic Engineering , 13, pp. 31-41, 2007.