## STUDI KOMPARASI FUNGSI KEANGGOTAAN FUZZY SEBAGAI KONTROLER BIDIRECTIONAL DC-DC CONVERTER PADA SISTEM PENYIMPAN ENERGI
Eka Prasetyono 1 , Wima Ashary 2 , Anang Tjahjono 3 dan Novie A Windarko 4
Program Studi Teknik Elektro Industri, Departemen Teknik Elektro, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya e-mail: 1 eka@pens.ac.id, 2 wima.ashary@gmail.com, 3 anang.tj@pens.ac.id, 4 ayub@pens.ac.id
Abstrak — Bidirectional DC-DC converter merupakan converter yang  diperlukan  dalam  sistem penyimpan  energi.  Topologi converter yang  digunakan  pada  paper  ini  adalah non-isolated bidirectional DC-DC converter jenis buck–boost converter , converter ini dapat bekerja dua arah yaitu mode charging untuk  menyimpan  energi  ke  dalam  baterai  apabila  arus  beban  kurang  dari  nilai  nominal  (set  point) kemampuan main DC bus dan mode discharging untuk menyalurkan energi dari baterai ke beban bila arus beban melebihi nilai set point. Kedua mode tersebut bekerja secara otomatis sesuai dengan besarnya beban yang  digunakan.  Besarnya  arus charging dan discharging dikontrol  oleh  kontrol  logika  fuzzy  yang diimplemanetasikan pada mikrokontroler ARM Cortex-M4F STM32F407VG. Paper ini membandingkan dua  jenis  fungsi  keanggotaan  fuzzy  (segitiga  dan  sigmoid)  dalam  mengontrol bidirectional DC-DC converter . Hasil  yang diperoleh  menunjukkan  kontrol logika fuzzy dengan  fungsi  keanggotaan segi tiga dan  sigmoid  sebagai  kontrol bidirectional DC-DC converter memiliki  perbedaan  respon  yang  tidak signifikan, keduanya memiliki rata-rata error untuk proses charging dan discharging dibawah 4% dengan ripple pada main DC bus 0.5%. Ditinjau dari waktu komputasi program, kontrol logika fuzzy dengan fungsi keanggotaan segitiga 19.01% lebih cepat komputasinya dibanding dengan sigmoid dan waktu komputasi logika fuzzy pada mikrokontroler dengan floating point hardware 60%  cepat dibanding dengan floating point secara software .
Kata Kunci : Bidirectional DC-DC converter, Fuzzy logic controller dan Mikorkontroler.
Abstract — Bidirectional  DC-DC  converter  is  needed  in  the  energy  storage  system.  The  converter topology used in this paper was a non-isolated bidirectional DC-DC buck-boost converter. This converter worked in two ways, which the charging mode stored energy into battery when load current was less than nominal main DC current (set point) and discharging mode transferred energy from battery to the load when its  current  exceeded  set  point  value.  Both  of  these  modes  worked  automatically  according  to  the  load current.  The  charging  and  discharging  currents  were  controlled  by  fuzzy  logic  controller  which  was implemented on  microcontroller ARM  Cortex-M4F  STM32F407VG. This paper compares two types of fuzzy  membership  function  (triangular  and  sigmoid)  in  controlling  bidirectional  DC-DC  converter.  The results  showed  that  fuzzy  logic  controller  with  triangle  membership  function  and  sigmoid  as  control bidirectional DC-DC converter had no significant different response, both had an average error for charging and discharging process under 4% with ripple current on the main DC bus around 0.5%.  The computing time of program for fuzzy logic controller with triangular membership functions had 19.01% faster than sigmoid,  and  fuzzy  logic  computation  time  on  a  microcontroller  with  hardware  floating  point  was  60% faster than software floating point.
Keywords : Bidirectional DC-DC converter, Fuzzy logic controller and Mikorkontroler

## 1. PENDAHULUAN
Peningkatan  kebutuhan  energi  listrik  terjadi seiring dengan meningkatnya populasi penduduk dan tuntutan untuk standar hidup yang lebih  tinggi  [1],  dalam  upaya  mencukupi kebutuhan  energi  listrik  tersebut  beberapa negara telah menggunakan sumber energi listrik terbarukan  temasuk  diantranya  Indonesia  [2,3].
Sumber  energi  listrik  dari  energi  terbarukan masih  memiliki  beberapa  kendala  dalam implementasinya, diantaranya energi terbarukan tidak  dapat  ditemukan  di  semua  tempat,  hanya tempat-tempat  tertentu  saja  yang  memiliki sumber  energi  terbarukan  yang  potensial  [1]. Contoh  energy  energi  terbarukan  yang  tidak dapat  ditemukan  semua  tempat  adalah  energi arus  laut,  angin  dan  panas  bumi.  Selain  itu
kekurangan  pada  sumber  energi  terbarukan terletak pada kontinuitas energi yang dihasilkan [1]. Solar cell adalah sumber energi yang hanya bisa  diamnfaatkan  pada  siang  hari  dan  kincir angin  hanya  bisa  menghasilkan  energi  ketika angin  bertiup  kencang.  Salah  satu  upaya  yang banyak dikembangkan oleh para peneliti energi terbarukan  terlatak  pada  usaha  menjaga kontinuitas dengan membuat sistem penyimpan energi,  dengan  teknologi  penyimpan  energi  ini energi  listrik  bisa  disimpan  dan  digunakan secepat mungkin sesuai kebutuhan.
Teknologi  penyimpan  energi  listrik  bisa membantu  meningkatkan  kehandalan  sistem tenaga  listrik  akibat  permintaan  akan  energi listrik  yang  berubah–ubah  sepanjang  hari. Karena  itulah  digunakan teknologi  penyimpan energi sebagai metode untuk menyimpan energi ketika  permintaan  energi  rendah  dan  akan digunakan untuk membantu suplai energi ketika permintaan  energi  sedang  tinggi.  Salah  satu media yang mudah digunakan untuk menyimpan energi listrik adalah baterai dan dilengkapi oleh bidirectional DC-DC converter [1,4-9].
Gambar 1. Battery energy storage system (BES) untuk membantu memenuhi kebutuhan energi sesaat [1].
Sistem  penyimpan  energi  dan bidirectional converter ini  telah  banyak  dikembangkan  oleh berbagai  peneliti  baik  untuk  tegangan  rendah maupun  untuk  tengangan  tinggi  [5-7].  Selain untuk  menjaga  kontinuitas  energi,  dengan energy  storage  system dan  bidirectional konverter  dapat  pula  membantu  mencukupi kebutuhan energi sesaat yang melebihi kapasitas pembangkit  [1]  seperti  ditunjukkan  pada Gambar  1.  Pada  Gambar  1  tersebut,  sistem penyipan energi akan bekerja menyimpan energi kedalam  baterai  ketika  kebutuhan  energi  listrik
pada  beban  dalam  kondisi  rendah.    Kemudian pada  saat  kebutuhan  energi  listrik  pada  beban sangat  tinggi  maka  energi  yang  telah  disimpan dalam baterai akan dikeluarkan untuk membantu memenuhi permintaan energi. Bidirectional DC- DC converter adalah converter daya yang dapat bekerja  dua  arah  yaitu  mode charge untuk menyimpan  energi  ke  dalam  baterai  dan  mode discharge untuk menyalurkan energi dari baterai ke beban [1,4-9]. Topologi bidirectional DC-DC converter paling sederhana dan banyak digunakan  oleh  peneliti    adalah  jenis non- isolated DC-DC  converter [1,4,7  dan  9]. Sedangkan  untuk  kebutuhan  keamaan  dan tegangan  tinggi    dapat  menggunakan topologi bidirectional DC-DC  jenis isolated [5,8]. Masing-masing  topologi  DC-DC converter ini memiliki  kelebihan  dan  kekurangan  sendiri- sendiri.  Sedangkan  pada  paper  ini  yang  akan dibahas  adalah non-isolated bidirectional DC- DC converter menggunakan bidirectional buck- boost DC-DC converter karena  sederhana  dan mudah dimplementasikan secara hardware.
Dalam aplikasinya, bidirectional buck-boost DC-DC konverter memerlukan  kontrol  agar diperoleh  kesetabilan  energi  yang  bagus diantaranya  menggunakan  PI controller dan fuzzy  logic  controller [10-13].  Pada  paper  ini lebih menekankan pada implementasi fuzzy logic controller yang ditanamkan pada Mikrokontroler ARM Cortex M4 32bit
STM32F407. Paper  ini juga membahas implementasi  dua  jenis  fungsi  keanggotaan fuzzy  dalam  apalikasi  sebagai  kontrol  pada bidirectional buck-boost DC-DC converter pada sistem penyimpan energi.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
DC-DC  Converter adalah  perlatan  yang digunakan untuk mengkonversi sumber daya DC ke  sumber  daya  DC  dengan  tegangan  yang berbeda,  baik  sebagai  penaik  tegangan  atau penurun  tegangan,  dengan    variasi  daya  mulai dari daya kecil sampai daya besar. Non isolated DC-DC  converter memerlukan  komponen elektronik  yang  sangat  sederhana,  yaitu  berupa MOSFET  sebagai swicting komponen, fast recovery  diode,  inductor dan capacitor [14]. Dari  kategori  aliran  daya  DC/DC  converter dapat  dibedakan  menjadi  dua  tipe  yaitu unidirectional  dan  bidirectional.  Unidirectional berarti  converter  hanya  bisa  mengalirkan  daya
pada  satu  arah  saja.  Sedangkan  bidirectional dapat mengalirkan daya pada dua arah [14].

## 2.1 Bidirectional DC - DC Converter
Bidirectional  DC-DC  converter  memiliki dua  mode  kerja,  yaitu  mode buck (charging) untuk  proses  menurunkan  tegangan  DC  dan mode boost (discharging) untuk  menainkan tegangan  DC.  Karena bidirectional  buck-boost ini  sederhana  dan  mudah  diimplementasikan secara  hardware  sehingga  dipilih  sebagai topologi  hardware  dalam  paper  ini.  Bentuk rangkaian bidirectional buck-boost dapat dilihat konverter seperti pada Gambar 2.  Konverter ini menggunakan  satu  buah  induktor,  dua  buah MOSFET  dan  dua  buah  Kapasitor.  Sedangkan untuk  fast  recovery  diode  memanfaatkan freewheel diode dari MOSFET [4,7,9].
Gambar 2. Buck & Boost Bidirectional DC-DC converter [7].

## 2.1.1 Mode Buck (charging)
Pada  mode buck  bidirectional DC-DC converter akan  bekerja  seperti buck  converter biasa  [1,5]  dimana  tegangan  keluarannya  akan lebih  kecil  dari  tegangan  masukkan.  Gambar rangkaian untuk mode buck seperti pada Gambar 3.  Mode buck dalam paper ini difungsikan untuk proses charging baterai.    Hubungan  antara tegangan  keluaran  dengan  tegangan  masukan untuk  mode buck dapat  dirumuskan  dalam persamaan 1 [14].
V o = 𝑉𝑖𝑛 𝑥 𝐷 (1)
Pada  mode buck input  yang  digunakan yaitu berasal dari V H . Dimana V H ( High Voltage ) didapatkan dari sumber DC main bus kemudian tegangannya diturunkan untuk pengisian baterai pada sisi V L ( Low Voltage ) . Switch yang bekerja pada  mode buck ini  yaitu  S 2 .  Sedangkan  S 1 dalam  kondisi  open  dan  yang  bekerja  yaitu
internal diode  fast  recovery ( free  wheel  diode ) yang terdapat pada S 1 .
Gambar 3. Bidirectional DC-DC converter Mode buck.
2.1.2 Mode Boost (discharging)
Pada mode boost seperti ditunjukkan pada Gambar 4, bidirectional DC-DC converter akan bekerja  seperti boost  converter biasa  [4,7] dimana  tegangan  keluarannya  akan  lebih  besar dari  tegangan  masukkan.  Mode boost dalam makalah ini difungsikan untuk proses discharging baterai  atau  mengeluarkan  energi yang  tersimpan  pada  baterai  untuk  memenuhi kebutuhan  beban.  Hubungan  antara  tegangan keluaran  dengan  tegangan  masukan  dapat dihitung dengan persamaan 2 [14].
V o = 1 1−𝐷 𝑥 𝑉𝑖𝑛 (2)
Pada  mode boost ,  input  yang  digunakan berasal  dari  V L ( Low  Voltage )  atau  baterai. Tegangan  baterai  kemudian  dinaikkan  untuk membantu  suplai  beban  pada  sisi  V H ( High Voltage ). Switch yang bekerja pada mode boost ini yaitu S1. Sedangkan S 2 dalam kondisi open dan  yang  bekerja  yaitu  internal diode  fast recovery ( free wheel diode ) yang terdapat pada S 2 .
Gambar 4. Bidirectional DC-DC converter mode boost.
2.2 Fuzzy Logic Controller sebagai
Controller  pada  Bidirectional  DC-DC Converter
Teori  himpunan  fuzzy  pertama  kali diperkenalkan  oleh  Lotfi  A.  Zadeh  pada  tahun 1965.  Sejak  itu,  dikembangkanlah  fuzzy logic untuk  menggambarkan  sifat  fuzzy  (kabur)  dari kenyataan, yang sangat sulit dan kadang-kadang tidak mungkin untuk digambarkan menggunakan metode konvensional [12]. Seiring  perkembangan  teknologi  saat  ini  teori himpunan  fuzzy  telah  banyak  digunakan  untuk aplikasi kontrol DC-DC converter [10-13]. Fuzzy logic controller untuk  aplikasi  DC- DC converter dapat dilakukan melalui simulasi komputer  [11-13]  dan  dapat  juga  ditanamkan pada mikrokontroller [10-15], karena fuzzy logic controller untuk  aplikasi  DC-DC converter tidak memerlukan proses komputasi yang terlalu berat. Pada paper ini fuzzy logic controller akan diimplementasikan  pada  mikrokontroler  32bit STM32F407 keluarga ARM Cortex M4F untuk melakukan  kontrol  secara  otomatis  dengan metode current  control untuk  proses charging dan discharging baterai sesuai dengan kebutuhan beban .

## 3. METODOLOGI
Blok diagram bidirectional DC-DC converter untuk  sistem  penyimpan  energi dengan kontrol logika fuzzy pada paper ini dapat dilihat  seperti  pada  Gambar  5.  Main  DC  bus diasumsikan  berasal  dari  sumber  energi terbarukan  dengan  tegangan  yang  konstan  dan memiliki  daya  yang  terbatas,  yaitu  48  Volt dengan arus nominal 2A.
Sumber DC 48 V Beban DC 48 V (Variabel) Bidirectional DC-DC Converter Mikrokontroler + Fuzzy Logic Controler Baterai 24 V Arus  Main Bus Arus  beban Arus  Charge / Discharge PWM Gambar 5. Blok diagram sistem .
Bidirectional DC-DC converter ini  akan bekerja  dengan current  control berdasarkan beban yang digunakan, apabila daya beban lebih besar  dari  daya  nominal  main  DC  bus,  maka
converter akan  bekerja  untuk  menambah kapasitas daya sesuai kebututuhan beban. Ketika daya beban berada dibawah daya nominal main DC bus, maka selisih daya nominal dengan daya beban akan digunakan untuk pengisian baterai.
Apabila  daya  beban  melebihi  daya  nominal main  bus  maka  kontrol  akan  bekerja  agar  arus pada main DC bus tetap terjaga 2A dan sisanya akan disumbang oleh baterai sesuai kebeutuhan. Ketika daya beban dibawah daya nominal main DC  bus,  maka converter harus  bekerja memaksimalkan  pengisian  baterai  dengan  cara membuat  set  point  arus  pengisian  baterainya berdasarkan  beban  yang  digunakan.  Semakin kecil beban yang digunakan maka semakin besar arus  yang  digunakan  untuk  pengisian  baterai. Besarnya  arus charging-discharging dapat dirumuskan pada persamaan 4 berikut ini.
Set point charge_ discharge = 2A – arus_beban (4)
Jika  besarnya  arus  set  point charging- discharging dari  persamaan  4  bernilai  negatif artinnya arus beban lebih besar dari arus nominal main  DC  bus  sehingga  nilai  tersebut  akan digunkan  sebagai  set  point  untuk discharging baterai,  untuk discharge baterai  nilai  negatif hanya  mruapan  simbol  arah  arus  dari  baterai menuju main DC bus. Apabila besarnya arus set point charging-discharging dari  persamaan  4 bernilai  positif  artinnya  arus  beban  lebih  kecil dari  arus  nominal  main  DC  bus  sehingga  nilai tersebut  akan  digunkan  sebagai  set  point  untuk charging baterai.

## 3.1 Perancangan  Bidirectional  DC-  DC Converter
Untuk  mendesain  konverter  yang  baik diperlukan perhitungan nilai komponen- komponen  yang  tepat.  Apabila  nilai  komponen yang digunakan tidak tepat, dapat menyebabkan adanya  ripple  tegangan  dan  arus  yang  terlalu besar.  Pada  desain bidirectional  DC-DC converter ini diperlukan dua perhitungan, yaitu untuk  mode buck dan  mode boost .  Untuk mendesain converter perlu  ditetapkan  beberapa parameter DC-DC converter pada Table 1.

## Tabel 1. Parameter DC-DC Converter
Parameter Boost Mode Buck Mode Vs min (V) 24 46 Vs max (V) 26 48 Vo (V) 48 28 Iin (A) 4 2 Io (A) 2 4 Frekuensi Switching (KHz) 45 45
Untuk  menentukan  nilai  komponen  dari bidirectional  DC-DC  converter  dilakukan dengan perhitungan:

## 1) Boost Mode:
Mencari Duty Cycle :
D = 1 - 𝑉𝑠 (min) 𝑉𝑜
D = 1 - 24 48 D = 0,5 Mencari nilai induktor :
a. Mencari nilai Resistor ( R ) :
R = 𝑉𝑜 𝐼𝑜 = 48 2 = 24 Ω
b. Mencari nilai  I L(avg)
I L(avg) = 𝑉𝑠 (1−𝐷) 2 𝑅 I L(avg) = 24 (1−0,5) 2 24 = 24 (0,5) 2 24 = 24 6 = 4 A
c. Nilai ∆ I L : ∆ I L = 0,2 x I L(avg) ∆ I L = 0,2 x 4 A = 0,8 A
Sehingga nilai L nya adalah :
L   = [ 1 f ] x [ Vo + Vf  – V s(min) ] x [ Vs(min) Vo + Vf ] x [ 1 ∆IL ] L   = [ 1 45000 ] x [ 48 + 1  – 24] x [ 24 49 ] x [ 1
0,8 ]
L   = [ 22,22 𝑥 10 −6 ] x [ 25 ] x [ 0.612 ] L  =  339 uH
Mencari nilai kapasitor output  : ∆Vo     = 0,001 x Vo
= 0,001 x 48 =  0,048 V
Sehingga nilai kapasitor outputnya adalah :
∆Vo = 𝑉𝑜 𝑥 𝐷
R C f 0,042  = 48 𝑥 0,5 24.C .45000
𝐶 ℎ𝑖𝑔ℎ = 529 uF
2) Buck Mode :
Mencari Duty Cycle : 𝐷 = 𝑉 0 𝑉 𝑠(𝑚𝑎𝑥) = 28 48 = 0.58
Mencari arus induktor rata - rata :
𝑖 𝐿(𝑎𝑣𝑔) = 𝑉 0 𝑅 = 𝐼 𝑜 = 2 𝐴
Mencari nilai ∆𝑖 𝐿 :
∆𝑖 𝐿 = 0.2  × 𝑖 𝐿(𝑎𝑣𝑔)
∆𝑖 𝐿 = 0.2  ×  2 = 0.4 A
Mencari kapasitor output : Dimana ∆𝑉 𝑜 =   ±0.1% × 𝑉 𝑜 = 0.001 × 𝑉 𝑜 ∆𝑉 𝑜 = 0.001 × 28 =  0,028 𝑉
Nilai Kapasitor output :
𝐶 𝑜 = ∆𝑄 ∆𝑉 𝑜 = ∆𝑖 𝐿 × 𝑇 8∆𝑉 𝑜 = ∆𝑖 𝐿 8 × 𝑓 × ∆𝑉 𝑜 𝐶 𝑜 = 0.4 8 × 45 ∗ 10 3 × 0,028
𝐶 𝑜 = 0.4 10080 𝐶 𝑙𝑜𝑤 = 39,7 𝜇𝐹

## 3.2 Perancangan Kontrol Logika Fuzzy
Perancangan  kontrol  logika  fuzzy  pada sistem  ini  berfungsi  sebagai  sistem  kontrol PWM  untuk  kontrol  arus (current  control) output  dari bidirectional  DC-DC  converter. Current  control ini  digunakan  pada  saat pengisian  baterai  maupun  membantu  suplai beban.  Kontrol  logika  fuzzy  yang  digunakan adalah  dengan  menggunakan  metode  Sugeno dengan  rule  base  5x5.  Dimana  metode  Sugeno hampir sama dengan penalaran Mamdani hanya saja output sistem tidak berupa himpunan fuzzy, tetapi berupa konstanta atau persamaan linear.
Input  dari  kontrol  fuzzy ini  berasal  dari konversi pembacaan sensor arus oleh ADC pada main DC bus dan arus input buck converter yang selanjutnya akan diubah dalam derajat keanggotaan pada fungsi keanggotaan error dan Δerror. Sedangkan output dari kontrol fuzzy ini adalah  mengatur  besarnya duty  cycle PWM untuk switching pada  rangkaian bidirectional DC-DC converter .
Mekanisme  pengaturan  PWM  berfungsi untuk  mengatur  besar  arus  output  dari bidirectional DC-DC converter . Berikut
merupakan rancangan fuzzyfikasi dengan fungsi keanggotaan setitiga dapat dilihat pada Gambar 6 dan Gambar 7. Sedangkan fuzzyfikasi dengan fungsi  keanggotaan  sigmoid  yang  dapat  dilihat pada Gambar 8 dan Gambar 9.
Gambar 6. Fungsi keanggotaan input error
(segitiga)
Gambar 7. Fungsi keanggotaan input delta error (segitiga) 1 -2 -1 0 1 2 NB N PAS P PB Ampere
Gambar 8. Fungsi keanggotaan input error (sigmoid) 1 -2 -1 0 1 2 DNB DN DPAS DP DPB Ampere
Gambar 9. Fungsi keanggotaan input delta error (sigmoid)
Dari  kedua  fungsi  keanggotaan  error  dan Δerror tersebut, maka dapat dibuat sebuah aturan ( rule  base) untuk  kontrol  logika  fuzzy  seperti pada Tabel 2 berikut ini.
Tabel 2. Rule base fuzzy  5x5.
Error Δerror NB N Z P PB DNB kbs kb k t tb DN kb k k t tb DPAS kb k bs t tb DP tb t t k kb DPB tb t k kb kbs
Untuk  defuzzyfikasi  (output)  dari  kontrol logika  fuzzy  metode  sugeno  ini  yaitu  berupa singleton . Dimana defuzzyfikasi dengan singleton digambarkan seperti pada Gambar 10. Gambar 10. Fungsi keanggotaan output
(singleton)
Proses deffuzifikasi yang  digunakan  pada metode  sugeno  yaitu  menggunakan Wieghted Average.
Defuzzy = ∑ WiZi 𝑛 𝑛=𝑖 ∑ Wi 𝑛 𝑛=𝑖 (3)

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Prototype hardware bidirectional DC-DC converter dengan  kontrol  logika  fuzzy  dapat dilihat  pada  Gambar  11,  pada  bagian  bawah merupakan  bagian  power  DC-DC converter , sedangkan  bagian  atas  merupakan interface berupa LCD TFT untuk menampilkan besarnya tegangan dan arus.
Gambar 11. Prototype hardware bidirectional DC-DC converter.

## 4.1 Kontrol  Logika  Fuzzy  dengan  Fungsi
Keanggotaan Segi Tiga.
Pada  pengujian bidirectional DC-DC converter dilakukan  dengan  mengubah-ubah arus  besarnya  beban  DC,  yaitu  dengan  cara mengubah  besarnya  nilai  resistansi  beban. Apabila  arus  beban  kurang  dari  arus  nominal main DC bus (2A) maka converter akan bekerja sebagai  buck  converter dan  berfungsi  untuk proses charging baterai.  Apabila  arus  beban melebihi  nominal  main  DC  bus  maka bidirectional DC-DC converter akan  bekerja sebagai boost  converter ,  mode  ini  berfungsi untuk  membantu  memenuhi  kebutuhan  arus beban  dengan  cara  melakukan discharge dari baterai.  Data  hasil  pengujian  dari bidirectional DC-DC converter dengan  kontrol  logika  fuzzy dengan fungsi keanggotaan segitiga dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Pengujian DC-DC Converter dengan
kontrol logika fuzzy untuk fungsi keanggotaan segi tiga. Beban Arus Nominal main DC Bus (A) Arus Charging (A) Arus Discharging (A) Arus Beban (A)
- 2.00
2.00 0.00 0.00 84 Ω 1.42 0.00 0.57 45 Ω 0.90 0.00 1.07 29 Ω 0.33 0.00 1.64 23 Ω 0.00 0.10 2.10 18 Ω 0.00 0.56 2.60 15 Ω 0.00 1.16 3.14 12 Ω 0.00 1.89 3.87
Dari  table  3  dapat  dilihat  bahwa  besarnya arus nominal pada main DC bus dijaga konstan sebesar  2A,  sedangkan  besarnya  arus  beban berubah-ubah  sesuai  dengan  besar  kecilnya resistansi  beban.  Nilai  arus charging dan discharging juga  berubah  ubah  sesuai  dengan besar  kecilnya  nilai  arus  beban  dan  arus  pada main  DC  bus  tetap  terjaga  2  Ampere.  Untuk response charging maupun discharging dari bidirectional DC-DC converter dengan  kontrol logika fuzzy untuk fungsi keanggotaan segitiga dapat dilihat pada Gambar 12 berikut ini.
Gambar 12. Response charging dan discharging dari bidirectional DC-DC converter dengan kontrol logika fuzzy untuk fungsi keanggotaan segi tiga.

## 4.2 Kontrol  Logika  Fuzzy  dengan  Fungsi
Keanggotaan Sigmoid.
Untuk proses pengunjian bidirectional DC- DC converter dengan kontrol logika fuzzy untuk fungsi  keanggotaan  sigmoid  dilakukan  dengan cara  yang  sama  seperti  pada  pengujian  pada bidirectional DC-DC converter dengan  kontrol logika fuzzy untuk fungsi keanggotaan segitiga. Data  hasil  pengujian  dari bidirectional DC-DC converter dengan  kontrol  logika  fuzzy  untuk fungsi  keanggotaan  sigmoid  dapat  dilihat  pada Tabel 4 berikut ini.
Tabel 4. Pengujian DC-DC Converter dengan kontrol logika fuzzy untuk fungsi keanggotaan sigmoid. Beban Arus Nominal main DC bus (A) Arus Charging (A) Arus Discharging (A) Arus Beban (A) - 2.00 1.99 0.00 0.00 84 Ω 1.48 0.00 0.51 45 Ω 0.93 0.00 1.06 29 Ω 0.39 0.00 1.60 23 Ω 0.00 0.11 2.11 18 Ω 0.00 0.60 2.64 15 Ω 0.00 1.10 3.17 12 Ω 0.00 1.65 3.70
Dari Table 4 dapat dilihat bahwa charging maupun discharging dari bidirectional DC-DC converter dengan  kontrol  logika  fuzzy  untuk
fungsi  keanggotaan  sigmoid  memiliki  tingkat keberhasilan  yang  sama  seperti  kontrol  logika fuzzy  untuk  fungsi  keanggotaan  segitiga. Dimana  besarnya  arus  nominal  pada  main  DC bus  dijaga  konstan  sebesar  2A,  sedangkan besarnya  arus  beban  berubah-ubah  sesuai dengan besar kecilnya resistansi beban dan nilai arus charging ataupun discharging juga berubah ubah  sesuai  dengan  besar  kecilnya  nilai  arus beban.  Respon charging maupun discharging untuk bidirectional DC-DC converter dengan kontrol  logika  fuzzy  untuk  fungsi  keanggotaan sigmoid memiliki reponse yang berbeda seperti dapat dilihat pada Gambar 13.
Gambar 13. Response charging dan discharging dari bidirectional DC-DC converter dengan kontrol logika fuzzy untuk fungsi keanggotaan segi tiga.
4.3 Komparasi Kontrol Logika Fuzzy Dengan  Fungsi  Keanggotaan  Segitiga Dan Sigmoid.
Komparasi  hasil  kontrol  logika  fuzzy dengan fungsi keanggotaan segitiga dan sigmoid untuk bidirectional DC-DC converter dalam paper  ini  dibagi  menjadi  dua  bagian  yaitu pertama kemampuan untuk proses charging dan discharging serta  fluktuasi  arus  pada  main  DC bus,  kedua  kebutuhan  waktu  komputasi  untuk fungsi keanggotaan segit tiga dan sigmoid pada mikrokontroler.
Sebagaimana  dijelaskan    penggunaan kontrol logika fuzzy pada bidirectional DC-DC converter ini  menggunkan  pengontrolan  arus ( current  control) .  Pengujian bidirectional DC- DC converter dilakukan dengan mengubah-ubah arus besarnya beban DC, dimana besarnya arus charging-discharging telah    dirumuskan  pada persamaan  4.  Prosentase error charging dan discharging baterai dengan kontrol logika fuzzy
untuk  fungsi  keanggotaan segitiga  dan sigmoid seperti dapat dilihat pada Tabel 5 berikut ini.
Tabel 5. Komparasi error untuk proses charging dan discharging pada baterai dengan bidirectional DC-DC converter . Beban Fungsi Keangotaan Segi Tiga Sigmoid Error Charging (%) Error Discharging (%) Error Charging (%) Error Discharging (%) - 0.00 - 0.50 - 84 Ω 0.70 - 0.67 - 45 Ω 3.23 - 1.06 - 29 Ω 8.33 - 2.49 - 23 Ω - 0.00 - 0.00 18 Ω - 6.67 - 6.25 15 Ω - 1.75 - 5.98 12 Ω - 1.07 - 2.94 Rata- rata 3.06 2.37 1.18 3.79
Dari  tabel  5  terlihat  jelas  bahwa  rata-rata error dengan pengukuran melalui ampere meter untuk charging maupun discharging dengan kontrol  logika  fuzzy    baik  fungsi  keanggotaan sigmoid  maupun  fungsi  keanggotaan  segitiga memiliki tingkat keberhasilan yang hampir sama yaitu  dengan error rata-rata  dibawah  4%. Demikian  pula  bila  diamati  dari  fluktuasi  arus pada main DC bus arus rata-rata terjaga konstan sebesar  2A  dengan  error  hanya  0.5%,  tetapi terkadang  terjadi  lonjakan  arus  sesaat  kaibat proses charging - discharging dan  perubahan beban  yang  menyebabkan  arus  pada  main  DC bus naik ataupun turun. Fluktuasi arus pada main DC bus akibat proses charging dan discharging serta perubahan beban dapat dilhat pada Tabel 6 berikut ini.
Tabel 6. Komparasi fluktuasi arus pada main DC bus akibat proses charging dan discharging serta perubahan beban.
Fungsi Kenggotaan Segi tiga Sigmoid Arus Main DC BUS Arus (A) Error (%) Arus (A) Error (%) Rata-rata 2.01 0.50 2.01 0.50 Maksimal 2.24 12.00 2.15 7.60 Minimal 1.76 12.00 1.60 19.90
Pada  paper  ini  kontrol  logika  fuzzy  untuk dengan fungsi keanggotaan segitiga dan sigmoid untuk bidirectional
DC-DC converter diimplementasikan pada mikrokontroler STM32F407VG  dengan  clock  CPU  168MHz, mikrokontroler  jenis  ini  memiliki  keunggulan dalam perhitungan operasi pecahan atau floating point unit (FPU) secara hardware oleh karena itu penulis memilih mikrokontroler jenis ini sebagai CPU untuk kontrolnya.
Dalam  perhitungan  kontrol  logika  fuzzy, fungsi keanggotaan fuzzy memiliki nilai derajat keanggotaan antara nol sampai satu atau berupa bilangan  pecahan  ( real )  sehingga  memerlukan komputasi  yang  lebih  berat  dibandingkan dengan  komputasi  berupa  bilangan  bulat (integer).  Pemilihan  mikrokontroler  dengan kemampuan FPU hardware ini sangat membantu proses komputasi kontrol logika fuzzy.
Sebagaimana  dapat  dilihat  pada  tabel  7  waktu komputasi  yang  diperlukan  untuk  perhitungan kontrol  logika  fuzzy  antara  fungsi  keanggotaan segitiga  dan  sigmoid  memerlukan  waktu komputasi yang hampir sama. Waktu komputasi yang  diperlukan  untuk  fungsi  keanggotaan segitga lebih ringan dibandingkan dengan fungsi keanggotaan  sigmoid.  Untuk  waktu  komputasi dengan  FPU hardware ,  baik  itu  pada  fungsi keanggotaan  segitiga  maupun  sigmoid    bisa lebih  dari  60%  lebih  cepat  dari  pada  FPU menggunkan software .
Tabel 7. Komparasi waktu komputasi yang diperlukan untuk perhitungan control logika fuzzy dengan mikrokontroler STM32F407.
Tipe FPU Waktu (mikro detik) Selisih waktu koputasi segitiga dan sigmoid (%) Segitiga Sigmoid Hardware FPU 8.82 10.89 19.01 Software FPU 28.0 28.75 2.61 Selisih waktu koputasi Hardware FPU dan Software FPU (%) 68.50 62.12

## 5. KESIMPULAN
Dari beberapa percobaan yang telah dilakukan  dapat  disimpulkan  bahwa  kontrol logika fuzzy dengan fungsi keanggotaan segitiga
dan  sigmoid  sebagai    kontroler bidirectional DC-DC converter pada sistem penyimpan energi tidak memiliki perbedaan yang sangat signifikan, keduanya  memimiliki  rata-rata error untuk proses charging dan discharging kurang dari 4% dan ripple arus pada main DC bus 0.5%.
Bila  ditinjau  dari  waktu  komputasi  yang diperlukan,  fuzzy  dengan  fungsi  keanggotaan sigmoid  komputasinya  19  %  lebih  berat dibanding fungsi keanggotaan segitiga pada saat menggunkan  mikrokontroler  dengan hardware FPU  dan  penggunaan hardware FPU  pada mikrokontroler  dapat  memperingan  komputasi fuzzy lebih dari 60%.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Trowler,  Derik.  Whitaker,  Bret. Bi- Directional  Inverter  and  Energy  Storage System. Texas Instruments Analog Design Contest. May 2008.
[2] Kusdiana, Dadan., Kondisi riil kebutuhan energi  di  indonesia  dan  sumber-sumber energi  alternatif  terbarukan ,  Direktorat Jenderal  Listrik  dan  Pemanfaatan  Energi Departemen  Energi  dan  Sumber  Daya Mineral, Bogor, 3 Desember 2008.
[3] Saleh,  Darwin  Zahedy., Master  plan pembangunan  ketenagalistrikan  2010 sampai dengan 2014 , Kementerian Energi dan  Sumber  Daya  Mineral  Republik Indonesia. Jakarta,   Desember 2009.
[4] Alireza Bakhshai. Bidirectional DC - DC
Converters  for  Energy  Storage  Systems, Energy  Storage  in  the  Emerging  Era  of SmartGrids, Prof. Rosario Carbone (Ed.),
ISBN: 978-953-307-269-2, InTech,
September 2011.
[5] S.  Inoue  and  H.  Akagi.  “ A  bidirectional isolated dc/dc converter as a core circuit of the next generation medium voltagepower  conversion  system ”,  IEEE Trans.  Power  Electron.  22(2),  535–542 (2007).
[6] S. Jalbrzykowski,. Citko. “A bidirectional DC-DC  converter  for  renewable  energy systems”. Bulletin  Of  The  Polish Academy Of Sciences Technical Sciences. Vol. 57, No. 4, 2009 [7] Kuei-Hsiang Chao, Ming-Chang Tseng,Chun-Hao  Huang,  Yang-Guang Liu,dan Liang-Chiao Huang," Design and Implementation of a Bidirectional DC-DC
Converter  for  Stand-Alone  Photovoltaic
Systems ",International Journal of Computer, Consumer and Control (IJ3C) ,
Vol. 2, No.3, 2013.
[8] M. E. Haque, K. N. Hasan, K. M. Muttaqi dan  M.  Negnevitsky." Control  of  Energy
Storage  Interface  with  a  Bidirectional Converter  for  Photovoltaic  System ". Australasian Universities Power Engineering Conference (AUPEC'08) , Australia, 2008
[9] Ambrosio  B.  Cultura  II,  Ziyad  M. Salameh.  “ Design  and  Analysis  of  a  24 Vdc  to  48  Vdc  Bidirectional  DC-DC Converter  Specifically  for  a  Distributed Energy  Application ”. Energy and Power
Engineering, ISSN Online 1947-3818.  4,
315-323, 2012.
[10] Abel  García  B.,  Francisco  R.  Trejo-M., Felipe Coyotl-M., Rubén Tapia-O., Hugo Romero-T. “Design  and  Implementation of  a  FLC  for  DC-DC  Converter  in  a Microcontroller for PV System”. International  Journal  of  Soft
Computing  and  Engineering  (IJSCE) ISSN:  2231-2307,  Volume-3,  Issue-3, July 2013.
[11] Ganji  Sai  Kumar,  G.  Ramudu , D.  Vijay Arun," Analysis  and  Implementation  of bidirectional  DC  to  DC  Converter  by using  Fuzzy  logic  Controller ",  The International Journal Of Engineering And
Science (IJES), Volume 3, Issue 6, Pages 22-39, 2014.
[12] A.Srilatha, Fatimaazraand R.Venkatezwarlu," fuzzy logic controlled bidirectional  dc-dc  converter  applied  to dc  drive ",  International  Journal  of Electrical  and  Electronics  Engineering Research (IJEEER),Vol. 4, Issue 6,  25-36. Dec 2014.
[13] A.Uma Siva Jyothi, D S Phani Gopal and G.Ramu," Bi-Directional Dc-Dc converter
Drive with PIand Fuzzy Logic Controller ", International Journal of Advanced Research  in  Electrical,Electronics  and Instrumentation Engineering,Vol. 2, Issue
11, November 2013.
[14] D.  W.  Hart,  “ Introduction  to  power electronics ,”  Prentice,  Prentice-Hall  of
USA, New York, 2003.
[15] Novie  Ayub  W,  Suryono,  and  Agus  IG, “ Control  of  Boost  Converter  based  on
ATmega8535L
Microcontroller for regulator  in  energy  storage  system  in Hybrid Power Generation, ” Proc.Industrial Electronics Seminar 2006.

## Biodata Penulis
Eka Prasetyono adalah  dosen muda di Program Studi  Teknik  Elektro  Industri,  Departemen Teknik  Elektro,  Politeknik  Elektronika  Negeri Surabaya dengan bidang keahlian mikrokontroler dan otomasi industri.
Wima Ashary adalah mahasiswa semester 8 di Program Studi Teknik Elektro Industri, Departemen Teknik Elektro, Politeknik
Elektronika Negeri Surabaya.
Anang  Tjahjono adalah    dosen  senior  di Program Studi Teknik Elektro Industri, Departemen
Teknik Elektro, Politeknik Elektronika  Negeri  Surabaya  dengan  bidang keahlian mikrokontroler dan otomasi industry.
Novie  A  Windarko adalah    dosen  senior  di Program Studi Teknik Elektro Industri, Departemen Teknik Elektro, Politeknik
Elektronika  Negeri  Surabaya  dengan  bidang keahlian elektronika daya dan renewable energy.