## ANALISA PERBAIKAN RESPON SISTIM DARI PEMODELAN KECEPATAN MOTOR BLDC MENGUNAKAN METODE TUNING PID COHEN-COON
MUHAMMAD FIQRI 1 , SITTI AMALIA 2
1 Teknik Elektro, Institut Teknologi Padang 1,2
Email: muhammadfiqri069@gmail.com 1 , sittiamalia@itp.ac.id 2
DOI: http://dx.doi.org/10.31869/rtj.v6i2.4169
Abstrak: Seiring  perkembangan  zaman  kemajuan  akan  teknologi  berperan  sangan  peting salah  satunya  yaitu  motor  BLDC  dikarenakan  memiliki  efesiensi  yang  tinggi,  umur  operasi yang    panjang  dan  biaya  perawatan  nya  yang  rendah.  Hal  ini  mengakibatkan  motor  BLDC membutuhkan  sistem  pengendalian  yang  lebih  kompleks.  Pada  penelitian  ini  dilakukan pemodelan  sistem  kendali  motor  BLDC  dengan  pengendali  P,  PI  dan  PID  menggunakan metoda  Cohen-Coon  pada  Simulink/MATLAB.  Pencarian  nilai  parameter  Kp,Ti  dan  Td dilakukan secara manual dan simulasi menggunakan Matlab. Kecepatan motor BLDC diatur beberapa fariasi kecepatan  yaitu dari 500, 750, 1000, 1250 dan 1500 rpm pada pengontrolan P  dengan  memasukkan  kecepatan  1500  rpm  diperoleh  kecepatan steady  state sebesar  1500 rpm, delay  time sebesar  0,03  s, rise  time sebesar  0,007  s, time sebesar  0,02  s, setling  time sebesar  0,39  s,  dan overshoot sbesar  87,763%,  pada  pengontrolan  PI  dengan  memasukkan kecepatan  1500  rpm  diperoleh  kecepatan steady  state sebesar  1500  rpm; delay  time sebesar 0,03  s, rise  time sebesar  0,008  s, peak  time sebesar  0,02  s, setling  time sebesar  0,52  s,  dan overshoot sebesar  87,736%,  pada  pengontrolan  PID    dengan  memasukkan  kecepatan  1500 rpm diperoleh kecepatan steady state sebesar 1500 rpm; delay time sebesar 0,02 s, rise time sebesar  0,07  s, peak  time sebesar  0,02  s, setling  time sebesar  0,95  s,  dan overshoot sbesar 57,937 %. Untuk perbaikan hasil sinyal pengontrolan PID digunakan lah nilai KP= 11,9 ,Ti= 0.09,  Td=  0,1  dapat  memperbaiki  sinyal  transien  dan  nilai overshot nya  dari  57,935% menjadi  1,531%  , rise  time dari  nilai  0,076  s  menjadi  0,014  s  Berdasarkan  hasil  simulasi BLDC dengan metode Cohen – Coon dapat memberikan respon delay time yang cepat Kata kunci : Motor BLDC, PID, Penalaran Cohen-coon, Matlab .

## A. Pendahuluan
Seiring  perkembangan  zaman,  kemajuan akan teknologi  yang  berperan  sangat  penting dalam  menunjang  kehidupa  manusia  Contoh  penemuan  yang  mengalami  kemajuan  pesat yaitu  motor  listrik.  Motor  listrik  adalah  perangkat  yang  dapat  mengubah  energi  listrik menjadi  energi  mekanik.  Pada  perkembangan  teknologi,  penggunaan  motor  listrik  semakin berkembang.  BLDC  merupakan  sebuah  PMSM  ( Permanent  Magnet  Synchronous  Motor ) merupakan  motor  synchronous  tiga  phasa  tanpa  sikat.  Motor  BLDC  merupakan pengembangan  dari  motor  DC.Motor  BLDC  di  gunakan  karena  memilik  kelebihan  yaitu memiliki  tingkat  efesiensi  lebih  tinggi,dimensi  lebih  kecil.  Selain  itu,  dengan  tidak  adanya sikat arang maka perawatan nya menjadi ringan, hampir tidak ada nois. Kelebihan nya yaitu tanggap lebi cepat, umur pakai yang lama dan memiliki kecepatan yang tinggi. Motor BLDC dikendalikan  secara  elektronik  ( sensor  hall )  tanpa  sikat  sehingga  mempunyai  keuntungan seperti  rasio  inersia/torsi  tinggi  efesiensi  tinggi.  Adapun  kekurangan  Motor  Brushles  DC yaitu tingkat pengendalian yang rumit dibanding Motor DCUntuk memperbaiki motor BLDC agar  berputar  lebih  konstan  maka  dilakukanlah  perbaikan  dengan  cara  pengontrolan  agar kendali  motor  BLDC  tetap  konstan.  Maka  untuk  melihat  performa  motor  BLDC  dapat dilakukan  dengan  cara  membaca  karakteristik  motor  dari  nilai rise  time,  settling  time, overshoot,  dan  eror  stady  state. Sehingga  di  perlukan  sistim  kendali  PID  memperbaiki peforma motor BLDC.  Penelitian ini berfokus pada penalaan parameter PID dengan model
matematis  dan  simulasi  untuk  mendapatkan  kombinasi  parameter  kendali  yang  optimal. penulis  akan  melakukan  perhitungan  PID  dengan  metode  (Cohen-Coon)  akan  di  gunakan untuk menentukan parameter PID dan struktur Kontrol yang sesuai.

## Motor Brush Less Direct Current (BLDC)
Pada  penelitian  ini  menggunakan  motor  BLDC  Maxon  EC  60  memiliki  diameter  60 mm  yang  memiliki  daya  400  watt,  kedua  motor  tersebut  dilengkapi  dengan sensor  hall , motor  BLDC  maxon  EC  60  dapat  digunakan  untuk;  Mobil,  perahu,  sepeda  listrik, perlengkapan rumah tangga, dll. Motor BLDC Maxon EC 60 seperti gambar berikut:
Gambar 1: Motor BLDC Macon EC 60
Brushless Direct current (BLDC) yaitu motor singkron dengan magnet permanen yang menggunakan  sensor  posisi  (effeck  hall)  dan  rangkaian  inverter  untuk  mengendalikan  arus warmature, pada penggerak motor BLDC tidak menggunakan brussh atau sekat pada bagian rotor,  tetapi  digantikan  dengan  lilitan  yang  terhubung  dengan  rangkaina  kontrol  elektronik. Jadi  dapat  di  simpulkan  proses  komutasi pada  motor  BLDC  menggunakan  elektronik.  Pada rotor  terdapat  magnet  permanen  dengan  kutub  yang  berselang-seling.  Sementara  itu  stator tersusun dari kumparan yang terbagi dalam tiga bagian dan dengan pola yang sesuai dengan pola  magnet  permanen,  ketiga  bagian  kumparan  tersebut  kemudian  akan  dibentuk  menjadi sambungan bintang atau delta.
Pada,  perhitungan  matematika  motor  BLDC  dapat  dinyatakan  dalam  fungsi  transfer motor  BLDC  berdasarkan  parameter  motor  BLDC  yang  di  dapat  dari  transformasi  laplace. Setelah  mendapatkan  parameter  motor  BLDC  dapat  dinyatakan  dalam  persamaan  sebagai berikut
Dimana:
= Tranfer Fungsi Alih
= Nilai Output
= Nilai Input
= Induktansi
= Momen Inersia Rotor
= Resistansi
= Koefisien Gesek
= Konstanta Tegangan Balik
= Konstanta Torsi

## Metoda PID
Sistem  kontrol  PID  merupakan  kontroler  untuk  menentukan  presisi  suatu  sistem instrumentasi  dengan  karakteristik  adanya  umpan  balik  (feedback)  pada  sistem  tersebut. Sistem  kendali  PID  terdiri  dari  tiga  buah  cara  perhitungan  yaitu  P  ( Propotional) , D (Derivative )  dan  I  ( Intergal ).  Setiap  kekurangan  dan  kelebihan  dari  masing-masing kontroler P, 1 dan D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi kontroler proporsional plus integral plus differensial (kontroler PID). Elemen-elemen kontroler P, I dan D masing-masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar.
Tabel 1: Kekurangan dan Kelebihan PID
Nilai  konstanta  pada  kp,  ki,  dan  kd  bersifat  tidak  independent  sehingga  dalam  merancang sistem  Kontrol  PID  banyak  melakukan  dengan  cara  coba–coba  (trial  &  error).  Untuk mendapatkan  hasil  terbaik,  perancang  dapat  mengatur  dan  terus  mencoba  kombinasikan konstanta tersebut

## Metode Tuning cohen – coon
Penalaan parameter kontroler PID selalu di sasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang di atur (plant). Dengan demikian  betapapun rumitnya suatu plant, perilaku plant tersebut harus di  ketahui  terlebih  dahulu  sebelum  penalaran  parameter  PID  itu  di  lakukan.  Karena penyusunan  model  matematika  plant  tidaklah  mudah maka  di  kembangkan  lah  sutu  metode ekspremential. Metode ini didasarkan pada reaksi plant yang di kenai satu perubahan, dengan metode ini penalaan kontroler PID dapat dilakukan dengan mudah, ada beberapa cara untuk menentukan  nilai  apa  yang  digunakan  untuk  para  meter  PID  dalam  pengontrolan,  dan menggunakan  metode  Cohen  Coon  adalah  salah  satu  metode  dengan  melihat  respon  sistem tanpa kontroler dan dapat di ketahui perubahan langkah secara manual menggunakan metode Cohen Coon,
Dari  respon  metode  Cohen-coon  terdapat  tiga  parameter:  K,  T d dan  T,  maka  K  adalah keadaan  tunak  keluaran  di  bagi  dengan  perubahan  langkah  masukan,  T d adalah  konstanta waktu efektif dari respons orde pertama,dan T adalah Waktu mati.
Gambar 2: Analisis respont plant tuning Cohen-Coon
Sinyal di atas menunukan kurva reaksi dari motor BLDC, kurva berbentuk S mempunyai dua konstanta, waktu mati ( delay time ) L dan waktu tunda T. Kurva reaksi berubah naik, setelah selang waktu L (Td). Sedangkan waktu tunda menggambarkan perubahan kurva setelah 60% dari  keadaaan  mantapnya.  Pada  kurva  dibuat  suatu  garis  yang  bersinggungan  dengan  garis kurva.  Garis  singgung  itu  akan  memotong  dengan  sumbu  absis  dan  garis  maksimum. Perpotongan garis singgung dengan singgung dengan sumbu absis merupakan ukuran waktu mati, dan perpotongan dengan garis maksimum merupakan waktu tunda yang diukur dari titik waktu L (Td), dengan K sebagai konstanta.
Tabel 2. Rumus Penalaran Paramater Cohen-Coon

## B. Metode Penelitian

## Data Spesifikasi Motor BLDC
Untuk  keperluan  simulasi  dalam  melihat  respon  trasien  pada  motor  BLDC  diperlukan  data spesifikasi  motor  BLDC  agar  dapat  dimasukan  kedalam  fungsi  transfer  pada  matlab,  data spesifikasi motor BLDC Maxon EC 60 sebagai berikut:
Tabel 3: Spesifikasi Motor BLDC Maxon EC 45

## Model Matematika Motor BLDC Maxon EC 60 Dalam Fungsi Alih Untuk Mendapatkan Parameter PID
Setelah mendapatkan spesifikasi motor BLDC dapat melakukan perhitungan matematika agar dapat dimasukan kedalam transfer function pada matlab. Dengan memasukan data spesifikasi dari  tabel  4.1  kedalam  persamaan  (2.15),  maka  transfer  function  model  matimatika  sebagai berikut:
Dimana: Kt= 147 mN-m/A Ke= 0,004 V/(rad/s) La= 0,560 mH Ra= 1,03 Ω J= 92,5 g.m 3 = 92,5 x 10 -3 = 0,0925 Kg.m 3
Sehinnga fungsi transfer yang akan disimulasikan menjadi :

## Rangkaian Simulasi Motor BLDC Maxon EC 60 Open Loop
Gambar 3: Simulasi Motor BLDC Dengan Loop Terbuka Pada rangkaian Open Loop menggunakan nilai akhir 1 dan hasil dari simulasi tersebut untuk mendapatkan kurva respon, seperti gambar berikut:
Setelah  mendapatkan  kurva  respon,  selanjutnya  mencari  nilai  L  dan  T  menggunakan  titik infleksi  dengan  menggambar  garis  tangen  pada  titik  infleksi  tersebut,  dapat  dilakukan menggunakan  program  matlab.  Kurva  respon  dengan  garis  tangen  dapat  ditunjukan  sebagai berikut:
Dari gambar diperoleh parameter PID dengan mencari nilai  Kp, Td dan T dari persamaan berikut:
T d =0,0424 S=  4,3 - 0,0424 / 0,2 = 21,288 T = Bu/S T = 8,11 / 21,288= 0,38 Kp = Bu/m =8,11/ 8,11 = 1 Jadi nilai parameter dari hasil garis tangen di atas yaitu: Td = 0,0424 T = 0,38 Kp = 1 Setelah mendapatkan nilai Td, T dan KP maka parameter P,PI dan PID dapat di peroleh dari tabel  persamaan Cohen-Coon maka didapatkanlah nilai pada tabel berikut:

## Rangkaian Simulasi Motor BLDC Maxon EC45 Menggunakan Kontrol P, PI dan PID dan Tanpa PID
Pada  simulasi  motor  BLDC  dengan  menggunakan  pengontrolan  P,PI  dan  PID  diberikan masukan  kecepatan  yaitu  500  rpm,750  rpm,  1000rpm  1250rpm,dan  1500  rpm  tampa menggunakan  beban.Rangkaian  simulasi  motor  BLDC  untuk  melihat  respon  transien terhadap  motor  BLDC  dengan  menggunakan  kontrol  P,  PI  dan  PID  dan  Loop  Tertutup ditunjukan seperti gambar berikut:
Gambar 4: Rangkaian Simulasi P, PI, PID dan Tanpa Pengendali Motor BLDC Maxon EC 60

## Variabel yang Diamati
Variabel-variabel yang diamati antaralain: 1. Rise time (t r ) 2. Setling time(t s ) 3. Delay time(t d ) 4. Peak time (t p ) 5. Overshoot(o v ) 6. Propotional gain (k p ) 7. Integral gain (K i ) 8. Derivative gain (K d )

## C. Hasil dan Pembahasan Simulasi Motor BLDC Dengan Loop Tertutup
Simulasi  dikalukan  dengan  memasukan  dengan  kecepatan  1500  rpm.  Dari  simulasi  yang dilakukan, diperoleh kecepatan motor pada kondisi steady state adalah sebesar 1336,86 rpm. Respon kecepatan motor BLDC tanpa pengontrolan ini dengan memsasukkan kecepatan 1500 rpm di tunjukkan pada gambar berikut:
Gambar 5: Respon Kecepatan Motor BLDC Tanpa Pengontrol dengan Memasukan kecepatan 1500 rpm

## Simulasi BLDC Mengunakan Pengendali P
Simulasi  dikalukan  dengan  memasukan  dengan  kecepatan  1500  rpm.  Dari  simulasi  yang dilakukan,  diperoleh  kecepatan  motor  pada  kondisi steady  state adalah  sebesar  1500  rpm.
Respon  kecepatan  motor  BLDC  pengontrolan  P  ini  dengan  memsasukkan  kecepatan  1500 rpm di tunjukkan pada gambar berikut:
Gambar 6: Respon Kecepatan Motor BLDC Menggunakan Kontrol P dengan Memasukan kecepatan 1500 rpm

## Simulasi Motor BLDC  Menggunakan Kendali PI
Simulasi  dikalukan  dengan  memasukan  dengan  kecepatan  1500  rpm.  Dari  simulasi  yang dilakukan, diperoleh kecepatan motor pada kondisi steady state adalah sebesar 1475,14 rpm. Respon  kecepatan  motor  BLDC  pengontrolan  PI  ini  dengan  memsasukkan  kecepatan  1500 rpm di tunjukkan pada gambar berikut:
Gambar 7: Respon Kecepatan Motor BLDC Menggunakan Kontrol PI dengan Memasukan kecepatan 1500 rpm

## Simulasi Motor BLDC Menggunakan Kendali PID
Simulasi  dikalukan  dengan  memasukan  dengan  kecepatan  1500  rpm.  Dari  simulasi  yang dilakukan,  diperoleh  kecepatan  motor  pada  kondisi steady  state adalah  sebesar  1500  rpm. Respon kecepatan motor BLDC pengontrolan PID ini dengan memsasukkan kecepatan 1500 rpm di tunjukkan pada gambar berikut:

## Gambar 8: Respon Kecepatan Motor BLDC Menggunakan Kontrol PID dengan Memasukan kecepatan 1500 rpm

## Perbandingan Simulasi Kontrol P,PI,PID dan Loop Tertutup Terhadap Motor BLDC Maxon EC 45
Perbandingan  respon  kecepatan  pada  motor  BLDC  dengan  menggunakan  kontrol  P,  PI,PD, PID dan loop tertutup dengan memsasukan 500 rpm, 750 rpm, 1000 rpm, 1250 rpm dan 1500 rpm  ditampilkan  dalam  bentuk  grafik.  Hasil  perbandingan  simulasi  kontrol  P,  PI,  PID  dan loop tertutup ditunjukkan pada Tabel berikut:
Tabel 4: Tabel Perbandingan Respon Transien Loop Tertutup Dengan Memasukkan Kecepatan 500 rpm,750 rpm, 1000 rpm, 1250 rpm dan 1500 rpm
Tabel 5: Tabel Perbandingan Respon Transien Kontrol P Dengan Memasukkan Kecepatan 500 rpm,750 rpm, 1000 rpm, 1250 rpm dan 1500 rpm
Tabel 6: Tabel Perbandingan Respon Transien Kontrol PI Dengan Memasukkan Kecepatan 500 rpm,750 rpm, 1000 rpm, 1250 rpm dan 1500 rpm
Tabel 7: Tabel Perbandingan Respon Transien Kontrol PID Dengan Memasukkan Kecepatan 500 rpm,750 rpm, 1000 rpm, 1250 rpm dan 1500 rpm

## D. Penutup
Dari hasil penelitian yang dilakukan dapat di peroleh beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Dari  hasil  simulasi  yang  ditunjukkan  dalam  berbentuk  grafik,  penggunaan  kontrol  PID memberikan pengaruh  yang lebih baik di bandingkan dengan penggunaan kontrol P dan PI. Hal ini dapat dilihat pada kurva perbandingan  yang menunjukkan cepatnya proses star awal pada  penggunaan  kontrol  PID.  Dari  tabel  hasil  simulasi  pada  masukan  kecepatan  500  rpm, pada close loop diperoleh waktu delay time sebesar 0,38 s; rise time sebesar 0,55 s; peak time sebesar  0,145  s;  setling  time  sebesar  0,557  s  dan  overshoot  sebesar  40,147  %.  Sedangkan pengontrolan  yang  baik  yaitu  PID  memperoleh  nilai  waktu  delay  time  sebesar  0,012  s;  rise time  sebesar  0,14  s;  peak  time  sebesar  0,148  s;  setling  time  sebesar  0,32s  dan  overshoot
sebesar 57,937% s.hasil simulasi ini menunjjukkan bahwa penggunaan kontrol PID lebih baik di sisi Delay time ,rise time dan settling time lebih kecil dibandingkan dengan close loop, P dan PI.
2. Dari  penelitian  ini  terbukti  bahwa  pengontrolan  menggunakan  metoda  Cohen-coon  ini dapat mempercepat waktu respon awal pada posisi start awal motor.

## Daftar Pustaka
Amalia, S. (2019) ‘Implementasi 2 Lilitan Phasa Terhubung Terhadap Tegangan Pada Motor Brushless Direct Current ( BLDC ) Rotor Luar Dengan Analisis Anova’, 8(2), pp. 99– 108.
As-salaf,  M.H.A.  (2021)  ‘Simulasi  Pengaturan  Kecepatan  Motor  BLDC  menggunakan Software PSIM’, 6(1), pp. 103–117.
Suryatini,  F.  and  Firasanti,  A.  (no  date)  ‘KENDALI  P  ,  PI  ,  DAN  PID  ANALOG  PADA PENGATURAN  KECEPATAN  MOTOR  DC  DENGAN  PENALAAN  ZIEGLER- NICHOLS’, 6(1), pp. 65–80.
Wahab, F. (2020) ‘Perancangan Pengontrol Adaptive Fuzzy PID pada Brushless DC Motor’, pp. 21–27.
Wicaksono,  H.  (2004)  ‘Analisa  Performansi  dan  Robustness  Beberapa  Metode  Tuning Kontroler PID pada Motor DC’, 4(2), pp. 70–78.
Alim,  A.F.  (2020)  , SISTEM  KENDALI  KECEPATAN  MOTOR  BRUSHLESS  DC  (BLDC) DENGAN PENGENDALI PI .