Disain Pengendali Slip pada Haul Truck Mengunakan Metode Sliding Mode Controller
Ahmad Faizal
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, UIN SUSKA Riau, Pekanbaru ahmadfaizal03@gmail.com

## ABSTRACT
Changes in road conditions and friction wheel slip can result in the vehicle causing inconvenience to the user of the vehicle. To overcome this it is necessary to control the vehicle to slip in a state of minimal slip. In this study developed a method of control of the Direct Torque Control (DTC) in the three-phase induction motor is used as a  vehicle  to  haul  truck.  By  looking  at  the  methods  of  the  selected  settings  existing  sliding  mode  method  to overcome  the  problem  of  slip  that  occurs  on  the  vehicle.  DTC  method  is  used  to  set  the  torque  value  directly, while the sliding mode method is used to regulate and minimize slippage that occurs in the vehicle. Simulations conducted in this research. The results of the simulation study shows that the method of sliding mode controller can  minimize the slip according  to  setpoin  0.2. Slip  the resulting  values  are  in the range  of provisions  that  slip occurs in a vehicle with a value of μ = 0 to μ = 1.
Keywords: Induction motor, Slip, Direct Torque Control, Sliding Mode Controller

## INTISARI
Kondisi  perubahan  gaya  gesek  jalan  dan  roda  dapat  mengakibatkan  terjadinya  slip  pada  kendaraan  sehingga menyebabkan  ketidaknyamanan  pada  pengguna  kendaraan.  Untuk  mengatasi  hal  tersebut  maka  diperlukan pengendali slip pada kendaraan agar berada pada kondisi slip yang minimal. Dalam penelitian ini mengembangkan metode  kontrol Direct  Torque  Control (DTC)  pada  motor  induksi  tiga-phasa  yang  digunakan  pada haul  truck sebagai  kendaraan.  Dengan  melihat  metode-metode  pengaturan  yang  ada  maka  dipilih  metode sliding  mode untuk mengatasi  masalah  slip  yang  terjadi  pada  kendaraan.  Metode  DTC  digunakan  untuk  mengatur  nilai  torsi  secara langsung, sedangkan metode sliding mode digunakan mengatur dan meminimalkan slip yang terjadi pada kendaraan. Simulasi  dilakukan dalam penelitian ini.  Hasil penelitian dengan  simulasi  menunjukkan bahwa metode pengendali sliding mode dapat meminimalkan slip sesuai dengan setpoin yaitu 0.2. Slip yang dihasilkan tersebut berada dalam range ketentuan nilai slip yang terjadi pada kendaraan dengan nilai μ=0 sampai μ=1.
Kata Kunci : Motor induksi, Slip, Direct Torque Control , Sliding Mode Controller

## I. PENDAHULUAN
Perkembangan dalam peralatan dan fasilitas  transportasi  sekarang  ini  semakin berkembang,  baik  itu  tansportasi  darat,  laut dan  udara.  Salah  satu  alat  transportasi  darat adalah haul truck. Truk ini banyak di gunakan pada industri pertambangan, haul truck adalah kelompok  kendaraan  dengan  penggerak  roda belakang yang termasuk  jenis kendaraan berat. Truk  ini  dipakai  pada  industri  pertambangan karena  mudah  dan  fleksibel.  Selama  20  tahun terakhir  ini  perkembangan haul  truck telah berkembang  dengan  pesatnya,  namun  ada beberapa faktor pembatas haul truck
berukuran  besar  seperti  roda,  mesin  dan infrastruktur [1].
Slip merupakan masalah utama pada haul truck yang  berpengaruh  terhadap  kinerja kendaraan sehingga mengakibatkan keterlambatan  proses  produksi  dan  distribusi. Slip adalah suatu fenomena yang menimbulkan gaya traksi pada roda penggerak, dan  dapat  mengakibatkan  torsi  yang  besar terhadap  gaya  gesek  antara  roda  dan permukaan jalan.
Motor  induksi  merupakan  jenis  motor elektrik  yang  paling  luas  dipergunakan  untuk berbagai  aplikasi  dalam  industri,  disebabkan harga  yang  relatif  murah  dan  memiliki keandalan yang tinggi. Motor induksi memiliki
konstruksi  yang  sederhana  dan robust serta tahan  dioperasikan  dalam  lingkungan  yang berat,  biaya  perawatan  yang rendah,  dan  rasio berat  yang  lebih  tinggi  dari  pada  jenis  motor elektrik  yang  lain.  Akan  tetapi,  motor  induksi juga mempunyai beberapa kelemahan diantaranya  adalah  motor  yang  tidak  linier, dan  metoda  untuk  mengatur  kecepatannya relatif  rumit,  disamping  itu  diperlukan  suatu konsep switching yang  akan  menimbulkan harmonisa.  Untuk  mengatasi  hal  tersebut, dikembangkan  suatu  metode  pengendali  yaitu Direct Torque Control (DTC).[2] Penelitian tentang motor induksi dilakukan oleh Zhang Yongchang [3] meneliti tentang motor induksi dengan membandingkan pengendali  PI, sliding  mode dan fuzzy logic, dengan  penggunaan  pengendali sliding  mode lebih baik dibandingkan dengan pengendali PI dan fuzzy  logic. F. Zidan    dkk  [4]  melakukan penelitian  menggunakan  adaptif fuzzy pada motor  induksi  dimana  pengendali  adaptip dapat  beradaptasi  dengan  sistem.  Dengan penggunaan metode adaptip fuzzy ini menghasilkan  kelancaran  transisi  dalam  hal transien  dan  torsi.  Lakhdar  Mokrani  dkk  [5] melakukan penelitian pengaturan motor induksi dengan metode fuzzy dengan memasukkan  mekanisme  adaptip,  dimana dapat  meningkatkan  performansi  pengaturan kecepatan  motor  dengan  nilai overshoot yang rendah.  Tian  Haiyong  dkk  [6]  dalam makalahnya  membahas  tentang  pengaturan slip yang terjadi pada roda tanpa pengereman. Hasil  dalam  penelitian  ini  menunjukan ketahanan  dan  efektivitas  dalam  pengaturan slip  yang  terjadi  pada  roda  saat  mengalami gerakan,  dimana  menggunakan  metode fuzzy yang  digunakan  untuk  melakukan switching parameter  permukaan.  Brian  Heber  dkk  [7] melakukan penelitian dengan mengaplikasikan pengendali Fuzzy Logic (FLC) yang dipadukan dengan  pengendali Proposional  Integral
Differensial (PID) konvensional untuk mengendali kecepatan motor induksi. Penggunaan
FLC dapat memperbaiki performansi dinamik
motor induksi dibandingkan  dengan  penggunaan  pengendali
PID konvensional. Kartika Dewi [8]
melakukan  penelitian  menggunakan  metode adaptip fuzzy untuk mengatur  kecepatan motor induksi tiga fasa dengan metode vector kontrol dapat  memperbaiki  respon output motor. Respon  kecepatan  motor  dapat  langsung dilihat  dari  performansinya  ketika  motor berputar dengan tidak adanya perubahan beban (Tl=0)  maupun  ketika  adanya  perubahan beban,  tampak  bahwa  motor  tetap  dapat mempertahankan performansinya dengan waktu pemulihan 1,5 detik.
Dari  berbagai  pustaka  yang  dikaji,  ada beberapa  kelemahan  yang  ditemukan,  yaitu mengurangi  slip  yang  terjadi  pada  roda  ban dengan  menggunakan  pengaturan  pada  motor induksi.  Oleh  karena  itu  akan  diusulkan sebuah  thesis  yang  akan  meneliti  tentang pengaturan  slip  dengan  menggunakan metode sliding  mode  control yang  diharapkan  agar mendapatkan  mengurangi slip yang  terjadi pada wheel haul truck .

## II. PERANCANGAN SISTEM

## A. Parameter Motor Induksi
Adapun parameter-parameter motor induksi  150  KW  yang  digunakan  dalam simulasi ini dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Parameter motor induksi
No Nama Parameter Nilai 1 Tenaga motor (Kwatt) 150 2 Tegangan motor (volt) 460 3 Frekuensi (Hz) 60 4 Jumlah pasangan kutub 2 5 Tahanan stator (ohm) 0.435 6 Tahanan rotor (ohm) 0.816 7 Induktansi stator (H) 0.004 8 Induktansi rotor (H) 0.002 9 Induktansi Magnetic (H) 0.00131 10 Momen inersia (kg.m²) 0.185 11 Koefisien redaman (N.m.s/rad) 0.0006
Pemodelan  motor  induksi  dalam  bentuk state space seperti pada Persamaan 1
                                                                            0 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 1 x 1 2 2 2 qs ds s r r r qr dr qs ds s r s r r s s r r r r r s r s r r s s s r s r r r r r s qr dr qs ds V V L M M L L M M L D i i i i L R L L M R M L M R M L L R M L L L R M L M R M L M R M L R D i i i i dt d         (1) 2 dimana M L L D r s  
Adapun  perancangan  program  simulink untuk  motor  induksi  diatas  ditunjukkan  pada Gambar 1.
Gambar 1. Blok simulink pemodelan motor induksi
B. Perancangan  Estimator  Fluks,  Torsi  dan Sudut Fluks
Perancangan  untuk estimator  fluks ,  torsi dan  sudut fluks dapat  dilihat  pada  Gambar  2 dan 3. Perancangan dalam blok estimator fluks , torsi  dan  sudut fluks menggunakan  model persamaan fluks  stator ,  torsi  elektromagnetik, sudut fluks stator dan transformasi abc ke qd.
s 1 Gambar 2. Diagram estimator pada DTC
Gambar 3. Diagram blok simulink estimasi fluks , torsi dan sudut fluks

## C. Perancangan Slip Kendaraan
Blok  untuk  pemodelan  slip  kendaraan loop terbuka seperti Gambar 4.
Gambar 4.  Blok diagram roda penggerak dan slip

## D. Perancangan Pengendali Sliding Mode
Saat  didapatkan  model plant untuk pengendali sliding  mode ,  dirancanglah  sebuah metode  pengendali  dengan  menggunakan model plant orde-2  yang  diinginkan  dan membandingkan error dari plant motor induksi  dan  dinamika  kendaraan  dari plant model.  Metode sliding  mode menggunakan plant model diperoleh dari :
Suatu plant orde-2 memiliki fungsi alih :
y a y a y a u b u b 0 1 2 0 1        (2)
sehingga dapat ditulis :
u b u b y a y a y 0 1 0 1        
diambil model plant :
233 . 4 09 . 23 101 . 5 8485 . 0 2    s s s dimana :
8485 . 0 1  b 1 2  a 233 . 4 0  a 101 . 5 0  b
09 . 23 1  a misalkan
y x y x
     1 1 u x x u x x 8485 . 0 8485 . 0 2 1 1 2        u u y y y 101 . 5 8485 . 0 233 . 4 09 . 23         u u y y y 101 . 5 8485 . 0 233 . 4 09 . 23          u u u y y x     8485 . 0 101 . 5 8485 . 0 233 . 4 09 . 23 2       u y y 101 . 5 233 . 4 09 . 23      u x u x x 101 . 5 233 . 4 ) 8485 . 0 ( 09 . 23 1 2 2      u x u x x 101 . 5 233 . 4 592 . 19 09 . 23 1 2 2       u u x x ) 592 . 19 101 . 5 ( 09 . 23 233 . 4 2 1     u x x 491 . 14 09 . 23 233 . 4 2 1    u x x x x       
                     491 . 14 8485 . 0 09 . 23 233 . 4 1 0 2 1 2 1             2 1 1 0 1 x x x y
Persamaan  untuk  mencari error dari sistem menjadi :
1 1 x x e d   (3)
kemudian persamaan luncur yaitu :
e dt d S n 1       
   dengan 2  n (4)
1 1 1 1 x x x x e dt d S d d          
Untuk  mendapatkan  nilai eq u maka persamaan permukaan luncur diturunkan
1 1 1 1 0 x x x x S d d              1 1 0 x x        jadi dimisalkan y x  1 , maka :
u u y y y x 101 . 5 8485 . 0 233 . 4 09 . 23 1            
0  S  1 1 0 x x
       1 101 . 5 8485 . 0 233 . 4 09 . 23 x u u y y          1 1 1 101 . 5 8485 . 0 233 . 4 09 . 23 0 x u u x x          1 1 1 8485 . 0 233 . 4 09 . 23 101 . 5 x u x x u         maka didapat eq u menjadi :
} 8485 . 0 233 . 4 ) 09 . 23 {( 101 . 5 1 1 1 u x x u       
jadi sinyal n eq u u u   dimana sinyal diperolah  dari  fungsi  Lyapunov  dengan persamaan :
0   S S V  
) ( n u S V   dimana nilai untuk ) ( S sign u n    0   S S V  
(5)   ) ( s sign S    atau S V    
sehingga  persamaan  untuk  mencari u total sebagai berikut :
n eq u u u   (36) ) ( } 8485 . 0 233 . 4 ) 09 . 23 {( 101 . 5 1 1 1 S sign u x x u         
Dengan  menggunakan  persamaan  di  atas, maka  dirancanglah  metode sliding  mode berdasarkan  perbedaan error model  dengan error plant slip kendaraan.
Gambar 5. Diagram simulink perancangan metode sliding mode

## III. HASIL PERCOBAAN
A. Pengujian Motor Induksi dengan
Dinamika Kendaraan Tanpa Pengendali
Pada  tahapan  ini  pengujian  dilakukan dengan  menggabungkan  antara  motor  induksi dan  dinamika  kendaraan  untuk  melihat  hasil performa pada slip sebelum diberikan pengendali. Simulasi dilakukan dengan memberikan  nilai  fluks  0.8  wb  dan  nilai  torsi 630  N.m.  Hasil  simulasi  untuk  melihat penggabungan  antara  motor  induksi  dan dinamika  kendaraan  dapat  dilihat  pada Gambar 6.
Gambar 6. Respon kecepatan kendaraan menggunakan motor induksi dan dinamika kendaraan
Dari  hasil  grafik  pada  Gambar  6  dapat dianalisa  berupa  kecapatan  kendaraan  yang diberikan  beban  sebesar  400  N.m  pada  motor induksi.  Pada  saat  waktu  2.5  s  adalah  waktu tunak  yang  dialami  keluaran  kecepatan kendaraan.  Dimana  kecepatan  kendaraan berada pada 50 rpm.
Tabel 2. Karakteristik Respon Dinamika tanpa kendali
Time Constant Settling Time Rise Time Delay Time τ (detik) τ s (detik) τ r (detik) τ d (detik) 2.4 3τ=7.2 4τ=9.6 5τ=12  ln19 =7.06  ln9 =5.27  ln2
=1.66
Gambar 7. Respon torsi elektromagnetik motor induksi pada dinamika kendaraan
Dari  hasil  grafik  pada  Gambar  7  dapat dianalisa berupa kecapatan motor induksi pada dinamika  kendaraan.  Pada  saat  waktu  2.3  s adalah  waktu  tunak  yang  dialami  keluaran kecepatan  motor  induksi.  Dimana  kecepatan motor induksi berada pada 158 rpm.
Gambar 8. Respon slip pada dinamika kendaraan
Pada  Gambar  8  terlihat  respon  kecepatan slip, kecepatan mula slip sekitar 2.5 kemudian pada  waktu  0.2  detik  kembali  pada  kecepatan steady  state kondisi  waktu  0.8  detik. Kecepatan  mula  yang  sangat  besar  ini diakibatkan  karena  arus  starting  pada  motor induksi  besar.  Pada  Gambar  4.12  kondisi  slip sampai  pada  waktu  2.5  detik  normal  dalam kecepatan  0.8  sesuai  dengan  nilai  masukan yang di  berikan.  Namun pada  waktu 2.6 detik terjadi perubahan kecepatan slip yang menurun pada kecepatan 0.4.
B. Pengujian Motor Induksi dengan Dinamika Kendaraan Menggunakan Pengendali  Sliding  mode  dengan  Nilai Masukan  0.8,  Nilai  Beta  0.8,  Lamda  0.8, Fluks 0.8 dan Torsi Beban Sebesar 630. Pada tahapan pengujian ini akan dilakukan  menggunakan  pengendali sliding mode , dimana akan diatur nilai dari komponen yang  berpengaruh  pada  sistem.  Simulasi dilakukan  dengan  member  nilai  masukan setpoint sebesar 0.8. kemudian konstanta yang diatur  seperti  nilai  beta  0.8,  lamda  0.8  ,  fluks 0.8  dan  torisi  beban  sebesar  630.  Simulasi dilakukan  selama  10  detik.  Hasil  simulasi untuk respon kecepatan kendaraan ditunjukkan pada  Gambar  9,  respon  untuk    rotor  motor induksi  ditunjukkan  pada  Gambar  10,  respon untuk  torsi  ditunjukan  pada  Gambar  11  dan respon  untuk slip dengan  pengendali sliding mode ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 10  Respon kecepatan kendaraan

## Tabel 3. Karakteristik Respon Dinamika
dengan pengendali Time Constant Settling Time Rise Time Delay Time τ (detik) τ s (detik) τ r (detik) τ d (detik) 3.5 3τ=10.5 4τ=14 5τ=17.5  ln19 =10.3  ln9 =7.6  ln2 =2.4
Gambar 11 Respon torsi motor induksi
Respon  torsi  awal  dengan  masukan  torsi yaitu  berkisar  630  N.m  mengikuti  torsi masukan  yang  diberikan.  Pada  waktu  0-2.5  s nilai torsi berada pada 125 torsi adalah kondisi steady state , pada saat waktu 2.6 s sampai 10 s respon  dan  diperolah  torsi  sebesar  125-250 N.m.  kemudian  terjadi  osislasi  disebabkan adanya perubahan kecepatan pada kendaraan.
Gambar 12. Respon slip pada dinamika kendaraan menggunakan pengendali
Pada Gambar 12 terlihat respon kecepatan slip, kecepatan mula slip sekitar 0.9 kemudian pada  waktu  0.3  detik  kembali  pada  kecepatan steady  state pada  kecepatan  0.2.  Kecepatan mula yang sangat besar ini diakibatkan karena arus  starting  pada  motor  induksi  besar.  Pada Gambar 12 kondisi slip sampai pada waktu 0.5 detik  normal  dalam  kecepatan  0.2  sesuai dengan nilai masukan yang diberikan.

## IV. KESIMPULAN
Dari  hasil  perancangan  dan  simulasi pengenalian  slip  yang  telah  dilakukan  didapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Hasil penelitian dengan simulasi menunjukkan  bahwa  metode  pengendali sliding  mode dapat  meminimalkan  slip sesuai dengan setpoin yaitu 0.2. Slip yang dihasilkan  tersebut  berada  dalam range ketentuan  nilai  slip  yang  terjadi  pada kendaraan dengan nilai μ=0 sampai μ=1.
2. Kecepatan roda dapat mengikuti
kecepatan  kendaraan  sehingga  slip  pada kendaraan tidak terjadi.

## REFERENSI
[1] Barnes, Malcom (2003). ” Practical Variabel speed driver and power electronics ’. Newnes.
[2] A.A.Pujol (2000),“ Improvement in Direct Torque  Control  of  Induction  Motors ”, Thèse de doctorat de L’UPC, November.
[3] Yongchang  Z  &  Zhengming  Z,(2002),” Comparative  Study  of  PI,  Sliding  mode and  Fuzzy  Logic  Pengendali  for  Rotor Field  Oriented  Controlled  Induction Motor  Drives ”,    IEEE  Transactions  On Industry Applications.
[4] F.  Zidani,  M.E.H.  Benbouzid,  D.  Diallo’ and  A.  Benchatb(2003),” Active  Fault- Tolerant  Control  of  Induction  Motor Drives  in  EV  and  HEV  Against  Sensor Failures Using a Fuzzy Decision Sistem ”,IEEE  Trans.  On,  hal.677  -  683 vol.2.
[5] Lakhdar  M.  &  Katia  K.,  (2004).  ” Influence  of  Fuzzy  Adapted  Scaling Factor  On  The  Performance  of  A  Fuzzy
Logic  Pengendali  Based  On  An  Indirect Vector  Control  For  Induction  Motor Drive, Journal of ELECTRICAL
ENGINEERING, VOL. 55, NO. 7-8.
[6] Tian  Haiyong,  Shen  Yanhua,  Zhang Wenming,  Jin  Chun,  (2011),” Slip  Ratio Control  for  Articulated  Dump  Truck Based on Fuzzy Sliding mode, IEEE.
[7] Brian  Heber,  Longya  Xu,  Tang  Yifan, 1997. Fuzzy  Logic  Enhanceed  Speed Control  of  an  Indirect  Field  Oriented
Induction Machine drive . IEEE Transaction on Power Electronic.  Vol 12
No.5.
[8] Dewi  K.,(2011) ,”Perancangan  Kontrol Traksi pada Electrical Wheel Haul Truck mengunakan Metode Adaptip Fuzzy Logic Pengendali  (AFLC),” Thesis  Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya.
[9] Kaifler.(  2000),  “ Three  phase  motor  1TB 2830-3GA02 wheel haul truck”, Siemens.
[10] K.  Hartani,  M.  Bourahla,  Y.  Miloud,  M. Sekkour(2009),” Electronic  Differential with  Direct  Torque  Fuzzy  Control  for Vehicle  Propulsion  Sistem ”, Turk  J  Elec Eng & Comp Sci , Vol.17, No.1.
[11] Makoto  Iwasaki,  Tomohiro  Shibata  and Nobuyuki  Matsui(1998),” Disturban  e
Observer-Based Nonlinear Friction
Compensationin  Table  Drive  Sistem’ ’, IEEE/ASME  trans on mechatronict,vol  4. No.1.pp-9-16.
[12] Slotine  Weiping  Li.(  1991),  “ Applied Nonlinear Control ”. Prentice Hall.
[13] N. Djeghali, M. Ghanes, S. Djennoune, J. P.  Barbot  and  M.  Tadjine(2010),” Fault Tolerant  Control  for  Induction  Motors using Sliding mode Observers,” IEEE.
[14] Sutantra. I.Nyoman, “Teknologi Otomotif: teori  dan  Aplikasinya”Guna  Widya, Surabaya, 2001.