BAB 6. Controller dalam Analog dan...

DIKTAT KULIAH

Elektronika Industri & Otomasi

(IE-204)

BAB 6.

Controller dalam Analog dan Digital

Diktat ini digunakan bagi mahasiswa

Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik

Universitas Kristen Maranatha

Ir. Rudy Wawolumaja M.Sc

JURUSAN TEKNIK INDUSTRI - FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA

BANDUNG

2013

TI 2013 IE-204 Elektronika Industri & Otomasi UKM

Rudy Wawolumaja Halaman 63

Bab 6. Controller PID untuk robust sistem dalam analog dan digital (gambaran sekilas)

PID Controllers pada sinyal analog.

PID adalah singkatan dari Proportional, Integral, Derivative. Salah satu bentuk controller yang

digunakan secara luas dalam proses industry biasanya dalam tiga istilah atau disebut PID

controller. Controller ini mempunyai transfer function yang mempunyai sifat :

Proportional controller (Kp) memberi dampak mengurangi rise time dan mengurangi walaupun

tidak menghilangkan steady state error. Integral control (KI) memberi dampak menghilangkan

steady-state error, namun dipihak lain memberi dampak negative, yaitu memperburuk transient

response . Derivative control (KD) mempunyai efek meningkatkan kestabilan system,

mengurangi overshoot, dan meningkatkan kinerja transient response.

Proportional-Integral-Derivative (PID) Controller

dt

tdeKdtteKteKtu

sKs

KKtG

DIp

DI

pC

)()()()(

derivativedan n integratio , alproportion :bentuk 3 memiliki diatas Controller

)(

s

KsKsK

sE

sUsG

sEsKs

KKsU

KKK

tytrte

tseKs

teKteKtu

IPDPID

DI

p

DIP

DIp

2

)(

)()(

)()()(

gains.feedback derivativedan integral,al,proportionadalah dan ,,

sistem;output sinyaldan reference sinyal antaraselisih error adalah )()()(

)()(

)()(



PID dan Operational Amplifiers

Sebagian besar transfer functions dapat diimplementasikan menggunakan operational

amplifiers dan komponen passive (R, L, C) pada jalur input dan feedback . Operational

amplifiers digunakan dalam system pengaturan ( control systems) untuk implementasi

PID- control algorithms yang dibutuhkan

Inverting amplifier

1

2

)(

)(

R

R

tV

tV

S

o



Op-amp Integrator

Op-amp Differentiator

The operational differentiator melaksanakan fungsi differentiasi sinyal input . Arus (I) yang

melewati input capacitor adalah CS dvs(t)/dt. Tegangan output adalah proportional dengan

derivative dari tegangan input terhadap waktu,

Vo(t) = _RFCS dvs(t)/dt

sCRsZ

sZ

sV

sVsG

FSs

out 1

)(

)(

)(

)()(

1

2

sCRsZ

sZ

sV

sVsG SF

S

o _)(

)(

)(

)()(

1

2



Linear PID Controller

12

2121

2211

2

2121

22112

12

21

2211

;1

;;)(

1

11

)(

)()(

CRKCR

KCR

CRCRKP

s

KsKsKsG

s

CRs

CR

CRCRsCR

sCR

sCRsCR

sV

sVsG

DIIPD

PID

S

o



Sistem Pengolahan Sinyal Digital – PID controller pada sinyal digital.

Proses pengolahan sinyal digital, diawali dengan proses pencuplikan sinyal masukan yang

berupa sinyal kontinyu. Proses ini mengubah representasi sinyal yang tadinya berupa sinyal

kontinyu menjadi sinyal diskrete. Proses ini dilakukan oleh suatu unit ADC (Analog to Digital

Converter). Unit ADC ini terdiri dari sebuah bagian Sample/Hold dan sebuah bagian quantiser.

Unit sample/hold merupakan bagian yang melakukan pencuplikan orde ke-0, yang berarti nilai

masukan selama kurun waktu T dianggap memiliki nilai yang sama. Pencuplikan dilakukan

setiap satu satuan waktu yang lazim disebut sebagai waktu cuplik (sampling time). Bagian

quantiser akan merubah menjadi beberapa level nilai, pembagian level nilai ini bisa secara

uniform ataupun secara non-uniform misal pada Gaussian quantiser.

Unjuk kerja dari suatu ADC bergantung pada beberapa parameter, parameter utama yang

menjadi pertimbangan adalah sebagai berikut :

Kecepatan maksimum dari waktu cuplik.

Kecepatan ADC melakukan konversi.

Resolusi dari quantiser, misal 8 bit akan mengubah menjadi 256 tingkatan nilai.

Metoda kuantisasi akan mempengaruhi terhadap kekebalan noise.

Gambar 1. Proses sampling

Sinyal input asli yang tadinya berupa sinyal kontinyu, x(T) akan dicuplik dan diquantise

sehingga berubah menjadi sinyal diskrete x(kT). Dalam representasi yang baru inilah sinyal

diolah. Keuntungan dari metoda ini adalah pengolahan menjadi mudah dan dapat memanfaatkan

program sebagai pengolahnya. Dalam proses sampling ini diasumsikan kita menggunakan waktu

cuplik yang sama dan konstan, yaitu Ts. Parameter cuplik ini menentukan dari frekuensi

harmonis tertinggi dari sinyal yang masih dapat ditangkap oleh proses cuplik ini. Frekuensi

sampling minimal adalah 2 kali dari frekuensi harmonis dari sinyal.

Untuk mengurangi kesalahan cuplik maka lazimnya digunakan filter anti-aliasing sebelum

dilakukan proses pencuplikan. Filter ini digunakan untuk meyakinkan bahwa komponen sinyal

yang dicuplik adalah benar-benar yang kurang dari batas tersebut. Sebagai ilustrasi, proses

pencuplikan suatu sinyal digambarkan pada gambar berikut ini.



Gambar 2. Pengubahan dari sinyal kontinyu ke sinyal diskret

Setelah sinyal diubah representasinya menjadi deretan data diskrete, selanjutnya data ini dapat

diolah oleh prosesor menggunakan suatu algoritma pemrosesan yang diimplementasikan dalam

program. Hasil dari pemrosesan akan dilewatkan ke suatu DAC (Digital to Analog Converter)

dan LPF (Low Pass Filter) untuk dapat diubah menjadi sinyal kontinyu kembali. Secara garis

besar, blok diagram dari suatu pengolahan sinyal digital adalah sebagai berikut :

Gambar 3. Blok Diagram Sistem Pengolahan Sinyal Digital

Proses pengolahan sinyal digital dapat dilakukan oleh prosesor general seperti halnya yang lazim

digunakan di personal komputer, misal processor 80386, 68030, ataupun oleh prosesor RISC

seperti 80860. Pada prinsipnya processor dapat diprogram sehingga berfungsi sebagai comtroller

baik P (Proportional), I (Integrator), D (Differentiator), atau PI, PD, PID.

Matematik yang dipakai untuk sistem linear adalah transformasi z. (ini area disiplin ilmu

tersendiri, yaitu sistem kendali diskrit/discrete control system.

BAB 6. Controller dalam Analog dan...

Documents

Transcript of BAB 6. Controller dalam Analog dan...