56

Bab IV

Pengujian dan Analisis

Setelah proses perancangan, dilakukan pengujian dan analisis untuk

mengukur tingkat keberhasilan perancangan yang telah dilakukan. Pengujian

dilakukan permodul, setelah modul-modul diuji, kemudian diintegrasikan dan

dilakukan pengujian sistem secara keseluruhan.

III.1 Pengujian pulsa encoder

Pengujian pulsa encoder digunakan untuk mengamati pulsa yang dihasilkan

oleh encoder yang kemudian dihitung jumlahnya. Amplitudo pulsa encoder

sebesar 2 volt. Semakin cepat putaran motor, maka frekuensi pulsa akan semakin

tinggi. Pada saat pulsa encoder rising edge akan mengakibatkan register di

TCNT0 bertambah, kemudian setelah selang 20 ms kecepatan dihitung dengan

melihat jumlah pulsa yang nilainya sama dengan nilai yang ada di register

TCNT0.

Gambar IV.1 Pengujian pulsa encoder

Nilai TCNT0 inilah yang diambil sebagai kecepatan motor dan diambil sebagai

nilai umpan balik ke sistem kendali. Encoder yang digunakan penulis sudah

menyatu dengan motor sehingga penggunaanya lebih mudah dan praktis. Encoder

akan memberikan 116 pulsa jika motor diputar 3600.

57

III.2 Pengujian pulsa PWM dari mikrokontroller

Pulsa PWM yang keluar dari mikrokontroller mendekati ideal, yakni berupa

sinyal kotak yang prosentase sinyal high dengan keseluruhan sinyal merupakan

besar duty cycle yang dihasilkan.

Gambar IV.2. Pengujian pulsa PWM dari mikrokontroller

Gambar di atas merupakan bentuk sinyal PWM dengan duty cycle 75%, dari

gambar terlihat perbandingan antara sinyal high dan sinyal low adalah 3:1

III.3 Pengujian pulsa PWM dari driver motor

Bentuk pulsa PWM yang keluar dari driver motor tidak semulus yang

keluar dari mikrokontroller, hal ini karena pengaruh driver motor dan motor

ketika kondisi high ke low tidak ideal. Tegangan rata-rata yang dihasilkan sebesar:

(Duty cycle x Vreferensi ) – Drop tegangan.

Gambar IV.3. Pengujian pulsa PWM dari driver

58

Gambar di atas merupakan bentuk sinyal PWM dengan duty cycle 75%, dari

gambar terlihat perbandingan antara sinyal high dan sinyal low adalah 3:1.

Adanya sinyal negatif merupakah efek ketika kondisi on ke off.

III.4 Pengujian masukan set point

Set point diberikan melalui potensiometer sebagai pembagi tegangan dalam

rentang VCC (5 volt) dan GND (0 volt). Hasil pembacaan tegangan analog

tersebut kemudian diubah kedalam format digital 8 bit sehingga range nilainya 0-

255. Hasil konversi tersebut dibagi 2 untuk meningkatkan ketelitian. Hasil

pengujian menunjukkan bahwa pemutaran potensiometer telah mampu

memberikan masukan set point dengan ketelitian nilai 1.

Selain melalui potensiometer, masukan set point juga dapat dilakukan

melalui generator fungsi sehingga dapat diberikan berbagai bentuk sinyal referensi

seperti sinyal segitiga dan sinyal kotak. Pengujian masukan sinyal referensi

menunjukkan bahwa pembacaan sinyal analog telah berhasil dengan cara melihat

nilai set point yang besarnya (Vreferensi/5 volt) x 127.

III.5 Pengujian tegangan keluaran driver terhadap masukan PWM

Pengukuran tegangan keluaran driver sebagai catu daya motor dengan

masukan berupa nilai PWM 8 bit dengan pre skalar 64 yang dikendalikan oleh

mikrokontroller. Hasil pengukuran menghasilkan data sebagai berikut:

Gambar IV.4. Hubungan PWM dengan tegangan keluaran driver

0

2

4

6

8

10

12

0 50 100 150 200 250

Tega

ngan

(vol

t) .

PWM 8 bit (desimal)

Hubungan PWM - tegangan

59

Tampak dari grafik bahwa hubungan nilai PWM dengan tegangan keluaran:

• Tidak linier, hal ini karena karakteristik bahan IC L298N

• Terjadi drop tegangan dimana tegangan referensi yang diberikan sebesar 12 V,

akan tetapi dengan nilai PWM maksimal sebesar 255 hanya menghasilkan

tegangan 10 V, hal ini karena karakteristik IC L298N sebagaimana disebutkan

dalam datasheet bahwa akan terjadi drop tegangan sebesar 1,8 - 3,2 Volt

III.6 Pengujian kecepatan motor terhadap masukan PWM

Pengukuran kecepatan motor dengan masukan PWM 8 bit dengan pre

skalar 64 pada sistem loop terbuka dengan waktu pencuplikan 20 ms

menghasilkan data sebagai berikut

Gambar IV.5. Hubungan PWM dengan kecepatan motor

Motor mulai berputar pada pemberian nilai PWM disekitar 100. Ketidaklinieran

bahkan adanya dead zone ini akan berpengaruh terhadap sistem kendali yang akan

dibangun sehingga perancangan fungsi keanggotaan keluaran berupa perubahan

selisih PWM berada pada rentang 0-155 bukan 0-255. Data di atas dan data

pengukuran-pengukuran selanjutnya dinyatakan dalam pencuplikan 20 ms dengan

116 pulsa/rotasi sehingga kecepatan dalam rpm adalah jumlah pulsa x 25.86 rpm.

Untuk selanjutnya, pre skalar PWM yang digunakan dalam perancangan

penelitian sebesar 64.

0102030405060708090

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250

Kec

epat

an (r

pm)

PWM 8 bit (desimal)

Hubungan PWM - kecepatan

60

III.7 Pengujian respon step sisem loop terbuka

Pengujian sistem loop terbuka dengan memberikan nilai PWM yang setara

dengan kecepatan yang diinginkan: kecepatan 50 pulsa/20 ms setara dengan 123,

60 pulsa/20ms setara dengan 146, 70 pulsa/20ms setara dengan 187 dan 80

pulsa/20 ms setara dengan 250. Pengamatan kecepatan dalam satuan pulsa/20 ms

sehingga jika dikonversi ke dalam rpm maka perlu dikalikan dengan 25,86. Hasil

pengukuran kecepatan motor pada transien dengan masukan step memberikan

hasil sebagai berikut

Gambar IV.6. Respon step pada kendali loop terbuka

Dari grafik di atas, respon menunjukkan

• Nilai rise time berbeda-beda tergantung set pointnya, semakin besar set point

semakin cepat rise timenya

• Nilai settling time cenderung sama, yakni sekitar 200 ms.

• Pada kecepatan rendah cenderung terjadi osilasi. Kecepatan motor pada

kecepatan rendah cenderung tidak stabil, hal ini dikarenakan pada kecepatan

rendah, gesekan konstruksi mekanik sistem motor DC lebih besar.

Sebagai perbandingan pengamatan bentuk respon transient, dilakukan

pengamatan tegangan DC analog yang dihasilkan dari generator. Pengamatan

tegangan generator yang dihasilkan melalui osiloskop jika diberi masukan step

sebagai berikut

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 200 400 600 800 1000

Kece

pata

n (rp

m)

Waktu (ms)

Respon step kendali open loop

61

Gambar IV.7. Respon step tegangan generator sistem loop terbuka Dari gambar di atas terlihat respon sistem sebelum mencapai steadty state. Bentuk

respon tegangan mirip dengan respon pengamatan kecepatan melaui encoder.

IV.8 Pengujian set point sinyal kotak pada loop terbuka

Pengujian sistem loop terbuka dengan set point berupa sinyal kotak yang

dihasilkan oleh generator sinyal, masukan set point sebagai berikut

Gambar IV.8. Masukan set point berupa sinyal kotak pada loop terbuka

Adapun keluaran berupa kecepatan motor yang diukur melalui encoder

menghasilkan data sebagai berikut

0255075

100125150175200

0 5000 10000 15000 20000

PW

M 8

bit

Waktu (ms)

Input sinyal kotak kendali loop terbuka

62

Gambar IV.9. Respon kecepatan dengan set point sinyal kotak pada loop terbuka

Adapun pengamatan dengan osiloskop pada masukan set point dan tegangan

generator yang dihasilkan sebagai berikut

Gambar IV.10. Respon tegangan generator set point sinyal kotak loop terbuka Dari grafik dan pengamatan osiloskop terlihat sisi transient sebelum sistem

mencapai kondisi steady state.

IV.9 Pengujian set point sinyal segitiga pada loop terbuka

Pengujian berikutnya berupa pemberian nilai set point berupa sinyal segitiga

pada loop terbuka. Dari sini dapat diketahui kemampuan sistem untuk mengikuti

(track) set point yang berubah-ubah pada sistem loop terbuka. Hasil pengukuran

kecepatan menghasilkan data sebagai berikut

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5000 10000 15000 20000

PWM

8bi

t

Waktu (ms)

Respon kecepatan input sinyal kotak loop terbuka

63

Gambar IV.11. Masukan set point berupa sinyal segitiga pada loop terbuka

Gambar IV.12 Pengamatan respon kecepatan dengan set point sinyal segitiga pada

loop terbuka

Pengamatan tegangan generator dengan osiloskop sebagai berikut

Gambar IV.13. Pengamatan respon tegangan generator dengan set point sinyal

kotak pada sistem loop terbuka

0

25

50

75

100

125

150

175

0 5000 10000 15000 20000

PW

M 8

bit

Waktu (ms)

Seting point sinyal segitiga kendali open loop

010203040506070

0 5000 10000 15000 20000

Kec

epat

an (r

pm)

Waktu (ms)

Respon kecepatan seting point sinyal kotak kendali loop terbuka

64

IV.10 Pengujian respon step pada kendali fuzzy

Untuk membuktikan apakah sistem fuzzy telah berhasil

diimplementasikan pada sistem maka perlu dilakukan percobaan dengan

menentukan set point, kemudian dianalisis apakah sistem secara otomatis dapat

mengejar set point tersebut. Selain pengujian apakah sistem mampu mengejar set

point pada respon step, sistem kendalian juga harus mampu menstabilkan

kecepatan ketika sistem terjadi perubahan beban. Pengujian dengan

menghubungkan generator dengan beban berupa LED.

Untuk mengukur kinerja motor dilakukan pengujian dengan masukan step

sehingga dapat diamati kemampuan sistem dalam mengejar set point. Pada sistem

loop tertutup yang telah diimplementasikan kendali logika fuzzy menghasilkan

data sebagai berikut

Gambar IV.14. Respon step pada kendali fuzzy

Dari hasil pengukuran di atas, hasil pengendali logika fuzzy lebih cepat mencapai

rise time akan tetapi kemudian terjadi overshoot. Pengendali fuzzy seolah-olah

terlalu berlebihan memberikan respon ketika mengkompensai error kecepatan, hal

ini merupakan konsekuensi ketika respon ingin cepat mencapai set point akan

tetapi waktu pencuplikan yang relativ lama (20 ms) sehingga memberikan efek

respon yang berlebih. Akan tetapi jika waktu pencuplikan diperkecil

menyebabkan sensor kecepatan menjadi kurang akurat, oleh karena itu jika

diinginkan respon yang lebih baik perlu menggunakan sensor kecepatan yang

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 200 400 600 800 1000

Kece

pata

n (rp

m)

Waktu (ms)

Respon step kendali fuzzy

65

lebih tinggi resolusinya, tidak seperti yang digunakan dalam eksperimen ini yang

hanya 116 pulsa/rotasi. Kemampuan sistem mengejar settling time pada kecepatan

tinggi (80 pulsa/20ms) mengalami perbaikan, dimana pada loop terbuka

dibutuhkan waktu 200 ms, akan tetapi setelah diimplementasikan kendali fuzzy

hanya membutuhkan waktu sekitar 140 ms. Adapun pada kecepatan 70 atau

dibawahnya, settling time menjadi lebih lama.

Adapun pengamatan pada tegangan generator yang dihasilkan melalui

osiloskop sebagai berikut.

.

Gambar IV.15. Pengamatan respon step tegangan generator pada kendali fuzzy

Dari sinyal tegangan generator terlihat overshooti pada awal-awal transient

sebelum mencapai steady state. Pengamatan tegangan generator dan kecepatan

motor melalui encoder secara umum memberikan respon yang hampir sama, akan

tetapi dengan encoder lebih teliti.

IV.11 Pengujian efek ketidaklinieran plant pada respon step

Seperti terlihat pada gambar IV.2 bahwa motor mulai bergerak pada

pemberian nilai 100. Keadaan tidaklinier ini menyebabkan kalkulasi fuzzy tidak

dapat memberikan respon yang baik karena menganggap bahwa rentang antar 0

sampai dengan 255 adalah linier. Pengaruh ketidaklinieran plant terlihat dari

pengukuran kecepatan dalam gambar berikut ini.

66

Gambar IV.16. Pengaruh ketidaklinieran plant terhadap respon step

Untuk mengkompensasi plant yang tidak linier, didekati dengan pembatasan

range pemberian PWM yakni bahwa rentang perubahan PWM adalah 0-155

bukan 0-255 dengan menganggap bahwa nilai PWM(n=0) sebesar 100.

Efek ketidaklinieran plant dan rentang keluaran kalkulasi seperti terlihat

dalam gambar di atas, secara umum kendali fuzzy tidak terlalu terpengaruh oleh

kondisi ketidaklinieran.

IV.12 Pengujian kendali fuzzy dengan set point sinyal kotak

Pengujian kendali fuzzy dengan set point berupa sinyal kotak menghasilkan

data sebagai berikut.

Gambar IV.17. Respon kendali fuzzy terhadap set point sinyal kotak

0102030405060708090

0 200 400 600 800 1000

Kec

epat

an (r

pm)

Waktu (ms)

Respon step sebelum dan sesudah kompensasi ketidaklinieran

SP=80 (Open)

SP=80 (Fuzzy L)

SP=80 (Fuzzy NL)

0102030405060708090

100

0 5000 10000 15000 20000

Kece

pata

n (r

pm)

Waktu (ms)

Respon kecepatan input sinyal kotak pada kendali Fuzzy

67

Gambar IV.18. Respon kendali fuzzy terhadap set point sinyal kotak

IV.13 Pengujian kendali fuzzy dengan set point sinyal segitiga

Pengujian berikutnya dengan memberikan nilai set point yang berubah

mengikuti pola segitiga. Hasil pengukuran mendapatkan data sebagai berikut:

Gambar IV.19. Respon kendali fuzzy terhadap set point segitiga

Dari hasil pengukuran tersebut, sistem kendali yang dibangun telah mampu

mendekati nilai seting poin. Kecepatan yang naik secara tidak mulus pada awal-

awal motor bergerak atau pada set point kecil dikarenakan putaran motor tidak

tentu ketika diberi tegangan kecil, hal ini karena ketelitian sensor kecepatan yang

kurang teliti serta perakitan mekanik motor dan beban yang kurang bagus. Pada

set point menengah ke atas, sistem mampu mengikuti set point dengan error yang

relatif kecil seperti pada pengamatan ketika sistem diberi respon step pada

0102030405060708090

0 5000 10000 15000 20000

Kece

pata

n (rp

m)

Waktu (ms)

Respon kecepatan seting point sinyal segitiga pada kendali fuzzy

68

kecepatan 70 pulsa/20 ms. Adapun pengamatan tegangan analog pada generator

dilakukan melalui osilokop menghasilkan data sebagai berikut

Gambar IV.20. Pengamatan tegangan generator pada kendali fuzzy terhadap set

point sinyal segitiga

IV.14 Pengujian percobaan perubahan beban pada sistem kendali fuzzy

Untuk melihat efek kendali fuzzy ketika terjadi perubahan beban, terlebih

dahulu diujicoba perubahan beban pada sistem loop terbuka. Perubahan beban

diberikan dengan menghubungkan generator ke LED. Hasil pengujian pada sistem

kendali loop terbuka menghasilkan data sebagai berikut.

Gambar IV.21. Pengujian beban sistem loop terbuka pada set point 70

0102030405060708090

100

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Kec

epat

an (r

pm)

Waktu (ms)

Pengujian perubahan beban pada open loop

69

Dalam sistem loop terbuka, ketika terjadi penambahan beban maka kecepatan

menurun seperti terlihat dalam grafik di atas. Ketika beban dikembalikan ke

kondisi semula maka kecepatan kembali seperti pada saat sebelum terjadi

penambahan beban. Pengamatan ini dilakukan sebelum sistem kendali fuzzy

diimplementasikan.

Adapun setelah sistem fuzzy diimplementasikan, maka hasil pengamatan

terhadap penambahan beban dengan catu daya 12 volt ditunjukkan dalam grafik

berikut.

Gambar IV.22. Pengujian perubahan kendali fuzzy pada set point 60

Ketika terjadi perubahan beban, maka sistem memberikan kompensasi untuk

menjaga kecepatan agar tetap pada nilai set point, perubahan duty cycle

ditunjukkan dalam gambar berikut ini.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Kec

epat

an (r

pm)

Waktu (ms)

Pengujian perubahan beban pada SP 60

70

Gambar IV.23. Perubahan duty cycle ketika perubahan beban pada SP 60

Dari grafik di atas dapat disimpulkan bahwa sistem yang telah dibangun mampu

menjaga agar kecepatan berada pada nilai set point walaupun terjadi perubahan

beban. Pengujian juga dilakukan dengan variasi nilai set point, pengujian

perubahan beban pada set point 70 dengan catu daya 12 volt menghasilkan data

sebagai berikut

Gambar IV.24. Pengujian perubahan beban pada SP 70

Berikut sinyal kompensasi ketika terjadi perubahan beban, nilai duty cycle

bertambah ketika terjadi perubahan beban.

0

50

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

PWM

8 b

it

Waktu (ms)

Perubahan duty cycle ketika perubahan beban pada SP 60

0102030405060708090

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Kece

pata

n (rp

m)

Waktu (ms)

Pengujian perubahan beban pada SP 70

71

Gambar IV.25. Perubahan duty cycle ketika terjadi perubahan beban SP 70

Pada set point 70 terlihat bahwa sistem sudah tidak mampu menjaga kecepatan

sesuai set point, hal ini terjadi karena catu daya sudah tidak mampu

mengkompensasi perubahan beban, walaupun sudah diberikan catu daya

maksimal berupa duty cycle 100% tetapi karena bebannya terlalu berat, maka

sistem tidak mampu menjaga nilai sesuai set point. Jadi, sistem mampu menjaga

nilai sesuai set point ketika terjadi perubahan beban selama kompensasi mampu

mengimbangi perubahan beban. Hal ini berkaitan erat dengan kemampuan catu

daya yang diberikan pada tegangan referensi driver motor.

IV.15 Pengujian perubahan catu daya

Pengujian berikutnya berupa perubahan catu daya, fenomena pengujian

pada set point 70 dimana sistem tidak mampu mengembalikan kecepatan ke set

point karena keterbatasan catu daya dapat diatasi dengan penyediaan catu daya

yang lebih besar. Berikut pengujian dengan variasi catu daya: 12 volt, 20 volt dan

30 volt

0

50

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

PWM

8 b

it

Waktu (ms)

Perubahan duty cycle ketika perubahan beban pada SP 70

72

Gambar IV.26. Respon step pada set point 70 dengan variasi catu daya

Dari pengujian diatas dapat disimpulkan bahwa sistem mampu mengejar set point

walaupun dengan catu daya berbeda-beda, hal ini dikarenakan sistem mampu

menyesuaikan duty cycle yang diberikan ke motor. Berikut pengamatan duty cycle

pada variasi catu daya.

Gambar IV.27. Perubahan duty cycle pada variasi catu daya

IV.16 Pengukuran waktu komputasi kendali fuzzy

Waktu yang dibutuhkan pada perhitungan fuzzy cukup cepat yakni hanya

sebesar 3,2 ms, waktu ini diukur dengan mencetak nilai counter pada TCNT2

(timer) di awal dan di akhir perhitungan kendali fuzzy ke PC melalui port serial.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 200 400 600 800 1000

Kec

epat

an (r

pm)

Waktu (ms)

Pengujian perubahan catu daya

SP

12V

20V

30V

0

50

100

150

200

250

300

0 200 400 600 800 1000

PWM

8 b

it

Waktu (ms)

Perubahan duty cycle pada variasi catu daya

12V

20V

30V

Gammbar IV.28. D

73

Diagram pewwaktuan sistem