BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangMotor DC telah dikenal sejak teori mengenai gaya lorentz dan induksi elektromagnetik

ditemukan. Motor DC sering digunakan karena kemudahannya sehingga bisa dipakai pada berbagai macam keperluan, mulai dari mainan kecil hingga Perkembangan motor DC saat ini dapat dilihat dari segi ukuran, kekuatan torsi, kecepatan putar, efisiensi kerjanya. Secara fungsional motor DC adalah sebagai sumber tenaga penggerak (engine) yang mampu memberikan torsi sehingga memiliki putaran dengan kecepatan terntentu.

Disini kita akan mengatur kecepatan Motor DC yang akan menerima input berupa tegangan dan outputnya berupa gerakan motor. Agar sistem motor dapat bekerja menghasilkan kecepatan yang diharapkan, sistem tersebut membutuhkan suatu kontroler sehingga sistem lebih stabil dan memiliki karakteristik yang kita harapkan.

1.2 Rumusan MasalahSeperti yang telah disebutkan di atas, agar menghasilkan spesifikasi motor DC yang

diharapkan kita memerlukan kontroler. Sehingga yang menjadi pokok permasalahan adalah bagaimana cara membuat suatu kontroler agar motor DC dapat menghasilkan kecepatan yang diharapkan? Bagaimana hasil simulasi dengan menggunakan bantuan Scilab? Permasalahan-permasalahan tersebut akan dibahas pada uraian selanjutnya.

1.3 TujuanAdapun tujuan dalam pada tugas besar ini adalah agar dapat mengaplikasikan materi

kuliah yang didapat dengan cara merancang suatu kontroler.Adapun kontroler yang dipakai PID. Dengan adanya kontroler yang ada, diharapkan sistem kendali kecepatan Motor DC dapat lebih stabil dan memiliki karakteristik yang diharapkan

1.4 Batasan MasalahPerancangan kontroler dapat diterapkan pada berbagai sistem yang membutuhkan

pengendalian. Pada makalah ini, sistem yang akan dikendalikan adalah berupa Motor DC dengan parameter atau konstanta motor yang sudah ditetapkan. Parameter tersebut didapatkan dari literatur dan internet secara umum. Motor DC untuk pengaturan kecepatan akan dianalisis dengan bantuan Software Matlab 7. Analisis tersebut dilakukan dalam bentuk Step Respon dan fungsi transfer dalam domain s (laplace).

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar TeoriKeberadaan kontroller dalam sebuah sistem kontrol mempunyai kontribusi yang besar

terhadap prilaku sistem. Pada prinsipnya hal itu disebabkan oleh tidak dapat diubahnya komponen penyusun sistem tersebut. Artinya, karakteristik plant harus diterima sebagaimana adanya, sehingga perubahan perilaku sistem hanya dapat dilakukan melalui penambahan suatu sub sistem, yaitu kontroler.

Salah satu tugas komponen kontroler adalah mereduksi sinyal kesalahan, yaitu perbedaan antara sinyal setting dan sinyal aktual. Hal ini sesuai dengan tujuan sistem kontrol adalah mendapatkan sinyal aktual senantiasa (diinginkan) sama dengan sinyal setting. Semakin cepat reaksi sistem mengikuti sinyal aktual dan semakin kecil kesalahan yang terjadi, semakin baiklah kinerja sistem kontrol yang diterapkan.

Apabila perbedaan antara nilai setting dengan nilai keluaran relatif besar, maka kontroler yang baik seharusnya mampu mengamati perbedaan ini untuk segera menghasilkan sinyal keluaran untuk mempengaruhi plant. Dengan demikian system secara cepat mengubah keluaran plant sampai diperoleh selisih antara setting dengan besaran yang diatur sekecil mungkin[Rusli, 1997].

2.2 Pengendali PIDPengendali PID ini paling banyak dipergunakan karena sederhana dan mudah dipelajari

serta tuning parameternya. Lebih dari 95% proses di industri menggunakan pengendali ini. Pengendali ini merupakan gabungan dari pengedali proportional (P), integral (I), dan derivative (D). Berikut ini merupakan blok diagram dari system pengendali dengan untai tertutup (closed loop):

Plant : system yang akan dikendalikanController : pengendalian yang memberikan respon untuk memperbaiki responE : error= R – pengukuran dari sensor

MV(t) = Pout + Iout + Dout

variabel yang nilai parameternya dapat diatur disebut Manipulated variable (MV) biasanya sama dengan keluaran dari pengendali (u(t)). Keluaran pengendali PID akan mengubah respon mengikuti perubahan yang ada pada hasil pengukuran sensor dan set point yang ditentukan. Pembuat dan pengembang pengendali PID menggunakan nama yang berbeda untuk mengidentifikasi ketiga mode pada pengendali ini diantaranya yaitu:P Proportional Band =100/gainI Integral =1/reset (unit of time)D Derrivatife =rate=pre-act (unit of time)AtauP KP = konstanta Proportional

I Ki=1Ti∫ e( t)dt =

1TtS

=Ki/s = konstanta Integral

D Kd= Kd s=Td d e(t )dt

= konstanta Derrivative

Atau secara umum persamaannya adalah sebagai berikut:

2.3 Karakteristik pengendali PIDSebelum membahas tentang karakteristik pengendali PID maka perlu diketahui bentuk

respon keluaran yang akan menjadi target perubahan yaitu:

2.4. Jenis-jenis motor DCBerdasarkan sumber arus penguat magnetnya motor arus searah dapat dibedakan atas dua jenis :a. Motor dengan penguat terpisahb. Motor penguat sendiri terdiri atas :1) Motor Seri2) Motor Shunt3) Motor kompon pendek4) Motor kompon panjanga. Motor dengan penguat terpisah.Yang dimaksud dengan penguat terpisah adalah bila arus penguat magnetnya diperoleh dari sumber arus searah di luar motor.

2.5. Perancangan Sistem KendalinyaPada pengendalian kecepatan motor DC dengan metode umpan balik, asukan dari sistem

adalah kecepatan. Masukan ini kemudian dibandingkan dengan kecepatan motor DC yang sebenarnya. Selisih dari masukan dan kecepatan sebenarnya menghasilkan kesalahan (error). Kesalahan inilah yang akan dikompensasi oleh pengendali. Blok diagram sistem pengendali kecepatan motor DC ditunjukkan pada Gambar berikut:

Untuk mengetahui kecepatan motor DC yang sebenarnya, perlu ditambahkan sensor kecepatan. Sensor ini dapat berupa rotary encoder yang menghasilkan pulsa-pulsa yang frekuensinya sebanding dengan kecepatan putar motor DC. Dalam pengoperasiannya, motor listrik membutuhkan arus yang cukup besar. Sedangkan pengendali hanya dapat menyediakan arus yang tidak terlalu besar. Oleh karena itu dibutuhkan piranti penguat arus yang akan menguatkan sinyal keluaran pengendali. Jadi pengendali hanya menghasilkan variasi tegangan dengan arus kecil yang kemudian akan dikuatkan oleh penguat arus. Keluaran dari penguat arus inilah yang akan masuk untuk memutar motor DC. Pengendali akan mempertahankan kecepatan putar motor DC agar sesuai dengan masukan kecepatan yang diberikan.

BAB IIIPEMBAHASAN

3. Langkah-langkah dalam merancang Kontrol Proportional untuk motor DC shunt 12 V3.1. Spesifikasi Motor dc shunt 12 VMenggunakan Tipe GM9X36

Cara menghitung parameter tersebut kecuali komponen L adalah sebagai berikut :

Stall torque = [(KT x voltsR

) – No load torque]

No load current = No load Torque

KT

No Load Speed = [volts−(No load current x R )]

KE

Stall Current = voltsR

3.2. Gambar rangkaian Motor shunt 12 V(Menggunakan magnet permanent.berpenguat terpisah)

Komponen Parameter Berdasarkan poin 2.11. Momen Inersia (J) = 1x10-3 Kg.m2/s2

2. Damping ratio of the mechanical system (b) = 2.4 Ns/m3. Konstanta Torka(Kt) =3.25Nm/Amp4. Tahanan (R) =0.71Ohm5. Induktansi (L) =0.66H

3.3 Mencari fungsi Transfer dari RangkaianPersamaan torsi yang dibangkitkan oleh motor DC yang didekati secra linear menurut

persamaan berikut :T=Kti…………………………………………………………(1)

Dimana kt adalah konstanta jangkar motor yang bergantung pada banyaknya lilitan pada jangkar, jumlah kutub medan, tipe belitan dan penampang jangkarnya. Adapun besarnya tegangan ggl induksi lawan yang dibangkitkan motor ketika berputar adalah sesuai dengan persamaan:

E=Ktθ………………………………………………………...(2)Sehingga dengan menggunakan hokum kirchoff dan hokum newton didapatkan :Persamaan tegangan yang pertama.

Ldidt

+Ri=V-Kθ………………………………………………..(3)

Jθ+bθ= Kti…………………………………………………...(4)dθdt

=θ………………………………………………………….(5)

3.4 Diagram Blok

3.5 simulasi dengan Matlab 7 dengan Tuning secara Trial and errorketik di command window

identifikasi respon secara open loop tanpa Kontroller

identifikasi respon secara close loop dengan controllerkendali Proporsionaldari persamaan fungsih alih yang diketahui:

Jika dibentuk menjadi close loop dengan penambahan Kp didapatkanlah :

Kendali Proporsional dan derrrivativeFungsi alih close loop didapatkan :

Kendali Proporsional Dan Integralfungsi alih close loop didapatkan:

Kendali Proporsional, Integral dan Derrivative:Fungsi alih closed loop didapatkan:

Penjelasannya adalah :

Jika kita menggunakan simulink pada matlab diagram bloknya sebagai berikut :

Tanpa Kontrol

Kontrol Proportional

Kontrol proportional dan Derrivative

Kontrol Proportional, Integral dan Derrivative (PID)

3.6 Rangkaian Analog Kontrollernya

Kp=R2R1

(nilai Kp di percobaan adalah 100 jadi R2=10000KΩ dan R1=100KΩ sesuai dengan yang

ada dipasaran)

BAB IVKESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan sebuah motor DC dapat diatur kecepatannya dengan menggunakan control PID Motor DC mempunyai parameter yang terdapat di dalamnya Transfer fuction berguna untuk merancang suatu pengendali Control proportional berguna untuk mengurangi kesalahan Control integral berguna untuk menghilangakn steady state error Control Derrivative berguna untuk mengurangi overshoot Penyatuan antar control akan menghasilkan output yang lebih baik

4.2 Saran tuninglah suatu control dengan baik, kalau bias bukan dengan cara Trial and error

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DCMENNGUNAKAN KONTROL PID

Oleh :

Nama : Faidh Naufal Putra

NRP : 2210 030 080

D3 TEKNIK ELEKTRO FTI 2011/2012INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER