Abdul Aziz09524043

Aplikasi Hardware In The Loop Pada Pengendalian Motor DC Menggunakan

MATLAB

Fakultas Teknologi Industri

Presentasi Tugas Akhir

Senin, 23 November 2015

TEKNIK ELEKTRO

Latar Belakang

Pendahuluan

Interaksi Manusia dan Komputer Simulasi HIL Proses Pembelajaran

• Bagaimana merancang simulasi pengendalian motor DC dengan HIL?• Bagaimana cara mendapatkan nilai parameter PID yang terbaik untuk

pengendalian motor DC?

• Hardware yang digunakan adalah mikrokontroler jenis Arduino Uno Rev 3.• Plant motor DC yang dipakai berupa model matematika motor DC

MATLAB.• Metode pencarian nilai parameter PID menggunakan metode trial and

error.

Rumusan MasalahRumusan Masalah

Batasan Masalah

Pendahuluan

• Sebagai bahan pembelajaran mahasiswa dalam merancang sistem kendali dengan menggunakan plant model matematis.

• Mengetahui cara kerja sistem kendali PID serta interaksi antara mikrokontroler dan PC.

• Sebagai pengetahuan mahasiswa untuk aplikasi HIL dalam dunia industri.

• Penerapan aplikasi HIL.• Memperoleh parameter kendali PID terbaik.

Pendahuluan

Manfaat Penelitian

Tujuan Penelitian

Perancangan Hardware

Tinjauan Pustaka

Penelitian Sejenis

Penulis Judul MetodeAlvin Sahroni, 2014 PHYSICAL COMPUTING (HARDWARE IN THE LOOP)

PADA PENGENDALIAN MOTOR DC BERBASIS MIKROKONTROLER DAN MATLAB

HIL, PID,

trial and error /tuning

manual

M. Nofriandri, 2014 SIMULATOR PERANCANGAN DANIMPLEMENTASI SISTEM KENDALI POSISIMENGGUNAKAN ARDUINO BERBASIS PC

Hardware,PID,

Ziegler nichols

Tinjauan Pustaka|Motor DC

)(.))((

. sVKKLsRKJs

Ks

bmf

m

dttdiJtKtiK

Jtft

fm

k

)()()(

.)()(

)()(.)(.)( tKdt

tdiLtiRtv bapp

Fungsi Alih

2.40145.1

2 ss

Parameter Nilai Tahanan (R) 2 Ohm

Induktansi (L) 0,5 H Konstanta Torsi ( mK ) 0,15 Nm/A

Konstanta EMF ( bK ) 0,15 Vs/rad

Gaya Gesek ( fK ) 0,2 msN. Momen Inersia (J) 0,02 22 /. smkg

Pers Mekanik

Pers Elektrik• Rise time kurang dari 0.5 detik.• Steady state error kurang dari 5%

dan,• Overshoot kurang dari 10%

Tinjauan Pustaka|PID

• Pengendali untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi.• Pengendali yang terdiri dari Proportional, Integral, Derivative.• Pengendali PID berfungsi untuk mengendalikan kecepatan motor DC

)()()()(0

tedtdKdtteKteKtu d

t

ip

Proportional Integral Derivative

Tinjauan Pustaka|HIL

• Cara menguji sistem kendali yang didesain dengan plant secara simulasi.

Why?

Memperkecil operational cost, waktu, dan memperkecil kemungkinan terjadinya kerusakan pada saat perancangan.

Blok Diagram Sistem

Perancangan Sistem

• Pengiriman data ke PC hingga penerimaan data kembali dari uC• uC berfungsi sebagai Electrical Control Unit (ECU)• Kendali PID untuk mengatur kecepatan motor DC

   

Sp

Komunikasi Serial

u(t)

µC

 

PC

Plant MATLAB

∑ PID

(y)

Perancangan Sistem|Flowchart Plant

Konfigurasi Program.

Memasukkan parameter PID ke dalam program.

Instruksi Program dikirim ke MATLAB melalui komunikasi serial.

Hasil kecepatan pada saat simulasi dikirim dari MATLAB ke Mikrokontroler Arduino.

Perancangan Software

Perancangan Sistem|Pengambilan Data

• Menggunakan MATLAB Simulink.• Data dari uC berupa Sp dan u(t).• Pengujian dengan waktu 5 detik.• Menentukan karakteristik respon sistem .

Pengujian & Analisis

Hasil Perancangan & Pengujian

• Memberikan sinyal step sebesar 800 RPM.• Respon sinyal model baik namun harus dikendalikan untuk mencapai set point

• Memberikan parameter Kp=1 dengan Sp=800 RPM pada Arduino.

• Respon sinyal model baik namun harus dikendalikan untuk mencapai set point.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

100

200

300

400

500

600

700

800

t: 5RPM: 29.99

Waktu Simulasi (t)

Open Loop Test Model Motor DC

Out

put S

tep

0 1 2 3 4 50

100

200

300

400

500

600

700

800

t: 5RPM: 28.9

Close Loop Test Model Motor DC

Waktu Simulasi (t)N

ilai K

ecep

atan

(RPM

)

Kp= 1, Ki= 0, Kd= 0Set Point= 800

Pengujian & Analisis

pK iK dK Nilai RPM

pK =15

iK =0

dK =0

287

pK =20

iK =0

dK =0

342

pK =26

iK =0

dK =0

394

Pengujian Parameter Kp

• Pengujian parameter Kp dengan Sp=800 RPM.

• Parameter Kp belum dapat untuk membuat respon sistem menuju set point/nilai referensi. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Waktu Simulasi (t)

Nila

i Kec

epat

an (R

PM)

Respon Kendali Model Motor DC dengan Parameter Kp

Kp=15Kp=20Kp=26Set Point=800

• Parameter Kp = 15, Kp = 20, Kp = 26.

Pengujian & Analisis

pK iK dK settling time ( st )

rise time ( rt )

Overshoot (%)

Steady State Error (%)

pK =26

iK =0.50

dK =0

2,71 s

1,35 s

-

-

pK =26

iK =1

dK =0

0,58 s

0,46 s

1,26%

0,012%

pK =26

iK =1.50

dK =0

0,40 s

0,36 s

15%

0,012%

• Pengujian parameter Ki dengan 3 data dengan Sp=800 RPM.

Pengujian Parameter Kp, Ki

• Ki berpengaruh dalam menaikkan respon sistem menuju set point.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Waktu Simulasi (t)

Nila

i Kec

epat

an (R

PM)

Respon Kendali Model Motor DC dengan Parameter Kp dan Ki

Kp=26 Ki=0,50Kp=26 Ki=1Kp=26 Ki=1,50Set Point=800

Pengujian & Analisis

pK iK dK settling time ( st )

rise time ( rt )

Overshoot (%)

Steady

State

Error (%)

pK =26

iK =1

dK =0.30

0,61 s

0,48 s

1,125%

0,012%

pK =26

iK =1

dK =0.60

0,68 s

0,52 s

1,3125%

0,012%

pK =26

iK =1

dK =1

0,82 s

0,63 s

2,3%

0,012%

• Pengujian dengan 3 data dengan Sp=800 RPM.

• Kd berpengaruh dalam mengurangi overshoot respon sistem.

Pengujian Parameter Kp,Ki,Kd

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Waktu Simulasi (t)

Nila

i Kec

epat

an(R

PM)

Respon Kendali Model Motor DC dengan Parameter Kp, Ki, Kd

Kp=26 Ki=1 Kd=0,30Kp=26 Ki=1 Kd=1Kp=26 Ki=1 Kd=3Set Point=800

Pengujian & Analisis

Set point

Settling

Time ( sT )

Rise Time

( rT )

Overshoot

(%) Steady

State

Error(%)

400 0.61s

0,48 s 1,13% 0,025%

500 0.61 s

0,48 s 1,12% 0,020%

600 0.61 s

0,48 s 1,11% 0,016%

700 0.61 s

0,48 s 1,11% 0,014%

800

0.61 s 0,48 s 1,11% 0,012%

900

0.61 s 0,48 s 1,11% 0,012%

980

0.61 s 0,48 s 1,12% 0,011%

Pengujian Variasi Set Point

• Model Motor DC dapat dikendalikan dengan PID melalui µC Arduino Uno Rev 3,• Parameter nilai Kp dalam penelitian belum sesuai dengan teori umum,• Parameter Ki mempunyai peran besar dalam memperbaiki respon sistem,• Parameter nilai Kd dalam penelitian ini mempunyai pengaruh terhadap menurunnya

overshoot respon sistem,• Nilai PID terbaik dengan Kp=26 Ki=1 Kd=0.30 dan memenuhi spesifikasi untuk mengendalikan

motor DC.

Kesimpulan

Saran• Untuk mendapatkan respon sistem yang lebih bervariasi ada baiknya diuji dengan metode

PID seperti root locus,dan ziegler nichols.• Terbatas pada pendayagunaan plant model motor DC. Selanjutnya dapat menggunakan plant

sesungguhnya.• Menggunakan Arduino atau mikrokontroler jenis lain yang memiliki range pembacaan data

dan clock speed yang lebih tinggi.

Kesimpulan dan Saran