KONSEP SISTEM KONTROL

UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIKJURUSAN TEKNIK ELEKTRO

SISTEM : terdiri dari komponen-komponen yang mempunyai fungsi masing-masing dan saling bekerja sama untuk mencapai suatu tujuan tertentu yang telah ditetapkan.

SISTEM KONTROL : sebuah sistem dimana komponen-komponennya dihubungkan sedemikian rupa sehingga membentuk sebuah konfigurasi sistem untuk mendapatkan tanggapan yang diinginkan

Pengenalan Konsep S istem Pengaturan

Sistem :

- m em punyai tu juan- terd iri dari kom ponen - kom ponen- kom ponen-kom ponen tersebut m em punyai fungsi m asing-m asing yang m erupakan suatu kesatuan

1.1.Konsep Dasar S istem Kontrol

Dasar untuk m enganalis is dan m endesain sistem kontroladalah teori sistem lin ier

P lant atau proses yang akan dikontro l dapat d irepresentasikan oleh hubungan sebab akibat

S istem kontrol adalah hubungan antara kom ponen-kom ponen yang m em bentuk sebuah konfigurasi sistem untuk m endapatkan tanggapan sistem yang diinginkan

plant atau prosesoutputinput

1

Gambar 1.1 Hubungan Sebab Akibat dalam Sistem Kontrol

Contoh Sistem Kontrol Otomatis

a. Pengontrolan proses, misalnya pengontrolan temperatur, aliran, tekanan, tinggi permukaan cairan, pH, dan sebagainya.

b. Pembangkit tenaga listrik, misalnya pengaturan tegangan, frekuensi, dan sebagainya.

c. Pengontrolan numerik yaitu pengontrolan operasi yang membutuhkan ketelitian tinggi dalam proses yang berulang-ulang, misalnya pembuatan lubang, tekstil, pengelasan, dan sebagainya.

d. Transportasi, misalnya elevator, eskalator, ban berjalan, kereta api, pesawat terbang, dan sebagainya.

e. Servomekanisf. Bidang non teknik, misalnya ekonomi, sosiologi, biologi.

Klasifikasi Sistem Kontrol

a. Sistem kontrol loop terbuka dan loop tertutupb. Sistem linier dan tak linierc. Sistem kontrol berubah terhadap waktu (time-

variant) dan sistem kontrol tak berubah terhadap waktu (time-invariant)

d. Sistem kontrol waktu kontinyu dan sistem kontrol waktu diskrit

e. Sistem kontrol masukan tunggal keluaran tunggal (SISO) dan sistem kontrol banyak masukan banyak keluaran (MIMO)

Sistem Kontrol Loop Terbuka

menggunakan peralatan penggerak untuk mengontrol proses secara langsung tanpa umpan balik. Pada sistem ini harga keluaran sistem tidak dapat dibandingkan terhadap harga masukannya.

Ciri-ciri Sistem Kontrol Loop Terbuka :

•Sederhana•Harganya murah•Dapat dipercaya•Dapat kurang akurat karena tidak terdapat koreksi terhadap kesalahan•Berbasis waktu

Contoh Sistem Kontrol Loop Terbuka• sistem kontrol temperatur ruanganC ontoh Loop Terbuka

input

(pengesetan daya 1 KW atau 2 KW )P lant

output

(tem peratur ruangan)

Gambar 1.2 Diagram Balok Sistem Kontrol Temperatur Ruangan

• sistem kontrol tinggi permukaan cairan dalam tangki

Pengenalan Konsep S istem Pengaturan

S istem Pengaturan Loop Terbuka

contoh : * s istem pengaturan perm ukaan tangki

- h tetap w alau a liran flu ida pada katub K 1 berubah-ubah

- d icapai dengan pengaturan secara m anual pada katub K 2 pada waktu tertentu

D iagram Balok :

input

(h yang d iing inkan)S istem Pengaturan

(katub K 2 dan operator)output

(h sesungguhnya)

7

Gambar 1.3 Diagram Balok Sistem Kontrol Tinggi Permukaan Cairan dalam Tangki

K2

K1 h

Gambar 1.4 Sistem Kontrol Tinggi Permukaan Cairan dalam Tangki

Pada sistem tersebut diinginkan tinggi permukaan cairan (h) tetap walaupun fluida pada katub K1 berubah-ubah. Hal tersebut dapat dicapai dengan pengaturan secara manual pada katub K2 pada waktu tertentu sesuai pengalaman operator.

Sistem Kontrol Loop Tertutupmenggunakan pengukuran keluaran dan mengumpanbalikkan sinyal tersebut untuk dibandingkan dengan keluaran yang

diinginkan.Sinyal keluaran diumpanbalikkan terhadap kontroler yang akan membuat pengubahan terhadap sistem agar keluaran sistem

seperti yang diinginkan.

Perbandingan sistem kontrol loop tertutup dan loop terbuka:•Lebih kompleks•Harganya lebih mahal•Lebih dapat dipercaya•Biasanya lebih akurat•Tidak berbasis waktu

Gambar 1.5 Diagram Balok Sistem Kontrol Loop Tertutup

Komponen Sistem Kontrol Loop Tertutup:

1. Sensor/transduser. Elemen yang langsung mengadakan kontak dengan obyek yang diukur. Transduser berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang diukur menjadi besaran fisis lainnya.

2. Detektor Kesalahan Mengukur kesalahan (error) yang terjadi antara keluaran sesungguhnya dan keluaran yang diinginkan. 3. Penggerak / Actuator Mengontrol aliran energi ke sistem yang dikontrol. Alat ini juga disebut dengan elemen pengontrol akhir (final control element). 4. Penguat / Amplifier Power Amplifier merupakan unit yang dibutuhkan karena daya dari detektor kesalahan tidak cukup kuat untuk menggerakkan elemen keluaran.

Contoh Sistem Kontrol Loop Tertutup

C ontoh Loop Tertutup

input

(tem peratur ruangan yang diharapkan)

output

(tem peratur ruangan)Kontroler P lant

Pengesetan daya yang d iharapkan

PengukuranTem peratur

+

-

Gambar 1.6 Diagram Balok Sistem Kontrol Temperatur Ruangan Otomatis

• sistem kontrol temperatur ruangan otomatis

• sistem kontrol tinggi permukaan cairan dalam tangki otomatis

Gambar 1.7 Diagram Balok Sistem Kontrol Tinggi Permukaan Cairan dalam Tangki Otomatis

K2

K1h

Penguat Daya

+V

-VPenggerak/

motor

pelampung

Gambar 1.8 Sistem Kontrol Tinggi Permukaan Cairan dalam Tangki Otomatis

Dalam sistem tersebut diinginkan tinggi permukaan cairan dalam tangki (h) tetap,

walaupun aliran fluida pada katub K1 berubah-ubah.

Jika permukaan tangki tidak sesuai dengan yang diinginkan, akan terbentuk tegangan error (e). Tegangan e diperkuat sehingga dapat memberikan input pada penggerak/ motor untuk membuka/ menutup katub K2.

Operasi Penjumlahan dan Pengurangan

Pengenalan Konsep S istem Kontro l

Penjum lahan dan Pengurangan

D alam sistem kontro l, operasi penjum lahan dan pengurangansim bol lingkaran kecil dengan tanda panah yang m enunjukkan arah proses

dim ana a,b dan c adalah variabel

T itik Cabang

D ip e rlu k an u n tu k m en g em b a lik an k e lu a ran k e m asu k an /b ag ian la in d a lam s is temH arg a y an g d ik em b a lik an te tap sam a d en g an h a rg a p en g em b a lian n y a

a +

-b

c

c = a-b

a +

-b

c

+ d

c = a-b+d

az z

z

15

(a) (b)

Gambar 1.9 Operasi Penjumlahan dan Pengurangan (a, b, c, d merupakan variabel)

Dari Gambar 1.9, harga variabel yang masuk ke dalam summing point sama dengan harga variabel yang keluar dari summing point.

Titik Cabang

Pengenalan Konsep S istem Kontro l

Penjum lahan dan Pengurangan

D alam sistem kontro l, operasi penjum lahan dan pengurangansim bol lingkaran kecil dengan tanda panah yang m enunjukkan arah proses

dim ana a,b dan c adalah variabel

T itik C abang

D ip e rlu k a n u n tu k m e n g e m b a lik a n k e lu a ran k e m a su k a n /b ag ia n la in d a la m s is te mH a rg a y a n g d ik e m b a lik a n te ta p sam a d e n g a n h a rg a p e n g em b a lian n y a

a +

-b

c

c = a-b

a +

-b

c

+ d

c = a-b+d

az z

z

15

Gambar 1.10 Pada Titik a Terdapat Tiga Cabang yang Mempunyai Nilai Sama, yaitu z

Dalam sistem kontrol, seperti terlihat dalam Gambar 1.10 suatu titik cabang (a) diperlukan untuk mengembalikan keluaran ke masukan/bagian lain dalam sistem. Dalam simbol ini harga yang dikembalikan tetap sama dengan harga pengambilannya atau nilai z pada ketiga cabang tersebut harganya sama.

Latihan:1.Beberapa sistem kontrol otomatis banya dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Berikan beberapa contoh dan jelaskan prinsip kerjanya!2.Jelaskan apa yang dimaksud dengan sistem kontrol loop terbuka, dan apa yang menyebabkan sehingga sistem ini masih layak untuk digunakan!3.Sebutkan tiga sifat penting dari sistem kontrol loop tertutup dan bandingkan dengan sistem kontrol loop terbuka!4.Gambarkan diagram balok dari pengendara mobil di jalan. Dalam kondisi bagaimana sistem dapat dikategorikan sebagai sistem loop terbuka?5.Gambarkan diagram balok sistem pemanas ruangan. Perhatikan bahwa kontroler sistem ini adalah termostat. Sebutkan beberapa gangguan yang mungkin timbul dalam sistem ini!