1

SISTEM KONTROL PROPORTIONAL

Proposal Praktikum

Diajukan guna memenuhi tugas Mata Kuliah Instrumentasi

Oleh:

ABDUS SOLIHIN

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU ALAM

UNIVERSITAS JEMBER

2009

2

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kontroler adalah bagian dari rangkaian atau peralatan instrumentasi yang

memproses, membuat keputusan, dan memberikan instruksi lebih lanjut dalam

bekerjanya suatu peralatan tertentu. Ada beberapa jenis kontroler, beberapa

diantaranya adalah Kontroler Proporsional (P), Kontroler Proporsional

Integral (PI), Kontroler Proporsional Deravatif (PD), dan Kontroler

Proporsional Integral Deravatif (PID). Akan tetapi dalam eksperimen yang

akan dilakukan hanya difokuskan pada Kontroler Proporsional (P). Hal

tersebut dikarenakan Kontroler Proporsional (P) merupakan basic design atau

prototype yang memberikan konsep pada kontroler yang lain.

Kata proportional dalam frasa Kontroler Proporsional mempunyai arti

bahwa besarnya aksi kontrol sesuai dengan besarnya error dengan faktor

pengali tertentu. Konsep kerja dari Kontroler Proporsional (P) ialah

pemberian keputusan dalam sistem control dengan melakukan perbandingan

sinyal proses dari transmiter, variabel yang dikontrol, dengan setpointnya dan

mengirim sinyal yang cocok ke control valve; atau elemen kontrol akhir

lainnya dalam rangka menjaga variabel yang dikontrol pada setpoint-nya.

Sehingga akan memberikan dua kemungkinan reaksi. Pertama, aksi

berlawanan (reverse action) atau turun: bila harga output naik maka kontroler

mengurangi sinyal output (udara tekan atau arus )-nya. Kedua, Aksi searah

(direct action) atau naik: sebaliknya dari reaksi pertama.

Kontrol otomatik telah memainkan peranan penting dalam sains dan

rekayasa modern. Disamping untuk kepentingan khusus seperti space-vehicle

system, missile-guidance system, robotic system, kontrol otomatik telah

menjadi bagian integral yang penting dalam manufaktur modern dan industri

proses. Sebagai contoh, kontrol otomatik merupakan esensi dalam numerical

control mesin-mesin presisi pada industri manufaktur, desain sistem auto pilot

3

pada industri penerbangan, disain mobil dalam industri otomotif. Juga dapat

diterapkan pada operasi-operasi industri seperti mengontrol tekanan,

temperatur, kelembaban, viskositas, aliran dalam industri proses.

Mengingat aplikasi dari Kontroler Proporsional (P) ini memiliki manfaat

dan kontribusi sangat besar dalam banyak bidang seperti disebutkan dalam

beberapa contoh diatas, maka eksperimen mengenai Kontroler Proporsional

(P) ini sangatlah penting dilakukan agar dapat dikembangkan lebih lanjut.

1.2 Perumusan Masalah

Perumusan masalah dari praktikum yang akan dilakukan adalah

bagaimana penguatan/gain yang terjadi dari nilai input tertentu yang

ditetapkan serta hubungannya dengan besarnya error yang terjadi, dan

identifikasi aksi control pada Kontroler Proporsional (P)?

1.3 Tujuan

a. Mengetahui bagaimana penguatan/gain yang terjadi dari nilai input

tertentu yang ditetapkan.

b. Mengetahui hubungan penguatan/gain dengan besarnya nilai error yang

terjadi.

c. mengidentifikasi aksi control pada Kontroler Proporsional (P) dengan

membandingkan sinyal masukan dan keluaran pada osiloskop.

4

BAB 2. DASAR TEORI

Kontroler adalah otak lup control yang melakukan aksi control atau

pengendalian dalam suatu proses tertentu. Kontroler membuat keputusan dalam

sistem kontrol dengan melakukan pembandingkan sinyal proses dari

transmitter(variabel yang dikontrol) terhadap seat point-nya atau dengan

mengirim sinyal yang cocok ke control valve (elemen control) akhir dalam

setpoint-nya.

Dalam melakukan tugasnya itu, kontroler akan melakukan aksi berlawanan

(reverse action), aksi searah (direct action), atau gabungan dari kedua aksi

tersebut dalam satu proses kerja. Aksi berlawanan terjadi misalnya dalam

fenomena harga output naik, maka kontroler mengurangi sinyal output. Hal

tersebut berbeda dengan aksi searah (direct action), dimana ketika harga output

naik, maka kontroler akan menambah sinyal output. (Placko, 2007: 6-7).

5

Ada beragam jenis kontroler yang diklasifikasikan berdasar aksi kontrol

yang dilakukan. Beberapa jenis kontroler tersebut misalnya on-off control action,

proportional control action (P), integral control action (I), proportional plus

integral control action (PI), proportional plus derivative control action (PD), dan

proportional plus integral plus derivative control action (PID). Dari sekian jenis

kontroler, on-off control action dan proportional control action (P) adalah sistem

kontroler yang paling mendasar dan sederhana proses kerjanya. Hal ini

dikarenakan, kontroler-kontroler yang memiliki kualifikasi lebih tinggi relatif

masih membutuhkan salah satu atau kedua jenis kontroler tersebut.

Proportional controller tidak lain adalah amplifier dengan penguatan

sebesar Kp. Kata proportional mempunyai arti bahwa besarnya aksi kontrol sesuai

dengan besarnya error dengan faktor pengali tertentu. Jenis kontroler ini memiliki

karakteristik overshoot tinggi, waktu penetapan besar, periode osilasi

sedang,adanya offset, dan gainnya (Kc)sangat mempengaruhi error. Akan tetapi,

selain karakteristik tersebut, Proportional controller memiliki kelemahan, yaitu

terdapatnya steady state error atau output yang mempunyai selisih terhadap point

yang diset (set point).

Dari gambar diatas, diperoleh nilai gain (u/e) adalah:

, dengan nilai R1 = R2 maka:

6

Besarnya gain pada Proportional controller sangat mempengaruhi nilai

error yang muncul. Dimana semakin besar nilai Kc membuat nilai offset semakin

kecil, walaupun ada harga Kc maksimum (atau biasa disebut juga dengan Kp

maksimum). Offset (disebut juga dengan droop atau steady state) terjadi karena

aksi kontrol proporsional dengan error yang disebabkan beda antara setpoint dan

control point (harga controlled variable pada kesetimbangan baru). (www.mcgoff-

bethune.com)

Dalam rangkaian Proportional controller ini, gain biasanya dapat

diungkapkan juga dalam bentuk proportional band yang disingkat dengan PB.

Dari rumusan diatas didapati bahwa proportional band (PB) mempunyai nilai 100

per nilai Kc. Sehingga PB dapat didefinisikan sebagai error yang dibutuhkan

untuk menghasilkan keluaran tambahan dari kontroler ke control valve (control

akhir yang umum).

Akan tetapi, hubungan antara kontrol dan error bergantung pada waktu,

dimana u(t) = Kp e(t). Sehingga Kp dapat juga diungkapkan sebagai fungsi transfer:

(Dalam hal ini, beberapa referensi menyebut Kp dengan Kc).

7

BAB 3. METODOLOGI EKSPERIMEN

3.1 Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang dipergunakan pada eksperimen ini adalah:

1. Osiloskop

2. Sumber arus AC (listrik rumah tangga)

3. Function generator

4. Resistor: 2 buah dengan nilai masing-masing 1 kΩ

5. Potensiometer

6. Operational Amplifier (Op-Amp)

3.2 Desain Rangkaian

Dimana,

R1 = R2 = Resistor dengan nilai 1 kΩ

Rp = Potensiometer

e = Input tegangan listrik

u = Output tegangan listrik

8

3.3 Langkah Kerja

Tahapan-tahapan kerja yang dilakukan dalam eksperimen ini adalah:

1. Rangkaian disusun sebagaimana desain rangkaian diatas.

2. Rangakaian dihubungkan dengan osiloskop (CH1 untuk masukan dan CH2

untuk keluaran).

3. Rangkaian dihubungkan dengan function generator atau sumber AC yang

dapat diubah-ubah masukannya.

4. Tegangan masukan diubah-ubah sedemikian rupa dari nilai terkecil hingga

terbesar dengan mengubah nilai amplitudo pada function generator dan

diambil titik-titik sampel tertentu.

5. Dilakukan pengamatan pada masukan dan keluaran di osiloskop dan

ditentukan nilai gain yang muncul dengan membandingkan nilai keluaran

dan masukan tersebut.

6. Dilakukan perhitungan nilai error yang terjadi dengan menggunakan

formula konsep dasar yang telah ada (bias dilihat di dasar teori).

7. Dilakukan pengidentifikasian aksi kontrol dengan mengamati perubahan

yang terjadi antara masukan dan keluaran.

1.4 Analisa Data

Analisa data yang dipergunakan dalam eksperimen ini terdiri dari dua

bagian, yaitu analisa kuantitatif dengan pemaparan nilai-nilai tertentu secara

matematis dan analisa kualitatif yang menggunakan deskriptisasi terhadap

perubahan-perubahan atau fenomena-fenomena yang terjadi.

1. Analisa Kuantitatif

, dengan nilai R1 = R2 maka:

Sehingga dapat diketahui nilai error:

9

2. Analisa Kualitatif

Analisa kualitatif dilakukan melalui perbandingan sinyal/tegangan

masukan dan keluaran pada osiloskop secara deskriptif. Pembandingan ini

meliputi bentuk gelombang, frekuensinya, amplitude, dan sebagainya.

Sehingga didapati spesifikasi control yang terjadi melalui perubahan-

perubahan sinyal masukan dan keluaran yang teramati.

10

Daftar Pustaka

Placko, Dominique. 2007. Fundamental of Instrumentation and Measurement.

ISTE: New Porth Beach, USA.

Humpries, James T. 2000. Industrial Electronics.

www.mcgoff-bethune.comtechlinkprocess.ctrprocess.pdf