i

LAPORAN AKHIR

PENELITIAN DOSEN PEMULA

DESAIN DAN IMPLEMENTASI TANGGAPAN SISTEM KONTROL PROPORTIONAL,INTEGRAL, DIFERENSIAL (PID) PADA PEMBEBANAN

KOMPLEKS MENGGUNAKAN METODE ZIEGLER-NICHOLS

Tahun ke-1 dari rencana 1 tahun

Dibiayai Oleh:

Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat

Direktorat jenderal Penguatan Riset dan Pengembangan

Kementerian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi

Sesuai dengan Surat Perjanjian Penungasan Pelaksanaan Program Penelitian

Nomor: 095/SP2H/LT/DRPM/II/2016, Tanggal 17 Februari 2016

Oleh :

Kartika Dewi, S.T, M.T. NIDN 0924038401 (Ketua)

Muhammad Ilyas Syarif, S.ST.MT NIDN 0005058007 (Anggota)

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

MAKASSAR 2016

Kode/ Nama Rumpun Ilmu :455/ Teknik Kendali

(Atau Instrumentasi dan Kontrol)

ii

iii

RINGKASAN

Tujuan Penelitian ini adalah mendesain tanggapan sistem kendali Pengendali

Proporsional, Integral, Diferensial (PID) terhadap “plant” yang mengalami suatu

perubahan atau di istilahkan dengan pembebanan kompleks agar mendapatkan

tanggapan sistem (keluaran) yang stabil. Ketidakstabilan suatu sistem merupakan

keadaan yang tidak menguntungkan bagi sistem untain tertutup selain untuk

memperoleh manfaat praktis.

Untuk Memperoleh Penalaan Parameter Kontrol PID yang tepat sehingga

menghasilkan sinyal kontrol yang mampu mengatasi reaksi “plant” yang

mengalami suatu perubahan digunakan metode Ziegler-Nichlos. Pemilihan

Metode Ziegler-Nichlos karena metode ini tidak menekankan pada penurunan

model matematik komponen yang akan diatur. Perhitungan parameter-parameter

pengontrolannya hanya dilakukan untuk menentukan ultimate gain Ku dan

ultimate period Tu dari tanggapan Tangga (Step) sebuah “plant”.

Desain dan implementasi dari penelitian ini diharapkan menjadi salah satu

referensi Praktikum Sistem Pengaturan pada Program Studi Elektronika

Politeknik Negeri UjungPandang (PNUP).

iv

PRAKATA

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan rahmat serta karunia-Nya kepada kami sehingga kami

berhasil menyelesaikan laporan kemajuan ini. Kami menyadari, dalam

penyusun laporan ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karenanya,

kami mohon saran dan kritik yang sifatnya membangun dari rekan-rekan

dan semua pihak yang terkait.

Terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu

terlaksananya penelitian dan penyusuan laporan ini sehingga bisa

terselesaikan. Akhirnya, kami berharap semoga laporan kemajuan

penelitian dosen pemula tahun 2016 membawa banyak manfaat bagi kita

semua.

Makassar, 24 November 2016

Tim Peneliti Dosen Pemula

v

DAFTAR ISI

Sampul i

Lembar Pengesahan ii

Ringkasan iii

Prakata iv

Daftar isi v

Daftar Tabel vi

Daftar Gambar vii

Bab 1. Pendahuluan 1

Bab 2. Tinjauan Pustaka 4

Bab 3. Tujuan dan Manfaat Penelitian 19

Bab 4. Metodologi Penelitian 20

Bab 5. Hasil dan Luaran yang dicapai 24

Bab 6. Kesimpulan dan Saran 41

Daftar Pustaka 42

Lampiran-Lampiran 43

Lampiran 1 Biodata I

Lampiran 2 Artikel Ilmiah II

Lampiran 3 Berita Acara Seminar Hasil III

Lampiran 4 Daftar Hadir Seminar Hasil IV

vi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Penalaan parameter PID dengan metode kurva reaksi 15

Tabel 2.2 Penalaan parameter PID dengan metode Osilasi 17

Tabel 5.1 Impedansi Hambatan (R) terhadap frekuensi 27

Tabel 5.2 Impedansi Induktor (L) terhadap frekuensi 27

Tabel 5.3 Impedansi Kapasitor (C) terhadap frekuensi 28

Tabel 5.4 Parameter Tuning Kontroler PID sesuai dengan aturan I

tuning Ziegler Nichols

30

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram kotak Sistem kontrol Industri 4

Gambar 2.2 Diagram kotak Kontrol Proporsional 7

Gambar 2.3 Grafik output input untuk kontrol proporsional 8

Gambar 2.4 Diagram kotak kontrol integral 9

Gambar 2.5 Kurva sinyal kesalahan e(t) terhadap t pada pembangkit

kesalahan nol

9

Gambar 2.6 Alat kontrol Elektronik mode Integral 10

Gambar 2.7 Kurva waktu hubungan input-output pengontrol derivative 11

Gambar 2.8 Diagram Blok Kontrol Proporsional+integral+Diferensial 12

Gambar 2.9 Kontrol Proporsional ditambah integral diferensial

elektronik

13

Gambar 2.10 Kurva respon tangga satuan yang memperlihatkan 25%

loncatan maksimum

14

Gambar 2.11 Respon Tangga satuan sistem 15

Gambar 2.12 Kurva Respon Berbentuk S 15

Gambar 2.13 Sistem Untaian tertutup dengan alat kontrol Proporsional 16

Gambar 2.14 Kurva Respon Sustain Oscilation 16

Gambar 2.15 Domain atau kawasan tanggapan sistem 17

Gambar 2.16 Tanggapan sistem dengan respon waktu 18

Gambar 3.1 Blok Diagram PID dengan aturan kurva reaksi dari Ziegler

Nichols

21

Gambar 3.2 Blok Diagram PID dengan aturan osilasi dari Ziegler

Nichols

21

Gambar 5.1 Diagram Blok kontrol PID 25

Gambar 5.2 Rangkaian listrik RLC 25

Gambar 5.3 Modul percobaan rangkaian listrik RLC 26

Gambar 5.4 Blok diagram simulasi plant dengan simulink 29

Gambar 5.5 Hasil simulasi plant dengan simulink 30

Gambar 5.6 Blok diagram kontrol PID dengan plant 32

viii

Gambar 5.7 Blok diagram simulasi pada matlab 32

Gambar 5.8 Hasil Simulasi kontrol PID dengan nilai Kp=5,55;

Kd=0,222; Ki=34,69

33

Gambar 5.9 Hasil Simulasi kontrol PID dengan nilai Kp=5,55; Kd=1;

Ki=34,69

33

Gambar 5.10 Hasil Simulasi kontrol PID dengan nilai Kp=4; Kd=0,222;

Ki=1

34

Gambar 5.11 Implementasi kontrol PID pada ACS-1000 dengan nilai

Kp=5,55; Kd=0,222; Ki=34,69

34

Gambar 5.12 Diagram blok simulink metode Osilasi tanpa kontroler

dengan nilai K=10

35

Gambar 5.13 Hasil simulasi simulink metode Osilasi tanpa kontroler

dengan nilai K=10, osilasi convergent

35

Gambar 5.14 Diagram blok simulink metode Osilasi tanpa kontroler

dengan nilai K=12

37

Gambar 5.15 Hasil simulasi simulink metode Osilasi tanpa kontroler

dengan nilai K=12, osilasi divergent

37

Gambar 5.16 Hasil simulasi simulink metode Osilasi tanpa kontroler

dengan nilai K=11,5, diperoleh osilasi Amplitudo Konstan

38

Gambar 5.17 Blok Diagram dengan Kontrol PID metode Osilaso 39

Gambar 5.18 Hasil Simulasi Simulink dengan nilai Ki=47,6; Kd=0,25;

Kp=6,9 dengan metode Osilasi

39

Gambar 5.19 Implementasi Kontrol PID pada ACS-1000 dengan nilai

Ki=47,6; Kd=0,25; Kp=6,9 dengan metode Osilasi

40

1

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sistem pengendalian menjadi bagian yang tidak bisa terpisahkan dalam

proses kehidupan ini khususnya dalam bidang rekayasa industri, karena dengan

bantuan sistem pengendalian maka hasil yang diinginkan dapat

terwujud. Intrumentasi dan kontrol industri tentu tidak lepas dari sistem

instrumentasi sebagai pengontrol yang digunakan dalam keperluan pabrik. Sistem

kontrol pada pabrik tidak lagi manual seperti dahulu, tetapi saat ini telah dibantu

dengan perangkat kontroler sehingga dalam proses produksinya suatu pabrik bisa

lebih efisien dan efektif. Kontroler juga berfungsi untuk memastikan bahwa setiap

proses produksi terjadi dengan baik.

PID (Proportional–Integral–Derivative controller) merupakan kontroler

untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya

umpan balik pada sistem tesebut. PID adalah pengontrol konvensional yang

banyak dipakai dalam dunia industri. Kestabilan dari sistem instrumentasi yang

digunakan menjadi harga mutlak untuk mendukung efektifitas produksi yang

berdampak pada nilai ekonomis perusahaan. Salah satu penyebab ketidak stabilan

sistem yang umum ditemukan dalam dunia industri adalah factor daya dari beban

yang dikendalikan yang mana hal tersebut mempengaruhi arus beban. Beban yang

memiliki karakteristik tersebut diwakili oleh beban resistif (R), induktif(L),

kapasitif(C) dan kombinasi ketiganya (RLC), yang mana ketiga beban tersebut

memiliki faktor daya yang berbeda sehingga mampu mempengaruhi respon

tegangan dan frekuensi(waktu) dari sistem yang dikendalikan.

Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari

ketiga parameter P, I dan D. Penyetelan konstanta Kp, Ki dan Kd akan

mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari

ketiga konstanta tersebut dapat disetel lebih menonjol dibanding yang lain.

Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi pengaruh pada

respon sistem secara keseluruhan.

Penalaan parameter kontroler PID (Proporsional Integral Diferensial)

selalu didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang diatur (Plant). Dengan

demikian betapapun rumitnya suatu plant, perilaku plant tersebut harus diketahui

2

terlebih dahulu sebelum penalaan parameter PID itu dilakukan. Karena

penyusunan model matematik plant tidak mudah, maka dikembangkan suatu

metode eksperimental, yaitu Ziegler-Nichols. Metode Ziegler-Nichols didasarkan

pada reaksi plant yang dikenai suatu perubahan. Dengan menggunakan metode ini

model matematik perilaku plant tidak diperlukan lagi, karena dengan

menggunakan data yang berupa kurva keluaran, penalaan kontroler PID telah

dapat dilakukan.

Untuk itu Perlu dilakukan Perancangan dan implentasi nilai penalaan

parameter kontroler PID untuk menangani perubahan beban sehingga diperoleh

tanggapan waktu yang baik terhadap sinyal masukan yang beragam.

1.2. Rumusan Masalah

Rumusan masalah dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Mendesain Nilai Kp, Ki, dan Kd pada Sistem Kendali Proporsional,

Integral, Diferensial (PID) untuk mendapatkan tangapan sistem yang

diinginkan Menggunakan Metode Ziegler-Nichlos

2. Implementasi Nilai Penalaan Kp, Ki, dan Kd terhadap Beban yang

berubah-ubah (Kompleks) dalam sistem sehingga dihasilkan tanggapan

waktu yang diinginkan.

1.3. Tujuan

Adapun tujuan Penelitian ini adalah sebagai berikut

1. Merancang Sistem Kendali Proporsional, Integral, Diferensial (PID)

untuk perubahan arus beban (beban resistif, induktif, kapasitif dan

kombinasi R L C) dengan menentukan Nilai Kp, Ki, dan Kd yang tepat

sehingga dihasilkan sebuah kestabilan sistem pada pembebanan

kompleks.

2. Mengimplentasikan hasil penalaan kontrol PID untuk mendapat respon

waktu sistem kendali ideal.

1.4. Target Luaran

Target Luaran Yang Diharapkan adalah:

3

1. Memperoleh Rekomendasi nilai penalaan parameter Kp, Ki, dan Kd yang

tepat agar diperoleh kestabilan sistem terhadap perubahan beban dalam

sistem .

2. Sebuah Prototype Plant dengan beban beban resistif, induktif, kapasitif

dan kombinasi R L C.

4

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kontroler

Kontroler merupakan salah satu bagian yang penting dalam sistem

pengaturan. Masukan ke kontroler adalah indikasi terukur dari variabel

yang dikontrol dan set-point yang merepresentasikan harga yang

diinginkan dari variabel yang dinyatakan dalam bentuk yang sama dengan

pengukuran, sedangkan output kontroler adalah sebuah sinyal yang

merepresentasikan tindakan yang harus diambil ketika harga variabel yang

dikontrol mengalami penyimpangan. Cara bagaimana kontroler tersebut

menghasilkan sinyal kontrol dinamakan aksi kontrol. Pengetahuan tentang

jenis alat kontrol sangat penting dalam penentuan jenis kontroler yang

sesuai untuk mengendalikan suatu sistem atau proses.

2.1.1 Prinsip Kerja Kontroler

Gambar 2.1 memperlihatkan diagram kotak dari sistem kontrol

industri, yang terdiri dari kontroler otomatis, aktuator, plant, dan sensor

(elemen pengukur).

Gambar 2.1. Diagram kotak sistem kontrol industri

Kontroler mendeteksi sinyal kesalahan aktuasi, yang biasanya

mempunyai tingkat daya sangat rendah, dan memperkuatnya menjadi

tingkat yang tingginya mencukupi. Jadi kontroler otomatis terdiri dari

detektor kesalahan dan penguat atau amplifier. Seringkali rangkaian

umpan balik yang sesuai, bersama dengan penguat, digunakan untuk

mengubah sinyal kesalah aktuasi dengan memperkuat dan kadang-kadang

5

dengan diferensiasi dan atau integrasi untuk menghasilkan sinyal kontrol

yang lebih baik. Aktuator adalah alat daya yang menghasilkan masukan ke

”plant” sesuai dengan sinyal kontrol sedemikian sehingga sinyal umpan

balik akan berkaitan dengan sinyal masukan acuan. Keluaran dari

kontroler otomatis dimasukkan ke aktuator.

Sensor atau elemen pengukur adalah alat yang mengubah variabel

keluaran menjadi variabel yang sesuai, seperti perpindahan, tekanan, atau

tegangan, yang dapat digunakan untuk membandingkan keluaran dengan

sinyalmasukan acuan. Elemen ini berada pada jalur umpan balik dari

sistem loop tertutup. Titik ”set” dari kontroler harus diubah ke masukan

acuan dengan unit yang sama dengan sinyal umpan balik dari sensor atau

elemen pengukur.

Menurut Ogata (1997), berdasarkan aksi pengontrolannya,

kontroler analog industri dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

a. Kontroler dua posisi atau “on-off”

b. Kontroler P (proporsional)

c. Kontroler I (integral)

d. Kontroler PI (proporsional-integral)

e. Kontroler PD (proporsional-derivatif)

f. Kontroler PID (proporsional-integral-derivatif)

2.1.2. Elemen Kontrol Automatik Di Industri

Alat-alat kontrol menghasilkan konfigurasi bertingkat, yakni

dengan menyisip-kannya pada lup yang sudah ada, sehingga merupakan

bagian dari penguatan dalam arah maju.

Kontroler automatik harus dapat mendeteksi sinyal kesalahan

penggerak e(t) yang pada umumnya mempunyai tingkat daya yang sangat

kecil, sehingga kontroler memerlukan suatu penguat, dimana alat kontrol

tersebut bisa terdiri dari PI, PD, PID atau alat kontrol lainnya (Fuzzy dll).

Penguat memperkuat daya sinyal e(t) yang selanjutnya akan

menggerakkan actuator atau m(t). Aktuator atau sinyal penggerak

(actuating sinyal) ini merupakan masukan untuk G(t) atau plant. Dengan

6

mengatur alat kontrol maka m(t) dapat dimodifikasi sehingga

menghasilkan respon sistem yang diinginkan.

2.2. Kontrol Proportional–Integral–Derivative controller (PID)

Didalam suatu sistem kontrol kita mengenal adanya beberapa

macam aksi kontrol, diantaranya yaitu aksi kontrol proporsional, aksi

kontrol integral dan aksi kontrol derivative. Masing-masing aksi kontrol

ini mempunyai keunggulan- keunggulan tertentu, dimana aksi kontrol

proporsional mempunyai keunggulan rise time yang cepat, aksi kontrol

integral mempunyai keunggulan untuk memperkecil error ,dan aksi

kontrol derivative mempunyai keunggulan untuk memperkecil error atau

meredam overshot/undershot. Untuk itu agar kita dapat menghasilkan

output dengan risetime yang cepat dan error yang kecil kita dapat

menggabungkan ketiga aksi kontrol ini menjadi aksi kontrol PID.

Parameter pengontrol Proporsional Integral derivative (PID) selalu

didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang di atur (plant). Dengan

demikian

bagaimanapun rumitnya suatu plant, prilaku plant tersebut harus di ketahui

terlabih dahulu sebelum pencarian parameter PID itu dilakukan.

2.2.1. Aksi Kontrol Proporsional (P)

Untuk kontroler dengan aksi kontrol Proporsional, hubungan antara

keluaran kontroller m(t) dan sinyal kesalahan penggerak e(t) adalah :

(2.1)

dimana K adalah konstanta kesebandingan, sedangkan adalah kepekaan

Proporsional atau penguatan. P K

Pertambahan harga K akan menaikkan penguatan sistem, sehingga

dapat digu-nakan untuk memperbesar kecepatan respons dan mengurangi

ess (penyimpangan dalam keadaan mantap). Pemakaian alat kontrol jenis

ini tidak memuaskan, karena semakin besar K selain akan membuat sistem

lebih sensitive, juga akan cenderung mengakibatkan ke tidakstabilan,

7

disamping itu penambahan K terbatas dan tidak cukup untuk mencapai

respon sampai suatu harga yang diingini. Dalam besaran Transformasi

Laplace, adalah :

(2.2)

Diagram kotak kontroler proporsional, diperlihatkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Diagram kotak kontroler proporsional

Apapun bentuk wujud mekanisme yang sebenarnya dan apapun

bentuk daya penggeraknya, kontroler proporsional pada dasarnya

merupakan penguat dengan penguatan yang dapat diatur. Grafik output

input untuk kontroler Proposrsional diperlihatkan pada gambar 2.3.

Gambar 2.3. Grafik Output Input untuk kontroler proporsional

Kontroler proporsional memberi pengaruh langsung (sebanding)

pada error. Semakin besar error, semakin besar sinyal control yang

dihasilkan kontroler. Pengaruh kontroler proporsional pada sistem:

Menambah atau mengurangi kestabilan.

Dapat memeperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time.

Mengurangi (tetapi bukan menghilangkan) error steady state (kesalahan

keadaan mantap/tunak). Untuk menghilangkan error steady state

dibutuhkan Kp yang besar, tetapi membuat sistem lebih tidak stabil.

8

Realisasi kontroler proporsional dengan rangkaian elektronika

dapat dibuat dengan menggunakan operasional amplifier.

Gambar 2.3 Contoh kontroler proporsional elektronik.

Jika keluaran kontroler dan eror dinyatakan dalam tegangan, dari rangkaian op

amp pada Gambar 2.3. diperoleh:

(2.3)

R2/R1 merupakan penguatan proporsional, Kp.

2.2.2. Kontrol Integral (I)

Pengontrol integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang

memiliki

kesalahan keadaan stabil nol. Jika sebuah plant tidak memiliki

unsur integrator (1/s), pengontrol proposional tidak akan mampu

menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan stabilnya nol.

Dengan pengontrol integral, respon sistem dapat diperbaiki, yaitu

mempunyai kesalahan keadaan stabilnya nol.

Pengontrol integral memiliki karaktiristik seperti halnya sebuah

integral. Keluaran sangat dipengaruhi oleh perubahan yang sebanding

dengan nilai sinyal kesalahan. Keluaran pengontrol ini merupakan

penjumlahan yang terus menerus dari perubahan masukannya. Kalau

sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, keluaran akan menjaga

keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan.

9

(2.4)

Atau m(t) = Ki 0

( )t

e t dt , dimana Ki adalah konstanta yang dapat diatur. Fungsi

Alih Kontrol Integral adalah:

( )

( )

1( )

i

i

KM s

E s S

M s KS

(2.5)

Diagram kotak kontroler Integral, diperlihatkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Diagram kotak kontroler Integral

Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang

dibentuk oleh kurva kesalahan penggerak. Sinyal keluaran akan berharga

sama dengan harga sebelumnya ketika sinyal kesalahan berharga nol.

Gambar 2.5 menunjukkan contoh sinyal kesalahan yang dimasukan ke

dalam pengontrol integral dan keluaran pengontrol integral terhadap

perubahan sinyal kesalahan tersebut.

Gambar 2.5 Kurva sinyal kesalahan e(t) terhadap t pada pembangkit kesalahan

nol.

10

Perubahan sinyal kontrol sebanding dengan perubahan eror. Semakin besar

eror,

semakin cepat sinyal kontrol bertambah/berubah. Pengaruh kontroler integral

pada sistem:

- Menghilangkan eror steady state.

- Respon lebih lambat (dibanding P).

- Dapat menimbulkan ketidakstabilan (karena menambah orde sistem).

Gambar 2.6 memperlihatkan contoh kontroler integral elektronik.

Gambar 2.6. Alat kontrol elektronik mode integral.

Persamaan yang menghubungkan masukan dengan keluaran adalah:

(2.6)

1/RC = Ki merupakan penguatan integral. Jika Ki terlalu besar, keluaran naik

dengan cepat sehingga terjadi overshoot dari penyetelan maksimum dan

dihasilkan sikling.

2.2.3. Kontrol Derivatif

Keluaran pengontrol Derivative memiliki sifat seperti halnya suatu

operasi differensial. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol,

akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Gambar 2.7

menyatakan hubungan antara sinyal masukan dengan sinyal keluaran

pengontrol Derivative. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan,

keluaran pengontrol juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila

sinyal masukan berubah mendadak dan menaik (berbentuk fungsi step),

keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal masukan

berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru merupakan

11

fungsi step yang besar magnitudnya sangat dipengaruhi oleh kecepatan

naik dari fungsi ramp dan faktor konstanta diferensialnya.

Gambar 2.7 Kurva waktu hubungan input-output pengontrol Derivative

Karakteristik pengontrol derivative adalah sebagai berikut:

1. Pengontrol ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada perubahan

pada masukannya (berupa sinyal kesalahan).

2. pengontrol derivative mempunyai suatu karakter untuk mendahului, sehingga

pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum

pembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrol derivative dapat

mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif,

dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem .

Berdasarkan karakteristik pengontrol tersebut, pengontrol derivative

umumnya dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi

tidak memperkecil kesalahan pada keadaan stabilnya. Kerja pengontrol

derivative hanyalah efektif pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode

peralihan. Oleh sebab itu pengontrol derivative tidak pernah digunakan

tanpa ada pengontrol lain sebuah sistem (Thomas, 2005, 127).

2.2.4. Kontrol Proporsional, Integral, Derivatif (PID)

Untuk kontroler proporsional ditambah integral ditambah

differensial, sinyal kesalahan e(t) merupakan masukan kontroler

sedangkan keluaran kontroler adalah sinyal kontrol u(t). Hubungan antara

masukan kontroler e(t) dan keluaran kontroler u(t) adalah

(2.8)

12

atau dalam besaran transformasi Laplace

(2.9)

dimana Kp adalah penguatan proporsional dan τi adalah waktu integral dan τd

adalah waktu differensial. Parameter Kp, τi, dan τd ketiganya dapat

ditentukan.

Sehingga fungsi alih kontroler proporsional ditambah integral ditambah

differensial adalah

(2.10)

Diagram blok kontroler proporsional ditambah integral dan differensial

diperlihatkan pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Diagram Blok Kontroler Proporsional+Integral+Diferensial

Realisasi kontroler proporsional ditambah integral ditambah

differensial dengan rangkaian elektronika dapat dibuat dengan

menggunakan operasional amplifier jenis inverting amplifier.

13

Gambar 2.9. Kontroler proporsional ditambah integral ditambah

differensial elektronik

2.3. Metode Ziegler-Nichols

Penalaan parameter kontroller PID selalu didasari atas tinjauan

terhadap karakteristik yang diatur (Plant). Dengan demikian betapapun

rumitnya suatu plant, perilaku plant tersebut harus diketahui terlebih

dahulu sebelum penalaan parameter PID itu dilakukan. Karena

penyusunan model matematik plant tidak mudah, maka dikembangkan

suatu metode eksperimental. Metode ini didasarkan pada reaksi plant yang

dikenai suatu perubahan.

Dengan menggunakan metode itu model matematik perilaku plant

tidak diperlukan lagi, karena dengan menggunakan data yang berupa kurva

krluaran, penalaan kontroler PID telah dapat dilakukan. Penalaan bertujuan

untuk mendapatkan kinerja sistem sesuai spesifikasi perancangan. Ogata

menyatakan hal itu sebagai alat control (controller tuning) (Ogata, 2003,

168, Jilid 2). Metode pendekatan eksperimen tersebut adalah Ziegler-

Nichols

14

Ziegler-Nichols pertama kali memperkenalkan metodenya pada

tahun 1942. Metode ini memiliki dua cara, metode osilasi dan kurva

reaksi. Kedua metode ditujukan untuk menghasilkan respon sistem dengan

lonjakan maksimum sebesar 25%. Gambar 11 memperlihatkan kurva

dengan lonjakan 25%.

Gambar 2.10. Kurva respons tangga satuan yang memperlihatkan 25 %

lonjakan maksimum

2.3.1. Metode Kurva Reaksi

Metode ini didasarkan terhadap reaksi sistem untaian terbuka. Plant

sebagai untaian terbuka dikenai sinyal fungsi tangga satuan (gambar 2.11).

Kalau plant minimal tidak mengandung unsur integrator ataupun pole-pole

kompleks, reaksi sistem akan berbentuk S.

Gambar 2.11 Respon tangga satuan sistem

Gambar 2.12 menunjukkan kurva berbentuk S tersebut. Kelemahan

metode ini terletak pada ketidakmampuannya untuk plant integrator

maupun plantt yang memiliki pole kompleks.

15

Gambar 2.12 Kurva Respons berbentuk S.

Kurva berbentuk-s mempunyai dua konstanta, waktu mati (dead time) L

dan waktu tunda T. Dari gambar 13 terlihat bahwa kurva reaksi berubah naik,

setelah selang waktu L. Sedangkan waktu tunda menggambarkan perubahan kurva

setelah mencapai 66% dari keadaan mantapnya. Pada kurva dibuat suatu garis

yang bersinggungan dengan garis kurva. Garis singgung itu akan memotong

dengan sumbu absis dan garis maksimum. Perpotongan garis singgung dengan

sumbu absis merupakan ukuran waktu mati, dan perpotongan dengan garis

maksimum merupakan waktu tunda yang diukur dari titik waktu L.

Penalaan parameter PID didasarkan perolehan kedua konstanta itu. Zeigler

dan Nichols melakukan eksperimen dan menyarankan parameter penyetelan nilai

Kp, Ti, dan Td dengan didasarkan pada kedua parameter tersebut. Tabel 2.1

merupakan rumusan penalaan parameter PID berdasarkan cara kurva reaksi.

Tabel 2.1 Penalaan paramater PID dengan metode kurva reaksi

Tipe

Kontrole

r

Kp Ti Td

P T/L ~ 0

PI 0,9 T/L L/0.3 0

PID 1,2 T/L 2L 0,5L

2.3.2. Metode Isolasi

Metode ini didasarkan pada reaksi sistem untaian tertutup. Plant

disusun serial dengan kontroller PID. Semula parameter parameter

16

integrator disetel tak berhingga dan parameter diferensial disetel nol (T i =

~ ;Td = 0). Parameter proporsional kemudian dinaikkan bertahap. Mulai

dari nol sampai mencapai harga yang mengakibatkan reaksi sistem

berosilasi. Reaksi sistem harus berosilasi dengan magnitud tetap(Sustain

oscillation) (Guterus, 2004, 9-9). Gambar 2.13 menunjukkan rangkaian

untaian tertutup pada cara osilasi.

Gambar 2.13 Sistem untaian tertutup dengan alat kontrol proporsional

Nilai penguatan proportional pada saat sistem mencapai

kondisi sustain oscillation disebut ultimate gain Ku. Periode dari sustained

oscillation disebut ultimate period Tu . Gambar 2.14 menggambarkan

kurva reaksi untaian terttutup ketika berosilasi.

Gambar 2.14 Kurva respon sustain oscillation

Penalaan parameter PID didasarkan terhadap kedua konstanta hasil

eksperimen, Ku dan Pu. Ziegler dan Nichols menyarankan penyetelan nilai

parameter Kp, Ti, dan Td berdasarkan rumus yang diperlihatkan pada Tabel

2.2.

17

Tabel 2.2 Penalaan paramater PID dengan metode osilasi

Tipe

Kontrole

r

Kp Ti Td

P 0,5.Ku

PI 0,45.Ku 1/2 Pu

PID 0,6.Ku 0,5 Pu 0,125

Pu

2.4. Tanggapan Sistem

Respon sistem atau tanggapan sistem adalah perubahan perilaku

output terhadap perubahan sinyal input. Respon sistem berupa kurva akan

menjadi dasar untuk menganalisa karakteristik system selain

menggunakan persamaan/model matematika. Salah satu cara untuk

menguji dan menganalisis suatu sistem adalah dengan memberikan suatu

sinyal uji (test signal) sebagai masukan dan mengamati serta menganalisis

keluarannya. Berbagai sinyal masukan dapat digunakan untuk keperluan

analisis yang berbeda-beda. Jika sistem yang digunakan untuk keperluan

masukan dengan kenaikan gradual sepanjang waktu, maka digunakan

sinyal uji fungsi ramp. Sinyal fungsi step digunakan untuk menguji

keandalan terhadap gangguan luar.

Respon sistem atau tanggapan sistem terbagi dalam dua domain,

yakni domain waktu (time response) dan domain frekuensi (frequency

response) yang ditunjukkan pada diagram dibawah.

Gambar 2.15. Domain atau Kawasan Tanggapan Sistem

18

Untuk Domain waktu, tanggapan waktu dari suatu sistem kontrol terdiri

atas tanggapan transien (transient response) dan tanggapan keadaan tunak

(steady-state response). Tanggapan transien berlangsung saat „start’ hingga

tanggapan sistem mencapai nilai akhir yang diinginkan (final state). Tanggapan

keadaan tunak dimulai saat tanggapan pertama kali mendekati nilai akhir hingga

waktu yang tak terhingga. Gambar 2.16 mendeskripsikan kedua jenis tanggapan

waktu tersebut.

Tanggapan transien digunakan untuk menganalisis sifat naik atau

permulaan dari suatu sistem bila diberikan sinyal uji. Sedangkan tanggapan

keadaan tunak digunakan untuk menganalisis karakteristik sistem pada saat

mencapai harga akhirnya.

Gambar 2.16 Tanggapan sistem dengan respon waktu

19

BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

Adapun tujuan Penelitian ini adalah sebagai berikut

1. Merancang Sistem Kendali Proporsional, Integral, Diferensial (PID) untuk

perubahan arus beban (beban resistif, induktif, kapasitif dan kombinasi R L

C) dengan menentukan Kp, Ki, dan Kd yang tepat sehingga dihasilkan sebuah

kestabilan sistem pada pembebanan kompleks.

2. Mengimplentasikan hasil penalaan kontrol PID untuk mendapat respon waktu

sistem kendali ideal.

Dengan tercapainya tujuan diatas, maka maafaat yang bisa dirasakan dari

kegiatan penelitian ini adanya modul pembebanan yang berfungsi sebagai Plant

dan bahan ajar pada mata kuliah sistem pengaturan dan Praktikum Sistem

Pengaturan pada Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro

Politeknik Negeri Ujung Pandang.

20

BAB 4. METODOLOGI PENELITIAN

4.1. Tahapan-tahapan penelitian

Tahapan-tahapan penelitian yang direncanakan adalah sebagai berikut:

1. Kajian pustaka dan pengumpulan data pada sistem kerja dan karakteristik

modular Analog Control System (ACS-1000).

2. Pemodelan matematis dari sistem yang akan dibuat dan diamati

berdasarkan kajian pustaka yang telah diperoleh.

3. Mendesain unit beban

4. Perancangan unit beban

5. Penalaan Nilai Kp, Ki, dan Kd pada Sistem Kendali Proporsional,

Integral, Diferensial (PID) untuk mendapatkan tangapan sistem yang

diinginkan Menggunakan Metode Ziegler-Nichlos.

6. Melakukan ujicoba sistem bagian perbagian (blok perblok)

7. Melakukan ujicoba dan evaluasi terhadap unjuk kerja sistem yang telah

terintegrasi.

8. Membuat kesimpulan terhadap hasil penelitian dan pengembangan.

Sinyal uji yang menjadi input pada penelitian yaitu sinyal uji tangga

(step. Langkah berikutnya adalah melakukan penalaan Parameter dari

Kontroler PID menggunakan metode pertama dari Ziegler-Nichlos pertama

yakni menggunakan kurva reaksi dengan acuan kurva respon berbentuk S

untuk mendapatkan nilai Kp, Ki, dan Kd. Selanjutnya Menyempurnakan

sistem Kontroler dengan melakukan lup tertutup dengan menghubungkan

pada beban resistif, induktif, kapasitif dan kombinasi RLC. kemudian

parameter penalaan PID akan mengalami pengulangan sampai spesifikasi

respon ditemukan. Spsesifikasi Respon Yang di inginkan adalah waktu naik

yang cepat, minimum overshoot dan kesalaan keadaan tunak sama dengan

nol(0). Blok Diagram Matematis Untuk perancangan sistem PID

menggunakan aturan kurva reaksi pada gambar 3.1.

21

Gambar 3.1. Blok Diagram PID dengan Aturan Metode Kurva

reaksi dari Ziegler-Nichols

Dalam pengaturan untuk mementukan parameter pengontrol PID

menggunakan metode Ziegler-Nichols metode osilasi. Langkah-langkah

yang dilakukan sama seperti menentukan parameter pengontrol PID

menggunakan metode Ziegler-Nichols metode kurva reaksi tetapi terlebih

dahulu kita menentukan dua koefisien ultimate gain (KU) dan ultimate

period (PU). Diagram blok sistem loop tertutup terlihat pada gambar 3.2.

Gambar 3.2. Blok Diagram PID dengan Aturan Metode Osilasi dari

Ziegler-Nichols

Desain dari Sistem ini memiliki spesifikasi alat yang direncanakan

sebagai berikut :

1. Satu Unit Komputer dengan spesifikasi minimal:

a. Processor Intel(R) Core(TM) i3-3110M, CPU2.40 GHz

b. Memory 1 GB

-

22

c. Operating Sisstem Windows 7 Ultimate 64 bit.

2. Satu Set Modul Analog Contro System (ACS-1000).

3. Osiloskop 1 unit.

4. Function Generator 1 Unit.

5. Multimeter 1 Buah.

6. Modul Beban Resistif, Kapasisti, dan Induktif.

4.2. Prosedur Desain(Perancangan) dan Implementasi

Prosedur perancangan yang dilakukan didasarkan pada metode perancangan

yang diambil yaitu metode desain, yaitu :

1. Proses pengumpulan data (instrument)

2. Proses perancangan desain

3. Proses pembuatan/ perakitan

4. Proses pengetesan, merupakan tahap terakhir yang dilakukan, berupa

pengetesan sistem. Pengetesan yang dilakukan masing-masing pada setiap

blok dan sistem secara keseluruhan.

4.3 . Lokasi Penelitian

Penelitian akan dilakukan di Laboratorium Sistem Pengaturan dan

Perancangan Elektronika Politeknik Negeri Ujung Pandang Jl. Perintis

Kemerdekaan Km. 10 Makassar, Sulawesi-Selatan.

4.4. Teknik Pengumpulan dan Analisa Data

Metode Pengumpulan data yang digunakan adalah dengan melalui ujicoba

sistem melalui dua langkah, yakni:

1. Ujicoba blok per-blok dari sistem yang dibuat. Pengambilan data dengan

metode ini adalah untuk mengetahui performasi setiap bagian dari sistem

apakah bekerja sesuai dengan fungsinya. Hal ini akan memudahkan dalam

proses troubleshooting.

2. Ujicoba Sistem secara utuh. Pengujian sistem secara keseluruhan bertujuan

untuk mengetahui hasil perancangan sistem sudah sesuai dengan target yang

direncanakan.

23

Adapun analisis dari data yang diperoleh di dasarkan pada teori, bahan

penelitian yang menjadi rujukan dalam kajian pustaka.

24

BAB 5

HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI

A. Pemodelan Sistem Fisis

Persoalan mendasar dalam mendesain suatu sistem kontrol adalah

mengetahui karakteristik dari setiap bagian yang dirancang. Deskripsi

matematik dari karakteristik dinamik suatu sistem disebut model

matematik. Langkah pertama dalam analisis suatu sistem dinamik adalah

memperoleh modelnya. Dari sistem dinamik ini dapat diketahui indeks

performansi dan dinamika sistem tersebut.

1. Fungsi Alih PID

Untuk kontroler proporsional ditambah integral ditambah differensial,

sinyal kesalahan e(t) merupakan masukan kontroler sedangkan keluaran

kontroler adalah sinyal kontrol u(t). Hubungan antara masukan kontroler

e(t) dan keluaran kontroler u(t) adalah

(5.1)

atau dalam besaran transformasi Laplace

(5.2)

dimana Kp adalah penguatan proporsional dan τi adalah waktu integral dan τd

adalah waktu differensial. Parameter Kp, τi, dan τd ketiganya dapat

ditentukan.

Sehingga fungsi alih kontroler proporsional ditambah integral ditambah

differensial adalah

(5.3)

Diagram blok kontroler proporsional ditambah integral dan differensial

diperlihatkan pada gambar 2.8.

25

Gambar 5.1 Diagram Blok Kontroler Proporsional+Integral+Diferensial

2. Fungsi Alih Rangkaian R-L-C

Gambar 5.2 Rangkaian R-L-C

Tinjau rangkaian listrik yang ditunjukkan pada gambar 5.2.

Rangkaian tersebut terdiri dari suatu Induktansi L (henry), suatu tahanan

R(ohm(, dan suatu Kapasitansi C (farad). Dengan menerapkan hukum

Kirchoff pada sistem yang sedang ditinjau, kita peroleh persamaan berikut:

1( )

diL Ri idt V t

dt C (5.4)

0

1( )idt V t

C (5.5)

Dengan mencari Transformasi Laplace dari persamaan 5.4 dan 5.5,

dengan mengganggap syarat awal nol, kita peroleh:

26

0

1 1( ) ( ) ( ) ( )

1 1( ) ( )

LsI s RI s I s E sC s

I s E sC s

Jika V(t) kita anggap masukan dan Vo(t) sebagai Keluaran, maka

Fungsi Alih dari sistem ini diperoleh sebagai berikut:

2

0

( ) 1

( ) 1

E s

E s LCs RCs

B. Eksperimen Rangkaian RLC sebagai Impedanzi Kompleks

Eksperimen rangkaian seri RLC menggunakan papan Protoboard,

Multimeter, resistor, induktor, kapasitor, Function Generator, dan kabel

penghubung.

Gambar 5.3 Modul Percobaan Rangkaian R-L-C

Rangkaian R-L-C terdiri dari R= 47 , C = 10 F dan Induktor

500 Lilitan. Tujuan dari Ekdperimen ini adalah menentukan karakteristik

Impendasi hambatan terhadap frekuensi, menentukan karakteristik

Impendasi induktor terhadap frekuensi, menentukan karakteristik

Impendasi Kapasitor terhadap frekuensi, dan menentukan karakteristik

rangkaian R-L-C sebagai Impedansi Kompleks yang akan menjadi Plant

dalam penelitian ini. Dari hasil percobaan ini diperoleh hubungan antara

27

tegangan, arus dan impedansi dari setiap komponen listrik

resistor,induktro, dan kapasitor sebagai berikut:

Tabel 5.1 Impedansi Hambatan (R) terhadap frekuensi

F(Hz) V(Volt) I

(Amp

ere)

100 6.5 0.14

200 6.5 0.14

300 6.5 0.14

400 6.5 0.14

500 6.5 0.14

Tabel 5.2 Impedansi Induktor (L) terhadap frekuensi

F(Hz) V(Volt) I

(Amp

ere)

100 1 5.5

200 0.9 6.3

300 0.7 6.4

400 0.6 6.4

500 0.4 6.4

28

Tabel 5.3 Impedansi Kapasitor (C) terhadap frekuensi

F(Hz) V(Volt) I (Ampere)

100 6.72 0.03

200 6.72 0.07

300 6.71 0.1

400 6.71 0.15

500 6.71 0.19

Dari hasil percobaan ini diketahui bahwa tegangan yang melalui resistor

adalah sama dengan tegangan masukan sehingga menyebabkan fase arus dan

tegangan sama pada resistor. Sedangkan pada hubungan antara impedansi

induktor terhadap frekuensi berbanding lurus, jika frekuensi meningkat maka

reaktansi induktif juga akan meningkat dan demikian pula sebaliknya. Pada

percobaan impedansi kapasitor terhadap frekuensi diperoleh hasil reaktansi

kapasitif berbanding terbalik terhadap frekuensi, jika freunsi meningkat maka arus

kapasitif akan menurun.

C. Penalaan Nilai Kp, Kd dan Ki dengan Metode Ziegler-Nicholes

Untuk mendesain sebuah kontroler PID menggunakan metode trial-and-

error., terlebih dahulu harus diketahui effect kontroler individual pada system

loop tertutup, kemudian menyesuaikan parameter kontroler P, I, dan D menurut

respon yang aktual pada sistem loop tertutup, pada percobaan s untuk kontroler P,

I, dan D dan efek kontroler P, I, dan D diimplementasikan pada sistem Orde dua

dengan fungsi sebagai berikut:

1. Kontroler P dapat membuat respon sistem loop tertutup cepat, tapi hal

tersebut dapat membuat sistem overshoot atau membuat overshoot lebih

besar.

2. Kontroler I dapat memperbaiki respon steady-state, tapi hal tersebut

membuat respon transient memburuk.

29

3. Kontroler D dapat menurunkan overshoot, tapi hal tersebut membuat

respon steady-state memburuk.

Untuk menyempuranakan parameter kontroler PID yang digunakan untuk kontrol

sistem orde dua dilakukanlah tahapan-tahapan sebagai berikut:

1. Mengaturtur KI dan KD = 0, kemudian menyempurnakan KP untuk

membuat overshoot 15% - 25%.

2. Meningkatkan KD untuk menghilangkan overshoot.

3. Untuk kondisi tanpa overshoot, mengulangi step 1 dan 2 untuk mengatur

KP sebesar mungkin.

4. Meningkatkan KI untuk memperbaiki respon steady-state.

5. Mengulangi-Ulangi step 1 sampai 4 sampai semua persyaratan terpenuhi.

Pada Penalaan Nilai Kp, Kd dan Ki dengan aturan Ziegler-Nichols,

kami menggunakan dan membandingkan dua aturan Ziegler-Nichols yakni

metode Kurva Reaksi (aturan 1) dan metode Osilasi (Aturan 2)

C.1. Metode Kurva Rekasi

Simulasi Simulink

1. Dimisalkan plant adalah :

1000

𝑠3 + 30𝑠2 + 300𝑠 + 1000

2. Menentukan K, 𝜏 dan 𝜏𝑑

Gambar 5.4 Blok diagram simulasi Plant dengan simulink

3. Mensimulasikan dan diperoleh hasil seperti pada gambar 5.4

30

Gambar 5.5 hasil simulasi Plant simulink

Dari gambar di 5.5, kita mendapatkan :

K = 1

𝜏d ≈ 0.08

𝜏 ≈ 0.37

Menurut aturan Ziegler – Nichols I sesuaikan parameter kontrol

PID

KP =1.2 𝜏

𝐾𝜏d = 5.55

TI = 2 𝜏d = 0.16

TD = 0.5 𝜏d = 0.04

Menurut teorinya kita dapat menjabarkan rumusnya sebagai berikut :

Tabel 5.4 Parameter tuning kontroler PID sesuai dengan atuaran I tuning Zieger dan

Nichols

Kontroller KP T1 TD

PID 1.2(𝜏/𝐾𝜏d) 2𝜏d 0.5 𝜏d

input

output

garis singgung

31

Untuk nilai KP :

KP = 1.2 𝜏

𝐾𝜏d

= 1.2 0.37

1 ∙ 0.008

= 0.444

0.008

= 5.55

Untuk nilai TI :

TI = 2 𝜏d

= 2 ∙ 0.008

= 0.16

Untuk nilai TD :

TD = 0.5 𝜏d

= 0.5 ∙ 0.008

= 0.04

Umumnya kontrol PID dinyatakan sebagai berikut :

Kp + 𝐾𝐼

𝑠 + KD

Menghitung KI dan KD

KI = 𝐾𝑃

𝑇𝐼 = 34.69

KD = KPTD = 0.222

Berikut ini adalah penjabaran dari rumus di atas :

Untuk rumus KI :

KI = 𝐾𝑃

𝑇𝐼

= 5.55

0.16

= 34.69

Untuk rumus KD :

32

KD = KPTD

= 5.55 ∙ 0.04

= 0.222

Setelah melakukan simulasi Plant tanpa kontroler selanjutnya akan melakukan

simulasi dengan memasukkan kontrol PID k edalam sistem, blok diagram

dari sistem loop tertutup dapat dilihat pada gambar 5.6.

Gambar 5.6 Diagram Blok Kontrol PID dengan plant

Gambar 5.7 Blok diagram simulasi pada matlab

Dari blok diagram simulasi simulink di atas, diperoleh hasil simulasi yang

ditunjukkan pada gambar 5.8.

33

Gambar 5.8 Hasil Simulasi kontrol PID KP = 5.55, KD = 0.222, KI = 34.69

Overshoot yang diperlihatkan gambar 5.8 adalah 50%, jadi

kontrol sistem kontrol PID sebaiknya melakukan proses perbaikan untuk

mendapatkan hasil yang lebih baik. Untuk melakukan hal tersebut, kita

menyesuaikan berulangkali parameter kontrol PID sampai semua

spesifikasi terpenuhi. Pada gambar 5.9 lihat respon dengan KD = 1 (KD

tetap KI tidak berubah).

Gambar 5.9 Hasil Simulasi kontrol KP = 5.55, KD = 1, KI = 34.69.

Untuk Gambar 5.10 memperlihatkan respon dari sistem kontrol PID dengan

KD = 1, KP = 4, KI = 20.

input

output

input

output

34

Gambar 5.10 Hasil Simulasi kontrol PID KP = 4, KI = 20, KD = 1

Setelah memperoleh hasil penalaan dengan menggunakan simulasi

simulink maka langkah berikutnya adalah melakukan implementasi nilai tersebut

pada modul trainer Analog Control System (ACS-1000). Adapun hasil

implementasi dengan menggunakan metode kurva reaksi ditunjukkan pada

gambar 5.11.

Gambar 5.11 Implementasi kontrol PID pada ACS-1000 dengan nilai KP =

5.55, KD = 0.222, KI = 34.69

input

output

35

C.2. Metode Kurva Rekasi

Simualasi Simulink

1. Dimisalkan plant adalah :

1000

𝑠3 + 30𝑠2 + 300𝑠 + 1000

2. Menentukan KU dan PU

Gambar 5.12 Diagram blok simulink metode Osilasi tanpa Kontroler dengan

K=10

Selanjutnya melakukan simulasi dengan nilai K=10 dan diperoleh hasil

simulasi yang ditunjukkan pada Gambar 5.13.

Gambar 5.13 Simulasi Simulink metode osilasi tanpa kontroler dengan nilai

K = 10, osilasi convergent

36

Dari gambar 22-11(a), kita memperoleh KU = 10. Menurut dari aturan kedua

Ziegler-Nichols, parameter control PID di kalkulasikan dan diperoleh :

KP = 0.45

TI = 0.8

TD = 0

Pu adalah ultimate amplitude, pada ujicoba ini memiliki nilai PU karena

sinyal dalam keadaan tidak berosilasi konstan. Sehingga kita dapat

mencari nilai KI dan KD dengan persamaan rumus di bawah ini :

𝐾𝐼 = 𝐾𝑃

𝑇𝐼

𝐾𝐼 =0.45

0.8 = 0.5625

𝐾𝐷 = 𝐾𝑃𝑇𝐷

KD = 0.45 x 0

= 0

Dari semua nilai yang diperoleh maka dapat di tarik suatu kesimpulan bahwa,

nilai KI yang kecil akan membuat respon melambat untuk menuju keadaan steady-

state, namun tidak menimbulkan osilasi yang cukup untuk mencapai tujuan sinyal

osilasi yang konstan. Dan nilai KD yang bernilai 0, tidak mempengaruhi sinyal

output, ini karena karakteristik dari Kontrol D itu sendiri, yaitu pengontrol ini

tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada perubahan pada masukannya

(berupa sinyal kesalahan). Sehingga pada hasil dari percobaan itu menghasilkan

sinyal output yang menuju keadaan steady-state .sedangkan nilai KP berfunsi

sebagai Gain, dan nilai KP membuat respon system menjadi cepat. Selanjutnya

nilai gain (K) dinaikkan menjadi 12 dan diperoleh hasil seperti gambar 5.14.

37

Gambar 5.14 Blok Simulasi Simulink metode osilasi tanpa kontroler dengan

nilai K = 12

Gambar 5.15 Blok Simulasi Simulink metode osilasi tanpa kontroler dengan

nilai K = 12, Osilasi Divergent

Dari gambar 5.15, kita memperoleh KU = 12 Menurut dari aturan kedua

Ziegler-Nichols, parameter control PID dikalkulasikan oleh

KP = 0.5

TI = ∞

TD = 0

Pada ujicoba ini belum didapatkan nilai PU karena sinyal yang dihasilkan

belum dalam keadaan osilasi konstan. Sehingga kita memperoleh nilai dari semua

parameter adalah.

𝐾𝐼 = 𝐾𝑃

𝑇𝐼

38

𝐾𝐼 =05

∞ = -

𝐾𝐷 = 𝐾𝑃𝑇𝐷

KD = 0.5 x 0

= 0

Dari perhitungan parameter diatas dapat di analisis bahwa, nilai TI diatur

menjadi nilai yang sangat besar, sehingga sesuai dengan sifat dari control I sendiri

bahwa semakin besar nilai KI maka osilasi yang ditimbulkan pada pada sinyal

output semakin membesar. Namun hal ini tidak membuat osilasinya menjadi

konstan, melainkan semakin besar disetiap waktunya. Dan nilai KD yang bernilai

0, tidak mempengaruhi sinyal output, ini karena karakteristik dari Kontrol D itu

sendiri, yaitu pengontrol ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada

perubahan pada masukannya (berupa sinyal kesalahan). Sehingga hasil dari

percobaan ini nilai KP dan nilai KI sangat berpengaruh secara signifikan.

Sedangkan nilai KP berfungsi sebagai Gain, dan nilai KP membuat respon sistem

menjadi cepat.

Untuk mendapat sinyal yang beraturan, selanjutnya mengatur kembali nilai

gain (K) menjadi 11.5 yang hasilnya ditunjukkan pada gambar 5.16.

Gambar 5.16 Hasil Simulasi dengan nilai K = 11.5 diperoleh osilasi

amplitudo-konstan

Berdasarkan gambar 5.16, kita dapatkan KU = 11.5, PU = 0.29. Menurut dari

aturan kedua Ziegler-Nichols, parameter kontrol PID dikalkulasikan oleh

39

KP = 0.6, KU = 6.9

TI = 0.5, PU = 0.145

TD = 0.125, PU = 0.03625

Umumnya kontrol PID dinyatakan oleh 𝐾𝑃 + 𝐾𝐼

𝑠+ 𝐾𝐷 Kemudian KI dan KD

dapat dikalkulasikan oleh 𝐾𝐼 = 𝐾𝑃

𝑇𝐼= 47.6 dan 𝐾𝐷 = 𝐾𝑃𝑇𝐷 = 0.25. Pada hasil

percobaan kali ini kita telah memperoleh sinyal output dengan osilasi yang

konstan. Sehingga parameter PID yang diperoleh telah sesuai dengan table

Ziegler-nichols II .nilai ini adalah nilai yang digunakan untuk mengatur control

PID menjadi konstan, sebelum ditambahkan dengan plant . Setelah melakukan

simulasi Plant tanpa kontroler selanjutnya akan melakukan simulasi dengan

memasukkan kontrol PID ke dalam sistem, blok diagram dari sistem loop tertutup

dapat dilihat pada gambar 5.17.

Gambar 5.17 Blok Diagram dengan kontrol PID dengan metode Osilasi

Dengan menggunakan nilai KI = 47.6, KD = 0.25, dan KP = 6.9 dan

mensimulasikan pada simulink matlab diperleh hasil seperti pada gambar 5.18.

Gambar 5.18 Hasil Simulasi simulink dengan nilai kontrol KI = 47.6, KD =

0.25, dan KP = 6.9 dengan metode osilasi

40

Untuk ujicoba kali ini telah diperoleh hasil sinyal output sesuai dengan

gambar 5.18. Hasil sinyal ini adalah hasil dari parameter PID ditambahkan dengan

plant. Sehingga osilasi yang ditimbulkan oleh control PID akan menyesuaikan

dengan Plant. Namun dengan metode Ziegler-nichols II setiap perubahan fasa

pada plant, maka akan menimbulkan kerusakan sebesar 25% (overshoot 25%)

pada sinyal output sebelum sinyal menuju keadaan steady-state. Ini disebabkan

karena planyt tidak dapat menahan osilasi dari sinyal output PID, sehingga hal ini

menyebabkan quarter amplitude-decay. Metode/teori ini adalah perwujudan dari

penyempurnaan dari metode osilasi pada aturan kedua Ziegler-Nichols control

PID .

Setelah memperoleh hasil penalaan dengan menggunakan simulasi

simulink maka langkah berikutnya adalah melakukan implementasi nilai tersebut

pada modul trainer Analog Control System (ACS-1000). Adapun hasil

implementasi dengan menggunakan metode kurva reaksi ditunjukkan pada

gambar 5.19.

Gambar 5.19 Implementasi kontrol PID pada ACS-1000 dengan nilai KI =

47.6, KD = 0.25, dan KP = 6.9

41

BAB 6

KESIMPULAN

1. Hubungan antara impedansi hambatan terhadap frekuensi konstan, pada

imduktor impedansi berbanding lurus terhadap frekuensi, dan pada kapasitor

impendansi berbanding terbalik terhadap frekuensi.

2. Dari percobaan karakteristik R-L-C diperoleh sistem yang bukan linear dan

membuat proses penalaan tuning PID lebih kompleks.

3. Tanggapan sistem Metode Kurva reaksi dan metode Osilasi memiliki waktu

respon dan nilai yang sama. Tetapi Nilai Penalaan Kp,Ki dan Kd pada metode

Kurva reaksi lebih kecil dibandingkan metode Osilasi dan waktu penentuan

parameter lebih efisien.

42

Daftar Pustaka

Dharma Aryani. 2010. Modul Ajar Sistem Pengaturan II. PNUP. Makassar

Frans Gunterus. Falsafah Dasar: Sistem Pengendalian Proses, jakarta: PT. Elex

Media Komputindo, Jakarta, 2004

Gamayanti, Nurlita,” Desain Kontroler PID Modifikasi”,Diktat Kuliah Dasar

Sistem Pegaturan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Katsuhiko Ogata. Teknik Kontrol Automatik – terjemahan: Ir. Edi Laksono,

Erlangga, Jakarta, 2000

Kuo, Benjamin C. 1982. Automatic Control System. Prentice Hall.

Maeda, Y, dkk. 1993. Kontrol Automatik. Surabaya. PENS ITS. JICA

Nur Aminah. 2014. Bahan Ajar Sistem Pengaturan II. PNUP. Makassar

Sutrisno, 2001, Elektronika Teori dasar dan penerapannya, Bandung, ITB.

Thomas Wahyu Dwi Hartanto. Analisis dan Desain Sistem Kontrol dengan

MATLAB, Andi Yogyakarta, Yogyakarta, 2004

43

L A M P I R A N – L A M P I R A N

Lampiran 1. Biodata Peneliti

Lampiran 2 Artikel Ilmiah

Lampiran 3 Poster

Lampiran 4 Profil

Lampiran 1. Biodata Peneliti/Pelaksana

KETUA PENELITI

Nama Lengkap (dengan gelar) Kartika Dewi, S.T., M.T

Jabatan Fungsional Asisten Ahli

Jabatan Struktural Dosen

NIP 19840324.201212.2.003

NIDN 0924038401

Tempat dan Tanggal Lahir Ujung Pandang, 24 Maret 1984

Alamat Rumah Pesona Prima Griya G/10, Antang-Makassar

Nomor Telepon/HP 081342470250

Alamat Kantor Jl. Perintis Kemerdekaan KM. 10 Tamalanrea,

Makassar, 90245

Nomor Telepon/Faks 0411-585365,585356,585368/0411-586043

Alamat e-mail kartikadewi@poliupg.ac.id

Lulusan yang Telah Dihasilkan D3 = 200 orang

Mata Kuliah yg Diampu 1. Sistem Pengaturan I

2. Sistem Pengaturan II

3. Mikroprosesor

4. Elektronika Digital

5. Pengantar Robotika

6. Mekatronika

7. Bengkel Elektronika

8. Fisika Teknik

A. Riwayat Pendidikan

S1 S2

Nama Perguruan Tinggi Universitas Hasanuddin

(UNHAS), Makassar

Institut Teknologi Sepuluh

Nopember (ITS), Surabaya

Bidang ilmu Teknik Elektro

(Elektronika dan Teknik

Kendali)

Teknik Elektro (Sistem

Pengaturan)

Tahun Masuk-Lulus 2001 - 2006 2009 - 2011

Judul Skripsi/Tesis Implementasi Sistem

Kendali Kecepatan

Putaran Motor DC

berbasis AT89c51

Perancangan dan Simulasi

Kontrol Slip Pada Electrical

Wheel Haul Truck berdasarkan

Kontrol Traksi menggunakan

Fuzzy-Adaptif

Dosen Pembimbing 1. Dr. Ir. H. Rhiza

S. Sadjad, M.S.E.E

2. Muhammad

Anshar, S.T, M.Eng.

1. DR. Ir. Mochammad Rameli

2. Ir. Rusdhianto Effendi Ak, MT

B. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir

No Tahun Judul

Pendanaan

Sumber Jumlah

(Rp.)

1. 2011 Perancangan dan

Simulasi Kontrol

Slip Pada

Electrical Wheel

Haul Truck

berdasarkan

Kontrol Traksi

menggunakan

Fuzzy-Adaptif

Pribadi &

BPPS (S2)

5.000.00,-

2 2014 Media

Pembelajaran

Model Sistem

Dinamik Dengan

Metode Transfer

Fuction

Menggunakan

Matlab

Pribadi 1.500.000

C. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir

No Tahun Judul

Pendanaan

Sumber Jumlah

(Rp.)

1. - - - -

D. PengalamanPenulisan Artikel Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir

N

o

Judul Artikel

Ilmiah

Volume/Nomor/

Tahun

Nama Jurnal

1 Metode Penentuan Jalur

Tercepat pada Robot Line

Follower Menggunakan

Metode Blood Field

Volume 1, Nomor, 5,

Desember 2011/ISSN

2092-1899/2011

Inspiration

2 Media Pembelajaran

Model Sistem Dinamik

Dengan Metode

Transfer Fuction

Menggunakan Matlab

Volume 6, Nomor 3,

Desember 2014 /ISSN

2087-1716/2012

ILKOM

E. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar

Ilmiah

No Nama Pertemuan

Ilmiah/Seminar Judul Artikel Ilmiah Waktu dan Tempat

1 Seminar Nasional

Teknik Elektro

Universitas Gajah

Mada

Perancangan dan

Simulasi Kontrol

Slip Pada Electrical

Wheel Haul Truck

berdasarkan Kontrol

Traksi menggunakan

Fuzzy-Adaptif

15 Januari 2011,

Universitas GajahMada

(UGM), Yogyakarta

2 Pelatihan Mikcrochip Perancangan Sistem

Digital Berbasis

FPGA

22-23 Nopember 2014,

Politeknik Negeri Ujung

Pandang

3 Seminar Nasional

Teknik Elektro dan

Informatika

(SNTEI) 2015,

Politeknik Negeri

UjungPandang

Pemodelan dan

Simulasi Penalaan

Parameter PID pada

Analog Control

System

Menggunakan

Metode Ziegler-

Nichols

11 Juni 2015, Politeknik

Negeri Ujung Pandang

F. Pengalaman Penulisan buku dalam 5 tahun terakhir

No Judul Buku Ajar Tahun Jumlah

Halaman Penerbit

1 Sistem Pengaturan

II

2014 70 Politeknik

Negeri Ujung

Pandang

G. Pengalaman Perolehan HKI Dalam 5 – 10 Tahun Terakhir

No Judul /

Tema HKI Tahun Jenis Nomor P/ID

1 - - - -

H. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya 5 tahun

Terakhir

No

Judul / Tema/Jenis Rekayasa

Sosial Lainnya yang Telah

Diterapkan

Tahun Tempat

Penerapan

Respon

Masyarakat

1 - - - -

I. Penghargaan yang Pernah Diraih dalam 10 Tahun Terakhir (dari pemerintah,

asosiasi atau institusi lainnya)

No Jenis Penghargaan Institusi Pemberi

Penghargaan Tahun

1 - - -

Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini

adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di

kemudian hari ternyata dijumpai ketidak- sesuaian dengan kenyataan, saya

sanggup menerima risikonya.

Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu

persyaratan dalam pengajuan Hibah Peneliti Dosen Pemula.

ANGGOTA PENELITI

A. Identitas Diri

1 Nama Lengkap Muhammad Ilyas Syarif ,S.ST.,M.T.

2 Jenis Kelamin L

3 Jabatan Fungsional Lektor

4 NIP 19800505 200604 1 003

5 NIDN 0005058007

6 Tempat dan Tanggal Lahir Bonto‟tene 05 Mei 1980

7 E- mail ilyasy.ifqi@gmail.com

8 Alamat Rumah Jl. Malino Bontomanai No. 5 Kec.

Bontomarannu

9 Nomor Telepon/HP 081342947996

10 Alamat Kantor Jl. Perintis Kemerdekaan KM 10 Makassar

90245

11 Nomor Telepon/Fax (0411) 585 367/ (0411) 586 043

12 Lulusan yang telah dihasilkan D3 = 20 orang

13. Mata Kuliah yang diampu

1. Algoritma dan Pemrograman

2. Interfacing

3. Gambar Teknik

4. Bengkel Industri Konvensional

B. Riwayat Pendidikan

D-4 S-2

Nama Perguruan Tinggi ITS ITS

Bidang Ilmu Teknik Elektro Teknik Elektro

Tahun Masuk-Lulus 2002-2004 2007-2009

Judul

Skripsi/Thesis/Disertasi

Expert system

diagnosa awal

penyakit

Resource Aware Data Stream

Clustering Dan Frequent Item

Dengan Distance Vector

Routing Pada Wireless

Sensor Networks

Nama

Pembimbing/Promotor

Anang Cahyono

dan Edy Satrianto

Supeno Djanali dan Ary

Mazharuddin Shiddiqi

C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir

No. Tahun Judul Penelitian Pendanaan

Sumber Jml (Juta

Rp)

1 2009 Rancang Bangun Alat Ukur Uji

Performansi Pengasutan Motor

Induksi Berbasis Komputertu-

fasa Berbasis Komputer

RUTIN 5

2 2010 Pembuatan Sistem Informasi

Rapor Mahasiswa Jurusan Teknik

ElektroBerbasis web

RUTIN 7

3 2011 A Distance Vector Routing

Algorithm for Wireless Sensor

Networks by Combining

Resource-Aware Frameworks

Mandiri

4 2011 Performance Analysis of

Resource-Aware Framework

Calssification, Clustering and

Frequent Items in Wireless

Sensor Networks

Mandiri

5 2012 Analisa Pengujian Material Isolasi

Tegangan Tinggi Berbasis Plc

Mandiri

D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir

No. Tahun Judul Pengabdian

Kepada

Masyarakat

Pendanaan

Sumber Jml (Juta Rp)

1 2013 IbM Peternak ayam

di Maros

Penerapan

Ipteks Dikti

50

E. Publikasi Artikel Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir

No. Judul Artikel Ilmiah Volume/Nomor/Tahu

n

Nama Jurnal

1 Analysis Resource Aware

Framework By Combining Sunspot

And Imote2 Platform Wireless

Sensor Networks Using Distance

Vector Algorithm

Volume 5/Nomor 2/

2012 Jurnal JIKI UI

F. Pemakalah Seminar Ilmiah (Oral Presentation) dalam 5 Tahun Terakhir

No. Nama Pertemuan

Ilmiah/Seminar

Judul Artikel Ilmiah Waktu dan

tempat

1 Advanced Computer

Science and Information

System (ICACSIS)

A Distance Vector

Algorithm for Wireless

Sensor Networks by

combining Resource-

Aware framework

17-18 Desember

2011

G. Karya Buku dalam 5 Tahun Terakhir

No. Judul Buku Tahun Jumlah

Halaman

Penerbit

H. Perolehan HKI dalam 5–10 Tahun Terakhir

No. Judul/ Tema HKI Tahun Jenis Nomor

P/ID

I. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya Dalam 5

Tahun Terakhir

No. Judul/Tema/Jenis Rekayasa Sosial

Lainnya yang Telah Diterapkan

Tahun Tempat

Penerapan

Respons

Masyarakat

J. Penghargaan Yang Pernah Diraih Dalam 10 Tahun Terakhir (dari

pemerintah, asosiasi atau institusi lainnya)

No. Jenis Penghargaan Institusi

Pemberi

Penghargaan

Tahun

Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar

dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari

ternyata dijumpai ketidak-sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima

sanksi.

Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah

satu persyaratan dalam pengajuan Hibah Peneliti Dosen Pemula.

Makassar, 28 April 2015

Lampiran 2 Artikel Ilmiah

Lampiran 3. Berita Acara Seminar Hasil

Lampiran 4. Daftar Hadir Seminar Hasil