MODUL DSK 2012
-
Upload
awal-onggaa-saputra -
Category
Documents
-
view
488 -
download
25
Transcript of MODUL DSK 2012
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
1 Modul
Praktikum
SUSUNAN KEPENGURUSAN
LABORATORIUM DASAR SISTEM KONTROL
Penanggung Jawab : Ir.A.Ali Muayyadi,MSc,PhD
Kepala Laboratoria PSE : Iswahyudi Hidayat, ST., MT.
Dosen Pembina Laboratorium : M. Ary Murti, ST., MT.
Koordinator Asisten Laboratorium : Randi Satria Chandra
Administrasi : Nella Oktora
Bendahara : Nahdatin Hasanah
Divisi Praktikum : Agung Ristianto
Monika Suherman
Susilawati N
Divisi Alat : Tondi Mandala F
Jayeng Widiatmoko
Divisi Riset : Dewa Narendra
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
2 Modul
Praktikum
TATA TERTIB PRAKTIKUM
FAKULTAS ELEKTRO DAN KOMUNIKASI
INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM
1. ATURAN UMUM
a. Semua Praktikum wajib menggunakan seragam resmi IT Telkom yaitu kemeja
putih dan celana/rok biru (tidak boleh memakai jeans) dan memakai sepatu.
b. Rambut harus rapi tidak boleh panjang (untuk laki-laki).
c. Kelengkapan praktikum meliputi kartu praktikum, modul praktikum, dan jurnal
praktikum.
d. Kartu praktikum wajib diberi foto dan distempel oleh Laboratorium yang
bersangkutan.
e. Praktikan diberikan waktu 10 menit untuk melengkapi segala kelengkapan
praktikum yang tidak dibawa.
f. Apabila praktikan tidak membawa kelengkapan praktikum, maka praktikan wajib
melapor ke laboran/teknisi.
g. Segala bentuk pelanggaran yang dilakukan oleh praktikuan akan diberikan sanksi
berupa tugas tambahan yang diberikan di akhir praktikum oleh Fakultas Elektro &
Komunikasi. Tugas tambahan dikerjakan dengan tulis tangan dan dikumpulkan 1
hari setelah praktikum dilaksanakan.
h. Tidak diperbolehkan praktikan melakukan segala bentuk intimidasi kepada asisten
praktikum. Segala bentuk intimidasi akan ditindaklanjuti oleh Fakultas Elektro &
Komunikasi.
2. PELAKSANAAN PRAKTIKUM
a. Praktikum dilaksanakan selama 2,5 jam.
b. Praktikum dilaksanakan sesuai dengan jadwal yang telah dikeluarkan oleh
Fakultas Elektro & Komunikasi.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
3 Modul
Praktikum
c. Praktikan harus hadir 10 menit sebelum pelaksanaan praktikum dimulai.
d. Keterlambatan praktikan di atas 20 menit, akan menyebabkan praktikan tidak
diperbolehkan mengikuti kegiatan praktikum pada modul berjalan. Praktikan
harus melapor kepada laboran/teknisi untuk mengisi form keterlambatan dan
melampirkan bukti keterlambatan.
e. Praktikum susulan yang diakubatkan karena keterlambatan praktikan hanya
dikeluarkan oleh Fakultas Elektro & Komunikasi.
f. Praktikan dapat melaksanakan praktikum setelah mendapatkan instruksi dari
Asisten Praktikum.
g. Selama praktikum berlangsung, praktikan dilarang:
Makan, minum, dan merokok,
Membuat kegaduhan di dalam ruangan,
Mengubah konfigurasi Software/Hardware,
Meninggalkan ruangan tanpa seijin Asisten Praktikum,
Telepon/SMS tanpa seijin Asisten Praktikum,
Segala tindakan yang tidak pantas dilakukan selama praktikum
berlangsung.
3. PENILAIAN PRAKTIKUM
a. Komponen penilaian praktikum meliputi : Tugas Pendahuluan (optional), Tes
Awal, Keaktifan pelaksanaan praktikum, Jurnal dan atau Tes Akhir (optional).
b. Tugas pendahuluan bersifat optional, artinya praktikan boleh melaksanakan
praktikum walaupun tidak mengerjakan tugas pendahuluan (Nilai Tugas
Pendahuluan = 0).
c. Prosentase setiap komponen penilaian praktikum diserahkan kepada masing-
masing laboratorium yang diketahui oleh Ketua Laboratoria.
4. TUGAS PENDAHULUAN
a. Tugas pendahuluan dikeluarkan oleh Fakultas Elektro & Komunikasi pada H-4
pelaksanaan praktikum.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
4 Modul
Praktikum
b. Tugas pendahuluan dikumpulkan di masing-masing laboratorium pada hari
pertama pelaksanaan praktikum maksimal jam 10.00 di loker pengumpulan tugas
pendahuluan yang telah disediakan.
c. Keterlambatan didalam pengumpulan Tugas Pendahuluan akan mengakibatkan
berkurangnya nilai Tugas Pendahuluan. Aturan penilain Tugas Pendahuluan
diatur oleh masing-masing laboratorium yang diketahui oleh Ketua Laboratoria.
5. TES AWAL
a. Tes awal berupa lisan ataupun tulisan yang dilakukan dengan tujuan supaya
praktikan lebih siap dan paham pada modul praktikum yang akan dilaksanakan.
b. Tes awal diberikan sebelum pelaksanaan praktikum dimulai dan dilaksanakan
maksimal selama 20 menit.
c. Apabila praktikan datang pada saat tes awal sedang berlangsung, maka praktikan
diperbolehkan mengikuti tes awal tanpa ada tambahan waktu.
6. JURNAL PRAKTIKUM
a. Jurnal praktikum dikerjakna setelah pelaksanaan praktikum berakhir selama 30
menit dan dikumpulkan pada hari pelaksanaan praktikum.
b. Jurnal praktikum dikerjakan pada lembaran yang telah disediakan.
7. KELULUSAN PRAKTIKUM
a. Praktikum mengikuti seluruh modul dalam Mata Praktikum yang dilaksanakan.
b. Nilai akhir suatu mata praktikum dihitung dengan cara:
c. Suatu mata praktikum dinyatakan lulus apabila indeks nilai mata praktikum
minimal C dan semua mata percobaan/modul pada mata praktikum tersebut lulus.
d. Apabila nilai mata praktikum tidak lulus, maka praktikan wajib mengulang
semua mata percobaab/modul dalam mata praktikum tersebut.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
5 Modul
Praktikum
NB:selain tata tertib diatas akan ditentukan kemudian.
Mengetahui,
Koordinator Laboratorium Koordinator Asisten
Dasar Sistem Kontrol, Laboratorium Dasar Sistem Kontrol,
M. Ary Murti, ST.,MT. Randi Satria C
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
6 Modul
Praktikum
Pengenalan Alat Praktikum
Praktikum Dasar Sistem Kontrol terdiri atas 4 modul:
1. Kontrol Kecepatan Motor.
2. Kontrol Posisi
3. Kontrol PID
4. Pengenalan Simulink.
Peralatan yang digunakan pada praktikum pertama sampai ketiga menggunakan
modul MS150 modular servo system yang dibuat oleh Feedback Instrument Ltd. Berikut
ini peralatan yang dipakai dalam kegiatan praktikum pertama sampai ketiga:
1. Op Amp Unit (OA150A)
Sebuah Amplifier yang memiliki banyak fasilitas seperti memiliki 3 input
dan 3 macam pengaturan feedback pada amplifier. Dapat berfungsi untuk
penjumlahan yang menghasilkan kesalahan operasi untuk sistem close
loop,menghasilkan penguatan terbalik (inverting gain).
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
7 Modul
Praktikum
Gambar 1.1. Op Amp Unit
IC yang digunakan sebagai amplifier adalah keluarga 741 yang
dihubungkan dengan komponen input dan komponen umpan balik. Setiap input
terdapat resistor identik yang dihubungkan pada pin 2 IC 741 ini. Sedangkan,
pada umpan baliknya terdapat rotary switch yang digunakan untuk memilih
umpan balik yang diinginkan. Umpan balik tersebut meliputi: gain (Resistor R7),
simple lag control (R6 dan C1) dan eksternal input.
2. Attenuator Unit (AU150B)
Terdiri atas 2 variabel resistor 10 KΩ, masing-masing resistor dapat di
rubah hambatannya sesuai dengan besar skala yang ditunjukan pada AU150B
tersebut. AU150B ini dapat berfungsi sebagai tegangan referesi (voltage
reference) ketika di hubungkan ke sumber tegangan DC ataupun sebagai gain
control ketika dihubungkan pada output amplifier.
Gambar 2.1. Attenuator Unit
3. Pre-Amplifier Unit (PA150C)
PA150C akan menghasilkan sinyal yang ”benar” untuk men-drive
SA150D. Dapat menjumlahkan 2 input tegangan seperti tegangan referensi
ataupun tegangan tachogenerator. Ketika diinputkan tegangan positif maka output
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
8 Modul
Praktikum
3 akan bernilai positif sedangkan output 4 akan bernilai 0 Volt. Ketika diinputkan
tegangan negatif maka output 4 akan bernilai negatif dan output ke 3 akan bernilai
0 Volt.
Gambar 3.1. Pre-Amplifier Unit
4. Servo Amplifier (SA150D)
Terdiri atas transistor-transistor yang berfungsi sebagai driver motor DC.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
9 Modul
Praktikum
Untuk menjaga over loading pada motor SA150D ini memiliki rangkaian proteksi
yang memungkinkan besar arus yang dialirkan ke motor DC tidak lebih dari 2 A.
Gambar 4.1 Pre-Amplifier Unit
5. Power Supply (PS150E)
Power Supply berfungsi sebagai input tegangan ke dalam masing masing
modul praktikum. Masukan dari power supply ini adalah 115V dan 230V, dengan
frekuensi 50/60 Hz, 40VA. Keluaran soket 8 yang langsung terhubung ke servo
amplifier adalah 24 V, 2A. Keluaraan pada bagian depan sebesar ±15V, 150 mA.
Gambar 5.1. Power Supply Unit
6. DC Motor (DCM150F)
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
10 Modul
Praktikum
DCM150F terdiri atas sebuah magnet permanen yang terhubung oleh shaft
yang menjulang keluar. Shaft dapat di hubungkan ke tachogenerator dengan
menggunakan baut berukuran 1.5 mm. Motor dapat bergerak dengan kecepatan
maks sebesar 3000r/min, torsi yang dihasilkan 0.1 Nm, momen inersia motor
sebersar 3.9x10-5
kgM2.
Gambar 6.1. Motor DC Unit
7. Loading Unit (LU150L)
Alumunium disk dapat di tambahkan ke dalam shaft sehingga dapat
memhasilkan ”efek pengereman” pada motor jika ditambahkan sebuah magnet
permanent pada alumunium tersebut. Hal itu dapat terjadi karena perputaran
alumunium disk diantara kutub-kutub magnet loading unit akan menghasilkan
eddy current di dalam motor. Besarnya pengeraman yang dapat dilakukan oleh
LU150L dapat diatur dengan mengatur posisi dari magnet,
Gambar 7.1. Loading Unit
8. Reduction Gear Tacho Unit (GT150X)
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
11 Modul
Praktikum
Tachogenerator memiliki tachomete ryang dapat menampilkan kecepatan
putaran motor. Untuk menampilkan hasilnya, salah satu outputnyadihubungkan ke
ground dan yang lainnya ke soket 3 (tacho rpm).
Gambar 8.1. Reduction Gear Tacho Unit
9. Input dan output pontensio (IP150H dan OP150K)
Merupakan sebuah rotary potensiometer yang dapat digunakan untuk
kontrol posisi. Pergerakan dari IP150H dan OP150K hanya sebesar ± 150 0
karena
tidak dapat dihentikan maka jika melebihi 1500 potensio akan berputar secara
kontunyu. Untuk dapat berkerja kedua potensio ini harus di hubungkan dengan
power supply +15 V dan -15V.
10. PID unit (PID150Y)
Dapat menghasilkan sebuah kontrol Proposional (P), Intergal (I) dan
Derivatif (D).
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
12 Modul
Praktikum
Gambar 10.1. PID Unit
11. MATLAB
Matlab merupakan suatu software pemrograman yang biasanya digunakan untuk
perhitungan dan analisis. Pada umumnya banyak digunakan dalam semua area
matematika, dalam bidang pendidikan maupun untuk penelitian yang menghasilkan
produktivitas tinggi, pengembangan dan analisis,baik di universitas maupun industry.
Matlab merupakan bahasa tingkat tinggi untuk perhitungan teknik yang memadukan
komputasi, visualisasi dan pemrograman dalam suatu lingkungan yang mudah digunakan.
Matlab mempermudah perhitungan matematis yang rumit menjadi perhitungan yang
dapat diimplementasikan dalam pemrograman dengan lebih mudah.
Matlab adalah singkatan dari matrix laboratory,artinya software ini dibuat
berdasarkan vector-vektor dan matrix-matrix. Hal ini mengakibatkan software ini pada
awalnya banyak digunakan pada study aljabar linear, dan merupakan perangkat yang
tepat untuk menyelesaikan persamaan aljabar, differensial, dan integrasi numeric.
Bahkan Matlab sanggup menangani bilangan kompleks, akardan pangkat, operasi
trigonomeri dan operasi matematika lainnya.
12. Data Acquisition
Data acquisition (sering disingkat DAS atau DAQ)adalah proses sampling sinyal
yang mengukur kondisi fisik dunia nyata yang berupa data analog dan mengubah sampel
yang dihasilkan menjadi nilai numeric digital yang dapat dimanipulasi oleh komputer.
Dalam praktikum ini, DAQ yang digunakan adalah DAQ 1005 yang di buat oleh IOtech,
Inc. Komponen utama dari DAQ 1005 adalah sebuah DaqBoard atau Daq PC-Card dan
sofrware (DaqView).
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
13 Modul
Praktikum
12.1 DaqBoard 1005
DaqBoard 1005 adalah sebuah DAQ untuk PCI bus computer dengan
jumlah bit tiap sampel adalah 16 bit dan berfrekuensi 200 kHz.
Gambar 12.1.1 DaqBoard 1005
Feature yang ada di dalam DaqBoard adalah sebagai berikut:
Memiliki 16 input analog dan 8 input diferential analog (range ± 10 V)
24 input digital
4 counter input
2 timer output
2 analog output
Gambar 1.14. TB-100
1. DaqView
DaqView adalah software yang untuk menampilkan data hasil akusisi dari
DaqBoard 1005.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
14 Modul
Praktikum
Gambar 1.15. Gambar Tampilan DaqView
Ketrangan:
1. On : Menampilkan kondisi dari pin secara keseluruhan.
2. Type & polarituy: Memilih range atau gain dari data yang ingin diakusisi.
3. Label : Menampilkan label referensi tiap channel
4. Unit : Memilih ukuran frekuensi sinyal
5. Reading : Menampilkan data tiap kanal secara real time.
6. Kanal data digital dan counter
7. Toolbar untuk merubah tampilan data yang kita akusisi
8. Menyimpan data ke dalam disk
9. Memilih kondisi trigger yang diperlukan untuk mengaktifkan dan
mematikan proses akusisi data.
10. Memilih mode mematikan proses triggering
11. Memilih jadwal pengambilan data.
12. Mengeset analog output, digital I/O dan counter/timer.
13. Mereview gambar sinya dengan sebuah stripchart.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
15 Modul
Praktikum
MODUL I
Kontrol Kecepatan Servo DC
I. Tujuan Praktikum
1. Praktikan dapat mengetahui pengaruh gain pada kecepatan motor.
2. Praktikan dapat mengetahui perbedaan kecepatan motor dengan ada atau tidaknya
feedback.
3. Praktikan dapat mengetahui bagaimana pengaruh disturbance terhadap kecepatan
motor.
4. Praktikan dapat mengetahui cara kerja feedback pada motor .
II. Alat-alat Praktikum
1. Power Supply PS150C
2. Servo Amplifier SA150E
3. Attenuator AU150B
4. OP-Amp Unit OU150A
5. Pre- Amplifier
6. Motor DC DCM150F
7. Reduction Gear Tacho GT150X
8. PC
9. Data Logger
III. Dasar Teori
3.1 Pengertian Sistem Kontrol
Secara teori, sistem adalah susunan, himpunan atau kumpulan benda-benda yang
dihubungkan atau berhubungan sedemikian rupa sehingga dapat membentuk suatu kesatuan.
Sedangkan kontrol adalah mengukur nilai dari variabel sistem yang dikontrol dan
menerapkan variabel yang dimanipulasi ke sistem untuk mengoreksi penyimpangan nilai
yang diukur dari nilai yang dikehendaki.
Maka sistem kontrol adalah susunan komponen-komponen fisik yang dihubungkan
sedemikian rupa, sehingga dapat memerintah serta mengatur sistem itu sendiri. Berikut ini
adalah salah satu contoh sistem kontrol.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
16 Modul
Praktikum
Gambar 3.1.1. Diagram Blok Sistem Kontrol
Diagram blok di atas, akan dijelaskan satu persatu, sebagai berikut:
1. Variabel yang dikontrol: Variabel aktual yang diawasi dan dijaga pada nilai tertentu yang
diinginkan di dalam proses.
2. Variabel yang diukur: Kondisi dari controlled variable pada saat tertentu dalam
pengukuran
3. Sensor: “Mata” sistem, mengukur controlled variable dan menghasilkan sinyal output
yang mewakili statusnya
4. Sinyal feedback: Output dari measurement device.
5. Set Point: Nilai dari controlled variable yang diinginkan
6. Error detector: Pembanding set point dengan sinyal feedback, dan menghasilkan sinyal
output yang sesuai dengan perbedaan tersebut
7. Sinyal error: Output dari error detector
8. Kontroler: “Otak” dari sistem. Ia menerima error sebagai input dan menghasilkan sinyal
kontrol yang menyebabkan controlled variable menjadi sama dengan set point
9. Aktuator : “Otot” dari sistem. Ia adalah alat yang secara fisik melakukan keinginan
kontroler dengan suntikan energi tertentu
10.Variabel yang dimanipulasi: Besaran fisik yang merupakan hasil dari kerja yang
dilakukan aktuator.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
17 Modul
Praktikum
11. Plant/proses: Proses tertentu yang dikontrol oleh sistem
12.Disturbances/gangguan: Faktor pengganggu, menyebabkan perubahan pada variabel yang
dikontrol
Secara garis besar bentuk dasar sistem kontrol dapat dibagi menjadi 2, yaitu:
a. Sistem open-loop
Sistem kontrol terbuka (open loop) adalah sebuah sistem yang outputnya tidak
memberikan dampak pada sinyal input. Ini berarti bahwa sistem tersebut tidak
memperhatikan output dari proses yang mengendalikan . Sebuah sistem kontrol open-loop
dikendalikan secara langsung,dan hanya dengan sebuah masukan sinyal. Sinyal output dari
open-loop yang belum terpenuhi sesuai referensi tidak dapat dibalikkan kembali ke system.
Hal ini yang menyebabkan sistem kontrol open-loop hanya dapat digunakan pada rangkaian
yang sederhana.
R(s) Y(s)
Gambar 3.1.2. Kontrol Loop Terbuka
)().()(
)(sHsG
sR
sY
b. Sistem Close Loop
Sistem kontrol tertutup (close loop) adalah sebuah sistem yang output-nya
memberikan efek pada kuantitas input untuk menjaga nilai output yang diharapkan. Ini
berarti bahwa sistem tersebut memperhatikan output dari proses yang mengendalikan.
Sistem close loop memanfaatkan umpan balik (feedback) untuk mengatur sistem operasi
yang dikontrol seperti temperatur, tekanan, suhu, dan lain-lain. Jika diberikan suatu
sinyal input maka umpan balik dari sinyal tersebut akan dikirimkan kembali ke sistemnya
untuk membandingkan referensi dengan hasil outputnya. Setelah hasil referensi dan
output-nya sama, maka sistem sudah terpenuhi dan sebaliknya.
R(s) + E(s) U(s) y
Gambar 3.1.3 Kontrol loop Tertutup
G(s) H(s)
G(s) H(s)
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
18 Modul
Praktikum
Jika G(s)= k, dengan k adalah konstanta dan jika, u = G(s).e maka:
u = k .e
k berlaku sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja
kontroler. Dengan demikian Gambar dapat dinyatakan ulang sebagai berikut,
R(s) + E(s) U(s) y
Gambar 3.1.4. Kontrol Dengan Gain Sebuah Konstanta
Penggunaan kontrol seperti ini memiliki berbagai keterbatasan kerena sifat kontrol
yang tidak dinamik ini.Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar yang sederhana
kontrol seperti ini cukup mampu untuk mencapai konvergensi meskipun error keadaan
tenangnya (steady-state error) relatif besar.
3.2 Perbandingan Sistem Open Loop dan Close Loop
Gambar 3.2.1. Sistem dengan Disturbance
(a) Sistem kontrol open looop (b) Sistem kontrol close loop
Pada sistem kontrol open loop, aksi kontrolnya tidak tergantung dari output sistem, tidak
dapat memberikan kompensasi/koreksi jika ada gangguan (lihat gambar 5 a), contoh :
k H(s)
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
19 Modul
Praktikum
mesin cuci, oven, AC, dll. Ketepatan hasil pada sistem bergantung pada kalibrasi.
Namun, komponen-komponen yang digunakan cenderung lebih sederhana dan murah.
Sedangkan pada sistem kontrol close loop, aksi kontrolnya bergantung pada output sistem
(melalui feedback). Sistem close loop dapat mengatasi kelemahan sistem open loop
karena bisa memberikan koreksi saat ada gangguan, namun memungkinkan terjadinya
“overkoreksi”, sehingga sistem justru menjadi tidak stabil. Komponen-komponen yang
digunakan lebih kompleks dan mahal, karena jumlahnya lebih banyak, contoh :
pengaturan kecepatan motor, pendingin-pemanas ruangan
3.3 Servo DC Sebagai Komponen Kontrol Kecepatan
Kita akan mengontrol kecepatan putar sebuah motor DC dengan menggunakan
sistem seperti pada Gambar Ilustrasinya sebagai berikut.
Gambar 3.3.1. Kontrol dengan Gain bernilai k
Perhatikan Gambar 6. dalam fungsi waktu t maka output kontroler u(t) dapat ditulis,
Nilai output kontroler tergantung kepada perkalian antara error, yakni kecepatan
referensi dikurangi kecepatan actual, dengan konstanta k. Jika error positif berarti
kecepatan aktual lebih kecil dari kecepatan referensi. Jika error negatif berarti
kecepatan aktual lebih besar dari kecepatan referensi.
Dalam praktikum kali ini, sistem yang dikendalikan adalah sebuah motor servo
DC yang di kopel pada sebuah generator DC. Adapun blok diagramnya sebagai
berikut:
a. Kontrol loop terbuka (open loop)
Input Referensi Output
Servo Amp Motor Dc
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
20 Modul
Praktikum
b. Kontrol loop tertutup tanpa loading (close loop)
Input referensi Output
c. Kontrol loop tertutup dengan ditambahkan magnet sebagai loading unit
Input Referensi Output
Kenapa harus menggunakan motor servo?
Karena motor DC memiliki torsi yang tinggi , tidak memiliki kerugian daya reaktif
dan tidak menimbulkan harmonisa pada sistem tenaga listrik yang mensuplainya.
Selain itu torsi motor DC juga memilki akurasi control yang tinggi sehingga motor
DC sering digunakan untuk aplikasi servo. Motor DC servo juga merupakan alat
untuk mengubah energy listrik menjadi energy mekanik, maka magnet permanen
pada motor servolah yang mengubah energy listrik ke dalam energy mekanik melalui
interaksi dari dua medan magnet.salah satu medan dihasilkan oleh magnet permanen
dan satunya dihasilkan oleh arus yang mengalir dalam kumparan motor. Resultan
dari dua medan magnet tersebut menghasilkan torsi yang membangkitkan putaran
motor tersebut.
Gambar 3.3.2. Servo Motor
Servo Amp Motor DC
Servo Amp Motor
Magnet
Tacho
Tacho
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
21 Modul
Praktikum
3.4 Pengenalan MATLAB
Bagian ini adalah Command Matlab untuk melakukan Praktikum Modul 1.
Praktikan diharapkan untuk mencoba sebelum melaksanakan praktikum.
Dapat ditulis :
>> H = tf ( [num],[denum] )
Menampilkan rootlocus
>> rlocus (H) ;
Menampilkan jendela grafik dari fungsi transfer
>> figure (H) ;
Contoh program matlab untuk kontrol kecepatan motor servo:
Diketahui suatu sistem memiliki fungsi transfer :
Function MATLAB :
>> H = tf ( [ 2 5 1] , [ 1 2 3 ] ) %variabel H sebagai fungsi transfer
>> rlocus (H) % root locus dari variabel H
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
22 Modul
Praktikum
Prosedur Praktikum Kontrol Kecepatan
a. Kontrol Kecepatan Open Loop
Langkah-langkah percobaan :
1. Buatlah diagram blok sistem open loop kontrol kecepatan.
2. Rangkailah modul percobaan seperti pada gambar.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
23 Modul
Praktikum
3. Tekan tombol power untuk mengaktifkan semua alat.
4. Atur putaran motor dengan mengubah-ubah skala gain di attenuator 1-10, lalu
amati perbedaan masing-masing gerakan motornya dan hitunglah:
a. Verror pada Op-amp
b. Vout pada tachogenerator
c. Vin pada attenuator
5. Bandingkanlah hasil Vin dan Vout bila diubah skala attenuator nya !
6. Analisa pengaruh perubahan skala attenuator terhadap besar Verror sistem !
7. Sambungkan Vin, Vout, dan Verror sistem ke personal Computer melalui data
logger !
8. Mulailah program daqview untuk melihat hasil grafik dari gerakan motor.
9. Buka program Daq-View dari komputer
10. Setelah itu, klik Device pada Toolbar dan pilih Select Device
11. Lalu pilih jenis Board yang akan digunakan, karena praktikum kali ini kita
menggunakan DaqBoardK0, pilihlah jenis DaqBoardK0 lalu klik OK.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
24 Modul
Praktikum
12. Setelah itu, set off semua channel pada channel setup
13. Atur pada channel yang akan digunakan sebagai input, output, dan error.
Misalkan channel yang akan digunakan adalah channel 0,1, dan 2. Lalu klik dua
kali pada channel yang akan digunakan.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
25 Modul
Praktikum
14. Atur pada Acquition Setup mengenai Trigger Event dan Stop Event. Pilih source
Immediately pada Trigger Event, dan source Manual Stop pada Stop Event
15. Atur tegangan pada input dengan cara meng-klik DaqView Digital Meters pada
toolbar dan akan muncul seperti berikut :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
26 Modul
Praktikum
16. Untuk menampilkan grafik perbandingan input dengan output, klik Charts pada
bagian paling pojok pada toolbar lalu drag ketiga channel pada Analog Scope
17. Untuk mengeluarkan hasil bentuk sinyal, pertama kita matikan dulu sumber
tegangannya (power suppply). Setelah itu klik tombol play ( ) lalu nyalakan
sumber tegangan, kemudian klik stop ( ).
18. Kemudian akan diperoleh hasil grafik seperti gambar dibawah ini :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
27 Modul
Praktikum
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
28 Modul
Praktikum
b. Kontrol Kecepatan Open Loop Dengan Efek Pembebanan
Langkah-langkah percobaan:
1. Buatlah diagram blok sistem open loop kontrol kecepatan.
2. Rangkailah modul percobaan seperti pada gambar.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
29 Modul
Praktikum
3. Tekan tombol power untuk mengaktifkan semua alat.
4. Atur set point di attenuator sebesar 2 Volt.
5. Kemudian atur sudut dari loading unit mulai dari skala terkecil, sedang
hingga sudut terbesar. Amati perbedaan masing-masing gerakan
motornya dan hitunglah:
a. Verror pada Op-amp
b. Vout pada tachogenerator
6. Analisa pengaruh perubahan skala sudut loading unit terhadap besar
Verror sistem !
7. Sambungkan Vin, Vout, dan Verror sistem ke personal Computer melalui
data logger !
8. Mulailah program daqview untuk melihat hasil grafik dari gerakan motor.
9. Buka program daq-view dari komputer
10. Lakukan langkah yang sama seperti sebelumnya untuk point 11-17
kemudian amati grafiknya.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
30 Modul
Praktikum
c. Kontrol Kecepatan Close Loop
Langkah-langkah percobaan :
1. Buatlah diagram blok sistem close loop kontrol kecepatan.
2. Rangkailah alat-alat praktikum seperti pada gambar di bawah ini
3. Tekan tombol power untuk mengaktifkan semua alat.
4. Atur putaran motor dengan mengubah-ubah skala gain di attenuator 1-10,
lalu amati perbedaan masing-masing gerakan motornya dan hitunglah:
a. Verror pada Op-amp
b. Vout pada tachogenerator
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
31 Modul
Praktikum
c. Vin pada attenuator
5. Bandingkanlah hasil Vin dan Vout bila diubah skala attenuator nya !
6. Analisa pengaruh perubahan skala attenuator terhadap besar Verror
sistem !
7. Sambungkan Vin, Vout, dan Verror sistem ke personal Computer melalui
data logger !
8. Mulailah program daqview untuk melihat hasil grafik dari gerakan motor.
9. Buka program Daq-View dari komputer
10. Lakukan langkah yang sama seperti sebelumnya untuk point 11-17
kemudian amati grafiknya. Lalu bandingkan dan analisa respon step
sistem open Loop dan sistem close Loop melalui daqview
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
32 Modul
Praktikum
d. Kontrol Kecepatan Close Loop Dengan Efek Pembebanan
Langkah-langkah percobaan :
1. Buatlah diagram blok sistem close loop kontrol kecepatan.
2. Rangkailah alat-alat praktikum seperti pada gambar di bawah ini
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
33 Modul
Praktikum
3. Tekan tombol power untuk mengaktifkan semua alat.
4. Atur set point di attenuator sebesar 2 Volt.
5. Kemudian atur sudut dari loading unit mulai dari skala terkecil, sedang
hingga sudut terbesar. Amati perbedaan masing-masing gerakan
motornya dan hitunglah:
a. Verror pada Op-amp
b. Vout pada tachogenerator
6. Analisa pengaruh perubahan skala sudut loading unit terhadap besar
Verror sistem !
7. Sambungkan Vin, Vout, dan Verror sistem ke personal Computer melalui
data logger !
8. Mulailah program daqview untuk melihat hasil grafik dari gerakan motor.
9. Buka program daq-view dari komputer
10. Lakukan langkah yang sama seperti sebelumnya untuk point 11-17
kemudian amati grafiknya. Lalu, bandingkan dan analisa respon step
sistem open Loop dan sistem close Loop melalui daqview.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
34 Modul
Praktikum
MODUL II
Kontrol Posisi Pada Servo DC
I. Tujuan Praktikum
1. Praktikan dapat mengetahui prinsip kerja kontrol posisi suatu benda.
2. Praktikan dapat mengetahui linearitas input maupun output pada sistem kontrol.
3. Praktikan dapat mengetahui fungsi pre-amplifier pada sistem kontrol posisi yang
digunakan dalam praktikum.
II. Alat-alat praktikum
1. Power Supply PS150C
2. Input potensiometer IP150H
3. Output potensiometer OP150K
4. Op-Amp unit OU150A
5. Servo Amplifier SA150E
6. Pre-Amp unit PA150C
7. Motor DC DCM150F
8. Reduction Gear Tacho GT150X
9. Data Logger
10. PC
III. Dasar Teori
Secara umum sistem kontrol adalah susunan komponen-komponen fisik yang
dihubungkan sedemikian rupa, sehingga dapat memerintah serta mengatur sistem itu sendiri.
Diantaranya ada beberapa parameter yang dapat dikontrol salah satunya adalah kontrol
posisi. Kontrol posisi adalah suatu proses pengaturan atau pengendalian terhadap suatu
besaran sehingga berada pada suatu harga atau posisi yang diinginkan.
Pendefenisian sistem kontrol dapat sebagai sistem control yang adaptif dan sistem
control dengan penalaran.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
35 Modul
Praktikum
Sistem kontrol adaptif yaitu sistem kontrol yang mampu beradaptasi dalam keadaan
bebas. Karakteristik dinamik harus diidentifikasi setiap saat sehingga parameter kontroler
dapat diatur untuk menjaga performansi optimal.
Sistem kontrol dengan penalaran yaitu sistem kontrol yang mempunyai kemampuan
untuk menalarkan.
Sistem kontrol dapat diklasifikasikan dalam beberapa cara:
a. Sistem kontrol nonlinear >< linear. Untuk sistem linear prinsip superposisi berlaku
sementara untuk sistem nonlinear sebaliknya.
b. Sistem kontrol time invariant >< time non-variant. Sistem kontrol time invariant adalah
parameternya tidak berubah dengan waktu, hal ini tergantung juga pada waktu saat
masukan ditentukan. System control time non- variant adalah sistem yang satu atau lebih
parameternya berubah dengan waktu, respon tergantung pada waktu disaat mana masukan
diterapkan.
c. Sistem kontrol waktu diskrit >< kontinu. Sistem kontrol waktu kontinu adalah fungsi dari
waktu kontinu t. Sementara untuk sistem kontrol waktu diskrit melibatkan 1 atau lebih
variabel yang hanya diketahui saat waktu diskrit.
d. Sistem kontrol masukan dan keluaran tunggal >< banyak masukan dan keluaran. Sistem
kontrol masukan-keluaran tunggal, contohnya sistem kontrol posisi. Terdapat satu
perintah masukan yang dikehendaki dan satu keluaran yang dikontrol yaitu posisi
keluaran. Untuk sistem kontrol masukan-keluaran banyak, contohnya sistem kontrol
proses yang mempunyai dua masukan yakni masukan tekanan dan suhu dan dua keluaran
yakni tekanan dan suhu.
e. Sistem kontrol parameter terdistribusi >< parameter bungkah. Sistem kontrol parameter
bungkah dijelaskan dalam persamaan differensial biasa, sedangkan parameter terdistribusi
dijelaskan dalam persamaan differensial parsial.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
36 Modul
Praktikum
f. Sistem kontrol deterministik >< stokastik. Sistem kontrol deterministik yaitu jika ada
tanggapan terhadap masukan dapat diperkirakan dan terulang. Jika tidak dinamakan
sistem kontrol stokastik.
3.1 Motor Servo Sebagai Komponen dari Kontrol Posisi
Motor servo adalah sebuah motor listrik yang memiliki kemampuan akselerasi cepat
dengan sistem closed feedback dimana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke
rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor,
serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk
menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur
berdasarkan lebar pulsa 1.5 ms pada periode selebar 2 ms maka sudut dari sumbu motor akan
berada pada posisi tengah. Semakin lebar pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan
sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan
sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam.
Motor servo biasanya hanya bergerak mencapai sudut tertentu saja dan tidak kontinyu
seperti motor DC maupun motor stepper. Walau demikian, untuk beberapa keperluan
tertentu, motor servo dapat dimodifikasi agar bergerak kontinyu. Pada robot, motor ini sering
digunakan untuk bagian kaki, lengan atau bagian-bagian lain yang mempunyai gerakan
terbatas dan membutuhkan torsi cukup besar.
Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana
arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan
pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
37 Modul
Praktikum
Gambar 3.1. 1.Motor Servo
Motor DC yang digunakan dalam sistem servo dinamakan servomotor DC. Sehingga
motor servo merupakan sebuah motor DC yang memiliki rangkaian kontrol elektronik dan
internal gear untuk mengendalikan pergerakan dan sudut angularnya. Sistem Mekanik Motor
Servo tampak pada gambar 2.
Gambar 3.1.2. Sistem Mekanik Motor Servo
Pada servo motor dc, rotor inersia dibuat sangat kecil, sehingga motor yang berputar
lambat, dimana biasanya ditunjukan oleh rate putarannya yang lambat, namun demikian
memiliki rasio torsi terhadap inersia sangat tinggi karena internal gearnya. Lebih dalam dapat
digambarkan bahwa sebuah motor servo memiliki:
3 jalur kabel: power, ground, dan kontrol
Sinyal kontrol mengendalikan posisi
Operasional dari servo motor dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar ± 20 ms, dimana
lebar pulsa antara 0.5 ms dan 2 ms menyatakan akhir dari range sudut maksimum.
Kontruksi di dalamnya meliputi internal gear, potensiometer, dan feedback kontrol.
Pada servo motor dc, kumparan medan dapat dihubungkan secara seri dengan jangkar
magnet („armature”) atau kumparan medan tersebut dapat dipisahkan dari jangkar magnetnya
(ini berarti, medan magnet dihasilkan oleh rangkaian yang terpisah). Dalam kasus terakhir,
bila medan dibangkitkan secara terpisah, maka fluks magnetik tidak tergantung pada arus
jangkar magnet. Pada beberapa servomotor dc, medan magnet dihasilkan oleh magnet
permanent dan karenanya fluks magnet konstan. Servomotor dc seperti demikian dinamakan
servomotor dc magnet permanent. Servomotor dc dengan magnet yang dibangkitkan secara
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
38 Modul
Praktikum
terpisah, dan juga servomotor DC magnet permanent dapat dikontrol oleh jangkar magnet.
Skema untuk mengontrol keluaran servomotor dc dengan arus jangkar magnet demikian
dinamakan control jangkar magnet servomotor dc.
3.2 Sistem Kontrol Posisi Loop Tertutup Pada Pengontrolan Motor Servo
Motor servo baik untuk respon dinamis tinggi dan akurasi tepat dalam aplikasi
control posisi. Pengontrolan posisi dengan motor servo ini dianalisa menggunakan kontrol
loop tertutup. Pada loop tertutup terdapat umpan balik yang dapat mengkoreksi kesalahan
pada posisi. Pengontrolan posisi dilakukan dengan menggunakan kontroler untuk mengontrol
motor servo. Servomotor dc mungkin juga digerakkan oleh kontroler gerakan elektrik yang
sering kali dinamakan servodriver disebut kombinasi motor penggerak. Servodriver mengatur
gerakan servomotor dc dan beroperasi dalam berbagai macam mode. Beberapa cirinya adalah
penggerakan posisi titik ke titik, profil kecepatan dan percepatan yang dapat diprogram.
Penggunaan kontroler gerakan elektronik yang menggunakan driver dimodulasi lebar pulsa
(“pulse with modulated driver”) untuk mengontrol servomotor dc, sering kali digunakan
dalam sistem kontrol robot, sistem kontrol numerik, dan sistem posisi dan / atau kecepatan
lainnya.
3.3 Kontrol Posisi Pada Motor DC
Motor DC Magnet Permanen pada dasarnya adalah kontrol kecepatan putar motor
DC. Hal ini berkaitan dengan prisip dasar pembangkitan gerakan yang dilakukan oleh motor,
yaitu bila diberikan tegangan pada terminalnya maka poros motor atau rotor akan berputar.
Jadi jika kita mengontrol berapa besar tegangan yang dikenakan ke motor pada dasarnya
adalah berapa kecepatan putar poros motor yang kita kehendaki dalam rpm (revolution per
minute).
Padahal gerakan dunia robotic, gerakan body (missal: robot berjalan atau berpindah
tempat) dan gerakan bagian robot seperti gerakan pada sendi lengan adalah gerakan yang
berorientasi pada control posisi. Artinya, definisi gerakan robot adalah atas dasar
perpindahan posisi. Jika robot telah mencapai posisi suatu referensi gerak maka aktuator
akan “berhenti”, dengan kata lain, jika actuator ini adalah motor maka motor akan berhenti
berputar.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
39 Modul
Praktikum
Dalam contoh-contoh kontrol kecepatan diatas, jika sistem sudah berada dalam
keadaan tunak (steady-state) maka kontroler “masih menyisakan” sinyal aktuasi sehingga
tetap mampu memutar motor “mendekati” putaran referensi. Seperti telah disinggung di
muka, selisih “kedekatan” putaran ini dikenal sebagai steady-state error, ess untuk kontrol
kecepatan.
Sekarang masalahnya adalah bagaimana merepresentasikan kontrol kecepatan ini
kedalam kontrol posisi. Seperti yang kita ketahui, posisi dapat diperoleh dari kecepatan.
Dalam diagram blok dapat digambarkan sebagai,
Gambar 3.3.1 Fungsi integrator
Dengan demikian control posisi pada sebuah motor DC dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar 3.3.2. Diagram control posisi pada sebuah motor DC.
Contoh-contoh aplikasi control posisi:
a. Kontrol Posisi Untuk Robot Tangan Satu Sendi
Untuk jelasnya, kita ambil contoh control posisi (sudut poros) pada sebuah motor
DC-MP (Magnet Permanen), misalnya untuk robot tangan satu sendi. Untuk menghindari
bahasan yang rumit, sementara ini efek dinamik dari inersia lengan dan factor gravitasi
diabaikan. Lengan robot dianggap planar (sejajar dengan bumi) dan berat lengan dianggap
sangat ringan. Yang diperhitungkan hanya inersia dari rotor motor dan faktor friksi viscous.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
40 Modul
Praktikum
Pada poros motor dipasang sebuah sensor posisi menggunakan potensiometer
sehingga output sensor langsung dapat diterjemahkan sebagai posisi sudut sendi. Dengan
asumsi sudut 00 adalah posisi lengan yang segaris lurus dan sudut jangkauan gerak lengan
adalah (-135÷+135)0 maka output sensor dalam tegangan sebesar (0÷5)V mewakili
pergerakan posisi sebesar (-135÷+135)0. Ilustrasinya seperti berikut.
Gambar 3.3.3. Jangkauan gerak sudut dan representasi output sensor.
Data posisi pada dasarnya dapat juga diperoleh melalui data sensor kecepatan. Pada
beberapa motor DC servo komersial biasanya sudah dilengkapi dengan sensor kecepatan di
dalamnya (output berupa frekuensi pulsa). Dengan demikian dalam hal tertentu kita tidak
perlu memasang sensor posisi untuk membaca data posisi, tapi cukup dengan melakukan
perhitungan di dalam rangkaian berdasarkan data dari sensor kecepatan. Atau posisi dapat
pula diperoleh dengan menghitung jumlah pulsa menggunakan prinsip rangkaian counter.
Perlu diingat, sebagai konsekuensi, pemerolehan data posisi melalui perhitungan dapat
membuat sistem menjadi lebih rumit. Selain itu data posisi yang diperoleh tidak langsung
bersifat absolut , maksudnya perlu langkah penentuan posisi nol terlebih dahulu sebagai
pedoman pengukuran agar data hasil perhitungan counter berikutnya dapat dinilai absolute.
Jika output sensor posisi menggunakan potensiometer, maka data bersifat absolut karena
langsung dapat dibaca oleh kontroler sebagai sudut riil.
Kontrol ini pada dasarnya dapat digunakan untuk kontrol posisi (sudut poros) motor.
Dengan pemilihan k yang tepat sistem dapat mencapai konvergen (error menuju nol). k yang
terlalu besar dapat menimbulkan osilasi pada saat start. Pada sistem yang nyata osilasi ini
dapat merusak sistem mekanik. Jika k terlalu kecil maka waktu untuk menuju kondisi tenang
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
41 Modul
Praktikum
(settling time) akan melambat, dan dalam aplikasi sesungguhnya output sistem mungkin
malah tidak mampu mencapai nilai referensi karena faktor pembebanan dan gangguan (friksi,
gravitasi, dsb.).
b. Kontrol Posisi Motor DC
Gambar 3.3.4. Kontrol Posisi Motor DC
Plant yang akan dikontrol: Komponen yang akan dikontrol terdiri dari motor dan
sebagai deteksi posisi menggunakan sensor roda yang dapat memberikan informasi posisi
motor saat itu. Adapun nilai-nilai yang terdapat pada plant tersebut meliputi:
Moment of inertia of the rotor (j) = 3.2284E-6kg.m
Damping ratio of the mechanical system (b) = 3.5077E-6Nms
Electromotive force resistance (K=Ke=Kt) = 0.0274 Nm/Amp
Electric resistance (R) = 4 ohm
Electric inductance (L) = 2.75E-6H
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
42 Modul
Praktikum
Input (V): source voltage
Output (theta): position of shaft
Rotor dan baling-baling sudah di set tetap. Design requirement (design yang kita
inginkan): kita menginginkan perubahan posisi motor dapat tepat. Error steady state motor
menjadi nol. Kita juga ingin dapat mengendalikan motor yang mendapat pengaruh dari luar
dengan error steady state mendekati 0. Jika kita simulasi dengan input (R) sebagai input
fungsi step diharapkan keluaran motor akan sesuai dengan settling time less than 40
miliseconds, overshoot less than 16 %, no steady state error, walaupun mendapat gangguan
dari luar.
Kita dapat mencari transfer fungsi dari sistem di atas dengan cara mendefinisikan
sistem dengan numenator dan denominator sebagai vektor pada Matlab.
Syntax Matlab :
j=3.2284E-6;
b=3.5077E-6;
K=0.0274;
R=4;
L=2.75E-6;
num=K;
den=[(j*L) ((j*R)+(L*b)) ((b*R)+K^2) 0];
step(num,den,0:0.001:0.2);
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
43 Modul
Praktikum
Input 1
Input 2
Output
2
Gambar 3.3.5. Transfer Fungsi dari Sistem Kontrol Posisi Motor DC
Dalam praktikum kali ini, sistem yang dikendalikan adalah kontrol posisi dengan
sebuah motor servo DC yang dikopel pada sebuah generator DC. Pada modul kali ini kita
menggunakan amplifier dan preamplifier untuk menghasilkan sinyal koreksi.
Investigasi error ialah suatu metode sistem untuk mengetahui nilai error pada sistem
tersebut, sehingga dapat menghasilkan sistem yang stabil. Linearitas ialah metode untuk
mengetahui nilai linear yang dihasilkan dari input dan output suatu sistem.
Adapun blok diagram yang dipraktikumkan pada modul kali ini adalah:
a. Investigasi Error
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20
1
2
3
4
5
6
7
Step Response
Time (sec)
Am
plit
ude
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
44 Modul
Praktikum
Output potensio Input potensio
Plant Kontroler
Plant
Output
potensio Input
potensio
nilai error yang dihasilkan ialah selisih antara input1 dan input2.
Seperti yang telah disampaikan sebelumnya, pada modul kali ini kita menggunakan
pre-amplifier agar dihasilkan sinyal koreksi yang lebih baik. Berikut ini adalah
perbedaan diagram blok rangkaian close loop menggunakan preamplifier dan tanpa
pre-amplifier:
b. Close loop tanpa pre-amplifier
c. Close loop dengan pre-amplifier
Attenuator
(kontroler)
Motor
servo Motor DC
Attenuator Pre-amp Motor
servo
Motor DC
Tacho
Tacho
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
45 Modul
Praktikum
Prosedur Praktikum Kontrol Posisi
a. Tanpa Pre- Amp
1. Buatlah diagram blok sistem !
2. Rangkailah alat praktikum seperti gambar di bawah ini :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
46 Modul
Praktikum
3. Set skala gain =10 dan atur derajat Input Potensiometer menjadi 10o ,60
o,
120o, 160
o
4. Hitung :
a. Sudut Output Potensiometer
b. Vin pada Input Potensiometer
c. Vout pada Output Potensiometer
d. Verror pada Op-amp
5. Bandingkan dan analisa antara Vin dengan Vout serta Derajat IP dengan
Derajat OP !
6. Serta bandingkan hasil Verror dengan selisih antara Vin dan Vout
7. Sambungkan Vin Input Potensiometer, Vout Output Potensiometer, dan
Verror sistem ke personal Computer melalui data logger !
8. Mulailah program daqview untuk melihat hasil grafik dari gerakan motor
9. Buka program Daq-View dari komputer
10. Setelah itu, klik Device pada Toolbar dan pilih Select Device
11. Lalu pilih jenis Board yang akan digunakan, karena praktikum kali ini kita
menggunakan DaqBoardK0, pilihlah jenis DaqBoardK0 lalu klik OK.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
47 Modul
Praktikum
12. Setelah itu, set off semua channel pada channel setup
13. Atur pada channel yang akan digunakan sebagai input, output, dan error.
Misalkan channel yang akan digunakan adalah channel 0,1, dan 2. Lalu klik
dua kali pada channel yang akan digunakan
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
48 Modul
Praktikum
14. Atur pada Acquition Setup mengenai Trigger Event dan Stop Event. Pilih
source Immediately pada Trigger Event, dan source Manual Stop pada
Stop Event
15. Atur tegangan pada input dengan cara meng-klik DaqView Digital
Meters pada toolbar dan akan muncul seperti berikut :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
49 Modul
Praktikum
16. Untuk menampilkan grafik perbandingan input dengan output, klik
Charts pada bagian paling pojok pada toolbar lalu drag ketiga channel
pada Analog Scope
17. Untuk mengeluarkan hasil bentuk sinyal, pertama kita matikan dulu
sumber tegangannya (power suppply). Setelah itu klik tombol play
( ) lalu nyalakan sumber tegangan, kemudian klik stop ( )
18. Dan akan diperoleh hasil grafik
19. Tampilkan Vin, Vout, Verror dan Respon step Sistem pada daqview!
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
50 Modul
Praktikum
b. Dengan Pre-Amp
1. Buatlah diagram blok sistem !
2. Rangkailah alat praktikum seperti gambar di bawah ini :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
51 Modul
Praktikum
3. Set skala gain =10 dan derajat Input Potensiometer= 10o ,60
o, 120
o, 200
o
4. Hitung :
a. Sudut pada Output Potensiometer
e. Vin pada Input Potensiometer
f. Vout pada Output Potensiometer
g. Verror pada Op-amp
5. Bandingkan dan analisa Vin dengan Vout serta Derajat IP dengan Derajat OP
6. Bandingkan hasil Verror dengan selisih antara Vin dan Vout!
7. Sambungkan Vin, Vout, dan Verror sistem ke personal Computer melalui data
logger !
8. Mulailah program daqview untuk melihat hasil grafik dari gerakan motor.
9. Buka program daq-view dari computer
10. Lakukan langkah yang sama seperti sebelumnya untuk point 11-17 kemudian
amati grafiknya.
11. Tampilkan Vin, Vout, Verror dan Respon step Sistem pada daqview!
12. Bandingkan Vin, Vout, Verror dan Respon step sisten tanpa pre- amp dengan
sistem dengan pre-amp !
13. Analisa pengaruh pre-amp pada sistem !
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
52 Modul
Praktikum
MODUL III
Proportional, Integral and Derivative Control
I. Tujuan Praktikum
1. Praktikan dsapat memahami dan mengerti konsep dasar pengendali dengan
menggunakan PID
2. Praktikan dapat memahami dan mengerti fungsi PID dalam suatu plant
3. Praktikan dapat menentukan nilai parameter-parameter PID dalam suatu plant yang
akan dikontrol
4. Praktikan dapat memahami PID analog
II. Alat-alat Praktikum
1. Power supply unit (PS150E)
2. Servo Amplifier (SA150D)
3. Attenuator unit (AU150B)
4. Op Amplifier (OU150A)
5. Motor unit (MT150F)
6. PID 150Y
7. PC
8. Data Logger
9. Loading Unit
III. Dasar Teori
3.1. Pengertian
PID Control adalah suatu sistem kendali yang tersusun dari pengedali
proportional (P), integral (I) dan derivative (D). Sistem kendali ini telah banyak
diimplementasikan di proses industri karena sederhana, mudah dipelajari, dan
mudah dalam penentuan nilai parameter - parameternya.
Secara umum, langkah yang harus ditempuh dalam perancangan suatu desain
kontrol PID adalah :
1. Menentukan persamaan matematik plant yang akan dikontrol
2. Menentukan spesifikasi system yang diinginkan
3. Menentukan nilai parameter Kp, Ki, dan Kd
3.2. Karakteristik PID
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
53 Modul
Praktikum
3.2.1 Kontroler Proporsional (P)
Pengaruh pada sistem :
Dapat memperbaiki respon transien khususnya : rise time, settling time
Persamaan matematis :
Dalam Laplace :
Diagram Blok :
Step respon sistem :
Tanpa Kontroler P, respon lambat Dengan kontroler P, respon cepat
Dapat dilihat dengan menggunakan kontroler Proposional, rise time sebuah
sistem menjadi lebih singkat (respon cepat), sedangkan untuk settling time nya
menjadi lebih lama.
3.2.2 Kontrol Integral (I)
Pengaruh pada sistem :
Menghilangkan Error Steady State namun dapat menimbulkan
ketidakstabilan (karena menambah orde sistem), selain itu kontrol Integral
u(t) = KP . e(t)
U(s)/E(s) = KP
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
54 Modul
Praktikum
memiliki rise time yang lebih lama di bandingkan Kontroler Proposional
(responnya lebih lama).
Persamaan matematis :
Dalam Laplace :
Diagram Blok :
Step respon sistem :
Respon sistem tanpa kontroler Dengan kontroler I, Ki = 1
3.2.3 Kontrol Derivative (D)
Pengaruh pada sistem :
Memberikan efek redaman pada osilasi. Hal ini juga dapat
menyebabkan pemberian nilai Kp yang lebih besar. Selain itu kontrol
Derivative hanya berubah saat perubahan error, saat ada error statis
kontroller ini tidak dapat dapat beraksi, sehingga kontroller D ini tidak
t
i dtteKtu0
)()(
s
K
sE
sU i
)(
)(
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
55 Modul
Praktikum
dapat digunakan sendiri tanpa ada kontroller lainnya ( biasanya di
gabungkan dengan pengendali Proposional ).
Persamaan matematis :
Dalam Laplace :
Dengan kontroler P saja,respon berosilasi Dengan kontroler PD, Kp=1, Kd = 3
3.2.4 Kombinasi kontrol P dan I
Pengaruh pada sistem:
Dengan sifat dasar kontrol P yang cenderung konvergen dan I yang
dapat memperbaiki respon steady-state maka kombinasi P-I dapat
memberikan hasil yang lebih baik. Dalam diagram blok dapat
dinyatakan sebagai berikut:
Diagram blok :
u(t) = Kp+dt
tedKd
)(
= Kp+Kd . s
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
56 Modul
Praktikum
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
respon Sistem PI
Time (sec)
Am
plit
ude
Persamaan Laplace :
Step Respon Sistem
3.2.1 Kontroler PID
Pengaruh pada sistem :
Apabila digabungkan akan mendapatkan hasil pengontrolan dengan
sifat menghilangkan error, mengurangi rise time, menambah settling
time, dan memperkecil overshoot. Namun, pada kenyataannya kontrol
yang dihasilkan tidak akan sempurna seperti teori. Oleh karena itu, pada
implementasinya penggabungan kontrol proportional, integral dan
derivative disesuaikan dengan kebutuhan
Diagram blok:
Persamaan Laplace :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
57 Modul
Praktikum
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Step Response
Time (sec)
Am
plit
ude
Step respon Sistem
3.3. Penentuan parameter PID
Nilai Kp, Ki, dan Kd PID yang akan digunakan pada suatu sistem dapat
dicari dengan menggunakan dua metode yaitu :
3.3.1. Metode Ziegler-Nichols
Hal penting yang berkaiatan dengan desain suatu kontroller adalah
persamaan sistem yang akan dikontrol dan penyederhanaan persamaan
sistem apabila memungkinkan. Namun seringkali persamaan sistem
yang akan dikontrol sulit untuk dikendalikan. Metode Ziegler-Nichols
adalah salah satu solusi untuk menyelesaikan permasalahan tersebut.
Berdasarkan karakteristik respon plant yang dihasilkan, nilai Kp, Ki,
dan Kd dapat ditentukan tanpa mengetahui persamaan sistem. Dengan
menggunakan metode ini overshoot yang terjadi maksimum 25%.
Adapun langkah – langkah penggunaan metode ini adalah sebagai
berikut :
1. Menentukan nilai L dan T melalui respon unit step yang terbentuk
dengan menggunakan bantuan garis singgung.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
58 Modul
Praktikum
2. Dari nilai T dan L yang telah didapat, dapat ditentukan nilai Kp, Ki,
dan Kd sesuai dengan persamaan berikut :
Tipe
Kontroller
Kp Ki Kd
P T/L ∞ 0
PI 0,9(T/L) L/0,3 0
PID 1,2(T/L) 2L 0,5L
3. Kurva respon plant dalam domain s tersebut dapat direpresantisakan
dalam persamaan :
4. Sedangkan fungsi alih kontroller PID yang diaplikasikan :
3.3.2. Metode Osilasi
Metode ini berguna untuk sistem yang mungkin mempunyai step
response berosilasi terus menerus dengan teratur. Sistem dengan
integrator (1/s). Langkah praktis dari metode ini sebagai berikut:
1. Buat suatu sistem loop tertutup dengan kontroler P dan plant di
dalamnya Metode dilakukan dengan eksperimen dengan cara
memberikan kontroler P pada suatu sistem close loop dengan plant
terpasang. Nilai Kp diubah – ubah mulai dari skala nol sampai
dengan respon system berosilasi sinusoidal.
1)(
)(
Ts
ke
sU
sY Ls
s
Ls
TsE
sU
21
6.0)(
)(
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
59 Modul
Praktikum
2. Lalu nilai Kp ditambahkan sampai sistem berosilasi terus menerus
dengan teratur. Nilai Kp saat itu disebut penguatan kritis
(Kcr)Periode saat itu disebut periode kritis (Pcr)
3. Tentukan nilai Kp, Ti, dan Td berdasar tabel berikut:
Di mana Pcr adalah periode osilasi sinusoida yang terjadi dan Kcr
adalah nilai gain proporsional (Kp) ketika sistem mulai berosilasi.
Poscc(t)
t
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
60 Modul
Praktikum
Contoh Soal:
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
61 Modul
Praktikum
IV. Matlab
4.1. Syntax-Syntax Matlab yag Digunakan
Pada praktikum modul ini syntax matlab yang digunakan antara lain :
1. Pendeklarasian suatu nilai
ex :
>> Kp = 300; % menginputkan nilai Kp sebesar 300
Untuk mendeklarasikan suatu polynom juga dapat dengan cara sebagai
berikut :
ex :
>> Den = [10 20 5]; % menginptkan nilai Den adalah 10s2 + 20s + 5
Bentuk di atas juga dapat untuk mendeklarasikan sebuah sinyal.
ex :
>> Xn2 = [1 0 -2]; % berarti sinyal X2(n) = (n) – 2. (n-2)
2. Pendeklarasian Persamaan Sistem.
Dalam pendeklarasian persamaan sistem ada beberapa cara, 2 di antara
nya sebagai berikut :
ex :
1. >> G2 = zpk ( [-1], [-2 -1], 1) ; % zero =1, pole = 2s+1, gain = 1
G2 =
2. >> G2 = tf ([1], [2 1]); % numerator = 1 ;denumerator = 2s+1
G2 =
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
62 Modul
Praktikum
-120
-100
-80
-60
-40
-20
Magnitu
de (
dB
)
10-1
100
101
102
103
-180
-135
-90
-45
0
Phase (
deg)
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
0 0.5 1 1.5 2 2.50
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
0.05
Step Response
Time (sec)
Am
plit
ude
3. Pencitraan respon unit step
ex:
num=[1]
den=[1 10 20];
plant=tf(num,den);
step(plant); % mencitrakan step response dari fungsi plant
4. Pencitraan respon magnitude dan fasa
ex:
num=[1]
den=[1 10 20];
plant=tf(num,den);
bode(plant); % mencitrakan respon magnitude dan fasa fungsi
plant
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
63 Modul
Praktikum
0 0.5 1 1.5 2 2.50
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
0.05
Step Response
Time (sec)
Am
plit
ude
4.2. Melihat Perbedaan Sistem Tanpa Controller dan Sistem dengan Controller.
Dengan menggunakan matlab kita dapat melihat perbedaan antara sistem
tanpa controller dan sistem dengan controller. Perbedaan tersebut dapat dilihat
dari step respon yang diberikan oleh masing-masing sistem.
Berikut merupakan perbandingan sistem tanpa kendali dengan sistem
berpengendali Proporsional.
4.2.1. Sistem tanpa Controller
plant
X Y
=
Syntax matlab
num=[1];
den=[1 10 20];
s=tf(num,den);
step(s);
4.2.2. Sistem dengan Controller Proposional
X plant Y
+
-
Kp
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
64 Modul
Praktikum
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.40
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Step Response
Time (sec)
Am
plit
ude
=
Syntax matlab
Kp=300;
num=[Kp];
den=[1 10 20+Kp]
s=tf(num,den);
step(s);
Dari tampilan step respon masing-masing sistem di atas, dapat dilihat
bahwa pada sistem yang berpengendali proposional, memiliki rising time
yang lebih singkat dan settling time yang lebih lama dibandingkan dengan
sistem tanpa kendali apapun.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
65 Modul
Praktikum
Prosedur Praktikum PID
I. Sistem Kontrol Kecepatan tanpa Kontroller
1. Rangkailah alat-alat praktikum seperti pada sistem open loop pada modul
Kontrol Kecepatan yang lalu :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
66 Modul
Praktikum
2. Set skala attenuator ± 2, hitung :
a. Verror pada Op- amp
b. Vout pada tachogenerator
3. Sambungkan Vin, Vout, dan Verror sistem ke personal Computer melalui data
logger !
4. Mulailah program daqview seperti tampilan di bawah ini :
Buka program Daq-View dari komputer
Setelah itu, klik Device pada Toolbar dan pilih Select Device
Lalu pilih jenis Board yang akan digunakan, karena praktikum kali ini
kita menggunakan DaqBoardK0, pilihlah jenis DaqBoardK0 lalu klik OK.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
67 Modul
Praktikum
Setelah itu, set off semua channel pada channel setup
Atur pada channel yang akan digunakan sebagai input, output, dan error.
Misalkan channel yang akan digunakan adalah channel 0,1, dan 2. Lalu
klik dua kali pada channel yang akan digunakan.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
68 Modul
Praktikum
Atur pada Acquition Setup mengenai Trigger Event dan Stop Event. Pilih
source Immediately pada Trigger Event, dan source Manual Stop pada
Stop Event
Atur tegangan pada input dengan cara meng-klik DaqView Digital Meters
pada toolbar dan akan muncul seperti berikut :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
69 Modul
Praktikum
Untuk menampilkan grafik perbandingan input dengan output, klik Charts
pada bagian paling pojok pada toolbar lalu drag ketiga channel pada
Analog Scope
Untuk mengeluarkan hasil bentuk sinyal, pertama kita matikan dulu
sumber tegangannya (power suppply). Setelah itu klik tombol play ( )
lalu nyalakan sumber tegangan, kemudian klik stop ( ).
Dan akan diperoleh hasil grafik yang diinginkan
5. Tampilkan Vin, Vout, Verror dan Respon step Sistem pada daqview!
6. Dari respon step sistem yang didapat pada daqview, hitung parameter-parameter
Kp, Ti, dan Td ( untuk sistem kendali Proposional , Proposional-Integrative, dan
Proposional-integrative-Derrivative ) dengan metode Ziegler-Nichols !
II. Sistem Kontrol Kecepatan dengan Kontroller Proposional
1. Tambahkan blok PID pada rangkaian yang sudah dibuat sebelumnya.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
70 Modul
Praktikum
2. Aktifkan kontroler Proposional, sedangkan off untuk kontroler lainnya
3. Set nilai Kp pada kontroler Proposional sesuai dengan hasil yang didapat pada
prosedur sebelumnya.
4. Set input pada skala attenuator sama seperti prosedur sebelumnya, hitung :
a. Verror pada Op- amp
b. Vout pada tachogenerator
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
71 Modul
Praktikum
5. Sambungkan Vin, Vout, dan Verror sistem ke personal Computer melalui data
logger !
6. Mulailah program daqview ( sama seperti langkah sebelumnya )
7. Tampilakan Vin, Vout, Verror dan Respon step Sistem pada daqview!
III. Sistem Kontrol Kecepatan dengan Kontroller Proposional-Integral
1. Rangkailah rangkaian seperti pada gambar dibawah ini dan aktifkan kontroler
proposional dan Integral dan off untuk Derrivative nya.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
72 Modul
Praktikum
2. Set nilai Kp dan Ki pada kontroler Proposional sesuai dengan hasil yang
didapat pada prosedur sebelumnya
3. Set input pada skala attenuator sama seperti prosedur sebelumnya, hitung :
a. Verror pada Op- amp
b. Vout pada tachogenerator
4. Sambungkan Vin, Vout, dan Verror sistem ke personal Computer melalui data
logger !
5. Mulailah program daqview ( sama seperti langkah sebelumnya )
6. Tampilkan Vin, Vout, Verror dan Respon step Sistem pada daqview!
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
73 Modul
Praktikum
IV. Sistem Kontrol Kecepatan dengan Kontroller Proporsional-Derivative
1. Rangkailah rangkaian seperti pada gambar dibawah ini dan aktifkan kontroler
proposional dan Derrivative dan off untuk Integral-nya.
2. Set nilai Kp dan Kd pada kontroler Proposional sesuai dengan hasil yang
didapat pada prosedur sebelumnya
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
74 Modul
Praktikum
3. Set input pada skala attenuator sama seperti prosedur sebelumnya, hitung :
a. Verror pada Op- amp
b. Vout pada tachogenerator
4. Sambungkan Vin, Vout, dan Verror sistem ke personal Computer melalui
data logger !
5. Mulailah program daqview ( sama seperti langkah sebelumnya )
6. Tampilkan Vin, Vout, Verror dan Respon step Sistem pada daqview!
V. Sistem Kontrol Kecepatan dengan Kontroller Proposional-Integrative-Derrivative
1. Rangkailah rangkaian seperti pada gambar dibawah ini dan aktifkan semua
kontoller.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
75 Modul
Praktikum
2. Set nilai Kp, Ki, dan Kd pada kontroler Proposional, Derivative, dan Integral
sesuai dengan hasil yang didapat pada prosedur sebelumnya
3. Set input pada skala attenuator sama seperti prosedur sebelumnya, hitung :
a. Verror pada Op- amp
b. Vout pada tachogenerator
4. Sambungkan Vin, Vout, dan Verror sistem ke personal Computer melalui data
logger !
5. Mulailah program daqview (sama seperti langkah sebelumnya )
6. Tampilkan Vin, Vout, Verror dan Respon step Sistem pada daqview!
7. Bandingkan respon step masing-masing sistem !
8. Analisa pengaruh masing-masing kontroller terhadap sistem !
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
76 Modul
Praktikum
1
s
Integrator1
1
s
Integrator
MODUL IV
PENGENALAN SIMULINK
I. Tujuan
a. Memperkenalkan Simulink secara umum
b. Mengetahui cara menggunakan Simulink sebagai software untuk mendesain model
sistem kontrol
c. Mengetahui cara menggunakan Simulink sebagai software untuk mensimulasikan
suatu sisten kontrol
II. Alat-alat Praktikum
a. Personal computer
b. Software Simulink
c. Data Logger
III. Dasar Teori
3.1. Pengertian Simulink Secara Umum
Simulink merupakan ekstensi grafis pada MATLAB untuk pemodelan dan
simulasi sistem. Dalam Simulink, sistem digambar di layar sebagai diagram blok.
Banyak elemen diagram blok yang tersedia (seperti fungsi transfer, persimpangan
penjumlahan, dll), serta sebagai alat input virtual (seperti generator fungsi) dan
perangkat output (seperti osiloskop). Simulink terintegrasi dengan M ATLAB dan
data dapat ditransfer dengan mudah antara program. Ekstensi grafis dari sofware
MATLAB ini pun pastinya didukung oleh OS seperti Unix, Macintosh, dan
lingkungan Windows sehingga mahasiswa dapat menggunakannya secara mudah
di personal komputernya masing-masing.
3.2. Pengenalan Simulink
Untuk membuka Simulink dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu :
1. Memasukan perintah „simulink„ pada commad promt dalam MATLAB. atau
2. Klik pada "Browser Simulink Library" di bagian atas jendela perintah
MATLAB seperti yang ditunjukkan di bawah ini:
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
77 Modul
Praktikum
Selanjutnya jendela Browser Simulink Library akan muncul di layar. Sebagian
besar blok yang diperlukan untuk pemodelan sistem dasar dapat ditemukan dalam
subfolder dari folder utama "Simulink" (dibuka dengan mengklik "+" di depan
"Simulink"). Setelah "Simulink" folder telah dibuka, jendela Perpustakaan
Browser akan terlihat seperti:
3.3. Elemen Dasar Dalam Simulink
Di dalam Simulink sendiri terdapat 2 elemen dasar, yaitu:
1. Blok
Blok merupakan elemen yang digunakan untuk menghasilkan, memodifikasi,
menggabungkan, output, dan menampilkan sinyal. Blok sendiri dapat
ditemukan di Subfolder di bawah folder "Simulink".
Berikut merupakan jenis-jenis blok yang secara umum tersedia unutk
digunakan :
Continuous: terdapat Linear, continuous-time system elements (ex
:integrators, transfer functions, state-space models, etc.)
Discrete: terdapat Linear, discrete-time system elements (ex :integrators,
transfer functions, state-space models, etc.)
Functions & Tables: terdapat User-defined fungsi dan meja untuk
interpolasi nilai-nilai fungsi
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
78 Modul
Praktikum
1
s+1
Transfer FcnStep Scope
Math: terdapat Mathematical operator (sum, gain, dot product, etc.)
Nonlinear: terdapat Nonlinear operator (coulomb/viscous friction, switches,
relays, etc.)
Signals & Systems: Blok untuk mengendalikan / pemantauan sinyal (s) dan
untuk menciptakan subsistem
Sinks: Digunakan untuk sinyal output atau tampilan (display, lingkup,
grafik, dll)
Sources: Digunakan untuk menghasilkan berbagai sinyal (langkah, jalan,
sinusoidal, dll)
2. Garis
Garis digunakan untuk mentransfer sinyal dari satu blok ke yang lain. Garis
mengirimkan sinyal ke arah yang ditunjukkan oleh panah. Garis harus selalu
mengirimkan sinyal dari terminal output dari satu blok ke terminal masukan
dari blok lain. Satu pengecualian adalah bahwa sebuah garis dapat bercabang
dengan membawa sinyal yang masih sama dengan aslinya, sehingga
mengirimkan sinyal asli untuk masing-masing dua (atau lebih) blok tujuan,
seperti yang ditunjukkan di bawah ini:
Namun garis tidak dapat menyuntikkan sebuah sinyal ke garis lain, garis
harus digabungkan melalui penggunaan blok seperti persimpangan
penjumlahan. Seperti yang ditunjukan di bawah ini :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
79 Modul
Praktikum
3.4. Pemodelan Sistem dengan Simulink
3.4.1. Pemodelan Sistem Open Loop dan Close Loop
Langkah-langkah :
1. Buka Library Simulink
2. Pilih blok-blok yang akan digunakan
Time derivative of
signal
Integration of input
signal
Transfer function
Time delay
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
80 Modul
Praktikum
Pilih sinyal input
Pilih input step
Pilih blok untuk
operasi matematik
penjumlahan
pembagian
Gain/ pengali
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
81 Modul
Praktikum
3. Untuk menampilkan blok-blok yang dipilih, drag-dropping blok-blok
tersebut dari Library ke jendela pemodelan, seperti di bawah ini :
4. Tarik garis dari masing-masing blok yang sudah dibuat, seperti di
bawah ini :
1. Open Loop 2. Close Loop
3.4.2. Pemodelan Sistem dengan PID
1. Pilih blok-blok yang akan digunakan : seperti blok sumber ( unit step),
Continous block ( derrivative, integrator), gain ( untuk pengendali
proposional ) atau bisa lagsung dengan memilih blok PID , dan sinks
blok ( scope ) untuk menampilkan sinyal output.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
82 Modul
Praktikum
2. Tempatkan blok-blok tersebut dan tarik garis seperti gambar di bawah
ini :
Atau juga dapat membuat blok kontroller PID dengan cara berikut :
1. Pilih blok PID pada folder simulink extras >> additional linear >>
PID controller seperti pada gambar di bawah ini :
2. Tarik garis antara blok sumber, blok math operation, blok PID, blok
transfer Function dan blok Scope seperti gambar di bawah ini :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
83 Modul
Praktikum
3.5. Simulasi Sistem
Setelah pemodelan sistem telah selesai, untuk melihat sinyal output dilakukan
dengan cara sebagai berikut :
1. Klik command start Simulation
ex :
a. Sistem Open Loop b. Sistem Close Loop
2. Klik 2x pada blok Scope ( osiloskop), lalu akan muncul sinyal simulasi (
sinyal output) seperti di bawah ini :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
84 Modul
Praktikum
Sistem Open Loop Sistem Close Loop
3.6. Memodifikasi Parameter-parameter dalam Blok
Simulink memungkinkan kita untuk memodifikasi blok dalam model,
sehingga secara akurat dapat mencerminkan karakteristik dari sistem yang kita
analisa.
Hal itu dapat dilakukan dengan cara meng-klik 2 x pada blok yang akan
dimodifikasi.
Berikut beberapa contoh gambar dari memodifikasi blok.
a. Memodifikasi Blok Gain
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
85 Modul
Praktikum
b. Memodifikasi Blok PID
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
86 Modul
Praktikum
Prosedur praktikum Modul Simulink
Open Loop
1. Buka program MATLAB, lalu klik perintah simulink library browser seperti gambar
di bawah :
2. Buat jendela pemodelan baru.
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
87 Modul
Praktikum
3. Pilih blok sumber/source berupa input step lalu drag ke jendela pemodelan, lihat
gambar di bawah :
4. Pilih blok continuous berupa fungsi transfer sistem
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
88 Modul
Praktikum
5. Pilih blok sinks untuk menampilkan sinyal output ( scope /osiloskop )
6. Tarik garis antara blok-blok tersebut seperti gambar di bawah
7. Modifikasi parameter-parameter blok dengan cara mengklik blok tersebut 2x, sebagai
berikut :
a. Blok step : Step time =1
Initial value =0
Final value =1
b. Blok transfer fcn : Numerator koef. = [1]
Denumerator koef. = [1 15 30]
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
89 Modul
Praktikum
Lalu model akan seperti gambar di bawah ini :
8. Untuk melihat sinyal output, klik command “ ” lalu klik 2x pada blok scope, lalu
akan muncul hasil simulasi seperti gambar di bawah ini :
9. Save Model anda di . . . .dengan nama file
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
90 Modul
Praktikum
Close Loop
1. Buka kembali model Open Loop anda sebelumnya.
2. Tambahkan blok math operation ( SUM) pada sistem seperti gambar di bawah :
3. Ubah terlebih dahulu parameter blok SUM dengan cara me-klik 2x blok tersebut,
lalu ubah sign menjadi “ +- “
4. Berilah feedback sistem tersebut dengan cara menarik garis sebelum Scope dan
sambungkan dengan blok SUM ( klik kanan lalu drag) seperti gambar di bawah
ini :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
91 Modul
Praktikum
5. Untuk melihat sinyal output, klik command “ ” lalu klik 2x pada blok scope,
lalu akan muncul hasil simulasi seperti gambar di bawah ini :
6. Save- As Model anda di . . . .dengan nama file . . .
Sistem dengan kontroler Proposional
1. Buka kembali model sistem Close Loop anda sebelumnya.
2. Tambahkan blok PID dari jenis blok simulink extras >> additional linear >> PID
controller seperti gambar berikut :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
92 Modul
Praktikum
3. Set parameter PID ( klik 2x pada blok tersebut )sebagai berikut :
P = 300
I = 0
D = 0
4. Untuk melihat sinyal output, klik command “ ” lalu klik 2x pada blok scope,
lalu akan muncul hasil simulasi seperti gambar di bawah ini :
5. Save- As Model anda di . . . .dengan nama file . .
Sistem dengan Kontroler Proposional-Integrative
1. Buka kembali model sistem kendali Proposional sebelumnya.
2. Set ulang parameter blok PID seperti berikut :
P = 40
I = 100
D = 0
3. Untuk melihat sinyal output, klik command “ ” lalu klik 2x pada blok scope,
lalu akan muncul hasil simulasi seperti gambar di bawah ini :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
93 Modul
Praktikum
4. Save-As Model anda di . . . .dengan nama file . .
Sistem dengan Kontroler Proposional-Derrivative
1. Buka kembali model sistem kendali Proposional sebelumnya.
2. Set ulang parameter blok PID seperti berikut :
P = 300
I = 0
D = 10
3. Untuk melihat sinyal output, klik command “ ” lalu klik 2x pada blok scope,
lalu akan muncul hasil simulasi seperti gambar di bawah ini :
Laboratorium Dasar Sistem Kontrol
Fakultas Elektro dan Telelekomunikasi
Institut Teknologi Telkom Ged N.306
94 Modul
Praktikum
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Step Response
Time (sec)
Am
plit
ude
4. Save-As Model anda di . . . .dengan nama file . .
Sistem dengan Kontroler Proposional-Integrative-Derrivative
1. Buka kembali model sistem kendali Proposional sebelumnya.
2. Set ulang parameter blok PID seperti berikut :
P = 350
I = 300
D = 50
3. Untuk melihat sinyal output, klik command “ ” lalu klik 2x pada blok scope,
lalu akan muncul hasil simulasi seperti gambar di bawah ini :
4. Save-As Model anda di . . . .dengan nama file . .