Modul Praktikum Dasar Sistem Kontrol

7/15/2019 Modul Praktikum Dasar Sistem Kontrol

http://slidepdf.com/reader/full/modul-praktikum-dasar-sistem-kontrol 1/18

Praktikum Elektro II – Laboratorium Elektro UNIBA

Modul 1 Dasar Sistem Kontrol

Study Of First & Second Order Control System

1. Tujuan Percobaan

• Mempelajari fungsi dari masing-masing blok dalam sistem kontrol, yaitu blok gain,

integrator, time constant, amplifier & error detector.

• Membandingkan sistem open loop dan sistem close loop.

• Mempelajari mengenai sistem orde satu dan orde dua

2. Alat - Alat Percobaan

a. Study of first & second order control system (KIT model no. ME 1127)

b. Oscilloscope 2 channelc. Kabel penghubung

3. Persiapan Percobaan

a. Siapkan peralatan sesuai daftar.

b. Persiapkan oscilloscope dan pastikan probe oscilloscope sudah terkalibrasi.

c. Pastikan selama melakukan percobaan setting pada oscilloscope selalu dicatat.

4. Langkah - Langkah Percobaan

4.1 Fungsi Blok Sistem Kontrol

Percobaan ini dilakukan terhadap semua blok satu persatu antara lain Error

Detector Cum Variable Gain, Disturbance Adder, Uncommitted Amplifier, Integrator

dan Time Constant.

a. Error Detector Cum Variable Gain

1. Pasang kabel penghubung seperti pada Gambar 1.1(a).

2. Set sinyal square wave sebesar 1 V, check menggunakan oscilloscope. Gunakan

Channel 1 untuk memonitor sinyal input.

3. Setting gain menjadi 10 (putar pada bagian potensiometer dibawah blok gain).

4. Ukur peak-to-peak gelombang output pada Channel 2 oscilloscope. Probe

dihubungkan ke output dari blok gain dan grounding probe dihubungkan ke

grounding pada modul. Perhatikan perubahan polaritasnya. Contoh tampilan output

untuk gain 5 ditunjukkan pada Gambar 1.1(b).

5. Ubahlah setting gain menjadi 8, 6, 4 dan 2 dan amati pengaruhnya pada sinyal

output yang ditampilkan di oscilloscope.




6. Ulangi step 2 sampai 4 dengan melalui input yang lain satu per satu (feedback &

disturbance).

Gambar 1.1(a) Mode blok error detector cum variable gain

Gambar 1.1(b) Tampilan output blok error detector cum variable gain dengan gain 10

b. Disturbance Adder


2. Setting sinyal square wave sebesar 1 V.

3. Ukur peak-to-peak gelombang output pada Channel 2 oscilloscope. Rekam

gambarnya. Gambar 1.2(b) menunjukkan contoh tampilan sinyal output dari sinyal

square waveyang diberi tambahan disturbance sinyal trigger.

Setting pada oscilloscope:

Ch1 v/div : 1 v

Ch2 v/div : 5 v

Time/div : 10 s




Gambar 1.2(a) Mode blok disturbance adder

Gambar 1.2(b) Tampilan output dari blok disturbance adder

c. Uncommitted Amplifier


2. Seting sinyal square wave sebesar 1 V, check menggunakan oscilloscope.

3. Ukur peak-to-peak output gelombang dengan oscilloscope. Rekam gambarnya.

Gambar 1.3(b) menunjukkan contoh tampilan output blok uncommitted amplifier.

4. Hitung besarnya gain amplifier dari hubungan antara output dengan input.

Perhatikan untuk perubahan polaritas antara output dengan input.


Ch1 v/div : 1 v

Ch2 v/div : 0,5 v

Time/div : 10 s




Gambar 1.3(a) Mode blok uncommitted amplifier

Gambar 1.3(b) Tampilan output dari blok uncommitted amplifier

d. Integrator1. Hubungkan rangkaian seperti pada Gambar 1.4(a).

2. Setting sinyal square wave sebesar 1 V dan hitung frekuensi dari sinyal dengan

menggunakan oscilloscope.

3. Ukur peak-to-peak gelombang output dari blok integrator dengan oscilloscope.

4. Hiunglah besarnya konstanta gain K dari integrator.

5. Ulangi step 2 sampai 4 dengan dua input gelombang yang lain (triangular wave &

trigger wave). Gambar 1.4(b) – Gambar 1.4(d) menunjukkan contoh tampilan

outputnya.


Ch1 v/div : 0,5 v

Ch2 v/div : 0,5 v

Time/div : 10 s




Gambar 1.4(a) Mode blok integrator

Gambar 1.4(b) Tampilan output dari blok integrator dengan input square wave

Gambar 1.4(c) Tampilan output blok integrator dengan input Triangular wave


Ch1 v/div : 0,5 v

Ch2 v/div : 0,5 v

Time/div : 10 s


Ch1 v/div : 0,5 v

Ch2 v/div : 0,5 v

Time/div : 10 s




Gambar 1.4(d) Tampilan output blok integrator dengan input Trigger wave

e. Time Constant

1. Hubungkan rangkaian seperti pada Gambar 1.5(a) untuk Time Constant I dan

Gambar 1.6 untuk Time Constant II.

2. Seting sinyal square wave sebesar 1 V, ukur frekuensi sinyal dengan menggunakan

oscilloscope. Untuk percobaan ini frekuensi dipilih sekecil mungkin untuk memastikan keadaan steady tercapai.

3. Ukur peak-to-peak gelombang output dengan oscilloscope, catat settingan volt/div

serta settingan time/div. Gambarkan bentuk gelombangnya di atas kertas tracing

atau rekam gambarnya, seperti contoh yang ditunjukkan pada Gambar 1.5(b).

4. Hitung t=T saat gelombang output mencapai 63% dari nilai steady state atau 37%

waktu decay dari nilai awal dengan perubahan harga K. Inilah yang disebut sebagai

time constant atau konstanta waktu.

5. Dari gambar gelombang output tentukan pula nilai steady statenya. Besarnya nilai

gain K dapat dihitung dari rasio antara peak-to-peak output steady state terhadap peak-to-peak amplitude sinyal input.

6. Tuliskan fungsi alih dari blok.

7. Ulangi step 1 – 6 untuk Gambar 1.6.

Gambar 1.5(a) Mode blok Time Constant I


Ch1 v/div : 0,5 v

Ch2 v/div : 0,5 v

Time/div : 10 s




Gambar 1.5(b) Tampilan output blok time constant

Gambar 1.6 Mode blok Time Constant II

4.2 Tanggapan Loop Terbuka (Open Loop Response)

1. Hubungkan rangkaian seperti pada Gambar 1.7(a).

2. Setting sinyal square wave sebesar 2,5 V dengan frekuensi 45-50Hz, check

menggunakan oscilloscope. Setelah itu set gain menjadi 5 (K=5).

3. Perhatikan tanggapan sistem open loop dengan menghubungkan probe oscilloscope

ke Time Constant (I) dengan titik Ground. Gambarkan sinyal keluarannya di kertas

tracing atau rekam gambarnya. Kemudian lihat responnya ketika K=0 dan K=10.

4. Selanjutnya ubah nilai K menjadi 6, 8 dan 10 dan pengaruh perubahan nilai K

tersebut terhadap bentuk tanggapan outputnya..

5. Ulangi langkah 1-5 dengan 2 input gelombang yang lain (triangular wave & trigger

wave). Contoh tampilan tanggapan loop terbuka ditunjukkan pada Gambar 1.7(b) –

Gambar 1.7(i)


Ch1 v/div : 0,5 v

Ch2 v/div : 0,5 v

Time/div : 5 s




Gambar 1.7(a) Mode open loop

Input Square Wave

Gambar 1.7(b) Tampilan sinyal open loop dengan input Square wave dan gain 0

Gambar 1.7(c) Tampilan sinyal open loop dengan input Square wave dan gain 5


Ch1 v/div : 1 v

Ch2 v/div : 5 v

Time/div : 5 s




Gambar 1.7(d) Tampilan sinyal open loop dengan input Square wave dan gain 10

Input Triangular Wave

Gambar 1.7(e) Tampilan sinyal open loop dengan input triangular wave dan gain 0

Gambar 1.7(f) Tampilan sinyal open loop dengan input triangular wave dan gain 5

Gambar 1.7(g) Tampilan sinyal open loop dengan input triangular wave dan gain 10


Ch1 v/div : 1 v

Ch2 v/div : 5 v

Time/div : 5 s




Input Trigger Wave

Gambar 1.7(h) Tampilan sinyal open loop dengan input trigger wave dan gain 0

Gambar 1.7(i) Tampilan sinyal open loop dengan input trigger wave dan gain 10

4.3 Tanggapan Loop Tertutup (Close Loop Response)

a. Sistem Orde Pertama (First Order System)

1. Hubungkan rangkaian seperti pada Gambar 1.8.

2. Set sinyal square wave sebesar 2,5 V dengan frekuensi 45-50Hz, check

menggunakan oscilloscope.

3. Sekarang set gain menjadi 5 (K=5).

4. Lihatlah tanggapan sistem orde pertama tersebut dengan menghubungkan probeoscilloscope ke Time Constant (I) dengan titik Ground.

5. Gambarkan sinyal output tersebut di kertas tracing atau rekam gambanya. Gambar

1.8(a) menunjukkan contoh tampilannya.

6. Ulangi langkah di atas dengan input trigger wave. Gambar 1.8(b) menunjukkan

contoh tampilannya

b. Sistem Orde Kedua (Second Order System)

1. Hubungkan rangkaian seperti pada Gambar 1.8.

2. Set sinyal square wave sebesar 2,5 V dengan frekuensi 45-50Hz, check menggunakan oscilloscope.


Ch1 v/div : 1 v

Ch2 v/div : 5 v

Time/div : 5 s




3. Sekarang set gain menjadi 10 (K=10).

4. Lihatlah tanggapan sistem orde pertama tersebut dengan menghubungkan probe

oscilloscope ke Time Constant (I) dengan titik Ground, seperti pada Gambar 1.8(c).

5. Gambarkan sinyal output tersebut di kertas tracing atau rekam gambarnya.

6. Ulangi langkah di atas dengan input trigger wave. Contoh pada Gambar 1.8(d)

Gambar 1.8 Mode close loop

a. First order system

Gambar 1.8(a) Tampilan tanggapan close loop dengan input square wave dan gain 5

Gambar 1.8(b) Tampilan tanggapan close loop dengan input trigger wave dan gain 5


Ch1 v/div : 1 v

Ch2 v/div : 5 v

Time/div : 5 s




b. Second order system

Gambar 1.8(c) Tampilan tanggapan close loop dengan input square wave dan gain 10

Gambar1.8(d) Tampilan tanggapan close loop dengan input trigger wave dan gain 10

5. Tugas dan Pertanyaan

5.1 Tugas

Buatlah kesimpulan dari hasil praktikum sesuai dengan tujuannya.

5.2 Pertanyaan

1. Jelaskan mengenai tanggapan dinamik/transient dari suatu sistem kontrol loop

tertutup? Parameter apa saja yang dijadikan acuan kinerja transient suatu sistem?

2. Bagaimana cara menghitung error steady state?

3. Bagaimana cara menghitung konstanta waktu dari hasil percobaan?

4. Jelaskan bagian-bagian dari suatu sistem kontrol?

5. Jelaskan apa yang dimaksud dengan sistem kontrol loop terbuka? Berikan sebuah

contoh!

6. Jelaskan apa yang dimaksud dengan sistem kontrol loop tertutup? Modifikasi contoh

dalam nomor 2 sebelumnya, sehingga menjadi suatu sistem kontrol loop tertutup!

7. Bagaimana cara membedakan sistem orde pertama dengan orde kedua?

8. Berikan contoh sistem orde pertama dan sistem orde kedua dalam dunia kerja?


Ch1 v/div : 1 v

Ch2 v/div : 5 v

Time/div : 5 s




Modul 2 Dasar Sistem Kontrol

PID Simulator

1. Tujuan Percobaan

Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa diharapkan mengetahui karakteristik

dari tiap mode control proportional, integral, proportional+integral, proportional+

integral+derivatif.

2. Alat - Alat Percobaan

a. PID simulator (model no. ME 1100)

b.

Kabel penghubung

3. Langkah - Langkah Percobaan

a. Mode Proportional

1. Switch on feedback switch (S1), kemudian switch on S2 & S8, dan switch lain tetap

posisi off .

2. Switch on power.

3.

Pasang kabel penghubung pada PID simulator seperti Gambar 2.1 untuk mengatur V input.

4. Pilih range DPM (Digital Panel Meter) pada 2V dan set V input pada potensiometer

VR1 sebesar 100 mV (0,1 V) dengan mengamati DPM.

5. Setelah selesai lepas kabel penghubung input dan pasang kabel penghubung sesuai

Gambar 2.2, untuk mengukur V output dan V error.

6. Seting gain potentiometer VR2 pada posisi minimum, amati dan catat V output

pada DPM dan V error pada analog meter.

7. Ulangi step 1-3 dengan posisi gain berada di tengah-tengah dan posisi maksimum, .

8. Ulangi step 1-3, dengan memberi beban RL1 atau RL2 atau RL3. Lakukan satu

persatu dan amati dan catat pengaruh penambahan beban terhadap V output dan V

error.

Perubahan error ini merupakan karakteristik dari kontroler Proporsional dan

disebut sebagai Offset Error atau kesalahan offset.




Gambar 2.1 Mode mengatur sinyal input

Gambar 2.2 Mode pengukuran sinyal output dan sinyal error

b. Mode Proportional

1. Switch on feedback switch (S1), kemudian switch on S2 & S8, dan switch lain tetap

posisi off .

2. Switch on power.




3. Pasang kabel penghubung pada PID simulator seperti Gambar 2.1 untuk mengatur

V input.




Gambar 2.2, untuk mengukur V output dan V error.6. Seting gain potentiometer VR2 pada posisi minimum, amati dan catat V output

pada DPM dan V error pada analog meter.

7. Ulangi step 1-3 dengan posisi gain berada di tengah-tengah dan posisi maksimum, .

8. Ulangi step 1-3, dengan memberi beban RL1 atau RL2 atau RL3. Lakukan satu

persatu dan amati dan catat pengaruh penambahan beban terhadap V output dan V

error.

Perubahan error ini merupakan karakteristik dari kontroler Proporsional dan

disebut sebagai Offset Error atau kesalahan offset.

c. Mode Integral

1. Switch on feedback switch (S1), kemudian switch on S4 & S10, dan switch S3 pada

posisi ke atas. Pastikan switch lain tetap posisi off.

2. Switch on power.


V input.





6. Amati bahwa terdapat sedikit error pada baik sinyal input maupun sinyal output.

Ubahlah potensiometer VR3 searah jaruh jam (mulai dari posisi minimum, posisi

tengah-tengah dan posisi maksimum) dan amati osilasi yang ditunjukkan oleh

pergerakkan jarum pada analog meter. Catat besarnya error atau simpangan

maksimum dan banyaknya osilasi pada Tabel Pengamatan 2.

7. Tambahkan beban RL1 atau RL2 atau RL3. Lakukan satu persatu dan amati

pengaruh penambahan beban terhadap V output dan V error.Zero offset error merupakam karakteristik dari kontroler Integral.

d. Mode Proportional + Integral

1. Switch on feedback switch (S1), kemudian switch on S2, S4, S8 & S10, dan switch

S3 pada posisi ke atas. dan switch lain tetap posisi off (seting mode P + I).

2. Switch on power.


V input.








6. Seting gain pada posisi minimum, tengah-tengah, dan maksimum (potentiometer

VR2), lakukan satu persatu dan amati V output dan V error.

7. Ulangi step 1 dan 2, dengan member beban RL1 atau RL2 atau RL3. Lakukan satu

persatu dan amati dan catat pengaruh penambahan beban terhadap V output dan Verror.

Sistem dengan mode kontroler P+I memberikan unjuk kerja dinamik yang lebih

baik dibandingkan dengan mode I saja. Penambahan resistansi beban

menghasilkan zero offset error. Komponen gain proporsional memberikan

pengaruh positif terhadap perilaku dinamik dari sistem.

e. Mode Proportional + Integral + Derivatif

1. Switch on feedback switch (S1), kemudian switch on S2, S4, S5, S8, S10 & S11,dan switch S3 dan S7 pada posisi ke atas. dan switch lain tetap posisi off (seting

mode P + I + D).

2. Switch on power.


V input.




Gambar 2.2, untuk mengukur V output dan V error.6. Seting gain pada posisi minimum, tengah-tengah, dan maksimum (potentiometer

VR2), lakukan satu persatu dan amati V output dan V error.

7. Ulangi step 1 dan 2, dengan member beban RL1, RL2 atau RL3. Lakukan satu

persatu dan amati V output dan V error. Selain itu amati pula bagaimana unjuk

kerja dinamik sistem saat beban dilepaskan atau didiskoneksi secara tiba-tiba,

dibandingkan dengan pada sistem dengan mode kontroler P+I saja.

4. Tabel Pengamatan Percobaan

a. Mode Proportional (Dengan Feedback)

Tabel 2.1 Pengamatan untuk mode proportional

Posisi Gain V Out V Error

minimum

tengah-tengah

maksimum

RL1

RL2

RL3




b. Mode Integral (Dengan Feedback)

Tabel 2.2 Pengamatan untuk mode integral

Posisi Gain V Out V Error Pergerakan Jarum Meter

minimum

tengah-tengah

maksimum

RL1

RL2

RL3

c. Mode Proporsional + Integral (Dengan Feedback)

Tabel 2.3Pengamatan untuk mode proportional + integral


minimum

tengah-tengah

maksimum

RL1

RL2

RL3

d. Mode Proporsional + Integral + Derivatif (Dengan Feedback)Tabel 2.4 Pengamatan untuk mode proporsional + integral + derivatif


minimum

tengah-tengah

maksimum

RL1

RL2

RL3

5. Tugas dan Pertanyaan

5.1 Tugas

Buatlah kesimpulan dari hasil praktikum sesuai dengan tujuannya

5.2 Pertanyaan

1. Apa yang ditunjukkan oleh meter analog pada percobaan anda?




2. Mengapa jarum tersebut bergerak bolak-balik pada saat penambahan kontroler

integral?

3. Apa efek dari penambahan kontroler derivative/diferensial pada sistem? Apakah

kontroler derivative/diferensial dapat ditambahkan sebagai kontroler tunggal pada

suatu sistem? Jelaskan alasan dari jawaban anda?

4.

Apa yang dimaksud dengan kontroler proporsional? Berikan contohnya dalamdunia kerja (sistem mekanik, pneumatic/hidrolik maupun sistem elektrik)!

5. Apa yang dimaksud dengan kontroler integral? Berikan contohnya!

6. Apa yang dimaksud dengan kontroler integral? Berikan contohnya!

7. Apa yang dimaksud dengan kontroler differensial? Berikan contohnya!

8. Bagaimana karakteristik kontroler PID?

Modul Praktikum Dasar Sistem Kontrol

Documents

Transcript of Modul Praktikum Dasar Sistem Kontrol