PERBAIKAN PENGENDALI PID UNTUK MODUL

PRAKTIKUM INSTRUMENTASI

DAN SISTEM KENDALI

REPAIR OF PID CONTROLLER FOR A MODULE PRACTICUM

INSTRUMENTATION AND CONTROL SYSTEM

Proyek Akhir

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Diploma Tiga

Program Studi Teknik Listrik

Jurusan Teknik Elektro

Oleh :

Jajang Nurjaman

091321082

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ii

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iii

DATA PRIBADI

Nama Lengkap : Jajang Nurjaman

NIM : 091321082

Tempat,Tanggal Lahir : Garut,10 Februari 1990

Alamat Lengkap : Kp.Kiarakoneng RT/RW 04/04

Desa Suci Kaler Kecamatan

Karangpawitan Kabupaten

Garut Propinsi Jawa Barat

Riwayat Pendidikan (Formal)

Politeknik Negeri Bandung : 2009-2012

SMA Negeri 2 Tarogong Kidul Garut : 2006-2009

SMP Negeri 3 Garut : 2003-2006

SD Negeri Suci Kaler 2 : 1997-2003

Riwayat Organisasi

Anggota Divisi Humas Himpunan Mahasiswa Listrik Politeknik Negeri

Bandung Periode Kepengurusan 2010-2011.

Koordinator Divisi Biro dan Kesekretariatan Assalam Politeknik Negeri

Bandung Periode Kepengurusan 2010-2011.

Ketua Ikatan Pelajar Mesjid Nur At-ta’lim (IPMA) SMA Negeri 2

Tarogong Kidul Garut Periode Kepengurusan 2007-2008.

Wakil Ketua Musyawarah Perwakilan Kelas (MPK) SMA Negeri 2

Tarogong Kidul Garut Periode Kepengurursan 2007-2008.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iv

KATA MUTIARA

Allah mengangkat orang-orang beriman di antara kamu dan juga orang-orang yang dikaruniai ilmu

pengetahuan hingga beberapa derajat. ( Al-Mujadalah : 11 )

Belajar adalah sikap berani menantang segala ketidakmungkinan bahwa ilmu yang tak dikuasai akan

menjelma di dalam diri manusia menjadi sebuah ketakutan, belajar dengan keras hanya bisa dilakukan

oleh seseorang yang bukan penakut. ( Anwar Fuadi )

Orang berilmu lebih utama daripada orang yang selalu berpuasa, shalat dan berjihad. Karena apabila

mati orang berilmu, maka terdapatlah kekosongan dalam islam yang tidak dapat ditutup selain oleh

penggantinya,yaitu orang berilmu juga. ( Umar bin Khattab )

Ilmu lebih utama daripada harta. Sebab ilmu warisan para nabi adapun harta adalah warisan Qorun,

Firaun dan lainnya. Ilmu lebih utama dari harta karena ilmu itu menjaga kamu, kalau harta kamulah

yang menjaganya. (Ali bin Abi Thalib )

Orang sukses adalah orang yang dimana jika dia gagal dalam suatu hal maka dia tidak akan berputus

asa dan akan selalu belajar menerima kegagalannya dan akan menjadikannya sebuah pelajaran yang

paling berharga dalam hidupnya.

Jadilah orang yang jujur,bertanggung jawab,dewasa dalam menyikapi suatu

masalah,bijaksana,berilmu pengetahuan yang baik,bisa memberikan manfaat pada diri sendiri,orang

tua,keluarga,sahabat dan semua orang yang selalu ada di sekeliling kita,agama,Bangsa dan Negara.

Karya ini Ku Persembahkan untuk

Ibu,Ayahku Tercinta yang telah tiada,kakak-kakakku

Dan orang-orang dekat yang selalu memberikan semangat

dan selalu ada baik suka maupun duka

(Penulis)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

ABSTRAK

Perbaikan pengendali PID analog dengan menggunakan sistem kendali

loop terbuka bertujuan untuk mengetahui berbagai macam karakterisktik, baik

karakteristik proporsional,proporsional - integral,proporsional - derivatif maupun

gabungan antara proporsional,integral,derivatif dengan melakukan tunning

parameter - parameternya.Selain itu,dapat mengatur juga tegangan output yang

dihasilkan agar tetap stabil dan dapat diatur sesuai percobaan. Pengaturan ini

dilakukan dengan bantuan menggunakan cassey software untuk mengetahui

karakteristik atau keluarannya tersebut.

Selain menggunakan cassey software untuk melihat keluaran atau

karakteristik dari tunning parameter pengendali – pengendali itu maka digunakan

pembanding,yaitu dengan menggunakan software matlab untuk membedakan

karakteristiknya.Kombinasi pengendali proporsional, integral, dan derivatif

menghasilkan output yang memiliki respon cepat, teliti, stabil, dan teredam,

karena ketiga pengendali tersebut dapat saling melengkapi kekurangan masing-

masing.

Kata Kunci : Pengendali PID (Proporsional, Integral, Derivatif) cassey

software,matlab,sistem kendali loop terbuka,tunning parameter.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vi

ABSTRACT

The repair of analog PID controller using open loop control system aims

to determine various characteristic, the characteristics of proportional,

proportional - integral, proportional - derivative or a combination of

proportional, integral, derivative by tunning parameters.Moreover, it can also

regulate the output voltage to remain stable and can be adjusted according to the

experiment. This setting is done with the help of using the cassey sofware to know

the characteristics or the output.

In addition to using cassey software to view the output or the

characteristics of the tunning parameter controllers is then used comparison, by

using matlab software to distinguish it characteristic.A combination between

controller proportional, integral, and derivative produce output that has a rapid

response, precise, stable, and damped , because the three controllers are able to

complement disadvantages of each.

Keywords: Controller PID (Proportional, Integral, Derivative), cassey software,

matlab, open loop control system, tunning parameter.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan

karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Proyek Akhir dengan

baik dan tepat waktu. Laporan ini disusun dan diajukan untuk memenuhi salah

satu syarat penyelesaian Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Listrik

Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung. Laporan Proyek Akhir ini

berjudul "PERBAIKAN PENGENDALI PID UNTUK MODUL

PRAKTIKUM INSTRUMENTASI DAN SISTEM KENDALI".

Dalam pengerjaan proyek akhir dan penyusunan laporan, penulis telah

banyak menerima bantuan dan dukungan baik secara materil, moral, dan spiritual

dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada

semua pihak yang telah berkenan membantu. Adapun pihak-pihak yang sangat

berjasa telah membantu penulis antara lain :

1. Ibu dan keluarga tercinta yang senantiasa selalu memberikan doa, kasih

sayang, dorongan materil, moral dan spiritual kepada penulis.

2. Bapak Dedi Nono Suharno, Ir., M.T. selaku dosen pembimbing utama

yang telah banyak memberi motivasi, ilmu pengetahuan, masukan,

evaluasi dan kesediaan waktunya untuk membimbing dengan ikhlas dari

awal sampai selesainya proyek akhir kepada penulis.

3. Bapak Sarjono Wahyu Jadmiko, ST., M.Eng. selaku dosen pembimbing

pendamping yang telah banyak memberi motivasi, ilmu pengetahuan,

masukan, evaluasi dan kesediaan waktunya untuk membimbing dengan

ikhlas dari awal sampai selesainya proyek akhir kepada penulis.

4. Bapak Sunarto, ST. M.Eng. sebagai Ketua Program Studi Teknik Listrik.

5. Bapak Hari Purnama, Ir., M.Eng. sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro.

6. Bapak Yudi Prana Hikmat, ST., M.T. selaku Wali Kelas 3C atas waktu,

perhatian dan bimbingannya sehingga penulis bisa menyelesaikan

penyusunan proyek akhir ini.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

viii

7. Seluruh panitia Proyek Akhir Program Studi Teknik Listrik Politeknik

Negeri Bandung.

8. Seluruh staf pengajar Program Studi Teknik Listrik yang telah banyak

memberikan ilmu pengetahuan yang sangat bermanfaat selama penulis

melakukan studi di Politeknik Negeri Bandung.

9. Teman - teman seperjuangan lab Sistem Kendali, yaitu Eka, Tri Eka, Dibi,

Nadya, Hadi, Hertalina, Dini, Mustofa,dan Edi.

10. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Listrik 2009 Politeknik Negeri

Bandung khsusnya kelas 3C, yang sama-sama melaksanakan Proyek Akhir

terima kasih atas dukungan, serta adik-adik kelas Teknik Listrik 2010 dan

2011.

Harapan penulis tiada lain adalah semoga laporan ini dapat bermanfaat

khususnya bagi penulis, dan umumnya bagi pembaca. Penulis juga berharap

laporan ini dapat dijadikan salah satu acuan untuk penelitian lebih lanjut dan

dikembangkan dalam penulisan selanjutnya dalam bidang yang berkaitan.

Seluruh isi laporan Proyek Akhir ini sepenuhnya menjadi tanggung jawab

penulis. Dan penulis yakin laporan ini telah disusun dengan sangat baik dan

maksimal, namun dengan lapang hati penulis menerima kritik dan saran yang

bersifat membangun dari para pembaca, agar dalam pembuatan laporan

selanjutnya bisa menjadi lebih baik lagi.

Bandung, Juli 2012

Penulis

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ix

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. ii

LEMBAR DATA PRIBADI ............................................................................ iii

LEMBAR KATA MUTIARA ......................................................................... iv

ABSTRAK ........................................................................................................ v

ABSTRACT ....................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR ...................................................................................... vii

DAFTAR ISI ..................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiv

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1

1.2 Tujuan .............................................................................................. 2

1.3 Perumusan Masalah ......................................................................... 2

1.4 Pembatasan Masalah ....................................................................... 2

1.5 Metoda Pelaksanaan ........................................................................ 3

1.5.1 Studi Literatur ........................................................................ 3

1.5.2 Bimbingan .............................................................................. 3

1.5.3 Studi Lapangan ...................................................................... 3

1.5.4 Perbaikan Alat ........................................................................ 3

1.5.5 Analisa dan Evaluasi .............................................................. 3

1.5.6 Uji kerja alat dan Penyempurnaan ......................................... 3

1.6 Sistematika Penulisan ..................................................................... 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

BAB II LANDASAN TEORI .......................................................................... 5

2.1 Sistem Kendali ................................................................................ 5

2.2 Sistem Kendali Otomatis ................................................................ 5

2.2.1 Sistem Pengendalian Loop Terbuka ..................................... 5

2.2.2 Sistem Pengendalian Loop Tertutup ..................................... 6

2.3 Macam-Macam Pengendali............................................................. 7

2.4 Pengendali Proporsional ................................................................. 8

2.5 Pengendali Integral ......................................................................... 10

2.6 Pengendali Derivatif ....................................................................... 13

2.7 Pengendali Proporsional – Integral ................................................. 15

2.8 Pengendali Proporsional – Derivatif ............................................... 17

2.9 Pengendali Proporsional – Integral – Derivatif............................... 17

2.10 Tanggapan Step ............................................................................. 20

2.11 Tanggapan Sistem Kendali Secara Umum ................................... 22

2.11.1 Tanggapan Transien .......................................................... 23

2.12 Operasional Amplifier (Op-Amp) ................................................. 24

2.12.1 Inverting Amplifier ............................................................ 25

2.12.2 Non-Inverting Amplifier .................................................... 26

2.12.3 Integrator .......................................................................... 28

2.12.4 Summing Amplifier ............................................................ 28

2.12.5 Penguat Differentiator ...................................................... 29

BAB III PERBAIKAN ALAT ......................................................................... 31

3.1 Spesifikasi ....................................................................................... 31

3.1.1 Spesifikasi Alat ................................................................... 31

3.1.2 Spesifikasi DC Power Supply ............................................. 31

3.2 Tahapan Perbaikan .......................................................................... 32

3.3 Pembuatan DC Supply / Catu Daya ................................................ 33

3.4 Modul DC Power Supply ±15V ...................................................... 34

3.5 Daftar Komponen Modul Pengendali PID ...................................... 35

3.6 Modul Pengendali PID .................................................................... 38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

3.7 Peralatan Pengukuran ..................................................................... 39

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ......................................................... 40

4.1 Tujuan Pengujian .......................................................................... 40

4.2 Tahapan Pengujian ........................................................................ 40

4.2.1 Pengujian Menggunakan Cassey Software .......................... 40

4.2.2 Hasil Pengujian Menggunakan Cassey Software ................. 41

4.2.3 Pengujian Menggunakan Matlab Software .......................... 46

4.2.4 Hasil Pengujian Menggunakan Matlab Software ................. 47

4.3 Analisa Hasil Pengujian ................................................................. 51

BAB V PENUTUP ............................................................................................ 53

5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 53

5.2 Saran ............................................................................................... 54

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Diagram Blok Sistem Pengendalian Loop Terbuka .................... . 6

Gambar 2.2 Diagram Blok Sistem Pengendalian Loop Tertutup ................... . 6

Gambar 2.3 Diagram Blok Pengendali Proposional ........................................ . 9

Gambar 2.4 Contoh Grafik Respon Pengendali P Orde 1 dan Orde 2 ............. . 9

Gambar 2.5 Kurva Sinyal Kesalahan e(t) Terhadap t Dan Kurva u(t)

Terhadap t Pada Pembangkit Kesalahan Nol ........................... . 11

Gambar 2.6 Blok Diagram Hubungan Antara Besaran Kesalahan

Dengan Pengendali Integral ......................................................... . 11

Gambar 2.7 Perubahan Keluaran Sebagai Akibat Penguatan dan Kesalahan.... 12

Gambar 2.8 Blok Diagram Pengendali Derivatif ............................................ . 13

Gambar 2.9 Kurva Waktu Hubungan Input-Output Pengendali Derivatif ....... 14

Gambar 2.10 Diagram Blok Pengendali PI Pada Sistem Kendali Close Loop .. 16

Gambar 2.11 Blok Diagram Pengendali PID Paralel ....................................... . 19

Gambar 2.12 Rangkaian Pengendali PID Analog Paralel Sederhana .............. . 20

Gambar 2.13 Tanggapan Step Alat Pengendalian PI ......................................... 21

Gambar 2.14 Kurva Peredaman ....................................................................... . 22

Gambar 2.15 Kurva Tanggapan Sistem ........................................................... . 23

Gambar 2.16 Perbandingan Antara Amplifier Transistor dan Op-Amp .......... . 25

Gambar 2.17 Rangkaian Pembalik (Inverting Amplifier) ................................ . 26

Gambar 2.18 Non-Inverting Amplifier ............................................................ . 27

Gambar 2.19 Rangkaian Integrator ................................................................. . 28

Gambar 2.20 Rangkaian Summing Amplifier ................................................... . 29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xiii

Gambar 2.21 Rangkaian Penguat Differentiator ............................................. . 30

Gambar 3.1 Rangkaian DC Power Supply ±15V ............................................. . 34

Gambar 3.2 Modul DC Power Supply ±15V ................................................... . 34

Gambar 3.3 Modul Pengendali PID ................................................................. . 38

Gambar 4.1 Pengujian Dengan Cassey Software ............................................... 41

Gambar 4.2 Karakteristik Output Ketika Nilai Kp=1 ........................................ 41

Gambar 4.3 Karakteristik Output Ketika Nilai Kp=2 ........................................ 42

Gambar 4.4 Karakteristik Output Ketika Nilai Ki=0.5 ..................................... 42

Gambar 4.5 Karakteristik Output Ketika Nilai Ki=1 ......................................... 43

Gambar 4.6 Karakteristik Output Ketika Nilai Kd=1 ........................................ 43

Gambar 4.7 Karakteristik Output Ketika Nilai Kp=3,Ki=1 ............................... 44

Gambar 4.8 Karakteristik Output Ketika Nilai Kp=4,Ki=0.5 ............................ 44

Gambar 4.9 Karakteristik Output Ketika Nilai Kp=2 Kd=0.1 ........................... 45

Gambar 4.10 Karakteristik Output Ketika Nilai Kp=2 Ki=1 Kd=0.1................ 45

Gambar 4.11 Pengujian Dengan Matlab Software ............................................. 46

Gambar 4.12 Karakteristik Output Ketika Nilai Kp=1 ...................................... 47

Gambar 4.13 Karakteristik Output Ketika Nilai Kp=2 ...................................... 47

Gambar 4.14 Karakteristik Output Ketika Nilai Ki=0.5 .................................... 48

Gambar 4.15 Karakteristik Output Ketika Nilai Ki=1 ....................................... 48

Gambar 4.16 Karakteristik Output Ketika Nilai Kd=1 ...................................... 49

Gambar 4.17 Karakteristik Output Ketika Nilai Kp=3,Ki=1 ............................. 49

Gambar 4.18 Karakteristik Output Ketika Nilai Kp=4,Ki=0.5 .......................... 50

Gambar 4.19 Karakteristik Output Ketika Nilai Kp=2,Kd=0.1 ......................... 50

Gambar 4.20 Karakteristik Output Ketika Nilai Kp=1, Ki=0.1,Kd=0.1............ 51

Gambar 4.21 Karakteristik Output Ketika Nilai Kp=2, Ki=0.1,Kd=0.1............ 51

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xiv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Tanggapan Sistem Kendali PID Terhadap Perubahan Parameter .... . 19

Tabel 2.2 Karakteristik Penguatan Pengendali PI (Proposional & Integral) ... . 22

Tabel 3.1 Daftar Spesifikasi DC Power Supply ±15V ..................................... . 31

Tabel 3.2 IC Pada Rangkaian ........................................................................... . 35

Tabel 3.3 Kapasitor Pada Rangkaian ............................................................... . 35

Tabel 3.4 Resistor Pada Rangkaian Bagian 1 .................................................. . 36

Tabel 3.5 Resistor Pada Rangkaian Bagian 2 .................................................. . 37

Tabel 3.6 Trimpot Pada Rangkaian ................................................................. . 37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xv

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 : Datasheet LM741/UA741

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xvi

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Muhamad, Ali. 2004. Pembelajaran Perancangan Sistem Kontrol PID

Dengan Software Matlab. Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta.

[2]. Nugroho,Eko. 2011. Rancang Bangun Simulator Orde Satu dan Plant Orde

Dua Dengan Menggunakan Kontroler PID Berbasis PLC. Proyek Akhir,

Politeknik Negeri Bandung.

[3]. Rahmat, Basuki. 2004. Diktat Dasar Sistem Kontrol EE-3133. Bandung:

Sekolah Tinggi Teknologi Telekomunikasi.

[4]. _____. “ Control - Loop Tertutup dan Loop Terbuka “. Style Sheet.

http://avatar-engineering.blogspot.com/2009/12/control-loop-terbuka dan-

loop-tertutup.html

[5]. _____. “ Metode Ziegler- Nichols pada Sistem Kontrol Servo Posisi

Berbasis Komputer IBM-PC “, Elektro Indonesia,1998.

Http://www.elektroindonesia.com/elektro/kend15.html/

[6]. _____. “Pengertian Kendali PID (Proporsional – Integral – Derivative)

Controller “. R.A.D.E.N.

http://catatan-elektro.blogspot.com/2011/11/pengertian-kendali-pid.html

[7]. _____. “ Teori Kontrol PID (Proposional-Integral-Derivative) “. Style Sheet.

http://menanamilmu.blogspot.com/2010/09/teori-kontrol-pid-

proportionalintegrald.html