I SAINS TEKNOLOGI DAN REKAYASA 1

.... - LAPORAN PENELITIAN DOSEN PEMULA

-.

)rt*--.y -- - , I * . - > v - -. - -* ,) - __ .- . -I--_-

Pelnodelan Respon Kecepata'n ~ o t o r Servo DC Feedback MS-150 -- Mengunakan Metoda Identifikasi Dinamis dengan sinyal uji PRBS - -.

Oleh:

Habibullah, S.Pd., R

Penelitian ini dibiayai oleh: DlPA Universitas Negeri Padang sesuai dengan surat perjanjian Pelaksanaan Penelitian Dosen Muda DlPA tahun Anggaran 2012

-.-. No. 439/UN35.2/PG/2012, tanggal 25 Juli 201 2

- . -. . - . .

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI PADANC

DESEMBER 2012

I~IALAMAN PENGESAIIAN 1,APOIUN IIASII, l'ENE1,Il'IAN DOSEN PEMIJI,II

I . Judul Penelitian Pemodelan Respon Kecepatan Motor Servo DC Feedback MS-150 Mengunakan Metoda ldentifikasi Dinamis dengan sinyal uji PRBS

2. Bidang Ilmu : Rekayasa (Teknik Sistem Pengaturan)

3. Ketua Peneliti a. Nama Lengltap b. Jenis Kelamin c. NIP d. Disiplin Ilmu e. PangkatIGolongan f. Jabatan Fungsional

-- g. FakuItasIJurusan h. Alamat i. Telp/Fax/Email j. Alamat Rumah k. TelpIFadEmail

: Habibullah ,S.Pd, M.T : Lalci-lalti : 19820920200812 1001 : Teknilt Sistem Pengati~ran (Control System) : Penata Muda 1III.a : Asisten Ahli : Teknik i Teknik Elektro : JI. Prof Dr HAMKA : 075 1-445998 : JI. SMAN 8 Padang No. 1 l : 081 363 1085431 hbullnh@zmail.com

- 4. Jumlah Anggota Peneliti : - orang Nama Anggota

5. Lokasi Penelitian : Laboratorium Sistem Kontrol Jurusan Teknilc Elektro FT-UNP

Biaya Penelitian : Rp 7.170.000,- Terbilang : Tu.juh juta elnpat ratus t l~juh puluh ribu rupiah,-

Padang, 13 Desember 20 12 Ketua n liti, *

', NIP. 1963 12 1'7 198903 1 003 - - ', . .

NIP. 19820920 2008 12 1 00 1 . i i ~ '..

,: . .; ? ' ,> -> -, .- .. . . :. ;-2

/-r2\., Menyetujui, # ' .-

,./ , . . X e t u a Lembaga Penelitian I' : ' : ~ n i ~ e r s i t a s - Negeri Padang

Dr. ~ l w e n Bentri, M.Pd \

Pernodelan Respon Kecepatan Motor Servo DC Feedback MS- 150 Mengunakan Metoda Identifikasi Dinamis dengan sinyal uji PRBS

Biclang Ilmu: Sains Teknologi dan Rekayasa (Konsentrasi Sistem Kentlali)

Motor servo DC merupakan salah satit jenis tnotor listrik yang banyak

dipakai di industri. Pemakaian motor servo DC memiliki keuntungan antara lain:

harga relatif murah, konstruksi sederhana. mudah dalaln operasi pengendalian dan

perawatannya lebih mudah. Bentuk operasi yang sering dipakai untuk motor servo

DC di industri adalah operasi kecepatan terkendali dan operasi kendali posisi.

Untuk memperoleh aksi kendali sesuai kriteria disain, diperlukan informasi

tentang karakteristik sistem yang dikenclalikan (plant). Upaya untuk niemperoleh

plant model (model plant) lebih sering dikenal dengan istilah identifikasi.

Semaltin banyak informasi dari karakteristik plant malta model yang diperoleh

akan semakin mendekati ltarakteristik p/unt yang sesungguhnya (real plunr).

Penelitian ini merupakan upaya untuk memperoleh informasi karakteristik plurit

yang lebih Itomplek, sehingga akan dipcroleh respon plcin/ modcl yang mcdekati

dengan respon plant yang sesungguhnya. Dalam penelitian ini akan diniodelkan

respon ltecepatan Motor Servo DC Feedback MS-150 menggunakan metoda

identifikasi dinamis dengan sinyal ilji PRBS.

Kata kunci: motor servo DC, identifikasi, sinyal uji PRBS

RINGKASAN

Pada industri motor servo DC digunakan untuk berbagai Iteperluan,

terutama untuk mengoperasikan peralatan-peralatan yang bergerak. Untuk

memenuhi kebutuhan, maka pengoperasian motor servo DC diatur dalam berbagai

bentuk pengontrolan. Bentuk operasi yang sering dipakai untuk motor servo DC

di industri adalah operasi kecepatan terkendali dan operasi kendali posisi.

Tujuan penelitian ini adalah memperoleli model matematik dari Motor

Servo DC Feedback MS-150 dengan metoda identifikasi, identifikasi statis dan

identifikasi dinamis. Dengan demikian diperoleh dua model matematik dari sistem

Servo DC Feedback MS-150. Identifikasi statis merupakan metoda memperoleh -- model matematik dari respon suatu sistem proses yang diberi sinyal i ~ j i ~ r e p .

Adapun identifikasi dinamis, merupakan metoda memperoleh model matematilt

dari respon sistem proses dengan memberikan sinyal i ~ j i acak. Dalam penelitian

ini dipilih sinyal ~!j i acak PRBS (I'seztdo Random Biriary Sequence). Sin1,al i ~ j i

PRBS merupakan sinyal uji acak tiruan yang memiliki spektrum frekuensi j.ang

luas. Dengan demikian sistem proses yang diberi sinyal i~ j i PRBS akan

memberikan respon yang lebih komplelts, sehingga respon model matelnatik )rang

diperoleh lebih mendekati respon sisteln yang sesungguhnya (real plcint

response).

Hasil identifikasi yang didapatkan dengan dua metoda tersebut kemudian

dibandingkan respon sistemnya dan terlihat bahwa respon sistem dengan metode -- -.

identifikasi dinamis dengan sinal uji PRBS lebih baik dibandingkan respon sisteln

dengan neto ode identifikasi statis.

PENGANTAR

Kegiatan penelitian mendukung pengembangan ilmu serta terapannya. Dalam ha1 Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang berusaha mendorong dosen untuk

lakukan penelitian sebagai bagian integral dari kegiatan mengajarnya, baik yang secara ?sung dibiayai oleh dana Universitas Negeri Padang maupun dana dari sumber lain g relevan atau bekerja sama dengan instansi terkait.

Sehubungan dengan itu, Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang erjasama dengan Pimpinan Universitas, telah memfasilitasi peneliti untuk aksanakan penelitian tentang Pemodelan Respon Kecepatan Motor Servo DC bdback MS-150 Menggunakan Metoda Identifiknsi Dinamis dengan Sinyal Uji PRBS, lai dengan Surat Penugasan Pelaksanaan Penelitian Dosen Pemula Universitas Negeri ang Tahun Anggaran 20 12 Nomor: 440lUN3 5.21PGI20 12 Tanggal 25 Juli 20 12.

Kami menyambut gembira usaha yang dilakukan peneliti untuk menjawab berbagai nasalahan pembangunan, khususnya yang berkaitan dengan permasalahan penelitian ebut di atas. Dengan selesainya penelitian ini, Lembaga Penelitian Universitas Negeri ang akan dapat memberikan informasi yang dapat dipakai sebagai bagian upaya ting dalam peningkatan mutu pendidikan pada umumnya. Di samping itu, hasil 2litian ini juga diharapkan memberikan masukan bagi instansi terkait dalam rangka yusunan kebijakan pembangunan.

Hasil penelitian ini telah ditelaah oleh tim pembahas usul dan laporan penelitian, ~uclian untuk tujuan diseminasi, hasil penelitian ini telah diseminarkan ditingkat versitas. Mudah-mudahan penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pada lmnya dan khususnya peningkatan mutu staf akademik Universitas Negeri Padang.

Pada kesempatan ini, kami ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak ; membantu terlaksananya penelitian ini, terutama kepada pimpinan lembaga terkait ; menjadi objek penelitian, responden yang menjadi sampel penelitian, dan tim pereviu tbaga Penelitian Universitas Negeri Padang. Secara khusus, kami menyampaikan na kasih kepada Rektor Universitas Negeri Padang yang telah berkenan memberi uan pendanaan bagi penelitian ini. Kami yakin tanpa dedikasi dan kerjasama yang lin selama ini, penelitian ini tidak akan dapat diselesaikan sebagaimana yang rapkan dan semoga kerjasama yang baik ini akan menjadi lebih baik lagi di masa yang I datang.

ma kasih.

I$da-ng, Desember 2012 ,/'*~etua Lembaga Penelitian ' -- Universitas, Negeri Padang,

,. . Dr. ~ l w e n Bentri, M.Pd. \

Segala piljian dan segenap rasa syukur hanya pantas diutarakan kepada -

Allah SWT, tuhan yang memiliki semua ilmu. Karena izin dan karunia-Nya jualah

penelitian yang berharga ini dapat dillpayakan dan diselesaikan dengan baik

sesuai dengan yang direncanakan.

Penelitian ini bertujuan untuk niemperoleh model matematik dari sistem

Motor Servo DC Feedback MS-150 yang banyak digunakan dalam

menggambarkan karakteristik kecepatan motor di industri. Pelnodelan dilakultan

dengan lnetoda identifikasi statis dan identifikasi dinamis.

Peneliti menyadari laporan penelitian ini lnasih terdapat kelemahan dan

kekurangan. OIeh sebab itu, untuk menghasilkan penelitian yang lebih baik dan

lebih bermanfaat dilnasa yang akan datang, peneliti meminta kritikan dan saran

dari para pembaca. -. -. . -

Atas bantuan dari selnua pihak l a n g mendukung terlaksananya penclitian

ini, penulis mengucapkan terima kasih.

Padang, Desember 20 12

HALAMAN PENGESAIIAN LAPORAN PENELITIAN ......................... i . .

LEMBARAN PENGESAI-IAN IDENTITAS PENELITIAN ..................... 11

... ABSTRAK ................................................................................................... 11 1

RINGKASAN ............................................................................................... iv

PENGANTAR ............................................................................................. v ~ .

DAFTARISI ................................................................................................ \ t i

DAFTAR TABEL ........................................................................................ vi i ...

DAFTAR GAMBAR .................................................................................... v I I I

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

BAB I1 TINJAUAN PUSTAKA ............................................................. 2

BAB 111 TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ................................ 14

BAB IV METODE PENELITIAN ............................................................. 16

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 20

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN .................................................. 29

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 30

LAMPIRAN ................................................................................................. 3 1 ~

Tabel I . Pembangkitan Panjang Maltsimum PRBS ........................................ 7

Tabel 2 . Fungsi Pin-pin pada terminal DB25 pcrallel port ............................. 12

Tabel 3 . Alamat Parallel Port ....................................................................... 13

Tabel 5.1 Hasil Pengujian DAC .................................................................... 21

Tabel 5.2 Hasil Pengujian ADC ..................................................................... 23

DAFTAR GAMBAII

Gambar 1 . Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Terpisah ..................... 2

Gambar 2 . Kelengkapan sistem servo MS 150 ................................................ 3

Gambar 3 . Pembangkitan PRBS Panjang 2"-1=1023 Periode Sumpling ....... 7 .. - . . . . --

Gambar 4 . Pemilihan Durasi Maltsimum Pulsa PRBS .................................... 8

Gambar 5 . Pembangltitan Proses Random ARX ............................................. 10

Gambar 6 . Rangkaian ADC ......................................................................... I I

Gambar 7 . Rangkaian DAC0808 .................................................................... 1 1

Gambar 8 . Konfigurasi pin terminal DB 25 ................................................... 12

Gambar 9 . Diagram blok identifikasi dinamis sistem servo MS 150 ................ 16

Gambar 10 . Diagram fisilt sistem identifikasi dinamis ................................... 16

Gambar 11 . Diagram Alir Algoritlna pembangkitan sinyal i~ j i PRBS 10 BIT .. 18

Gambar 5.1 Grafik Hasil Pengi~jian DAC ...................................................... 21

Gambar 5.2 Grafik Hasil Pengi~jian ADC ................................................... 23

Gambar 5.3 TampiIan Sofill.lai-e Identifikasi ................................................... 24 - .....

Galnbar 5.4 Respon Itecepatan untuk identifikasi statis .................................. 25

Gambar 5.5 Respon kecepatan untuk identifiltasi dinamis .............................. 27

Galnbar 5.6 Respon kecepatan terhadap sinyal PRBS yang diperbesar ........... 38

\ i i i

BAB 1

PENDAIIU1,UAN

Motor servo DC merupakan salah satu jenis motol- listrik yang banyak

dipakai di industri. I'e~nakaian motor servo DC memiliki keuntungan antara lain:

harga relatif murah, konstruksi sederhana, rnudah dalatn operasi pengendalian dan

perawatannya lebih rnudah.

Pacla inclustri motor servo DC digunakan untuk berbagai keperluan, terutania

untuk rnengoperasikan peralatan-peralatan yang bergerak. Untuk memenuhi

kebutuhan, maka pcngoperasian motor servo DC dintur dalaln berbagai bentirk - -- . . - - -- --

pengontrolan. Bentuk operasi yang sering clipakai untuk motor servo DC cli industri

adalah operasi kecepatan terkendali dan operasi kenclali posisi.

Untitk men-iperoleh aksi kendali sesuai kt-iteria disain, diperlukan inlormnsi

tentang karakteristik sistetn yang dikcndalikan (plrrnr). Upaya itntuk mc~npcroleh

plan1 tnodel ( ~ n n d e l ~ I N I ~ / ) lcbih sci-ing dikenal dengan istilah identifikasi. Salali satu

cara sederhana dan sering digunakan untuk mengiclentil'ikasiknn moclel suatu plrr~rr

adalah rnelalui analisa respon tangga. Inforrnasi yang dapat clitentukan d e n ~ a n

metode ini adalah delay tin.le, stalic. gain clan rime c.olzstont. Analisa respon tangga

. tlikategorikan sebagni ~ncloda idcntil'iknsi s~at is , olch schab itir annlisn rcspon t:ingga --

tidak cukup i~ntuk ~nengidentifikasi seli~ruli dinnrnika pltrnr.

Se~nakin banyak inforrnasi tlari karakteristik pl(i11r rnaka model yang

diperoleh akan semakin rnendekati karakteristik l>lu~zt yang sesungguhnya (re~rl

plant). Penelitian ini merupakan upaya untuk memperoleh int'ormasi karaktel-isrik

plan1 yang lebih ko~nplek, sehingga aknn dipcroleh respon l?lrrrli modcl yang

mendekati dengan respon plant yang sesungguhnya.

C. Identifil<asi Dinamis

Identifikasi dinamis merupnkan proses unntuk mengetahui karakteristik

plant. Hal ini dapat diketahui clari model maternatis plant. Model matematis -- A

diperoleh dengan penurunan matematis berdasarkan sifat fisik plant atait proses

idcntifikasi. Penurunan model matematis sisteln kecepatan motor servo dilakukan

dengan identifikasi secara langsung untuk mendapat data i n p ~ r t - o ~ ~ t p ~ l f sistem.

Berdasarkan data ~ I ? ~ L L ~ - o L I ~ / > ~ I ~ tersebi~t, diturunkan model maternatis untuk disain

kontroler.

1 . Pseudo Raildoin Birzary Sequertce (YRBS)

PRBS adalah deretan pulsa kotak ynng tertnodulasi lebarnya, menyerupai

white rioise diskrit, sehinggn mcmpunyai spektral ynng berisi banyak

. . komponen frekuensi. Deret I ~ I hernania /)seurlo 1 1 1 o karena -

kenyataannya ditandai clengan panjang derct, dcngan vnriasi lebar pulsa

secara I-crndorn, tctnpi lehih dnri waktu batas, dcret ini periotlik. I'er-iode

didefinisikan oleh panjang tlerrt.

PRBS dibangkitkan oleh slijfi r-egi.rtrr dengan urnpan balik

(diimplementasikan pada I~tri-(l\~.rrrc. dnn .sc!fi,r~(rt-c). Panjang tnaksinium cleret

adalah zA'-l dengan N adalah jurnlal~ sel padn slliJi i.rgistor. Gamhar 3

menggambarkan pembangkitan PRBS pat~jang 2"'- 1 = 1023. didapat dcngan

menggunakan sebuah sll$ i.cgister. 10 sel. Perhatikan bahwa sekurnngnya

satu sel dari N sel shili rc~is ter sehnrusnya mempunyai nilai logika tidak

snma tlengan no1 (satu secara umum nlembuat selnua nilai awal dari iV sel

salna dengan logika 1. Tabel 1 rne~nberikan aturan panjang maskimum I'RBS

yang akan dibangkitkan untuk jumlah scl yang berheda-beda.

'.-I

Gambar 3. Pen~bangki tan PRBS Panjang 2'"-1=1023 Periode Sampling

I'erhatikan bahwa satu karakteristik elemen yang sangat penting dari PRBS

adalah durasi maksimum i~ilpllls PKRS ynitu sarna clcngan N (jumlah scl). -

Sifat ini harus dipertirnbangkan saat memilih PR13S untuk identifikasi sistem.

Untuk identifikasi gciin .steac!\l sttrte plunt dengan tepat, durasi dari

sekurangnya satu p i~lsa (durasi rnaksimum pulsa) harus lebih besar dari rise

time rcspon plcrnr. Durasi mnksinun pirlsa NT,. Syarat berikut ini

rnengllnri~skan :

N.T, > t,q (4)

Dari syarat di atas, pertarna tentukan N clan kemudian panjang deret adalah

'I'abel I. Pc~nbangkitan I'arijang hlaksirnum PKBS (Larldu, 1990)

Lebih jauh Iagi untuk melingkupi seluruh spektrum frekuensi dibangkitkan

dengan PRBS tertentu, panjang dari tes harus 5 panjang deret.

G a ~ n b a r 4. I'emilihan Durasi M a k s i m u ~ n Pulsa PRBS (Landu. 1990)

Pacla banyak kasus, durasi tes L dipilih = panjang deret. Jika durasi tes

ditentukan maka harus dipastikan bahwa :

(2"- I ).T, < L ( 5 )

Perhatikan bahwa syaral terschut dapnt mcnghasilkan nilai-nilai yang lebih

besar dari IV yang bcrhubungan dcngan panjang deret dari durasi yang

dilarang. Ini karena T terlnlu brsar atflu karena sistem yang diidentifikasi

dapat disusun selama durnsi tes. Inilali sebabnya rnengapa patla banyak

situasi praktis, frekusnsi .nlh177irlri/)li~ .srrn~pli/lg dipilih sebagai frekuensi clock

untitk PKBS. Jika :

maka Persamaan 4 ~nenjadi :

p.N.T, > I, (7)

Pendekatan ini lebih menarik claripacla perluasan panjang deret (dengan

kenaikan N) unruk memenuhi Persamaan 2.8. Sesungguhnya jika N = 1V + I ,

durasi lnaksi~num dari pulsa berubah drwi N.Ty rnenjadi (N + 1)T, tetapi durasi

deret berlipot mcnjodi L7=2L. Sedangkan jika f = dipilih durusi 2

n~aksimum pulsa berubah dari N.T, menjadi 2h'.T, untuk durasi berlipat

L'=2L.

Dari perbanclingan dua pendekatan ini diketahui bahwa pendekatan keclua

(pembagian frekuensi) mengijinkan suatu pulsa dengan durasi lebih besar - - -

untuk didapatkan pada durasi yang identik dari deret dan dari tes. Jika p

aclalah i~ztrgri. pembagi frekuensi, akan mempunyai kasus pembagian

frekuensi clock ((I,,,;,, = durasi maksirnurn pulsa):

cl,,,,, =p.N.T . L' = 2 L , p=1,2,3 ...

Meningkatkan N dengan (p-1) maka panjang deret tanpa mengubah frekuensi

clock PRBS akan mcngurangi jangkauan frekuensi yang berhubungan dengan

kerapatan spektrai konstan. Srcara umum, ini tidak mempengaruhi kualitas

identifikasi karena pacta hanyak kasus kctika solusi ini dipertimbangkan,

. -- - plmlr yang diidentifikasi mempunyai lo\r hand plr.s.r atau karena efek atau

rcduksi clari sinyrll atau noisc rc l t io pacla frckucnsi tinggi dapat cliko~npensasi

menggunakan reknik identifikasi yang sesuai.

Model ARX n~erupnkan moclel yang cligunakan unluk menunjukan efek dari

kontrol dan distul.bancc pada ol~rl~lrf Jari planl. ARX artinya proses AR

dengan esogcill,s (cksrernal') i~rlxcr, dal:lln kasus ini ~r(rj . Pernbangkitan proses

ARX diilustrasikan sebagai berikut :

Persamaan tersebut dapat ditulis : ~ ( ~ - l j ~ ( t ) = e ( t )

Gambar 5 . Pe~nbangkitan Proses K~indom ARX (Landu, 1990) .

Dcngan A(Q-I) = I + CU,Q-' merupakan suatu polinorninal sehingga scmua , = I

akar-akarnya yang terletak dalam unit circle ( A ( z ' ) = 0 - + I Z I <I) .

Struktur model ARX dapat dijelaskan sebagai berikut :

A(Q)y(t)=B(Q)u(t-nk)+e(t) ( 10)

Melalui hanti~an scljil~vrre Matlab, ~noclcl ARX diperoleh menggunakan

esri~nasi dcngan mctodc leasr s r lun~-~~ . 1)cngan

l \(Q) = 1 + [llQ-' + .... + L~,,Q-",

dan

D. Ko~lversi Analog kc Digital

Konversi Analog ke Digital atau ADC (Ai~rrlog 10 Digittrl Converter) yang

cligunakan adalah ADCOS04. ADC ini termasuk konverter AID jenis Silccessi\~r

Apl>rosin~ntioi~ Regisrrr ( S A R ) , dengan waktu konversi 100 ps, memiliki input

untuk tegangan diferensial arlnlog (Vi,,+ clan Vi,,-), on-chip clock genertrror (clock

internal), dan ~nenliliki jumlah data O U ~ ~ I I I I sebanyak 8 bit sehingga resolusi yang

ciihasilkan untuk tegangan referensi sebesar 5 Volt adalah 19,6 mVolt.

Rangkaian resistor clan kapasitor pada /)in CLK IN clan CLK R digunakan

sebagai self'clockiilg pada AID, di lnana :

Gambar 6. Kangkaian ADC (Johnson, 2003)

E. Konvcrsi Digital kc Analog

DAC yang digunakan adalah DACO808 merupakan DAC 8-bit yang dapat

diantarmukakan secara langsung dzngan IC 7'TL rnaupun CMOS. Keluaran DAC

ini bcrupa arus listrik sellingga clipcrlukan rangkaian konversi arus kc tcgangan.

R)

ZC l 3 vrst

I. '

VEE

0 Nxme

Gnmbar 7. Rangkaian DACOSO8 (Johnson, 2003)

Besar tegangan keluaran V,,,,, pacla rnngkaian Garnbar 7 atlalah :

1',,,,, rnaksimum teljadi ketika semua hir (DO-D7) bernilai ' l ' , sehingga

. . - F. Parallel Port

P~ii-trllel Poi.[ mcrupakan salah satu port yang tertanam pada sebuah

~natherboard. Port ini menggunnkan terminal DB 25. Konfigurasi pin-pin par-ullel

port DB25 ditunjukkan oleh Garnbar 8.. Penjelasan masing-masing fungsi

ditunjukkan oleh Tabel 3.

'. -/A . -. . . - - -

Conbol Poll

Gal-rlbar 8. Konfigurasi pin terminal DB 25

l'abel 2. Fungsi Pin-pin pntla terminal DB25 parlrllel port

l ' a b e l 2 rnenggunakan huruf n didepan narna sinyal untuk rnenyatakan bahwa -

sinyal tersebut aktif rendah. Isitilah "inverted" artinya sinyal dibaca oleh pin

tersebut secara hardware berlawanan. Jika tegangan +5 ~ ( l o g i k a 1 ) diberikan

pada bit 7 register status, pin tersebut akan rnernberikan logika 0.

Keluaran Parallel pnrr adalah level logika TTL. Level tengangannya rendah

(+5 volt). Arus yang dapat diperoleh atau diumpankan s e l t a r 12 rnA. Pa!-ullel

Porr men~punyai tiga alarnat dasar. Ini diperlihatkan pada Tabel 3, t l i~nana

alamnt-alnmat ini bisa tlirubah menggunakan BIOS.

LP'SI adalah alamat clasal- 378h. sednngkan LPT2 ditugaskan 278h. IIuruf

kccil "11" menandaknn alamat tlalam heksadesirnal. Alamat ini bisa ubah clari

1 3 ~ ~ h - 3BFh I Dipunc~kan untuk port parallel yang tidak terbngung pada kartu video -1 I 1 lidah ~ ~ i e n d u l u n g ala~nat ECP I

1278h - 27Fh 1 Umunmyn nlarnat untuk LPT 2 I

BAB I11

TUJUAN, LUARAN, DAN KONTRIBUSI PENELITIAN

A. Tujuan Penelitian

Penclitian ini bertujuan untuk :

1. Merancang dan membuat rangkaian irzlerjkce untuk keperluan identifikasi

dinarnis respon kecepatan motor servo DC.

2. Mernncang perangkat lunak untuk ~nenghasilkan sinyal uji PRRS clan

perangkat lunak akuisisi data untuk rnencatat respon kecepatan motor servo

- - DC.

3. Memperoleh model matematik untuk respon kecepatan motor servo DC.

4. Membandingkan respon sistern dari model matematik yang diperoleh dari

penurunan persamaan tisik tlengan rnodel matematik yang diperoleh dari

llasil idcntifikasi dinamis

B. Luaran Pcnelilian

1 . Sqjhcvrre akuisisi data dan inter-icing hardware bermanfaat untuk

identifikasi sistem yang lain seperti untuk plur~t model untuk respon posisi

motor servo, respon tempcratur clan rcspon level i~ntuk pcngendalian sistem

proses.

'I. 'l'ersedia rangkaian interfacing untuk menerapkan algoritma-algoritma

pengendalian tingkat l a ~ ~ j u t berbasis PC.

. --

C. Kontribusi Penelitian

1. Memperoleh p l ~ ~ n t model untuk respon kecepatan motor servo DC yang dapat

digunakan untuk analisis plu~l t dan perancangan algoritma kontrol tingkat

lanjut.

2. Sebagai plan! model dalam rekayasa algoritma kontroler pada pembelajaran

sistem kendali (DIII), pengaturan otomastis (DIV) clan sistem pengaturan

(SI).

BAB IV

METODE PENELITIAN

Penelitian yang diusulkan ini menggunakan pendekatan metoda eksperimen.

Untuk mewujudkan tujuan penelitian ini dilakukan perancangan penelitian

- -- sebagaimana Gambar 9.

, - _ - _ _ _ _ _ - _ - _ _ - _ _ _ - _ - - - - - - - - - - - - - I Perangkat Lunak Komputer I

I I

Gambar 9. Diagram blok identifikasi dinamis sistem servo MS 150

I

~ - . Diagram lisik dari siste~n identifikasi dinamis diperlihatkan pada Gambar 10.

I I I

I I

S~slem Servo MSl SO Computer

b

Gambar 10. Diagram fisik sistem identifikasi clinarnis

-. - - Realisasi rancangan penelitian yang diperagakan pada Gambar 9 dan Gambar

w

10 dilakukan dengan beberapa tahap, yaitu :

Output

Sinyal Uji PRBS b Motor DC

I I I I I I I

- Sensor Kecepatan

I

p&Gz-ReZpOn. : I

- -

A D C ,

A. Studi Pustalta

Stucli pustaka bertujuan untuk rnenggali informasi yang diperlukan dalarn

mewujudkan penelitian yang telah dirancang, diantaranya :

a. Studi pustaka tentang teknik kornunikasi menggunakan port pararel kornputer

b. Studi pustaka teknik antar~nuka antara kornputer dan sistem yang

diidentifikasi.

c. Studi pustaka tentang aplilcasi sinyal uji PRBS dalarn identifilcasi dinamis

ADC yang akan dibuat diperagakan pada Gnrnbar 6.

b. Perancangan Rangkaian DAC

serta teknik pernrograrnannya.

B. Perancangan perangkat keras

Penelitian ini rnerancang Izarrl\varP yang diperlukan dalarn proses

pengendalian berdasarkan Garnbar 10 dan terdiri dari :

a. Pel-ancangan Rangkaian ADC

Rangkaian ini berfungsi untuk ~nengubah tegangan analog d a ~ i sensor

keccpatan ~nenjadi tegangan digital agar diproses di kornputer. Rangkaian

1:ungsi rnngkaian ini adalah mengubah tegangan digital dari komputer

mcnjadi tegangan analog sebagai sinyal masukan hagi motor DC. Rangkaian

ADC diperlihatkan pada G a ~ n b a r 7.

C. Perancangan Perangkat Lunak

Acla tlua bagian utama perancangan perangkat lunak tlalarn penelitian ini,

pertama program membangkilkan sinyal uji Pseudo Random Binaly Seqrrencr

(PRBS) dan yang kedua program akuisisi data menggunakan rangkaian irlrer$ace. .

Dalarn penelitian ini panjang deret sinyal PRBS yang digunakan adalah 10-bit, .

sebagai yang telah dijelaskan patla Algoritma perangkat lunak untuk

membangkitkan sinyal uji PRBS diilustrasikan dengan diagram alir yang

diperlihatkan pada Gambar 1 1.

- Panjang Deret (dat) \.

- Kombinasi Biner )

- - L / read prbs(j) ,I

IP-

- _ + _ _ - ? write prbs(j) ,,' ,

I

Ganibar 1 1 . Diaerarn Alir Algoritma pembangkitan sinyal uji PRBS 10 BI'I'

D. Pengujian

Beberapa pengujian yang akan dilakukan adalah uji linieritas konversi data

ADC dan DAC. Dari data respon kecepatan yang diperoleh, clilakukan

-- . pernodelan dengan bantuan system identification ~oolbox dari Matlab. Tahap

-

terakhir dalam penelitian ini adalah rnenguji dan mernbandingkan respon 11latlr

model dengan respon pltrnr sesungguhnya.

Penelitian dilakukan di Laboratorium Sistem Kontrol Jurusan Teknik Elektro

Universitas Negeri Padang dengan waktu yang direncanakan s e l a ~ n a 6 bulan (mulai

bulan April 2012 s a ~ n p a i dengan bulan September 20 12).

BAB V

HASIL DAN PEICIBAHASAN

A. Umum

Bab ini ~nernbahas perbandingan rcspon pemodelan metoda statis dcngan

respon pemodelan rnetoda dinamis mcnggunakan bantuan software Matlab. Agar

. - ha1 tersebut dapat dilakukan dengan baik, mnka perlu clilakuknn pengujian -

terhadap komponen-lconiponen yang digunakan dalam pengujian kecepatan

motor DC tersebut. Pengujian dilakukan pada hard~vare dan soJiware.

Keberhasilan pengujian tiap blok memberikan jaminan bagi keberhasilan

pemodelan sistem.

B. Pengujian Hardware

Pengujian hard\vare atau perangkat keras dilakukan tiap blok untuk

mcrnastikan, tiap blok Izard~vare hckerja sesuai dengan desain yang diliarapkan.

. -- .4dnpaun alat yang digunakan dalam pengujian adalah;

1. Komputer Pentium ILI 700 Mhz

2. Catu Daya

3. Kabel Kornunikasi Paralel Port

4. Multilneter Sunwa YX-360Trc

5 . Sysrctrl Servo DC Feedback MS-150

6 . Rangkaian Interface ADC-DAC

1. Pengujian DAC

- Prosedur Pengujian

a. I-Iubungkan Kabel parallel ke Kolnputer dan rangkaian DAC

b. Melalui .rr?f/vvai.e pengujian (Gambar 5.1), berikan tegangan keluar

komputer sebesar 0 volt.

c. Ukur keluaran DAC menggunakan multimeter clan catat hasilnya

d. Ulangi langkah 2-3 untuk tegangan 1 sampai 10 volt.

Hasil pengujian ditunjukkan oleh Tabel 5.1 dan Garnbar 5.1.

Tabel 5.1 I-Iasil Pengujian DAC

Pengujian DAC

11

=+--Teg. Keluaran PC ,

+Teg. DAC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2

Perhitungan ke-i

10 Total % Kesalahan

Gambar 5.1 Grafik Hasil Pengujian DAC

23.20 15.93

12.32 2.32

Berdasarkan tabel 5.1, diperoleh informasi bahwa % kesalahan

-- - pcngkonversian DAC adalah 15,93 %. Sedangkan dari garnbar 5.1, diketahui

bahwa DAC cukup linier dalarn rnelakukan kor~versi tegangan. Dengan

dernikian, berdasarkan data hasil pengujian, DAC dapat digunakan untlrk

memberikan sinyal uji step untuk identifikasi statis dan rnengurnpankan

sinyal ~ ~ j i PRBS untuk identifikasi tlinnrnis.

2. Pengujisn ADC

Pengujian ADC ditirjukan untuk rnengarnati linieritas konversi dari

tegangan analog yang dicatukan dengan tegangan digital yang ditarnpilkan

-- - . pada monitor kornputer. Prosedur pengujian ADC ini dapat dikelaskan pada -

langkah-langkah berikut:

1. Hubungkan Kabel parallel ke Kornputer dan rangkaian ADC

2. Hubungkan Catu daya kc rangkaian ADC

3. Hidupkan catu daya dan Jalankan snf~ware akuisisi data (Ganibar 5.3)

4. Berikan tegangan rnasukan ke ADC 0 volt melalui catu daya variabel.

5. Amati dan carat hasilnya pada layar monitor. Melalui so j~va l - r pengujian,

berikan tegangan keluar kornputer sebesar 0 volt .

6. Ulangi langkah 4-5 untuk tcgangan I sarnpai 10 volt.

Masil pengujian ditulljukkan oleh tabel 5.2 dan galnbar 5.2.

Tabel 5.2 I-Iasil Pengujian ADC

I Pengujian ADC i 12 1

11

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2

Perhitungan ke-i

--;?--Tegangan Masukan

-5t-Tegangan Terukur

10 Total % Kesalahan

Gambar 5.2 Grafik I-Iasil Pcngujian ADC

Berdasarkan 'Tabel 5.2, diperoleh informasi bahwa 5% kesalahan

10

pengkonversian ADC adalah 8.55 %. Sedanglcan dari Ga~nbar 5.1, tliketahui - - .

bahwa ADC cukup linier dalarn melakukan konversi tegangan. Dengan

0

dcmikian, berdasarkan data hasil pengujian, ADC dapat digunakan dala~n

0 8.55

akuisisi data kecepatan motor DC servo.

Mernperoleh model maternatik suatu sislem proses dengan cara

penurunan besaran besaran fisik yang terkait, sangantlah sulit dan rnemakan

waktu yang lama. Secara praktis, model matematik suatu sistern proses dapat

dinlodelkan dengan identifikasi statis. Identifikasi statis rnerupakan upayn

rnemperoleh model rnaternatik dari sistern servo MS-150 dengan rnenlberi

.- - sinyal uji step dan merekarn respon sistem.

1. Hubungkan plurzr Motor servo DC MS- 150 dengan rangkaian i11tt.rjirc.e.

Masil pernbacaan sensor (tenninal Y) dihubungkan dcngan ADC, cxrernal

control (tenninal A) dihubungkan dengan DAC.

2. Hubungkan rangkaian itztcrfuce ke komputer melalui p~irallel port.

3. Jalankan Program Akuisisi data, rnaka tarnpil form identifikasi seperti

Gambar 5.3. Untuk identifikasi statis, rnaka de re~ PRRS diisi bebas,

narnun yang per~ting adalah tegangan logika 0 dan tegangan logika 1

harus diisi nilai tegangan yang sama. Dalarn penelitian ini diisi dcngnn

-- - tegangan 8 volt (rnaksi~nu~n srcp). Waktu cuplik = 1 ms, Jurnlah Dntn -- -

=3000

Garnbar 5.3 TarnpiIan Sr!fi~lare Identifikasi

4. Midupkan Catu daya dan tekan tornbol "Mulai" pada layar kornputer

5. Diperoleh data respon temperature seperti grafik yang clitunjukkan oleh

Garnbar 5.4, jika respon temperature dianggap telah mencapai claerah

.- mantap (stndy stare) klik to~nbol "Stop" dan "Simpan" -

- - - - .- - -

Respon ldentifikasi Statis

1 4000 1 I

Respon Kecepalan

0 i 1 500 999 1498 1997 2496 2995

Time (s)

Garnbar 5.4 Kespon kecepatan untuk identifiknsi statis

Dari Garnbar 5.4 cliketahui respon kecepatan terhaclap setpub71 snruan

tangga (step=2185 rprn). Ada dua data penting yang diperoleh hasil

-- - identifikasi s ta~ is ini. Pertanla, Model matematik dari Motor servo DC MS- -

150 dengan ~netoda praktis kurva S sehingga dipcroleh Model Malc~natik

dengan bentuk:

G(s) = K -n r (Ts + 1)"

Dengan rnenggunakan analisis identilikasi Strejc untuk menentukan fungsi

alih plant diperoleh model rnatcmatik parameter Motor servo DC MS-150:

Kedua, berdasarkan respon identifikasi slatis diperoleh waktu cuplik

(time samyli~zg, Ts) untuk identifikasi dinamis. Rerdasarkan respon

identifikasi statis, rnaka Ts untuk identifikasi dinarnis adalah 0.1 dari rise

time (1, st,,,,):

'rs dinarnis = 0. I * t, s,,, i s

= 0.1 * 17 detik

= 1.7 detik

-- 4. Identifikasi Dinamis - -- -

Identifikasi dinamis merupakan upnya memprroleh model mnlernatik

suatu sistem proses yang secara prinsip tidak jnuh berbcda pada itlentifikasi

statis. Narnun pada metoda ini plurzt diberi masukan sinyal uji acak PRBS

untuk memperoleh respon karakteristik yang lebih beragam. Dengan

demikian diharapkan model matcrnatik yang diperoleh lebih rnenclcknti

karakteristik plant yang sesungguhnya.

1. Hubungkan plcint Motor servo DC MS-150 dengan rangkaian inrcrfi~cv.

Hasil pernbacaan sensor (terminal Y) tlihubungkan dengan ADC, external . - -. - - .

control (terminal A) dihubungkan dengan DAC.

2. I-Iubungkan rangkaian inrel-{ace ke kornputer mclalui pnr-rrllel porr.

3. Jalankan Program Akuisisi data, maka tampil form identifikasi seperti

Gambar 5.3. Pada dentifikasi dinamis rnasukkan kombinasi deret PRBS

10 bit sebagai berikut 1-0-0- 1 - 1-0-0-0-1-0, tegangan logika 0 = 5 volt dan

- tegangan logika 1 = 8 volt. Waktu cuplik = 1.7 detik, Jumlah Data =2000

4. Hidupkan Catu daya dan klik tombol "Mulai" pada form identifikasi

dinarnis di layar komputer.

5 . Amati grafiknya dan tekan tombol "Stop" jika respon kecepatan dianggap

telah mencapai daerah niantap (stutlj s t ~ ~ t e ) , lalu simpan data.

Grafik hasil identifikasi dinamis keseluruhan untuk 2000 detik

ditunjukkan pada Gambar 5.5. Untuk rnemperjelas dinalnika data respon dan

sinyal uji PRBS, maka hasil akuisisi data identifikasi dinamis untuk clata

diperkecil diperagalcan Gambar 5.6.

Respon Kecepatan ldentifikasi Dinamis

----Respon Kerepatan

.-- PRBS

time (second)

Gambar 5.5 Kespon keccpatan untuk identifikasi dinamis

I I I

! Respon Kecepatan ldentifikasi Dinamis

I !

I !

0 1'-7 17..-111 I . " l i T i i - ' - . ' r r l : r l . P 1 l , . ' I I , . - . l j l 8 , i l l I .;- - ,.I , )lll.l . ,,, , , , . , ..; , . . .,

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

time (second) I Gambar 5.6 Respon kecepatan terhndap sinyal PRBS yang diperbesar

Berdasarkan data i~zpllr-o~trpilr yang diperoleh dari identifikasi

dinamis diturunkan persamaan model mateniatik dengan penclekatan .4RX

o d e dua 121 (n,=l nb=2 nk=l). Esti~nasi model dilakukan clengan bantuan -- - - fasilititas sysrern idenrijicatiol~.~ loo1ho.r yang tersedin pada Mallah. h~loclcl

matematik dari Motor servo DC MS-150 dalnm bentuk persnmnan tliskrir

sebagai berikut:

A ( z - l),y(k) = B ( z - l)rl(k - ' 1 ) + e ( k ) (2.22)

Model parameter Motor servo DC RIS- 150 yang diperoleh :

Dala~n bentuk fungsi alih:

BflB V1

KESIMPU1,AN DAN SARAN

Serangkaian aktifitas dalam penelitian ini secara keseluruhan dapat mencapai

tujuan penelitian yang telah direncanakan. Dari hasil dan bahasan yang telah

dikemukakan maka diperoleh beberapa kesimpulan dan saran.

1. Kesirnpulan

Ber-dasarkan tujuan penelilian, maka dapat tulis beberapa keci~npi~lan

sebagai berikut:

1. Rangkaian ilzterfifircing untuk keperluan akuisisi data, baik ADC maupun

DAC berfungsi baik dengan kesalahall linieritas konversl untuk ADC=8.55%

dan DAC=l5.93%

2. Dengan rnetoda identifikasi statis clan dinarnis diperolch dua motlcl

~nate~nat ik untuk Motor servo DC hlS-150. Model yang diperoleh me~~ jud i

dasar untuk menentukan atau menala parameter kontroler nantl.

3. PenlodeIan Motor servo DC MS-150 dcngan ~nods l dari identifikasi clinamis

memiliki respon lebih baik bila clibanclingkan clengan respon sistem clengan

model dari identifikasi statis.

2. Saran

Terdapat banyak penclekatan penurunan matematik dari clata itlcntifikasi

untuk memperoleh model. Perlu uji coba lebih lanjut dengan pendekatan berbecla

untuk rnemperoleh respon modcl yang sangat mcndckati respon /)la111

sesungguhnya.

Untuk rnenghindari proses perhitungan rnaternatik yang korllpleks dan

rumit dalarn rnetoda identifikasi, pernodelan dengan pendekatan logika fuzzy dan

-- .-

algoritrna jaringan syaraf tiruan dapat diterapkan.

Model yang diperoleh dari identifikasi dinamis dan hasil simulasi nanti

dapat digunakan untuk irnplernentasi kontroler pada Motor servo DC MS-150

(reul plant).

Dorf, Richard C. 2001. Modern Corztrol Systems. Prentice Hall, Inc. Ncw Jersey

Dorsey, John. 2002. Corilirzuoris and Diso-elr Corll1.01 Sysieii~r: Modelirzg, Ident$icatiotz, Desigrl arzd Irnplrnrenrarior7. McGraw Hill. New York

Dubay,G.K. 1993. Power Seniiconducror Coizrrolled Drivers. Englewood Cliffs. ~~ . Prentice I-Iall, Inc. New Jersey

Johnson, Curtis D. 2003. Process Conrrol bzstrrlmenratio~~ Teclzrtologjs. Prentice Hall, Inc. New Jersey

Maloney, Timothy J. 2001. Modrr.11 I~rtlri.sr~.ial E1rclrolzic.r. Prcnticc I-Iall, Inc. Ncw Jersey

Malvino, Albert Paul. 1987. Prirzsip-lwinsip ~ l u n Pe~zelry,ur~ digitul. 31.~-ed. Penerjernah Lrwan Wijaya. Erlangga. Jakarta

Ogata, Katsuhito.1994. Teknik Kontl-01 Otomririk, Jilirl I (terjemahan). Penerbit Erlangga. Jakarta.

Perdikaris, George. 199 1 . Cornpurer Cor~lr-ollrd Sj~srem Tliro~:\, tiir Applicarions. Kluwcr Academic Pub. Nelherlands

- Shepherd, W. 1995. Poivet- Elrcrr-olzics arld Moror. Co17li-01. Cambt-idge Uni\.crsity Press. United Ggdom

K e t ~ ~ a Peneliti

ABSENSI SEMINAR PKNELITIAN 10 1)cscmbcr 2013

. .- -- - - - - - . - . . - . - . -. -

14 I

. - . .. 4- . ..

I-labhi;llah, S.l'd., MT. NIP. 19820920 2008 12 1 00 1

15 1 1 . . . . . i . . . . . J