Agus Arif 1

Sistem Kontrol Digital

Kuliah 1

Kontrol Digital

Bab 13 buku-ajar

Agus Arif 2

Materi• Tujuan, Bahan & Buku-ajar Kuliah• Definisi Sistem Kontrol Digital• Kelebihan Komputer Digital• Contoh Sistem Kontrol Digital• Posisi Komputer Digital• Konversi Digital-ke-Analog

– rangk resistor berbobot, rangk tangga R-2R

• Konversi Analog-ke-Digital– counter ramp, tracking, successive-approximat,

single-ramp, dual-ramp, parallel/flash

Agus Arif 3

Tujuan & Bahan Kuliah {1}• Tujuan: setelah mengikuti kuliah ini mhs

memiliki kompetensi– memodelkan,– menganalisis &– mendesain

sistem kontrol digital.• Bahan kuliah:

– Konversi A/D & D/A– Pemodelan komputer digital– Transformasi-z

Agus Arif 4

Tujuan & Bahan Kuliah {2}

• Bahan kuliah (lanjutan):– Fungsi transfer– Reduksi diagram blok– Kestabilan– Ralat keadaan-ajeg– Tanggapan transien– Desain pelipatan (gain)– Kompensasi berjenjang (cascade)

Agus Arif 5

Buku-ajar

• Nise, Norman S., 2000, Control Systems Engineering, ed. 3, John Wiley & Sons– Situs web pendukung:

http://he-cda.wiley.com/WileyCDA/ HigherEdTitle/productCd-0471445770.html

• Phillips, Charles L & Nagle, H. Troy, 1995, Digital Control System Analysis & Design, ed. 3, Prentice Hall

Agus Arif 6

Definisi Sistem Kontrol Digital

• Sistem kontrol otomatis yang menggunakan komputer digital sebagai pengontrol

• Sistem kontrol digital = sistem kontrol data-tercuplik = sistem terkontrol-komputer

• Fungsi komputer digital:– Supervisory : penjadwalan, pemantauan prmtr &

variabel yg bernilai di luar rentang kerja, pengawalan shutdown yg aman

– Direct control sbg bagian dr kalang kontrol

Agus Arif 7

Kelebihan Komputer Digital

• Hemat biaya:– Satu komputer mampu mengendalikan banyak

kalang kontrol secara sekaligus

• Lentur menanggapi perubahan desain:– Stp perubahan/modifikasi dpt dilakukan sbg

perubahan perangkat-lunak

• Kebal derau:– Sistem digital memiliki ketahanan derau yg lebih

baik drpd sistem analog

Agus Arif 8

Contoh Sistem Kontrol Digital

Agus Arif 9

Posisi Komputer Digital {1}

Agus Arif 10

Posisi Komputer Digital {2}

• Kalang yg mengandung sinyal analog & digital hrs melakukan proses konversi– A/D atau ADC (Analog-to-Digital Converter)– D/A atau DAC (Digital-to-Analog Converter)

• Sinyal analog pd output plant (c) & input sistem (r) A/D harus ada pada sisi input komputer digital

• Sinyal analog pd input plant (f) D/A hrs ada pada sisi output komputer digital

Agus Arif 11

Konversi D/A {1}

• Konversi D/A: sederhana & seketika• Contoh D/A 3-bit:

Agus Arif 12

Konversi D/A {2}

• Output tegangan D/A:

– Vfs : tegangan skala-penuh sbg rujukan

– A1 : most significant bit (MSB) Vfs/2

– An : least significant bit (LSB) Vfs/2n

• Resolusi: perubahan analog terkecil yg dpt dihasilkan konverter = LSB dlm volt

( )nno AAAVV −−− +++= 222 2

21

1fs

Agus Arif 13

Rangk Resistor Berbobot {1}

Agus Arif 14

Rangk Resistor Berbobot {2}

• D/A sederhana: penguat penjumlah + resist dgn nilai bobot faktor 2 yg meningkat

• Kelemahan:– Butuh nilai resistor yg tepat pd rentang yg lebar

(1024 ~ 1 pd D/A 10-bit)– Saklar dgn resistans yg rendah & dgn tegangan

offset nol

• Kelemahan tsb diatasi dgn D/A dgn rangk tangga (ladder) R-2R

Agus Arif 15

Rangk Tangga R-2R {1}

Agus Arif 16

Rangk Tangga R-2R {2}• Rangk ini hanya butuh 2 nilai: R & 2R

sesuai utk diterapkan dlm keping terpadu• Nilai R: 2,5 hingga 10 kΩ & Thevenin

berturutan: tegangan input tereduksi sebesar faktor 2 dari MSB sampai LSB

• Kelemahan:– Arus tangga, disipasi & pemanasan tergantung

pd input digital non-linearitas– Beban pd tegangan rujukan tergantung pd input

digital diatasi dgn rangk R-2R terbalik

Agus Arif 17

Rang Tangga R-2R Terbalik {1}

Agus Arif 18

Rang Tangga R-2R Terbalik {2}

• Arus mengaliri tangga scr konstan & input digital mengarahkannya ke– ground (bit 0) atau– konverter arus-ke-tegangan (bit 1)

• Konfigurasi D/A yg populer– Implementasi pd keping terpadu CMOS– Saklar hrs dgn resistans rendah MOS/J-FET– Resolusi hingga 12-bit

Agus Arif 19

Konversi A/D {1}

• Konversi A/D: proses 2-langkah & tidak seketika tundaan di antara input-output– Sinyal analog dicuplik scr periodik & dipegang

selama selang pencuplikan– Sinyal tercuplik diubah mjd sinyal digital

• Laju pencuplikan paling sedikit 2 kali lebar-pita sinyal analog (laju Nyquist)

• Langkah kerja:

Agus Arif 20

Konversi A/D {2}

Agus Arif 21

Konversi A/D {3}

Agus Arif 22

Konversi A/D {4}

Agus Arif 23

Counter Ramp {1}

Agus Arif 24

Counter Ramp {2}

Agus Arif 25

Tracking ADC {1}

Agus Arif 26

Tracking ADC {2}

Agus Arif 27

Successive Approximation {1}

Agus Arif 28

Successive Approximation {2}

Agus Arif 29

Single Ramp Converter {1}

Agus Arif 30

Single Ramp Converter {2}

Agus Arif 31

Single Ramp Converter {3}

Agus Arif 32

Dual Ramp Converter {1}

Agus Arif 33

Dual Ramp Converter {2}

Agus Arif 34

Parallel Converter/Flash