Skd 131311050 laporanakhir[1]

i

DESAIN KENDALI PID PADA PLANT DEBIT AIR

DENGAN METODE ZIEGLER-NICHOLS DAN

COHEN-COON MENGGUNAKAN

MATLAB DAN ARDUINO

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu

syarat mata kuliah Sistem Kendali Digital

Diploma III Program Studi Teknik Elektronika

Jurusam Teknik Elektro

Oleh :

Kristianingsih Simamora

131311050

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

BANDUNG

2015

i

ABSTRAKSI

Suatu sistem dirancang yang dirancang untuk mengendalikan dinamakan

sistem kendali dan plant yang dikendalikan itu berbeda-beda misalnya debit air,

temperature, level air, posisi dan sebagainya. Sistem kendali dirancang untuk

menghasilkan output yang diinginkan tetapi terkadang suatu sistem tidak

menghasilkan output yang diinginkan, seringkali hanya mendekati pada output

yang diinginkan hal ini disebabkan ketidaksempurnaan perncangan atau desain,

ketidaksempurnaan suatu benda yang dipakai dalam sistem kendali tersebut.

Perancangan dengan metode-metode tersebut dapat diaplikasikan pada modul

sistem kendali debit air . Sistem kendali PID merupakan salah 1 pengendalian

tersebut. Metoda Kendali PID di rancang menggunkan software Matlab berupa

simulink dan script yang dihubungkan ke Arduino UNO agar perancangan PID

maupun tunning PID data dihubungkan ke modul sistem kendali debit air. Pada

saat arduino UNO dan matlab terhubung ke modul PID Sistem didapatkan respon

dengan rise time, overshoot, steady state error, dan settling time .

Dalam merancang sistem kendali ada beberapa metode yaitu metode

Ziegler Nichols, Cohen-Coon dan masih banyak lagi. Pada n perancangan

serigkali kita meminginkan respon yang hampit sama dengan setpoint maka dari

itu kita dapat melakukan tunning manual pada hasil yang kita dapat sebelumnya

dengan mengganti nilai Kp, Ki Kd. Metode perancangan sistem kendali yaitu

menggunakan software Matlab dan Arduino Uno yang dihubungkan ke modul

kendali debit air sehingga dapat mengendalikkan suatu plant. Kendali debit air

dapat digunakan pada tangki-tangki pengisian minyak, pengolahan minyak,

pengolahan air limbah, bendungan, pendetekasi kecepataan aliran air sungai, dan

sebagainya. Pada perancangan sistem kendali ini menghasilkan pengendalian

yang tidak perlu terhubung lagidengan software matlab sehingga memudahkan

untuk mengendalikan dan terlihat lebih simple tetapi tetap dapat dikendalikkan.

Kata Kunci : Sistem kendali, debit air, metode perancangan.

ii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena

atas rahmat dan karunia-Nya laporan akhir dengan judul “DESAIN KENDALI

PID PADA PLANT DEBIT AIR DENGAN METODE ZIEGLER-

NICHOLS DAN COHEN-COON MENGGUNAKAN MATLAB DAN

ARDUINO” dapat diselesaikan. Laporan ini dibuat untuk memenuhi syarat mata

kuliah Sistem Kendali Digital, program studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan

Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung.

Selama pelaksanaan pembuatan laporan, penulis banyak mendapatkan

bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan

banyak terima kasih kepada pihak - pihak berikut :

1. Orang tua dan keluarga yang telah memberikan dukungan moril maupun

materil.

2. Pak Feriyonika, S.T., M.Sc. Eng. selaku dosen pembimbing yang memberikan

nasihat dan bimbingan yang sangat bermanfaat kepada penulis dalam

menyelesaikan laporan akhir ini.

3. Rekan-rekan 2 Elektronika B yang memberikan dukungan dan semangat kalian

kepada penulis.

4. Seluruh pihak yang membantu dan mendukung yang tidak dapat disebutkan

satu persatu.

Penulis menyadari dalam penyusunan laporan akhir ini masih jauh dari

sempurna, masih banyak kekurangan yang didasari keterbatasan penulis sendiri,

oleh karena itu kritik atau saran sangat diharapkan untuk mendukung penulisan

laporan yang lebih baik. Semoga laporan ini bermanfaat bagi pembaca.

Bandung, 07 Juli 2015

Penulis

iii

DAFTAR ISI

ABSTRAK ......................................................................................... i

KATA PENGANTAR ...................................................................... ii

DAFTAR ISI .................................................................................... iii

DAFTAR TABEL ............................................................................. v

DAFTAR GAMBAR ....................................................................... vi

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

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ........ 3

2.1. Sistem Kendali PID ............................................................. 3

2.2. Manual Tuning ...................................................................... 5

2.2.1 Metode Ziegler Nichols .................................................. 5

2.2.1.1 Metode Ziegler Nichols Tipe 1 (open loop) ........ 6

2.2.1.2 Metode Ziegler Nichols Tipe 2 (close loop) ....... 7

2.2.2 Metode Cohen-Coon .............................................. 8

2.3 Plant Kendali Debit Air ...................................................... 10

2.3.1 Modul Power Supply .................................................. 11

2.3.2 Modul Set Point .......................................................... 11

2.3.3 Modul PID .................................................................. 12

2.3.4 Modul Amplifier ........................................................ 13

2.3.5 Modul Kendali Debit Air ........................................... 13

2.4 Matlab ................................................................................. 14

2.5 Arduino UNO ..................................................................... 15

BAB III METODOLOGI DAN PROSES PENYELESAIAN ....... 16

3.1 Diagram Blok Sistem ......................................................... 16

3.2 Desain Kendali dengan Metode Ziegler Nichols Tipe 1 ..... 17

3.3 Desain Kendali dengan Metode Ziegler Nichols Tipe 2 .... 19

3.4 Desain Kendali dengan Metode Cohen Coon ..................... 24

3.5 Desain Kendali Debit Air Stand Alone Controller ............ 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................ 36

4.1. Desain Kendali Ziegler Nichols Tipe 1 ............................ 36

4.2. Desain Kendali Ziegler Nichols Tipe 2 ............................ 38

iv

4.3. Desain Kendali dengan Metode Cohen Coon ................... 41

4.4. Desain Kendali Debit Air Stand Alone Controller ........... 44

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................... 48

5.1. Simpulan ........................................................................... 48

5.2. Saran ................................................................................. 49

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................... 50

v

DAFTAR TABEL

Tabel II.1 Respon Kendali PID terhadap Perubahan Konstnta Parameter ......... 3

Tabel IV.1 Nilai Kp, Ti, Td Sebelum Manual Tuning ....................................... 4

Tabel IV.2 Nilai KP, Ti, Td Setelah Manual Tuning ......................................... 5

Tabel IV.3 Nilai KP, Ti, Td Sebelum Osilasi .................................................... 6

Tabel IV.4 Nilai KP, Ti, Td Saat OSilasi ........................................................... 7

Tabel IV.5 Nilai KP, Ti, Td Sesuai Dasar Teori ................................................ 8

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 Kurva S .......................................................................................... 6

Gambar II.2 Penentuan Parameter L dan T ......................................................... 6

Gambar II.3 Blok Diagram Sistem Loop Tertutup ............................................ 7

Gambar II.4 Osilasi Stabil untuk Mencari Nilai Pcr ........................................... 8

Gambar II.5 Respon 1 Steady State pada Cohen Coon ....................................... 9

Gambar II.6 Respon 2 Steady State pada Cohen Coon ....................................... 9

Gambar II.7 Penjelasan Perhitungan dengan Metode Cohen Coon .................... 9

Gambar II.8 Sistem Kendali Debit Air ............................................................. 10

Gambar II.9 Modul Power Supply .................................................................... 11

Gambar II.10 Modul Set Point ......................................................................... 12

Gambar II.11 Modul PID .................................................................................. 12

Gambar II.12 Modul Power Supply .................................................................. 13

Gambar II.13Modul Kendali Debit Air ............................................................. 14

Gambar II.14 Matlab 2013a .............................................................................. 14

Gambar II.15 Konfigurasi Arduino UNO ......................................................... 15

Gambar III.1 Diagram Blok Sistem Kendali Debit Air .................................... 16

Gambar III.2 Modul Sistem Kendali Debit Air ................................................ 17

Gambar III.3 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Simulink .......................... 18

Gambar III.4 Rangkaian Pembagi Tegangan .................................................... 18

Gambar III.5 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Simulink .......................... 19

vii

Gambar III.6 Modul Sistem Kendali Debit Air dengan ZN 2 .......................... 20

Gambar III.7 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Simulink dengan ZN 2 .. 20

Gambar III.8 Rangkaian Pembagi Tegangan .................................................... 21

Gambar III.9 Gelombang Saat Memulai Osilasi ............................................... 22

Gambar III.10 Gelombang dengan Kp, Ti, Td Sebelum Berosilasi .................. 22

Gambar III.11Gelombang Saat Terjadi Osilasi ................................................. 23

Gambar III.12 Gelombang dengan Kp, Ti, Td Saat Berosilasi ......................... 23

Gambar III.13 Sistem Kendali Debit Air dengan Cohen Coon ........................ 24

Gambar III.14 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Simulink dengan CC ..... 25

Gambar III.15 rangkaian Pembagi Tegangan ................................................... 25

Gambar III.16 Gelombang Sebelum dilakukan Desain .................................... 26

Gambar III.17 Gelomang Saat dilakukan Desain ............................................. 27

Gambar III.18 Respon Gelombang dengan Cohen Coon (CC)......................... 27

Gambar III.19 Modul Sistem Kendali Debit Air .............................................. 28

Gambar III.20 Script Aplikasi pada Arduino ................................................... 29

Gambar III.21 Arduino Terkoneksi dengan Potensio & Modul PID ................ 30

Gambar III.23 Sistem Kendali Debit Air dengan Arduino, Shield, LCD ........ 32

Gambar III.24 Script Setelah ditambahakan Instruksi Penampil LCD ............. 34

Gambar III.25 Proses SP & PV Sistem Kendali Debit Air di LCD .................. 35

Gambar III.26 Proses Stand Alone Controller .................................................. 35

Gambar IV.1 Grafik Desain kendali Debit Air ................................................. 36

viii

Gambar IV.2 Grafik Desain Kendali PID Sesuai Dasar Teori.......................... 37

Gambar IV.3 Grafik Desain Kendali PID Setelah Manual Tuning .................. 37

Gambar IV.4 Grafik Sebelum Berosilasi .......................................................... 38

Gambar IV.5 Grafik Desain Kendali PID Saat Berosilasi ................................ 38

Gambar IV.6 Desain Debit Air dengan ZN Tipe 2 Sebelum Berosilasi ........... 39

Gambar IV.7 Desain Debit Air dengan ZN Tipe 2 Saat Berosilasi .................. 40

Gambar IV.8 Grafik Sebelum Berosilasi .......................................................... 41

Gambar IV.9 Grafik Saat Berosilasi Sebelum Manual Tuning......................... 41

Gambar IV.10 Grafik Saat Berosilasi Setelah Manual Tuning ......................... 41

Gambar IV.11 Grafik Debit Air ........................................................................ 42

Gambar IV.12 Grafik Desain Debit Air dengan Cohen Coon .......................... 43

Gambar IV.13 Grafik Kendali Debit Air Setelah didesain dengan CC ............ 43

Gambar IV.14 Data SP dan PV Saat Tampil di Serial Monitor Arduino ......... 46

Gambar IV.15 Data Nilai PV dan SP di LCD ................................................... 47

1

BAB I

PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi semakin pesat telah membawa banyak pengaruh

dalam berbagai aspek kehidupan terutama dibidang indsutri. Di dalam industri,

sangat dibutuhkan sistem kendali yang baik agar dapat menunjang dan

meningkatkan efisiensi dalam proses produksi. Seabagi contoh, otomatisasi baik

dalam segi proses maupun peralatan yang digunakan dibidang industri seperti

dalam proses pengisian dan pembuangan cairan dalam tangki penampungan.

Masalah yang timbul ketika level ketinggian carian dalam tangki penampung

tidak diketahui, sehingga dimungkinkan terjadi keadaan tangki yang meluap atau

kosong dikarenakan kurangnya ppengawasan terhadap tangki penampung. Pada

industri kimia terdapat proses pemisahan cairan(destilasi) yang membutuhkan

pengaturan level cairan, apabila ada perubahan (deviasi) laju aliran masukan yang

disebabkan timbulnya gaya gesek pada pipa saluran , maka akan mengakibatkan

perubahan debit masukan yang membuat level cairan berubah-ubah.

Pada laporan praktikum ini penulis akan menggunakan algoritma PID

untuk mengendalikan modul plant debit air. Metode yang dipakai untuk

mendapatkan parameter PID adalah dengan menggunakan metode Ziegler Nichols

tipe 1 (open loop) dan tipe 2 (closed loop). Setelah parameter-parameter PID (Kp,

Ti, Td) didapat, selanjutnya nilai dari parameter tersebut di gunakan ke modul

PID. Respon sistem akan di analisis dan akan diperbaiki dengan teknik manual

tuning. Setelah dilakukan manual tuning, dapat di lihat manakah respon yang baik

dari setiap desain yang digunakan, dan respon yang baik yang megikutin setpoint

itulah respon yang baik. Manual tuning dilakukan apabila ingin mendapatkan

respon yang baik, apakah rspon tersebut mengikutin setpoint ataukah tidak dengan

begitu dapat mengatur algoritma sesuai dengan keinginan sehingga mendapatkan

respon yang mengikuti setpoint. Manual tuning dapat dilakukan engan

memperhatikan parameter-parameter pada respon kendali PID, jadi ketika manual

2

tuning dilakukan tidak sembarangan melakukan manual tuning. Harus

memperhatikan jika Kp, Ki, Kd di ubah apakah berpengaruh dengan waktu

kenaikan gelombang, overshoot, settling , steady state error atau tidak.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Sistem Kendali PID

Pada saat merancang sistem tidak semua dapat menghasilkan

repon/output yang diinginkan atau sesuai dengan perancangan. Dibutuhkan suatu

pengendalian untuk mengurangi error yang didapat agar sistem tetap stabil/sesuai

dengan output yang diinginkan (setpoint). Sistem kendali digunakan agar hasil

yang dirancang (respon/output) dengan hasil yang diinginkan (setpoint) sesuai,

dan mempercepat respon supaya mencapai hasil yang diinginkan (setpoint)

secepat mungkin.

PID (Propotional, Integral, Derivative Controller) yaitu salah satu sistem

kendali yang banayak digunakan di industri manufaktur. Sistem kendali ini dapat

diaplikasikan pada sistem kendali terutup (close loop) dan terbuka (open loop).

Sistem kontrol PID merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem

intrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tersebut.

Sistem kontrol PID terdiri dari tiga buah parameter yaitu P (Proportional),

D (Derivative), I (Integral) dimana masing-masing parameter tersebut memiliki

kelebihan dan kekurangan yaitu seperti tabel di bawah ini :

Tabel II.1. Respon Kendali PID tehadap Perubahan Konstanta Parameter

Parameter Rise Time Overshoot Settling Time S-S Error

Kp Berkurang Bertambah Minor Change Berkurang

Ki Berkurang Bertambah Bertambah Menghilangkan

Kd Minor Change Berkurang Berkurang Minor Change

4

Ada beberapa istilah yang digunakan mengenai penentuan parameter-

parameter PID yaitu :

Setpoint, adalah nilai dimana kita mengset besaran yang akan kita

inginkan, yang terdapat kondisi awal dan kondisi akhir.

Respon, adalah timbal balik alat atau plant dari outputnya.

Steady state : kondisi sinyal respon suatu sistem telah mencapai keadaan

stabil sampai sistem selesai.

Overshoot : sinyal respon yang nilainya melebihi nilai steady state.

Biasanya overshoot terjadi sebelum steady state tercapai.

Rise time : waktu yang diperlukan untuk mencapai kondisi steady state.

Settling time : keadaan dimana sinyal akan mencapai atau mendekati

steady state.

Error-steady state : keadaan ketika kondisi sinyal respon/sistem sudah

atau belum mencapai steady state tetapi ada error (kesalahan respon)

sehingga kondisi steady state yang seharunya stabil atau konstan terdapat

perubahan sinyal atau tidak sesuai dengan steady state.

Persamaan umum PID yaitu :

u(t)=Kpe(t)+

∫ ( ) +KpTd

( [ ])

.............................................. (1)

Sistem Kendali PID mempunyai Transfer Function sebagai berikut :

G (s) = Kp (1 +

) ............................................................ (2)

Pengaruh perubahan konstanta parameter-parameter PID sangat berpengaruh pada

respon. Berikut penjelasan mengenai parameter-parameter PID :

Kontrol Proporsional (Kp)

Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat

kontrol yang tidak dinamik. Biarpun begitu dalam aplikasi-aplikasi dasar

yang sederhana kontrol P mampu memperbaiki respon transien khusunya

rise time dan settling time.

5

Konrol Integratif (Ki)

Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon

steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan

respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan

sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output

berosilasi karena menambah orde sistem.

Kontrol Derivatif

Kontrol Derivatif hanya berubah saat ada perubahan error sehingga

saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang

menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat dipakai sendiri.

2.2 Manual Tuning

Tuning kontrol PID bertujuan untuk menentukan parameter atau nilai dari

kontrol proporsional, integratif dan derivatif. Proses manual tuning PID ini

dilakukan dengan cara trial and error hingga didapatkan hasil respon yang stabil

dan sesuai dengan yang diinginkan. Dalam penggunaan kendali PID berarti

mengolah suatu sinyal kesalahan atau error, yang nantinya dijadikan suatu sinyal

kendali yang dilanjutkan ke aktuator dalam sistem closed loop. Ada beberapa cara

manhual tuning PID yaitu Ziegler Nichols tipe 1, tipe 2 dan Cohen Coon.

2.2.1 Metode Ziegler Nichols

Metode Ziegler Nichols merupakan pengembangan dari metoda trial and

error. Metode ini digunakan sebagai point awal untuk memulai manual tunning.

Ziegler Nichols ini akan menentukan parameter-parameter PID yang akan

digunakan untuk mendapatkan respon yang baik. Metoda ini merupakan metoda

tuning PID controller untuk menentukan nilai proportional gain Kp, integral time

Ti, dan derivative time Td berdasarkan karakteristik respon transient dari sebuah

plant atau sistem. Metode Ziegler terbagi menjadi dua metode yiatu Metode

Ziegler Nichols Tipe 1 (open loop) dan Tipe 2 (close loop).

6

2.2.1.1 Metode Ziegler Nichols Tipe 1 (open loop)

Metode Ziegler Nichols tipe 1 dilakukan pada sistem yang bersifat

terbuka (open loop) atau sistem yang tidak memiliki umpan balik. Plant

yang akan dikendalikan diberi input step dan responnya akan dianalisa

dengan metode Ziegler Nichols tipe 1 dimana perhitungannya akan

menghasilkan parameter-parameter PID.

1

Nilai PID diperoleh dari hasil percobaan dengan masukan unit-

step, hasilnya nanti akan terbentuk kurva berbentuk huruf S, seperti pada

gambar 2.1. Kurva berbentuk S memiliki karakteristik dengan 2 buah

konstanta, yaitu waktu tunda L dan time constant T.

e(t)

K

0

L t

Gambar II.2 Penentuan Parameter L dan T

Kedua parameter tersebut diperoleh dengan menggambar garis tangensial

pada titik infleksi kurva S, seperti pada gambar 2.2. Garis tangensial

tersebut akan berpotongan dengan garis time axis dan garis c(t) = K .

Berdasarkan parameter tersebut, didapatkan cara untuk menghitung

parameter Kp, Ti dan Td.

Plant

Gambar II.1 Kurva S U(t

)

d(t)

T

7

Kp = 1,2

....................................................................................... (3)

Ti = 2 x L ....................................................................................... (4)

Td = 0,5 x L .................................................................................... (5)

Apabila harga Ti dan Td sudah diketahui, maka konstanta Ki dan Kd

dapat ditentukan.

Ki = 2 x

...................................................................................... (6)

Kd = Kp x Kd .................................................................................. (7)

2.2.1.2 Metode Ziegler Nichols Tipe 2 (close loop)

Pada metode Ziegler Nichols tipe 2 ini proses penentuan parameter

PID dihitung menggunakan respon yang diatur menggunakan slider gain

sehingga respon berosilasi. Metode ini diaplikasikan pada sistem loop

tertutup (close loop)atau dengan umpan balik, (Ki & Kd di set 0/off),

seperti gambar di bawah ini :

Gambar II.3 Blok Diagram Sistem Loop Tertutup

Pada metode kedua ini, percobaan dilakukan dengan menggunakan

proportional band. Nilai Kp dinaikkan dari 0 hingga tercapai nilai Kp yang

menghasilkan osilasi yang konsisten. Nilai slider gain ini disebut sebagai

critical gain (Kcr). Jika harga Kp terlalu kecil, sinyal output akan teredam

mencapai nilai titik keseimbangan setelah ada gangguan, Sebaliknya, jika

harga Kp terlalu besar, osilasinya akan tidak stabil dan membesar, seperti

gambar di bawah ini :

8

Gambar II.4 Osilasi Stabil untuk Mencari Nilai Pcr

Pada metode ini nilai penguatan Kp disebut Kcr. Nilai Kcr

didapatkan dari tegangan output pada setpoint dibagi tegangan input, dan

nilai Pcr didapatkan dari mengurangkan kedua tinggi gelombang tersebut

dan mengalikan dengan nilai Kcr.

................................................................................... (8)

Pcr = (X2 – X1) x Kcr ..................................................................... (9)



Kp = 0,6 x Kcr ............................................................................... (10)

Ti = 0,5 x Pcr ................................................................................. (11)

Td = 0,125 Pcr ............................................................................... (12)


dapat ditentukan.

Ki = 2 x

.................................................................................... (13)

Kd = Kp x Kd ................................................................................ (14)

2.2.2 Metode Cohen-Coon

Jika di bandingkan dengan Ziegler Nichols, Cohen & Coon bisa di pakai

untuk mendisain PD- Controller dan CC bisa dipakai untuk plant yang memiliki

deadtime besar(delay besar). Pada CC plant diberi input step, lalu respon

dibiarkan sampai seady-state seperti gambar di bawah ini :

9

Gambar II.5 Respon 1 Steady State pada Cohen-Coon

Input step di tambah lalu respon dibiarkan sampai mencapai steady-state.

Sinyal perubahan inilah yang akan di pakai untuk mendesain kendali seperti


Gambar II.6 Respon 2 Steady State pada Cohen-Coon

Pada desain CC ini kita harus mencari nilai Gp (Gain process) dengan cara

perubahan PV dibagi perubahan CO (Change Control), td (time delay) , tau (time

konstant) yaitu perubahan PV (total perubahan dikali 0,63), perubahan PV.

......................................................................... (15)

Perubahan PV = y atas (steady state gelombang ke 2) - ybawah(saat step ke 2

naik) ............................................................................................... (16)

τ = perubahan PV x 0,63 ............................................................... (17)

Seperti penjelasan pada gambar di bawah ini :

Gambar II.7 Penjelasan Perhitungan dengan Metode Cohen Coon

10



Kc =

(

) .................................................................. (18)

Ti = 2,5 td

..................................................................... (19)

Td = 0,37 td

.................................................................... (20)


dapat ditentukan.

Ki =

.......................................................................................... (21)

Kd = Kp x Kd ................................................................................ (22)

2.3 Plant Kendali Debit Air

Sistem kendali yang digunakan adalah sistem kendali debit air,

dimana pada sistem kendali ini air pada plant debit air akan dibuat sesuai

dengan set point dan dijaga nilainya agar tetap stabil pada nilai set point

tersebut. Dimana set point merupakan sebuah nilai input yang diberikan

oleh operator terhadap sistem kendali, dimana input tersebut berupa

sebuah nilai temperatur yang diinginkan. Sistem kendali debit air ini

merupakan sebuah contoh embedded control, yaitu sistem yang bisa

berdiri sendiri tanpa perlu terkoneksi pada apapun dan sudah bisa

melaksanakan tugasnya sebagai satuan unit kontrol sistem. Pada kendali

debit air, yang diharapkan adalah keluaran debit air yang sesuai dengan

yang diinginkan dan debit air tersebut terjaga tetap stabil.

Gambar II.8 Sistem Kendali Debit Air

11

Modul yang digunakan untuk melakukan kendali debit air yaitu :

2.3.1 Modul Power Supply

Modul power supply berfungsi sebagai sumber daya untuk

seluruh plant yang digunakan pada sistem kendali temperatur. Modul

power supply ini memiliki input tegangan AC 220 V dengan tegangan

output sebesar +15 Vdc, +5 Vdc, -15Vdc, selain itu modul power

supply ini juga memiliki tegangan output lain sebesar +24 Vdc, +12

Vdc dan +6 Vdc.

.

Gambar II.9 Modul Power Supply

2.3.2 Modul Set Point

Modul set point berfungsi untuk memberikan nilai input

yang digunakan kepada sistem kendali sesuai yang diinginkan dan

nantinya nilai set point ini akan dijadikan acuan untuk hasil output

sistem kendali. Pada modul set point ini memiliki nilai yang dapat

diatur, yaitu -10 Vdc sampai +10 Vdc dan 0v sampai +15v.

12

Gambar II.10 Modul Set Point

2.3.3 Modul PID

Modul PID berfungsi sebagai kontrol atau pengendali pada

sistem kendali suhu kan memberikan nilai yang mengolah nilai

dari set point menjadi hasil respon sesuai dengan yang diinginkan.

Pada modul PID ini terdapat 3 nilai yang dapat diatur, yaitu Kp, Ti,

dan Td. Pada penggunaan modul PID ini ketiga nilai parameter

tersebut dapat digunakan salah satunya atau dapat juga digunakan

ketiganya.

Gambar II.11 Modul PID

13

2.3.4 Modul Power Amplifier

Modul power amplifier atau modul penguat daya berfungsi

untuk menguatkan arus atau daya yang keluar dari modul PID agar

dapat digunakan untuk mengendalikan plant. Pada modul penguat

daya terdapat dua keluaran, yaitu tegangan positif dan tegangan

negatif dengan besar tegangan yang sama.

Gambar II.12 Modul Power Amplifier

2.3.5 Modul Kendali Debit Air

Modul kendali debitm air yaitu plant yang dikendalikan

pada laporam ini. Modul ini terdiri dari 1 tangki yang berisi air

dengan 2 selang terhubung ke tangki tersebut dan 2 sisi selang

lainnya terhubung ke sensor plant pada sistem ini. Semakin cepat

aliran air yang dimasuka maka semakin cepat juga tangki tersebut

penuh. Sensor pada plant kendali debit air ini dapat dibaca pada

1v/10liter.

14

Gambar II.13 Modul Kendali Debit Air

2.4 Matlab

MATLAB (Matrix Laboratory) adalah sebuah program untuk analisis dan

komputasi numerik dan merupakan suatu bahasa pemrograman matematika

lanjutan yang dibentuk dengan dasar pemikiran menggunkan sifat dan bentuk

matriks. Pada awalnya, program ini merupakan interface untuk koleksi rutin-rutin

numeric dari proyek LINPACK dan EISPACK, dan dikembangkan menggunkan

bahasa FORTRAN namun sekarang merupakan produk komersial dari perusahaan

Mathworks, Inc.yang dalam perkembangan selanjutnya dikembangkan

menggunakan bahasa C++ dan assembler (utamanya untuk fungsi-fungsi dasar

MATLAB).

Gambar II.14 Matlab 2013a

15

MATLAB telah berkembang menjadi sebuah environment pemrograman

yang canggih yang berisi fungsi-fungsi built-in untuk melakukan tugas

pengolahan sinyal, aljabar linier, dan kalkulasi matematis lainnya. MATLAB juga

berisi toolbox yang berisi fungsi-fungsi tambahan untuk aplikasi khusus.

MATLAB bersifat extensible, dalam arti bahwa seorang pengguna dapat menulis

fungsi baru untuk ditambahkan pada library ketika fungsi-fungsi built-in yang

tersedia tidak dapat melakukan tugas tertentu. Kemampuan pemrograman yang

dibutuhkan tidak terlalu sulit bila Anda telah memiliki pengalaman dalam

pemrograman bahasa lain seperti C, PASCAL, atau FORTRAN.

2.5 Arduino UNO

Gambar II.15 Konfigurasi Arduino UNO

Feri Djuandi mengatakan bahwa Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat

pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman

dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah

sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile

menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory microcontroller. Ada

banyak projek dan alat-alat dikembangkan oleh akademisi dan profesional dengan

menggunakan Arduino, selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung

(sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk

bisa disambungkan dengan Arduino. Arduino berevolusi menjadi sebuah platform

karena ia menjadi pilihan dan acuan bagi banyak praktisi.

16

BAB III

METODA DAN PROSES PENYELESAIAN

Pada bab ini menjelaskan tentang metode-metode yang digunakan dalam

proses pengujian alat-alat dan penelitian pada saat percobaan dilakukan.

3.1 Diagram Blok Sistem

PP

Gambar III.1 Diagram Blok Sistem Kendali Debit Air

Keterangan:

Blok Input

Blok input terdiri dari modul catu daya dimana catu daya menyuplai

tegangan untuk seluruh modul sebesar +15V.

Blok Proses

Blok proses terdiri dari modul Reverence Variabel Generator (setpoint),

modul PID dan modul (penguat daya).

Blok Output

Blok output merupakan output dari plant yang merupakan modul level

kendali air.

- Modul Power Supply

- Modul Set Point (Reference Variable Generator)

- Modul PID Controller

- Modul Penguat Daya (Power Amplifier)

- Modul Kendali Debit Air (Tank with Pump dan Turbine Flow

Through Meter)

- Protoboard

- Arduino Uno

- Multimeter Digital

- Kabel dan Konektor

- Laptop yang telah di instal matlab dan software arduino uno

Input Proses Output

Catu

Daya Setpoint

PID Penguat Plant

17

-Resistor 18 KΩ

-Kamera/telepon genggam untuk memfoto modul dan stopwatch

Sistem dirancang menggunakan beberapa software pendukung seperti berikut:

Matlab 2013

Arduino

Microsoft Excel 2010

3.2 Desain Kendali dengan Metode Ziegler Nichols Tipe 1

Menyiapkan modul power amplifier, set point, penguat daya serta

mengukur masing-masing keluaran dari setiap modul tersebut, setelah

semua tegangan keluaran sesuai dengan keluaran yang tertera pada

jalurnya (mendekati tegangan yang tertera) maka pasangkan modul

power supply 15V, set point dengan pilihan (0 s/d 10V), penguat daya,

dan modul debit air seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar III.2 Modul Sistem Kendali Debit Air

Lalu mengkoneksikan Arduino UNO dan laptop yang sudah terinstall

matlab yang sedang aktif.

Membuat rangkaian pada SIMULINK MATLAB seperti gambar

dibawah ini.

18

Gambar III.3 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Simulink

Setelah itu dibuat, merangkai rangkian pembagi tegangan dengan hambatan

minimal 10KΩ karena arduino yang digunakan hanya mampu menerima

tegangan sampai 5V, rangkaian pembagi tegangannya seperti gambar di

bawah ini :

Gambar III.4 Rangkaian Pembagi Tegangan

Kemudian menghubungkan rangkaian tersebut dan arduino uno serta kabel

input dan output ke modul kendali debit air, jika sudah terpasang semua

nyalakan power supply tetapi tidak menyalakan switch pada modul PID,

setelah itu barulah menghubungkan arduino ke laptop kemudian jalankan

simulink matlab, kemudian siapkan stopwatch untuk menemukan waktu

sebenarnya.

Setelah itu menyalakan switch pada modul PID bersamaan dengan

menyalakan stopwatch kemudian lihat gelombang muncul pada scope,

19

setelah gelombang stabil menghentikan simulink dan stopwatchnya lalu

didapatkan waktu yang asli dan waktu pada matlab.

Lalu membuat garis potong dan tentukan nilai L, T, waktu gelombang rise

time dan gelombang pengambilan terakhir seperti praktikum Ziegler

Nichols type 1 yang sudah dilakukan sebelumnya.

Mencari nilai T, L, waktu helombang pertama risetime, gelombang

terakhir dan waktu asli yang dari stopwatch. Setelah mendapatakan nilai-

nilai itu kemudian menghitung pada program excel dengan rumus untuk

mencari Kp = 1.2 x (T/L), untuk mencari Ti = 2 x L, untuk mencari Td =

0.5 x L, untuk mencari Ki = Kp/Ti, untuk mencari Kd = Kp x Td.

Kemudian menghubungkan modul PID dengan modul - modul yang telah

terhubung di bagian modul set point, setelah itu mengatur hasil yang telah

di hitung di program excel pada modul PID seperti gambar di bawah ini :

Gambar III.5 Rangkaian Modul Kendali Debit Air dengan PID

Setelah semuanya di atur, hubungkan lagi arduino dengan laptop dan

jalankan simulinknya, kemudian mengamati gelombangnya, setelah

gelombangnya di amati melakukan manual tunning sampai terdapat

gelombang yang diinginkan.

3.3 Desain Kendali dengan Metode Ziegler Nichols Tipe 2

Menyiapkan modul power supply, set point, penguat daya serta mengukur

masing-masing keluaran dari setiap modul tersebut, setelah semua

20

tegangan keluaran sesuai dengan keluaran yg tertera pada jalurnya

(mendekati tegangan yang tertera) maka pasangkan modul power supply

15V, set point dengan pilihan (0 s/d 5V), penguat daya, dan modul debit

air seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar III.6 Modul Sistem Kendali Debit Air dengan ZN 2



Membuat rangkaian pada SIMULINK MATLAB seperti gambar dibawah

ini :

Gambar III.7 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Pada Simulink dengan

ZN 2

Setelah itu dibuat, merangkai rangkian pembagi tegangan dengan

hambatan 18KΩ karena arduino yang digunakan hanya mampu menerima

21

tegangan sampai 5V, rangkaian pembagi tegangannya seperti gambar di

bawah ini :


Kemudian menghubungkan rangkaian tersebut dengan arduino uno (A0

pada arduino terhubung ke 1 kaki resistor pembagi tegangan, A5 pada

arduino terhubung ke output analog pada sensor debit air, GND arduino

terhubung ke ground pada rangkaian pembagi tegangan, dan kakik GND

pada arduino yang lainnya sebrang atas terhubung ke ground pada modul

debit air ) jika sudah terpasang semua nyalakan power supply tetapi tidak

menyalakan switch pada modul PID, setelah itu barulah menghubungkan

arduino ke laptop kemudian jalankan simulink matlab, kemudian siapkan

stopwatch untuk menemukan waktu sebenarnya. Nilai input dan output

pada saat gelombang belum berosilasi yaitu 1,24 v dan output 5,27 v.


menyalakan stopwatch kemudian lihat gelombang yang muncul pada

scope, setelah gelombang yang diinginkan didapat lalu menghentikan

simulink dan stopwatchnya, didapatkan waktu yang asli serta waktu pada

matlab. Pada saat gelombang berosilasi di dapat waktu matlab 125,4 s dan

waktu asli 13,52 s. Perhatikan gelombang yang muncul pada saat gelombang

memulai berosilasi.

22

Gambar III.9 Gelombang Saat Memulai Osilasi

Lalu membuat garis potong 2 gelombang yang bentuknya sama

dengan cara mengambil 2 titik puncak dari 2 gelombang tersebut

untuk mendapatkan nilai Pcr. Dari ke 2 gelombang tersebut di

dapat titik puncak X1 = 74,21 dan puncak gelombang ke 2 X2 =

88,1.

Lalu mencari nilai Kcr, Pcr, Kp,Ti, Td, Ki, Kd sesuai dengan dasar

teori Ziegler Nichols 2 (Close Loop).

Setelah di dapat nilai Kcr, Pcr, Kp, Ti, Td, Ki, Kd masukan ke

dalam modul PID sehingga menghasilkan gelombang seperti ini :

Gambar III.10 Gelombang dengan Kp,Ti, Td sebelum berosilasi

Kemudian cari kembali gelombang dengaan osilasi yang minimal 2

gelombang memiliki bentuk sama untuk membandingkan manakah

23

gelombang yang lebih stabil. Nilai input dan output pada saat

gelombang berosilasi yaitu 0,473 v dan output 10,08 v. Dengan

cara ketikkan editscope pada window matlab lalu cari titik puncak

2 gelombang yang sama, didapati puncak pertama X1 = 49,85 dan

X2 = 59,18, ditemukan waktu pada mtalab dan waktu sebenarnya

105,2 s dan 11,34 s . Seperti di gelombang di bawah ini:

Gambar III.11 Gelombang Saat Terjadi Osilasi

Lalu mencari nilai Kcr, Pcr, Kp,Ti, Td, Ki, Kd sesuai dengan dasar

teori Ziegler Nichols 2 (Close Loop).

Setelah di dapat nilai Kcr, Pcr, Kp, Ti, Td, Ki, Kd masukan ke

dalam modul PID sehingga menghasilkan gelombang seperti ini :

Gambar III.12 Gelombang dengan Kp,Ti, Td Saat Berosilasi

24

Supaya gelombang lebih stabil kita dapat melakukan manual

tunning dengan mengatur nilai Kp pada modul PID.

3.4 Desain Kendali dengan Metode Cohen Coon

Menyiapkan modul power supply, penguat daya serta mengukur

masing-masing keluaran dari setiap modul tersebut, setelah semua

tegangan keluaran sesuai dengan keluaran yg tertera pada jalurnya

(mendekati tegangan yang tertera) maka pasangkan modul power

supply 15V, mengukur set point suapaya keluarannya presisi tetapi

tidak memasang modul PID, penguat daya, dan modul debit air

seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar III.13 Sistem Kendali Debit Air dengan Cohen Coon



Membuat rangkaian pada SIMULINK MATLAB seperti gambar

dibawah ini :

25

Gambar III.14 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Simulink

dengan CC

Setelah itu dibuat, buat rangkian pembagi tegangan dengan

hambatan 18KΩ karena arduino yang digunakan hanya mampu

menerima tegangan sampai 5V, rangkaian pembagi tegangannya



Kemudian menghubungkan rangkaian tersebut dengan arduino uno

(A0 pada arduino terhubung ke 1 kaki resistor pembagi tegangan,

A5 pada arduino terhubung ke output analog pada sensor debit air,

GND arduino terhubung ke ground pada rangkaian pembagi

tegangan, dan kakik GND pada arduino yang lainnya sebrang atas

terhubung ke ground pada modul debit air ) jika sudah terpasang

semua nyalakan power supply tetapi tidak menyalakan switch pada

modul PID, setelah itu barulah menghubungkan arduino ke laptop

kemudian jalankan simulink matlab, kemudian siapkan stopwatch

untuk menemukan waktu sebenarnya.

26


menyalakan stopwatch kemudian lihat gelombang yang muncul

pada scope setelah gelombang muncul naikan set point supaya

mendapatkan 2 step gelombang, setelah gelombang yang

diinginkan didapat lalu menghentikan simulink dan stopwatchnya,

didapatkan waktu yang asli serta waktu pada matlab. Pada saat

gelombang berosilasi di dapat waktu matlab 359,8 s dan waktu asli

35,14 s. Perhatikan gelombang yang muncul gambar di bawah ini:

Gambar III.16 Gelombang Sebelum dilakukan Desain

Lalu ketikkan editscope pada window matlab dan

mendesain gelombang berikut mengunakan metode Cohen

Coon dengan mencari nilai CO, GP, Ԏd, Ԏ, didapatlah nilai

CO= 1,59, GP = 1,157, Ԏd =0,2735, Ԏ=0,293 Seperti


27

Gambar III.17 Gelombang Saat dilakukan Desain

Menghitung nilai Kp/Kc, Ti, Td, Ki, Kd dengan rumus

pada dasar teori dengan menggunakan mprogram MS.

Excel.

Setelah menghitung memasukkan nilai Kp/Kc pada

simulink dengan di bagi 2. Hubungkan PID dengan modul-

modul terhubung setelah modul set point, kemudian

mengatur hasil yang telah dihitung di program

Menghubungkan kembali arduino ke laptop dan

menjalankan simulinknya, dan didapat sinyal sebagai

berikut :

Gambar III.18 Respon Gelombang dengan Cohen Coon

3.5 Desain Kendali Debit Air Stand Alone Controller

Mengecek setiap modul PS-2, PID-2, PA-2, PA-2, TwP-1 supaya sistem

kendali berjalan sesuai dengan yang di harapkan, mengurangi error.

28

Menyiapkan modul power supply, PID (Kp on, Ti dan Td off) tegangan

inputnya di kalikan 2 dari setpoint sehingga output dari modul PID di

dapati 2 kali lipat dari inputnya, modul penguat daya dan modul sensor

kendali debit air, sehingga modul debit air seperti pada gambar di bawah

ini :

Gambar III.19 Modul Sistem Kendali Debit Air


aplikasi arduino.

Membuat script arduino seperti gambar di bawah ini :

29

Gambar III.20 Script Aplikasi pada Arduino

30

Menentukan Input dan Output, Time Sampling, dan Parameter PID

(Nilai pada praktikum sebelumnya)

Setelah itu dibuat, menghubungkan potensio sebagai setpoint,

VCC, GND, analog input(analogRead), analog

output(analogWrite) pada arduino, dan menghubungkan ke modul

PID dan modul sensor kendali debit air seperti gambar di bawah ini

Gambar III.21 Arduino Terkoneksi dengan potensio & modul PID

Kemudian mengecek script arduino dengan cara mengklik tanda

ceklis (verify) pada software arduino bagian atas di laptop, setelah

muncul Done Compiling, upload script tersebut ke arduino yang

sudah terhubung ke laptop dengan mengklik tanda → (upload)

pada software arduino.

Menunggu sampai script tersebut terupload pada arduino, dan tidak

melakukan perubahan pada rangkaian tersebut serta tidak

mencabut arduino pada saat mengupload program karena dapat

menyebabkan gagal upload dan arduino yang di pakai rusak.

Setelah script selesai di upload, melihat mengklik tools lalu serial

monitor pada software arduino untuk menampilkan proses keadaan

setpoint dan feedback, sistem kendali bekerja dengan baik bila nilai

setpoint dan feedback tidak terlalu jauh selisihnya, kemudian

melakukan perubahan pada setpoint dengan memutar potensio dan

31

hasilnya seperti gambar di bawah ini, nilai setpoint akan diikuti

oleh nilai feedback (selisihnya tidak terlal jauh).

Gambar III.22 Proses Setpoint dan Feedback dengan Aplikasi

Arduino

Mengamati nilai setpoint dan feedback, nilai tersebut

mendekati sama antara setpoint dan feedback dan

selisihnya tidak terlalu jauh berarti error pada sistem yang

dibuat kecil, dan bisa dikatakan sistem yang dibuat itu

bagus/baik.

Setelah proses tersebut selesai di praktekkan, maka

selanjutnya menampilkan proses tersebut pada LCD dengan

memisahkan laptop dan arduino dan masukkan arduino

menggunakan charger handphone atau power bank.

32

Menumpukkan LCD diatas arduino dan memasangkan

LCD pada shield yang telah di buat sebelumnya (shield

telah diatur kakinya untuk terkoneksi pada arduino dan

lcd), melakukan test pada LCD dan shield dengan cara

memilih script yang berada di example scrip “Hello

World!” pada software arduino, setelah “Hello World!”

muncu pada LCD maka LCD dan shield tersebut siap

digunakan. 12. Setelah itu menghubungkan modul-modul

tersebut dengan arduino yang telah terpasang shield dan

LCD, serta potensio yang konfigurasinya sama seperti

praktek sebelumnya, arduino terhubung ke laptop terlebih

dahulu untuk mendapatkan script baru supaya proses tampil

ke layar LCD, seperti gambar berikut :

Gambar III.23 Sistem Kendali Debit air dengan Arduino,

Shield dan Tampilan LCD

Kemudian memnuat script untuk kendali embedded sistem


34

Gambar III.24 Script Setelah ditambahkan Intruksi Supaya

Proses Tertampil di Lcd.

Kemudian mengecek script arduino dengan cara mengklik

tanda ceklis (verify) pada software arduino bagian atas di

laptop, setelah muncul Done Compiling, upload script

tersebut ke arduino yang sudah terhubung ke laptop dengan

mengklik tanda → (upload) pada software arduino.

Menunggu sampai script tersebut terupload pada arduino,

dan tidak melakukan perubahan pada rangkaian tersebut

serta tidak mencabut arduino pada saat mengupload

program karena dapat menyebabkan gagal upload dan

arduino yang di pakai rusak.

35

Setelah script terupload memperhatikan keadaan plant

kendali debit air, dan memperhatikan nilai yang tertampil

pada LCD, jika nilai SP tidak jauh dengan nilai PV maka

errornya sedikit, seperti gambar di bawah ini :

Gambar III.25 Proses Setpoint (SP) dan Feedback(PV)

Sistem Kendali Debit Air pada LCD

Sistem kendali akan baik jika setpoint (PV) diubah-ubanh

dengan potensio dan feedback (PV) mengikuti potensio

(selisihnya tidak jauh) . Kemudian mencabut kabel yang

terhubung ke laptop dan menghubungkan kabel arduino

tersebut ke charger handphone atau powerbank sehingga

sistem kendali debit airpun dapat dikendalikan hanya

dengan arduino kemudian jadilah stand alone controller

seperti gambar dibawah ini :

Gambar III.26 Proses Stand Alone Controller

36

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Desain Kendali dengan Ziegler Nichols Tipe 1

Dari percobaan tersebut di dapat data sebgai berikut :

Waktu stopwatch(waktu sebenarnya) = 22.73 second

Waktu matlab = 314 second

T matlab =8

Lmatlab =3

Gambar di bawah ini merupakan gambar grafik desain kendali debit air :

Gambar IV.1 Grafik Desain Kendali Debit Air

Data Kp, Ti, Td yang di masukkan ke dalam PID

Maka dari gambar diatas di dapat data:

L = Lmatlab(Waktu stopwatch/waktu matlab)

= 3(22.73/314)

= 0,217

T= Tmatlab(Waktu stopwatch/waktu matlab)

= 8(22.73/314)

= 0,579

37

L T Kp Ti Td Ki Kd

0,217 0,579 3,201843 0,4 0,07 8,004608 0,224129

Tabel IV.1 Nilai Kp, Ti, Td Sebelum Manual Tunning

Menghitung data Kp, Ti, Td, menggunakan rumus pada petunjuk ke 8

kemudian memasangkan PID dan mengatur Kp, Ti, Td pada modul PID.

Dan di dapatkan grafik dari kendali PID pada hasil perhitungan di table

seperti gambar di bawah ini

Gambar IV.2 Grafik Desain Kendali PID Sesuai Dasar Teori

Setelah itu mengatur dengan teknik manual tunning Kp, Ti, Td sehingga

noise yang di hasilkan kecil, berikut gambar grafik hasil manual tunning.

Gambar IV.3 Grafik Desain Kendali PID yang Telah dilakukan Manual Tunning

38

Data yang didapat setelah manual tunning

L T Kp Ti Td Ki Kd

0,217 0,579 3,2018 0,434 0,1085 7,377519 0,3474

Tabel IV.2 Nilai Kp, Ti, Td Setelah Manual Tuning

4.2 Desain Kendali dengan Ziegler Nichols Tipe 2

Gambar di bawah ini merupakan gambar grafik desain kendali debit air

menggunakan metode Ziegler Nichols Tipe 2 (Close Loop) saat memulai

osilasi :

Gambar IV.4 Grafik Sebelum Berosilasi


menggunakan metode Ziegler Nichols Tipe 2 (Close Loop) saat berosilasi

:

Gambar IV.5 Grafik Desain Kendali PID Gelombang Saat Berosilasi

39

Kemudian grafik sebelum berosilasi di desain menggunakan metode ZN

tipe 2 (Close Loop) pada Gambar IV.6 dan Gambar IV.7.

Gambar IV.6 Desain Debit Air dengan ZN Tipe 2 Sebelum Berosilasi

Kcr =

Kcr =

= 0,1078

Pcr = (X2-X1) x Kcr

Pcr = (88,1- 74,21) x 0,1078

Pcr = 13,89 x 0,1078

Pcr = 1,497342

Sehingga di dapat nilai Kp, Ti,Td sebagai berikut :

Kcr Pcr Ti Td Kp Ki Kd

5,24 1,497342 0,748671 0,187168 3,144 4,199441 0,588455

Tabel IV.3 Nilai Kp, Ti, Td Sebelum Osilasi

Kemudian grafik saat berosilasi di desain menggunakan metode ZN type 2

(Close Loop) pada Gambar IV.7.

40

Gambar IV.7 Desain Kendali Debit Air dengan ZN Tipe 2 saat Berosilasi

Kcr =

Kcr =

= 0,1078

Pcr = (X2-X1) x Kcr

Pcr = (59,18- 4,85) x 0,1078

Pcr = 9,33 x 0,1078

Pcr = 1,005774

Sehingga di dapat nilai Kp, Ti,Td sebagai berikut :

Kcr Pcr Ti Td Kp Ki Kd

21,3108 1,005774 0,502887 0,125772 12,78648 25,42615 1,607539

Tabel IV.4 Nilai Kp, Ti, Td Saat Osilasi

Pada kedua desain tersebut dapat dibandingkan saat sebelum berosilasi

,saat berosilasi, dan saat manual tunning seperti Gambar IV.8 ,Gambar

IV.9, Gambar IV.10.

Desain Debit Air menggunakan ZN Type 2 sebelum osilasi(awal)

41

Gambar IV.8 Grafik Sebelum Berosilasi

Desain Debit Air menggunakan ZN Type 2 saat osilasi

Gambar IV.9 Grafik Saat Berosilasi Sebelum Manual Tuning

Desain Debit Air menggunakan ZN Type 2 saat osilasi manual tuning

Gambar IV.10 Grafik Saat Berosilasi Setelah Manual Tuning

4.3 Desain Kendali dengan Cohen-Coon


yang akan didesain menggunakan metode Cohen Coon:

42

Gambar IV.11 Grafik Debit Air


menggunakan metode Cohen Coon :

Gambar IV.12 Grafik Debit Air didesain Menggunakan Metode Cohen

Coon

Di bawah ini data Kp, Ti, Td yang akan di masukkan ke dalam PID, CO

didapat dari tinggi set point step ke 2 dengan hasil sebagai berikut :

CO = X1-X2 = 7,802 – 6,273 = 1,529

Perhitungan nilai GP sebagai berikut :

GP =

=

=1,529

Perhitungan Ԏd sebagai berikut :

Ԏd = 195,2 – 192,2 = 3 (waktu pada matlab)

Ԏ = 192,2 – 189,4 = 2,8 (waktu pada matlab)

43

Waktu sebenarnya = 35,14

Waktu pada matlab = 259,8

Maka dari data di atas di dapat Ԏd sebenarnya yaitu :

Ԏd

x 3 = 0,2735

Dan Ԏ sebenarnya yaitu :

Ԏd

x 2,8 = 0,293

Nilai perhitungan Kp, Ti, Td didapat sebagai berikut :

CO Gp Ԏd Ԏ Kc Ti Td Ki Kd

1,529 1,157 0,2735 0,293 1,4659 0,27553 0,08629 5,320158 0,1265

Tabel IV.5 Nilai Kp, Ki, Kd Sesuai Dasar Teori

Note : Nilai Kp(Kc) dibagi 2 jadi nilai tegangan pada set point akan sama dngan tegangan keluaran.

Dari desain di atas di dapat grafik desain kendali debit air sebagai berikut

menggunkan Cohen Coon :

Gambar IV.13 Grafik Kendali Debit Air dengan Metode Cohen – Coon

Dari grafik di atas terlihat hasil respon yang cukup baik dengan mengikuti

set point, sehingga tidak melakukan manual tuning.

44

4.4 Desain Kendali Debit Air Stand Alone Controller

Berdasarkan percobaan tunning algoritma PID menggunakan metode

Cohen Coon, parameter PID dengan respon terbaik yaitu Kp = 1,4658 , Ti =

0,27553 dan Td = 0,086293. Parameter-parameter tersebut dimasukkan ke

dalam script pada arduino. Berikut merupakan script yang digunakan pada

Matlab untuk melihat hasil respon berdasarkan parameter-parameter yang

sudah ditentukan :

46

Data yang didapat pada saat proses setpoint dan feedback menggunakan

“serial arduino” (belum menggunakan shield dan LCD) pada software

arduino.

Gambar IV.14 Data Nilai Setpoint dan Feedback pada saat tampil di Serial

Monitor

Error antara setpoint dengan feedback tidak terlalu jauh

47

Saat mengoprasikan proses ini ditemukan ketidakstabilan pada hasil nilai

setpoint dan feedback yang mempunyai selisih sangat jauh ternyata setelah

di cek kembali rangkian serta script ternyata gain pada blok sensor modul

debit air tersebut terlalu besar menyebabkan sistem tidak stabil dan

mengecilkannya supaya sistem tersebut stabil. Hasil dari data nilai di atas

di kalikan 10 karena input dan output harus sama dengan rumus :

Data yang didapat pada saat proses kendali debit air memakai LCD maka

di dapat nilai sebagai berikut :

Gambar IV.15 Data Nilai Setpoint dan Feedback di LCD

SP= SetPoint

PV= Feedback

Untuk menguji sistem yang akan dikendalikan dapat mengatur

setpoint dengan mengubah-ubah potensio jika PV mengikuti

nilai SP dengan error (selisih) yang tidak terlalu jauh dapat

dikatakan sistem tersebut baik dan terkendali.

48

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Simpulan

Berdasarkan proses pengujian dan pengambilan data serta analisa

percobaan yang dilakukan mengenai desain kendali pada debit air menggunkana

metode Ziegler Nichols dan Cohen Coon menggunakan matlab dan arduino dapat

disimpulkan bahwa :

1. Parameter respon sistem kendali dapat di perbaiki dengan cara manual

tunning dengan mengatur Td supaya overshotnya berkurang dan

settling time, mengatur Ti berpengaruh ke steady state error , dan

respon yang dihasilkan dari plan sebenarnya tidak 100 % sama dengan

plan pada simulasi seperti gambar-gambar yang terlihat pada analisa.

2. Parameter respon sistem kendali dapat di perbaiki dengan cara manual

tunning dengan mengatur Kpya supaya rise time dapat di sesuaikan

dengan yang diinginkan, menggunakan Td untuk mengatur overshot

dan settling time, menggunakan Ti untuk mengatur steady state error.

3. Dalam mendesain kendali debit air dapat menggunakan ZN type 2

(close loop) karena hasil respon yang didapatkan mengikuti set point

(sesuai dengan yang diharapkan), dari praktikum ZN type 2 ini desain

sebelum berosilasi (awal) menghasilkan respon yang baik

dibandingkan dengan respon desain yang lainnya.

4. Dari praktikum Cohen & Coon didapat parameter untuk mendesain

sistem kendali yaitu gain(Gp), dead time, dan time constant dan dapat

juga digunakan untuk mendesain PID Controller. Dengan metode CC

ini dapat mendesain sistem kendali dengan hasil respon dengan set

point yang baik.

49

5.2 Saran

Demi keakuratan, penyempurnaan dan pengembangan karya ilmiah

ini, maka penulis member saran, sebagai berikut :

1. Melakukan praktikum sesuai prosedur dan memperhatikan langkah-

langkah dengan benar.

2. Lebih teliti dan jeli dalam melakukan tunning manual dan dibutuhkan

keahlian dalam tuning manual, lebih baik terus berllatih supaya ahli

dalam mentuning manual.

50

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Ferdinando. Hany, “Desain PID Controller dengan Software Matlab”, Jurnal,

Universitas Kristen Petra, 2007.

[2]. Sugitriana. Juwita, “Sistem Kendali PID Pada Modul Kendali Level Air”,

Laporan, Politeknik Negeri Bandung, 2015.

[3] Simamora. Kristianingsih, “Sistem Kendali Debit Air dengan Ziegler Nichols

1”, Laporan, Politeknik Negeri bandung, 2015.

[4] Siamamora. Kristianingsih, “Sistem Kendali Debit Air dengan Cohen Coon

Dan Ziegler Nichols 2”, Laporan, Politeknik Negeri Bandung, 2015.

[5] Simamora. Kristianingsih. “Sistem Kendali Debit Air Menggunakan Stand

Alone Controller”, Laporan, Politeknik Negeri Bandung, 2015.

[6]. “Abstrak”

http://journal.uii.ac.id/index.php/Teknoin/article/view/2162

Skd 131311050 laporanakhir[1]

Data & Analytics

Transcript of Skd 131311050 laporanakhir[1]