Tugas Sistem Pengaturan
-
Upload
cita-artawa -
Category
Documents
-
view
45 -
download
7
description
Transcript of Tugas Sistem Pengaturan
1.1 Sistem Pengaturan
Suatu sistem kendali/pengaturan adalah hubungan timbal balik antara komponen-
komponen yang membentuk suatu konfigurasi sistem yang memberikan suatu hasil yang
dikehendaki. Hasil ini dinamakan RESPON sistem termaksud. Dasar untuk menganalisa
suatu sistem adalah landasan yang diberikan oleh teori sistem linier, yang menganggap
adanya hubungan linier antara sebab dan akibat suatu sistem. Karena itu, maka komponen
atau proses yang akan diatur dapat digambarkan dalam suatu balok (block) seperti pada
Gambar 1.
Masukan Keluaran
Gambar 1. Proses yang diatur
Secara sederhana dapat disebutkan, sistem kendali/pengaturan adalah proses
pengaturan/pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter)
sehingga berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkuman harga (range) tertentu.
Dalam istilah lain disebut juga teknik pengaturan, sistem pengendalian atau sistem
pengontrolan. Ditinjau dan segi peralatan, sistem kendali/pengaturan terdiri dan berbagai
susunan komponen fisis yang digunakan untuk mengarahkan aliran energi ke suatu mesin
atau proses agar dapat menghasilkan prestasi yang diinginkan.
Tujuan utama dari suatu sistem pengaturan/kendali adalah untuk mendapatkan optimisasi
dimana hal ini dapat diperoleh berdasarkan fungsi daripada sistem pengaturan/kendali itu
sendiri, yaitu:
Secara umum sistem pengaturan/kendali dapat dikelompokkan sebagai berikut:
a. Dengan operator (manual) dan otomatik
b. Janingan tertutup (closed-loop) dan jaringaii terbuka (open-loop)
c. Kontinyu (analog) dan diskontinyu (digital, diskrit.
d. Menurut sumber penggerak: elektris, pneumatis (udara, angin), hidraulis (cairan)
dan mekanis.
Di antara keempat jenis dan kelompok (e), pengontrolan secara elektris dan pneumatis
atau koinbinasinya lebih banyak ditemukan dalam industri rnaupun aplikasi teknis
lainnya. Hal mi disebabkan beberapa kelebihan yang diberikannya yaitu pemakaian daya
Proses
yang lebih kecil, kemampuan untuk pengontrolan jarak jauh, lebih mudah diperoleh dan
responsnya lebih cepat. Di samping itu dimensi peralatan dapat dibuat lebth kecil.
1.2 Beberapa Contoh Ilustrasi Sistem Pengaturan
Sistem Pengontrolan Kecepatan.
Prinsip dasar dari governor Watt untuk mesin dilukiskan dengan diagram
skematik pada Gambar 2. Besarnya laju aliran bahan bakar yang masuk ke silinder
mesin diatur sesuai dengan selisih antara kecepatan mesin yang diinginkan dan
kecepatan mesin yang sebenarnya.
Uraian dari aksi pengontrolan dapat dinyatakan sebagai berikut: Kecepatan governor
disetel sesuai dengan kecepatan yang diinginkan dan tidak terdapat tekanan minyak
yang masuk dalam sisi silinder. Jika kecepatan yang sehenarnva turun di bawah harga
yang diinginkan, maka gaya sentrifugal governor kecepatan mengecil, menyebabkan
katup pengontrol bergerak ke bawah, mencatu bahan bakar yang lebih banyak
sehingga kecepatan rne rnemhe sampai dicapai harga yang diinginkan. Sebaliknya,
jika kecepatan mesin melebihi nilai yang diinginkan, maka gaya sentrifugal dan
governor kecepatan membesar menyebabkan katup pengontrol bergerak ke atas. Hal
ini akan memperkecil catu bahan bakar sehingga kecepatan mesin mengecil sampai
dicapai nilai yang diinginkan.
Pada sistem kontrol kecepatan ini, “plant” (sistem yang dikontrol) adalah mesin dan
variabel yang dikontrol adalah kecepatan dari mesin tersebut. Perbedaan antara
kecepatan yang dikehendaki dan kecepatan sebenarnya adalah sinyal, kesalahan.
Sinyal kontrol (jumlah bahan bakar) yang akan diterapkan ke “plant” (mesin) adalah
sinyal aktuasi. Masukan eksternal yang akan mengganggu variabel yang dikontrol
adalah gangguan. Perubahan beban yang tidak diharapkan adalah gangguan.
Gambar 2. Sistem pengontrolan kecepatan
Contoh lain dari suatu perangkat yang dapat di-identifikasi sebagai suatu sistem
kendali adalah perangkat penyejuk ruangan (Air Conditioning Unit, AC). Luaran
yang diharapkan akan dihasilkan adalah suhu ruangan yang sejuk. Perangkat AC
ini akan menyala bila suhu ruangan memanas, dan akan padam jika sudah cukup
sejuk. Pengguna cukup mengatur “set-point” suhu ruangan yang diinginkan pada
bagian pengendali (ada juga yang berupa remote control seperti pada pesawat
televisi), kemudian suatu sistem kendali yang disebut “thermostat” akan mengatur
nyala dan padam-nya pendingin ruangan secara otomatis.
Sistem Pengaturan pada Microwave oven.
Listrik dari stopkontak di dinding perjalanan melalui kabel listrik dan masuk
microwave oven melalui serangkaian sirkuit sekering perlindungan dan
keselamatan. Sirkuit ini termasuk berbagai sekering dan pelindung termal yang
dirancang untuk menonaktifkan oven dalam hal suatu arus pendek atau jika
kondisi terlalu panas terjadi.
Jika semua sistem normal, listrik melewati ke sirkuit Interlock dan timer. Ketika
kemudian pintu oven ditutup, jalur listrik juga dibentuk melalui serangkaian switch
Interlock keselamatan.Mengatur timer oven dan memulai operasi memasak memperluas
jalan ini tegangan untuk rangkaian kontrol.
Umumnya, sistem kontrol mencakup baik sebagai relay elektromekanis atau
sakelar elektronik disebut triac seperti yang ditunjukkan pada Figure 2. Merasa bahwa
semua sistem yang “pergi,” menghasilkan rangkaian kontrol sinyal yang menyebabkan
relay atau triac untuk mengaktifkan, sehingga menghasilkan jalur tegangan transformator
tegangan tinggi. Dengan menyesuaikan rasio on-off aktivasi sinyal ini, sistem kontrol
dapat mengatur penerapan tegangan transformator tegangan tinggi, dengan demikian
mengendalikan rasio on-off dari tabung magnetron dan karena itu daya output dari
microwave oven. Beberapa model menggunakan relay power-kontrol cepat bertindak
dalam rangkaian tegangan tinggi untuk mengontrol output daya.
Pada bagian tegangan tinggi (Figure 3), transformator tegangan tinggi bersama
dengan dioda khusus dan pengaturan kapasitor berfungsi untuk meningkatkan tegangan
rumah tangga khas, dari sekitar 115 volt, dengan jumlah yang sangat tinggi sekitar 3000
volt! Meskipun hal ini tegangan yang kuat akan sangat tidak sehat – bahkan mematikan –
bagi manusia, itu hanya apa yang tabung magnetron perlu melakukan tugasnya – yaitu,
untuk secara dinamis mengubah tegangan tinggi ke bergelombang gelombang
elektromagnetik energi memasak.
Energi gelombang mikro ditransmisikan ke saluran logam disebut Waveguide,
yang feed energi menjadi area memasak dimana menemukan pisau logam perlahan-lahan
bergulir dari pisau pengaduk. Beberapa model menggunakan jenis antena berputar
sementara yang lain memutar makanan melalui gelombang energi pada korsel bergulir.
Dalam hal apapun, efeknya adalah merata membubarkan energi gelombang mikro di
seluruh wilayah di kompartemen memasak. Beberapa gelombang langsung menuju
makanan, yang lain memantul dari logam dinding dan lantai, dan, berkat layar logam
khusus, microwave juga mencerminkan dari pintu. Jadi, energi gelombang mikro
mencapai semua permukaan makanan dari segala arah.
Semua energi gelombang mikro tetap dalam rongga memasak. Ketika pintu
dibuka, atau timer mencapai nol, berhenti microwave energi – sama seperti mematikan
tombol lampu berhenti cahaya lampu
Dengan demikian, bagi seorang ahli Teknik Kendali (Control Engineer), banyak hal
dalam hidup ini yang dapat dilihat sebagai suatu sistem kendali. Dalam analisis dan
desain sistem-sistem kendali amat penting terlebih dahulu mengidentifikasi mana bagian
yang menjadi sub-sistem kendalian (plant) dan mana yang menjadi sub-sistem pengendali
(controller) dalam sistem kendali yang sedang di-analisis atau di-desain tersebut.
Biasanya lebih mudah meng-identifikasi terlebih dahulu sub-sistem kendalian-nya, yaitu
sub-sistem yang menghasilkan luaran (output). Setelah itu, dengan mudah dapat diketahui
(isyarat) kendali (control)-nya, yaitu yang menjadi masukan (input) dari sub-sistem
kendalian. Isyarat kendali ini dihasilkan dari bagian atau sub-sistem pengendali
berdasarkan masukan acuan dan umpan-balik, sedemikian rupa sehingga jika diberikan
pada bagian kendalian, akan dihasilkan luaran yang diharapkan. Dalam sistem kendali
pada umumnya, bagian kendalian sudah “given” (tersedia apa adanya), tidak bisa “diapa-
apakan” lagi sehingga pada dasarnya suatu pengendali dirancang untuk menghasilkan
isyarat kendali yang sesuai supaya kendalian menghasilkan luaran yang diharapkan.
Sistem kendali dapat dikategorikan dalam beberapa kategori yaitu sistem kendali
secara manual dan otomatis, sistem kendali jaringan tertutup (closed loop) dan jaringan
terbuka (open loop), kontinyu (analog) dan diskontinyu (digital).
Pengontrolan secara manual yaitu pengontrolan yang dilakukan oleh manusia yang
bertindak sebagai operator, sedang pengontrolan secara otomatis yaitu pengontrolan yang
dilakukan oleh mesin-mesin/peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya di
bawah pengawasan manusia.
Suatu konfigurasi Sistem Kendali/pengaturan dapat digambarkan seperti Gambar 3 di bawah ini.
Gambar 3. Konfigurasi dasar sistem kendali
1.3 Sistem Kendali
Merupakan fokus pengkajian bidang Teknik Kendali, pada umumnya
digambarkan sebagai sistem apa saja (tidak terbatas hanya sistem-sistem yang terkait
langsung dengan bidang kajian Teknik Elektro) yang dapat di-identifikasi atau ditengarai
terdiri dari minimal 2 (dua) bagian utama, yaitu:
1. Bagian (atau Sub-Sistem) Kendalian atau yang dikendalikan (Plant), yang bisa
merupakan peralatan, perangkat, atau proses yang menghasilkan luaran (output,
hasil, produk, isyarat luaran, output signal) karena dikendalikan oleh bagian
pengendali.
2. Bagian (atau Sub-Sistem) Pengendali (Controller), yang juga bisa merupakan
peralatan, perangkat, atau proses yang menghasilkan isyarat kendali (control
signal) untuk mengendalikan kendalian.
Jadi secara konseptual, konfigurasi dari sistem kendali dapat digambarkan seperti pada
Gambar 3 Selain isyarat luaran (output signal) dan isyarat kendali (control signal) suatu
sistem kendali sering dilengkapi (walau pun tidak harus demikian) dengan isyarat umpan-
balik (feedback signal) yang dalam operasinya dibandingkan dengan suatu isyarat
masukan acuan (reference input signal) atau perintah (command) atau set-point, agar
pengendali dapat menghasilkan isyarat kendali yang mengendalikan kendalian sampai
menghasilkan luaran yang diharapkan. Sistem kendali demikian biasa dikategorikan
sebagai Sistem Kendali (dengan) Umpan-Balik (Feedback Control Systems). Tidak
semua sistem kendali merupakan sistem kendali dengan umpan-balik, banyak juga sistem
kendali yang beroperasi tanpa umpan-balik.
a. Pengaturan Loop Tertutup
Setiap proses kontrol terdiri dari unit yang membentuknya yang disebut elemen
sistem; dan selanjutnya elemen ini terdiri dan komponen.komponen. Suatu proses kontrol
secara fungsional dapat dinyatakan oleh blok diagram yang bentuknya bergantung pada
jumlah elemen.
b. Sistem Kontrol Umpan Balik.
Sistem yang mempertahankan hubungan yang ditentukan antara keluaran dan
beberapa masukan acuan, dengan membandingkannya dan dengan menggunakan
perbedaan sebagai alat kontrol dinamakan sistern kontrol umpan balik. Contohnya adalah
sistem kontrol suhu ruangan. Dengan mengukur suhu ruangan sebenarnya dan
membandingkannya dengan suhu acuan (suhu yang dikehendaki), termostat menjalankan
alat pemanas atau pendingin, atau mematikannya sedemikian rupa sehingga memastikan
bahwa suhu ruangan tetap pada suhu yang nyaman tidak tergantung dari keadaan di luar.
c. Sistem Kendali Loop Tertutup.
Sistem kontrol umpan balik seringkali disebut sebagai sistem kontrol loop
tertutup. Praktisnya, istilah kontrol umpan balik dan kontrol loop tertutup dapat saling
dipertukarkan penggunaannya. Pada sistem kontrol loop tertutup, sinyal kesalahan yang
bekerja, yaitu perbedaan antara sinyal masukan dan sinyal umpan balik (yang mungkin
sinyal keluarannya sendiri atau fungsi dari sinyal keluaran dan turunannya), disajikan ke
kontroler sedemikian rupa untuk. mengurangi kesalahan dan membawa keluaran sistem
ke nilai yang dikehendaki. Istilah kontrol loop tertutup selalu berarti penggunaa: aksi
kontrol umpan balik untuk mengurangi kesalahan sistem. Atau dengan kata lain, Sistem
Kendali Loop Tertutup adalah sistem pengendalian dimana besaran keluaran memberikan
efek terhadap besaran masukan sehingga besaran yang dikontrol dapat dibandingkan
terhadap harga yang diinginkan melalui alat pencatat (indikator / sensor). Selanjutnya
perbedaan harga yang terjadi antara besaran yang dikontrol dan penunjukan alat pencatat
digunakan sebagai koreksi yang pada gilirannya akan merupakan sasaran pengaturan.
Blok diagram loop tertutup yang umum diberikan pada Gambar 4
Gambar 4.Diagram blok sistem kontrol loop tertutup
Secara umum, elemen dari sebuah sistem kontrol rangkaian tertutup terdiri dari:
a. Masukan (reference input element, Gv).
Elemen ini berfungsi untuk mengubah besaran yang dikontrol menjadi sinyal masuk
an acuan (r) bagi sistem kontrol.
b. Pengontrol (controller, G1). Berfungsi untuk memproses kesalahan (error. e) yang
terjadi dan setelah kesalahan tersebut dilewatkan (dimasukkan) melalui elemen pe
ngontrol, akan dihasilkan sinyal yang berfungsi sebagai pengontrol proses.
c. Sistem (proses), G2
Elemen ini dapat berupa proses mekanis, elektris, hidraulis, pneumatis maupun
kombinasinya.
d. Jalur umpan balik (feedback element, H).
Bagian sistem yang mengukur keluaran yang dikontrol dan kemudian mengubahnya
menjadi sinyal umpan balik (feedback signal).
e. Elemen/jalur maju (forward gain).
Bagian daripada sistem kontrol tanpa elemen umpan balik.
Berdasarkan jumlah elemen yang menyusun suatu sistem kontrol, terdapat beberapa
variabel pengontrolan, yaitu:
a. Set Point(command input, v): adalah harga yang diinginkan bagi variabel yang di
kontrol selama pengontrolan. Harga ini tidak tergantung dari keluaran sistem.
b. Masukan acuan (refecence input, r). Sinyal aktual yang masuk ke dalam sistern
kontrol. Sinyal ini diperoleh dengan menyetel harga v melaui Gv sehingga dapat
dipakai dalam sistem kontrol.
c. Keluaran yang dikontrol (controlled output, c): merupakan harga/nilai yang akan
dipertahankan bagi vaniabel yang dikontrol, dan merupakan hanga yang ditunjukkan
oleh alat pencatat.
d. Variabel yang dimanipulasi (manipulated variable, m). Sinyal yang keluar dari
elemen pengontrol (controller) dan berfungsi sebagai sinyal pengontrol tanpa adanya
ganggu an U.
e. Sinyal umpan balik (feedback signal, b). Sinyal yang merupakan fungsi dari keluaran
yang dicatat oleh alat pencatat.
f. Kesalahan (error, actuating signal, e): adalah selisih antara sinyal acuan r dan sinyal
b. Sinyal ini adalah sinyal yang dimasukkan ke elemen pengontrol (controller) G1 dan
harganya diinginkan sekecil mungkin. Pengurangan r dan b adalah secara aljabar.
Sinyal e ini menggerakkan unit pengontrol untuk menghasilkan/mendapatkan
keluaran pada suatu harga yang dünginkan.
g. Sinyal gangguan (disturbance, U). Merupakan sinyal-sinyal tambahan yang tidak
diinginkan. Gangguan ini cenderung mengakibatkan harga c berbeda dengan harga
yang disetel melalui masukan r. Gangguan ini disebabkan oleh perubahan beban
sistem; misalnya perubahan kondisi lingkungan, derau (noise), getaran, dan lain-lain.
Catatan:
Dalam diagram, variabel dinyatakan dengan huruf kecil sedang elemen dengan hurut
besar.
d. Sistem Kontrol Loop Terbuka.
Suatu sistem yang keluarannva tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol
disebut sistem kontror loop terbuka. Dengan kata lain, sistem kontrol loop terbuka
merupakan sistem kontrol dimana keluaran tidak memberikan efek terhadap besaran
masukan, sehingga variabel yang dikontrol tidak dapat dibandingkan terhadap harga yang
diinginkan. Secara umum diagram kotak ( block diagram) diperlihatkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Diagram kotak sistem kontrol loop terbuka
Suatu contoh sederhana adalah mesin cuci. Perendaman, pencucian, dan pembilasan
dalam mesin cuci dilakukan atas basis waktu. Mesin ini tidak mengukur sinyal keluaran
yaitu tingkat kebersihan pakaian.
Dalam suatu sistem kontrol loop terbuka. keluaran tidak dapat dibandingkan dengan
masukan acuan. Jadi, untuk tiap masukan acuan berhubungan dengan kondisi operasi
tertentu; sebagai akibat, ketetapan dan sistem tergantung pada kalibrasi. Dengan adanva
gangguan, sistem kontrol loop terbuka tidak dapat melaksanakan tugas seperti yang
diharapkan. Sistem kontrol loop terbuka dapat digunakan, hanya jika hubungan antara
masukan dan keluaran diketahui dan tidak terdapat gangguan internal maupun eksternal.