SISTEM PENGONTROLAN MOTOR DC BERBASIS ARDUINO ...

commit to user

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

SISTEM PENGONTROLAN MOTOR DC BERBASIS ARDUINO DENGAN METODE LINEAR QUADRATIC

REGULATOR PADA MINI CONVEYOR

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

HALAMAN KULIT (SAMPUL)

Oleh:

MUHAMMAD GUNAWAN NIM. I0715025

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2019

commit to user


SISTEM PENGONTROLAN MOTOR DC BERBASIS ARDUINO DENGAN METODE LINEAR QUADRATIC

REGULATOR PADA MINI CONVEYOR

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

HALAMAN JUDUL

Oleh:

MUHAMMAD GUNAWAN NIM. I0715025

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2019

commit to user


iii

HALAMAN SURAT PENUGASAN

commit to user


iv

HALAMAN PERNYATAAN INTEGRITAS PENULIS

commit to user


v

HALAMAN PENGESAHAN TIM PEMBIMBING DAN PENGUJI

commit to user


vi

SISTEM PENGONTROLAN MOTOR DC BERBASIS ARDUINO DENGAN METODE LINEAR QUADRATIC REGULATOR PADA MINI

CONVEYOR

Muhammad Gunawan Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret

Email : [email protected]

Abstrak Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperoleh penghematan energi dalam sistem kontrol motor DC. Metode yang digunakan adalah Linear Quadratic Regulator (LQR). Penelitian dimulai dengan pemodelan sistem dengan perangkat lunak Matlab. Kemudian model sistem disimulasikan untuk mendapatkan parameter kontrol yang baik. Parameter hasil simulasi kemudian diterapkan pada perangkat mini conveyor. Pengujian dilakukan dalam kondisi tanpa-beban dan muatan dan pada setpoint kecepatan rendah dan tinggi. Hasil pengujian menunjukkan metode LQR memiliki konsumsi energi yang lebih rendah dan dengan kinerja ISE (Integral Square Error) yang lebih baik. Dalam uji tanpa beban, metode penghematan energi LQR pada kecepatan 70 rpm mencapai 6,13% dan peningkatan ISE hingga 41,03%. Sedangkan pada kecepatan 200 rpm penghematan energi dan ISE masing-masing turun hingga 6 % dan 31,33%. Selanjutnya, dalam kondisi beban di mana konsumsi energi total lebih besar, persentase penghematan energi pada kecepatan 70 rpm adalah 12 % dan penurunan ISE sebesar 40,31%, sedangkan pada kecepatan 200 rpm penghematan energi yang dicapai adalah 5,1 % dan ISE menurun 24,48%. Kata kunci : Motor dc, Conveyor, Energi, ISE, Kontrol Motor, PID, LQR

commit to user


vii

Abstract

The purpose of this study is to obtain an energy saving in DC motor control system. The method used is Linear Quadratic Regulator (LQR). The research begins with modeling the system with Matlab software. Then the system model is simulated to obtain good control parameters. The parameters of the simulation results are then applied to the mini conveyor hardware. Tests are carried out under no-load and loaded conditions and at low and high speed setpoints. The test results show the LQR method has a lower energy consumption and with a better ISE (Integral Square Error) performance. In no-load test the energy saving method of LQR at a speed of 70 rpm reaches 6.13% and ISE improvement up to 41.03%. Whereas at a speed of 200 rpm the energy savings and ISE decrease up to 5.96% and 31.33%, respectively. Furthermore, in a load condition where the total energy consumption is greater, the percentage of energy saving at a speed of 70 rpm is 11.58% and a decrease in ISE by 40.31%, while at a speed of 200 rpm the energy savings achieved were 5.09% and ISE decreased by 24.48%.

Keywords : DC motor, Conveyor, Energy, ISE, Motor Control, PID, LQR

commit to user


viii

KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah SWT Tuhan semesta alam, atas segala karunia, hidayah,

Pengontrolan Motor Dc

Berbasis Arduino Dengan Metode Linear Quadratic Regulator Pada Mini Conveyor

Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat agar dapat

menyelesaikan studi serta dalam rangka memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

Dalam penyusunan tugas akhir ini tentunya penulis selalu mendapat banyak

dukungan dan bimbingan baik moril dan materil dari berbagai pihak, sehingga pada

akhirnya tugas akhir ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu, dengan segala

kerendahan hati dan rasa hormat, penghargaan serta ucapan terima kasih yang tak

terhingga penulis ucapkan kepada :

1. Bapak Feri Adriyanto, PhD. selaku Kepala Program Studi Teknik Elektro.

2. Bapak Hari Maghfiroh, M.Eng. selaku dosen pembimbing utama.

3. Bapak Dr. Miftahul Anwar, S.Si., M.Eng. selaku dosen pembimbing

pendamping.

4. Bapak Dr. Miftahul Anwar, S.Si., M.Eng. selaku dosen pembimbing

akademik.

5. Bapak Muhammad Hamka Ibrahim, S.T., M.Eng dan Bapak Agus

Ramelan, S.Pd, M.T , selaku penguji pendadaran yang benyak memberikan

saran yang membangun.

6. Kepada Ibu Puji Sriyani selaku Ibunda saya serta Kakak saya Diyah

Anugerah Noviani yang senantiasa memberikan bantuan, semangat dan

doa kepada saya.

7. Teman-teman satu bimbingan Ryoki Marfuadi, Johan Tri Affandy, Arifian

Trilaksita, Kirana Dyah Utari, Mas Anrico Gideon Alfano dan Mas Bina

Pangestu N yang selalu menemani dan saling membantu.

8. Kepada teman teman Teknik Elektro UNS yang terus membantu dan

memberikan dukungan.

commit to user


ix

Dengan adanya laporan ini, penulis berharap semoga dapat dimanfaatkan oleh

banyak pihak, khususnya pihak institusi, dan dunia industri secara umum.

Surakarta, 26 September 2019

Penulis

commit to user


x

DAFTAR ISI

HALAMAN KULIT (SAMPUL) .......................................................................... i

HALAMAN JUDUL ............................................................................................. ii

HALAMAN SURAT PENUGASAN .................................................................. iii

HALAMAN PERNYATAAN INTEGRITAS PENULIS ................................. iv

HALAMAN PENGESAHAN TIM PEMBIMBING DAN PENGUJI ............. v

Abstrak .................................................................................................................. vi

Abstract ................................................................................................................ vii

KATA PENGANTAR ........................................................................................ viii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... x

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii

DAFTAR PERSAMAAN................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xvi

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xviii

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

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

1.2. Rumusan Masalah .................................................................................... 3

1.3. Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3

1.4. Manfaat Penelitian .................................................................................... 4

1.5. Sistematika Penulisan ............................................................................... 4

BAB II KAJIAN PUSTAKA ................................................................................ 5

2.1. Motor DC ................................................................................................. 5

2.1.1. Jenis Motor DC ................................................................................. 5

2.1.2. Pengaturan Kecepatan Motor DC ..................................................... 7

2.2. Sensor ....................................................................................................... 8

2.2.1 Sensor Kecepatan ( Rotary Encoder ) ............................................... 8

2.2.2. Sensor Arus ACS712 ...................................................................... 10

2.2.3. Pembagi Tegangan .......................................................................... 11

2.3. Arduino UNO R3 ................................................................................... 12

2.4. Tanggapan Transien ............................................................................... 13

2.5. Pengendali PID ....................................................................................... 14

2.5.1. Pengendali Proporsional.................................................................. 14

2.5.2. Pengendali Integral.......................................................................... 15

commit to user


xi

2.5.3. Pengendali Derivatif........................................................................ 15

2.6. Matlab Identification Toolbox ................................................................ 16

2.7. Daya Listrik ............................................................................................ 17

2.8. Dasar Sistem Kendali ............................................................................. 17

2.8.1. Sistem Kendali Open Loop Terbuka ............................................... 18

2.8.2. Sistem Kendali Close Loop Tertutup .............................................. 18

2.9. Model Matematis Sistem Kendali .......................................................... 19

2.9.1. Fungsi Alih ...................................................................................... 19

2.9.2. Persamaan Ruang Keadaaan ........................................................... 20

2.10. Keterkendalian dan Keteramatan ........................................................ 22

2.10.1. Keterkendalian (Controllability) ..................................................... 22

2.10.2. Keteramatan (Observability) ........................................................... 22

2.11. Konsep Sistem Kontrol Optimal Menggunakan Metode Linear Qaudratic Regulator .......................................................................................... 23

2.11.1. Teori Regulator Optimal ................................................................. 24

2.11.2. Liniear Quadratic Regulator ............................................................ 25

2.12 Penelitian Terdahulu ............................................................................... 26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 29

3.1. Waktu dan Tempat ................................................................................. 29

3.2. Alat dan Bahan ....................................................................................... 29

3.3. Metode Penelitian ................................................................................... 31

3.4. Perancangan dan Desain Sistem ............................................................. 33

3.5. Kalibarasi Sensor .................................................................................... 36

3.5.1. Sensor Kecepatan ( Rotary Encoder ) ............................................. 37

3.5.2. Sensor Tegangan ............................................................................. 38

3.5.3. Sensor Arus ..................................................................................... 39

3.6. Perancangan PID .................................................................................... 39

3.6.1. Matlab System Identification Toolbox............................................ 39

3.6.2. PID Tuner ........................................................................................ 41

3.6.3. Perancangan Algoritma dan Pemograman PID............................... 43

3.7. Permodelan Matematis Sistem Kendali.................................................. 44

3.7.1. Persamaan Matematis...................................................................... 45

3.7.2. Pengujian Keterkendalian (Controllability) dan Keteramatan (Observability) ............................................................................................... 46

commit to user


xii

3.8. Perancangan Linear Quadratic Regulator ............................................... 46

3.8.1. Pemobobotan Matriks Q dan R ....................................................... 47

3.8.2. Penyelesaian persamaan riccati ....................................................... 47

3.8.3. Perhitungan Nilai ................................................................... 51

3.9. Perancangan Model Metode LQR Ke Arduino ...................................... 51

3.9.1. Simulasi Metode LQR dengan Matlab Simulik .............................. 51

3.9.2. Perancangan Algoritma dan Pemrograman Linear Quadratic Regulator ........................................................................................................ 53

3.10. Metode Pengujian dan Pengambilan Data .......................................... 55

3.11. Parameter Analisis .............................................................................. 57

BAB IV PEMBAHASAN .................................................................................... 58

4.1. Hasil simulasi dan Validasi Pengukuran ................................................ 58

4.1.1. Hasil simulasi metode PID dan LQR pada simulink ...................... 58

4.1.2. Hasil Validasi Pengukuran .............................................................. 59

4.2. Pengujian Tak Berbeban ........................................................................ 61

4.2.1. Set Point 70 rpm .............................................................................. 61

4.2.2. Set Point 100 rpm ............................................................................ 67

4.2.3. Set Point 200 rpm ............................................................................ 72

4.3. Pengujian Berbeban ................................................................................ 78

4.3.1. Set Point 70 rpm .............................................................................. 78

4.3.2. Set Point 100 rpm ............................................................................ 84

4.3.3. Set Point 200 rpm ............................................................................ 89

4.4. Perubahan Kecepatan ............................................................................. 95

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 99

5.1. Kesimpulan ............................................................................................. 99

5.2. Saran ..................................................................................................... 100

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 101

LAMPIRAN ....................................................................................................... 103

Lampiran 1. Skematik Rangkaian .................................................................. 103

Lampiran 2. Blog Diagram Simulink ............................................................. 104

Lampiran 3. Dokumentasi .............................................................................. 106

commit to user


xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Spesifikasi Pin Arduino UNO R3 ....................................................... 12Tabel 2. 2 Rangkuman Penelitian Terdahulu ....................................................... 27 Tabel 3. 1 Bahan ................................................................................................... 29Tabel 3. 2 Alat ...................................................................................................... 30 Tabel 4. 1 Tabel simulasi LQRr pada Simulink Matlab ....................................... 59Tabel 4. 2 Tabel simulasi PID tuner pada Simulink Matlab ................................ 59Tabel 4. 3 Tabel simulasi PID untuk motor Dc pada Simulink Matlab ............... 59Tabel 4. 4 Validasi pengukuran tegangan ............................................................ 60Tabel 4. 5 Validasi pengukuran arus .................................................................... 60Tabel 4. 6 Nilai Cmax percobaan tak berbeban PID - LQR Kecepatan 70 rpm .. 63Tabel 4. 7 Settling time dan Overshoot percobaan tak berbeban PID - LQR Kecepatan 70 rpm ................................................................................................. 63Tabel 4. 8 Konsumsi energi pada setpoint 70 rpm ............................................... 64Tabel 4. 9 ISE kondisi tak berbeban pada 70 rpm ................................................ 65Tabel 4. 10 Nilai Cmax pada percobaan tak berbeban pada 100 rpm .................. 68Tabel 4. 11 Settling time dan %OS percobaan tak berbeban pada 100 rpm ........ 68Tabel 4. 12 Konsumsi energi pada setpoint 100 rpm ........................................... 69Tabel 4. 13 kondisi tak berbeban pada 100 rpm ................................................... 71Tabel 4. 14 Nilai Cmax pada percobaan tak berbeban pada 200 rpm .................. 73Tabel 4. 15 Setlling time dan %OS percobaan tak berbeban pada 200 rpm ........ 73Tabel 4. 16 Konsumsi energi pada setpoint 200 rpm ........................................... 74Tabel 4. 17 ISE kondisi tak berbeban pada 200 rpm ............................................ 76Tabel 4. 18 Nilai Cmax percobaan berbeban pada kecepatan 70 rpm ................. 79Tabel 4. 19 Settling time dan %OS percobaan berbeban pada 70 rpm ................ 79Tabel 4. 20 Konsumsi energi pada sepoint Kecepatan 70 rpm ............................ 80Tabel 4. 21 ISE kondisi berbeban pada 70 rpm.................................................... 82Tabel 4. 22 Nilai Cmax percobaan berbeban pada kecepatan 100 rpm ............... 85Tabel 4. 23 Settling time dan %OS percobaan berbeban pada 100 rpm .............. 85Tabel 4. 24 Konsumsi energi pada sepoint Kecepatan 100 rpm .......................... 86Tabel 4. 25 ISE kondisi berbeban pada 100 rpm.................................................. 87Tabel 4. 26 Nilai Cmax percobaan berbeban pada kecepatan 200 rpm ............... 90Tabel 4. 27 Settling time dan %OS percobaan berbeban pada 200 rpm .............. 90Tabel 4. 28 Konsumsi energi pada sepoint Kecepatan 200 rpm .......................... 92Tabel 4. 29 ISE kondisi berbeban pada 200 rpm.................................................. 93Tabel 4. 30 Konsumsi energi saat perubahan kecepatan ...................................... 96Tabel 4. 31 ISE Perubahan Kecepatan ................................................................. 97

commit to user


xiv

DAFTAR PERSAMAAN

( 2. 1 ) Persamaan Tegangan Balik pada Motor Dc ................................................ 7( 2. 2 ) Persamaan Kecepatan putar motor .............................................................. 7( 2. 3 ) Perubahan Fluks Magnet ............................................................................. 8( 2. 4 ) Perubahan Resistansi Jangkar...................................................................... 8( 2. 5 ) Perubahan Tegangan Masukkan .................................................................. 8( 2. 6 ) Pembagi Tegangan .................................................................................... 12( 2. 7 ) Persen Overshoot ....................................................................................... 13( 2. 8 ) Perhitungan ISE ......................................................................................... 14( 2. 9 ) Pengendali Proporsional ............................................................................ 14( 2. 10 ) Pengendali Integral .................................................................................. 15( 2. 11 ) Pengendali Derivatif ................................................................................ 15( 2. 12 ) Persamaan Daya ...................................................................................... 17( 2. 13 ) Persamaan Daya Nyata ............................................................................ 17( 2. 14 ) Persamaan Reaktif ................................................................................... 17( 2. 15 ) Persamaan Semu ...................................................................................... 17( 2. 16 ) Persamaan Diferensial ............................................................................. 19( 2. 17 ) Fungsi Alih .............................................................................................. 19( 2. 18 ) Persamaan Keluaran Integrator (x) .......................................................... 20( 2. 19 ) Persamaan Keluaran Integrator (y) .......................................................... 20( 2. 20 ) Persamaan Keadaan Dan Persamaan Keluaran ....................................... 21( 2. 21 ) Persamaan Keadaan Dan Persamaan Keluaran Linear ............................ 21( 2. 22 ) Persamaan Keadaan Dan Persamaan Keluaran Terlinear ....................... 21( 2. 23 ) Persamaan Keadaan Dan Persamaan Keluaran Invarian Terhadap Waktu ............................................................................................................................... 22( 2. 24 ) Persamaa State Space .............................................................................. 22( 2. 25 ) Controllability ......................................................................................... 22( 2. 26 ) Observability ........................................................................................... 22( 2. 27 ) Indeks Performansi .................................................................................. 23( 2. 28 ) Persamaan Diferensial Berorde Satu ....................................................... 23( 2. 29 ) Persamaan Keadaan Dengan Fungsi Alih Sistem ................................... 23( 2. 30 ) Indeks Performansi Eror .......................................................................... 24( 2. 31 ) Formula Linear Quadratic Regulator....................................................... 24( 2. 32 ) Persamaan Aljabar Riccati .................................................................... 25 ( 3. 1 ) Perhitungan Jumlah Pulsa dalam satu sekon ............................................. 37( 3. 2 ) Jumlah Putaran Tiap Sekon (Rps) ............................................................. 38( 3. 3 ) Putaran Tiap Detik (Rpm) .......................................................................... 38( 3. 4 ) Persamaan Fungsi Alih .............................................................................. 41( 3. 5 ) Persamaan Dari PID Ideal ......................................................................... 42( 3. 6 ) Persamaan Fungsi Alih .............................................................................. 45( 3. 7 ) Persamaan Ruang Keadaan Masukkan ...................................................... 45( 3. 8 ) Persamaan Ruang Keadaan Keluaran ........................................................ 45( 3. 9 ) Pembobotan Matriks Q .............................................................................. 47( 3. 10 ) Pembobotan Matriks R ............................................................................ 47( 3. 11 ) Persamaan Riccati ................................................................................... 47( 3. 12 ) Penyelesaian Aljabar Riccati ................................................................... 48( 3. 13 ) Menyederhanakan Persamaan Aljabar Riccati ........................................ 48( 3. 14 ) Hasil penyelesaian Aljabar Riccati .......................................................... 48

commit to user


xv

( 3. 15 ) Penyelesaian Persamaan Aljabar Riccati ke dalam Persamaan Kuadrat . 48( 3. 16 ) Persamaan Kuadrat ............................................................................. 49( 3. 17 ) Persamaan Kuadrat ............................................................................. 49( 3. 18 ) Persamaan Kuadrat ......................................................................... 49( 3. 19 ) Persamaan Kuadrat ......................................................................... 49( 3. 20 ) Persamaan Kuadrat ......................................................................... 49( 3. 21 ) Persamaan Kuadrat ......................................................................... 49( 3. 22 ) Persamaan Kuadrat z ............................................................................... 50( 3. 23 ) Penyelesaian Persamaan Kuadrat z ......................................................... 50( 3. 24 ) Hasil Persamaan Matrik P ....................................................................... 51( 3. 25 ) Persamaan mencari nilai .................................................................. 51( 3. 26 ) Persamaan perhitungan nilai ............................................................ 51( 3. 27 ) Persamaan Nilai Overshoot ..................................................................... 57( 3. 28 ) Persamaan Daya ...................................................................................... 57 ( 4. 1 ) Perhitungan Nilai Overshoot Kecepatan 70 Rpm Tak Berbeban ............. 63( 4. 2 ) Persamaan Daya pada Kecepatan 70 Rpm Tak Berbeban........................ 64( 4. 3 ) Persamaan Energi pada Kecepatan 70 Rpm Tak Berbeban ..................... 65( 4. 4 ) Perhitungan Nilai Overshoot Kecepatan 100 Rpm Tak Berbeban ........... 68( 4. 5 ) Persamaan Daya pada Kecepatan 100 Rpm Tak Berbeban ...................... 70( 4. 6 ) Persamaan Energi pada Kecepatan 100 Rpm Tak Berbeban ................... 70( 4. 7 ) Perhitungan Nilai Overshoot Kecepatan 200 Rpm Tak Berbeban ........... 73( 4. 8 ) Persamaan Daya pada Kecepatan 200 Rpm Tak Berbeban ...................... 75( 4. 9 ) Persamaan Energi pada Kecepatan 200 Rpm Tak Berbeban ................... 75( 4. 10 ) Perhitungan Nilai Overshoot Kecepatan 70 Rpm Berbeban .................. 79( 4. 11 ) Persamaan Daya pada Kecepatan 70 Rpm Berbeban ............................. 81( 4. 12 ) Persamaan Energi pada Kecepatan 70 Rpm Berbeban........................... 81( 4. 13 ) Perhitungan Nilai Overshoot Kecepatan 100 Rpm Berbeban ................ 85( 4. 14 ) Persamaan Daya pada Kecepatan 100 Rpm Berbeban ........................... 87( 4. 15 ) Persamaan Energi pada Kecepatan 100 Rpm Berbeban......................... 87( 4. 16 ) Perhitungan Nilai Overshoot Kecepatan 200 Rpm Berbeban ................ 90( 4. 17 ) Persamaan Daya pada Kecepatan 200 Rpm Berbeban ........................... 92( 4. 18 ) Persamaan Energi pada Kecepatan 200 Rpm Berbeban......................... 92( 4. 19 ) Persamaan Daya pada Perubahan Kecepatan ......................................... 96( 4. 20 ) Persamaan Energi pada Perubahan Kecepatan ....................................... 97

commit to user


xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Rangkaian Ekuivalen Motor DC Penguatan Terpisah ..................... 5Gambar 2. 2 Rangkaian Equivalen Motor DC Tipe Seri ...................................... 6Gambar 2. 3 Rangkaian Equivalen Motor DC Tipe Paralel ................................. 6Gambar 2. 4 Rangkaian Equivalen Motor DC Tipe Kompon ............................... 7Gambar 2. 5 Absolute Rotary Encoder ................................................................. 9Gambar 2. 6 Incremental Rotary Encoder ............................................................ 9Gambar 2. 7 Sensor Arus ACS712 ..................................................................... 10Gambar 2. 8 Pinout IC ASC712 ......................................................................... 11Gambar 2. 9 Rangkaian Pembagi Tegangan ...................................................... 11Gambar 2. 10 Macam-macam tanggapan transien ............................................. 13Gambar 2. 11 Contoh pengguanaan System Identification Toolbox untuk Tuning PID ....................................................................................................................... 16Gambar 2. 12 Sistem Kendali Open Loop ........................................................... 18Gambar 2. 13 Sistem Kendali Close Loop .......................................................... 18Gambar 2. 14 Sistem Dinamika .......................................................................... 20Gambar 2. 15 Block Diagram Persemaan Ruang Keadaan ................................. 23Gambar 2. 16 Luasan Control Area Untuk Sistem Redam lebih ....................... 24 Gambar 3. 1 Diagram Alir tahap perancangan Software dan Handware ............ 32Gambar 3. 2 Diagram Alir Sistem Perancangan dan Desain Sistem Pengontrolan Motor DC .............................................................................................................. 33Gambar 3. 3 Rangkain Pengontrolan Motor Dc pada Proteus ............................ 34Gambar 3. 4 Desain conveyor yang akan dibuat SketchUp ................................ 35Gambar 3. 5 Hasil desain Hadware ..................................................................... 36Gambar 3. 6 Sistem Perancangan LQR - PID pada Motor DC ........................... 36Gambar 3. 7 Pin out Encoder pada Motor .......................................................... 37Gambar 3. 8 Matlab Identification Toolbox ....................................................... 40Gambar 3. 9 Simulink respons system Transfer fuction ..................................... 41Gambar 3. 10 Hasil Simulasi respons sistem Transfer Fuction ........................... 41Gambar 3. 11 Sistem Kontrol PID ...................................................................... 42Gambar 3. 12 Kotak dialog dari blok PID ........................................................... 43Gambar 3. 13 Tuner pada blok PID ..................................................................... 43Gambar 3. 14 Diagram Alir Metode PID Untuk Pengontrolan Motor Dc .......... 44Gambar 3. 15 Pengujian Controllability dan Observability. ............................... 46Gambar 3. 16 Block Diagram Sistem Kontrol Motor DC pada Simulink ........... 52Gambar 3. 17 Block Diagram Sistem LQR pada Simulink ................................. 52Gambar 3. 18 Diagram Alir Pengintegrasian LQR ............................................. 53Gambar 3. 19 Metode pengambilan data LQR dan PID ..................................... 56 Gambar 4. 1 Hasil simulasi PID dan LQR .......................................................... 58Gambar 4. 2 Hasil simulasi dengan Waktu 60 detik ........................................... 58Gambar 4. 3 Percobaan tak berbeban pada setpoint 70 rpm ............................... 62Gambar 4. 4 Grafik pencuplikan pada 60 detik pertama ..................................... 62Gambar 4. 5 Total energi kondisi tak berbeban pada kecepatan 70 rpm ............. 64Gambar 4. 6 Integral Square Error (ISE) kondisi tak berbeban 70 rpm .............. 65Gambar 4. 7 Grafik Perbandingan Tegangan kondisi tak berbeban pada kecepatan 70 rpm .................................................................................................. 66Gambar 4. 8 Grafik Perbandingan Arus kondisi tak berbeban pada kecepatan 70 rpm ........................................................................................................................ 66

commit to user


xvii

Gambar 4. 9 Percobaan tak berbeban pada setpoint 100 rpm ............................. 67Gambar 4. 10 Grafik pencuplikan pada 60 detik pertama ................................... 68Gambar 4. 11 Total energi kondisi tak berbeban pada kecepatan 100 rpm......... 69Gambar 4. 12 Integral Square Error (ISE) kondisi tak berbeban 100 rpm .......... 70Gambar 4. 13 Grafik Perbandingan Tegangan kondisi tak berbeban pada kecepatan 100 rpm ................................................................................................ 71Gambar 4. 14 Grafik Perbandingan Arus kondisi tak berbeban pada kecepatan 100 rpm ................................................................................................................. 72Gambar 4. 15 Percobaan tak berbeban pada setpoint 200 rpm ........................... 72Gambar 4. 16 Grafik pencuplikan pada 60 detik pertama ................................... 73Gambar 4. 17 Total energi kondisi tak berbeban pada kecepatan 200 rpm......... 74Gambar 4. 18 Integral Square Error (ISE) kondisi tak berbeban 200 rpm .......... 76Gambar 4. 19 Grafik Perbandingan Tegangan kondisi tak berbeban pada kecepatan 200 rpm ................................................................................................ 77Gambar 4. 20 Grafik Perbandingan Arus kondisi tak berbeban pada kecepatan 200 rpm ................................................................................................................. 77Gambar 4. 21 Percobaan Berberbeban pada setpoint 70 rpm ............................. 78Gambar 4. 22 Perbandingan energi pada kondisi berbeban pada kecepatan 70 rpm ........................................................................................................................ 80Gambar 4. 23 Perbandingan ISE kondisi berbeban pada kecepatan 70 rpm ....... 82Gambar 4. 24 Grafik Perbandingan Tegangan kondisi Berberbeban pada kecepatan 70 rpm .................................................................................................. 83Gambar 4. 25 Grafik Perbandingan Arus kondisi Berberbeban pada kecepatan 70 rpm ........................................................................................................................ 83Gambar 4. 26 Percobaan kondisi berbeban pada kecepatan 100 rpm ................. 84Gambar 4. 27 Grafik perbandingan energi berbeban pada kecepatan 100 rpm .. 86Gambar 4. 28 Grafik perbandingan ISE Berbeban pada kecepatan 100 rpm ...... 87Gambar 4. 29 Grafik Perbandingan Tegangan kondisi Berberbeban pada kecepatan 100 rpm ................................................................................................ 88Gambar 4. 30 Grafik Perbandingan Arus kondisi Berberbeban pada kecepatan 70 rpm ........................................................................................................................ 89Gambar 4. 31 Perbandingan respon sistem kondisi berbeban pada 200 rpm ...... 89Gambar 4. 32 Perbandingan energi kondisi berbeban pada kecepatan 200 rpm . 91Gambar 4. 33 Perbandingan ISE pada kecepatan 200 rpm ................................. 93Gambar 4. 34 Grafik Perbandingan Tegangan kondisi Berberbeban pada kecepatan 200 rpm ................................................................................................ 94Gambar 4. 35 Grafik Perbandingan Arus kondisi Berberbeban pada kecepatan 200 rpm ................................................................................................................. 94Gambar 4. 36 Grafik Perbandingan pada perubahan kecepatan .......................... 95Gambar 4. 37 Konsumsi Energi pada saat pengujian perubahan kecepatan ....... 96Gambar 4. 38 Grafik perbandingan ISE Perubahan Keepatan ............................ 97Gambar 4. 39 Grafik Perbandingan Tegangan Pada Perubahan Kecepatan ........ 98Gambar 4. 40 Grafik Perbandingan Arus Pada Perubahan Kecepatan................ 98

commit to user


xviii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Skematik Rangkaian .................................................................. 103Lampiran 2 Blog Diagram Simulink .............................................................. 104Lampiran 3 Dokumentasi ................................................................................ 106

SISTEM PENGONTROLAN MOTOR DC BERBASIS ARDUINO ...

Documents

Transcript of SISTEM PENGONTROLAN MOTOR DC BERBASIS ARDUINO ...