7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
1/18
TUGAS JURNAL MESIN PERKAKAS
SISTEM PENGATURAN GERAKAN TOOL PADA
PROTOTIPE MESIN CNC DENGAN KONTROLER
DISTURBANCEOBSERVER
Di ajukan sebagai tugas dan syarat kelulusan kuliah mesin perkakas
Nama : M Ridwan Seftiean
NIM : 2010250007
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DARMA PERSADA
2014
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
2/18
SISTEM PENGATURAN GERAKAN TOOL PADA
PROTOTIPE MESIN CNC DENGAN KONTROLER
DISTURBANCEOBSERVER
Yoram KorenThe University of Michigan,
Ann Arbor, Ml 48109
LATAR BELAKANG MASALAH
Mesin Computer Numerical Controlled (CNC) adalah suatu mesin yang dikontrol oleh komputer
dengan menggunakan bahasa numerik (data perintah dengan kode angka, huruf dan simbol)
sesuai dengan standart ISO. Sistem kerja teknologi CNC ini akan lebih sinkron antara computer
dan mekanik, sehingga bila dibandingkan dengan mesin perkakas yang sejenis, maka mesin
perkakas CNC lebih teliti,lebih tepat, lebih fleksibel dan cocok untuk produksi masal. Mesin
CNC memiliki dua atau lebih arah gerakan tool yang disebut dengan sumbu atau axis. Gerakan
pada axis antara lain linier (yang merupakan garis lurus) atau gerakan circular(yang merupakan
lintasan melingkar). Umumnya, sumbu yang terdapat pada gerakan linier adalah X, Y dan Z
sedangkan nama axispada gerakan circular adalah A, B dan C. Salah satu spesifikasi yang dapat
memperlihatkan kekompleksitasan dari mesin CNC adalah berapa banyak axis yang dimilikinya
dan gerakan interpolasi yang ada. Struktur kontrol konvensional yang banyak dipakai untuk
pengaturan gerakan tool pada mesin CNC adalah decoupledcontrol. Pada struktur ini setiap
sumbu akan dikontrol secara independen dan tidak menerima informasi dari sumbu yang lain .
Struktur ini telah dicoba dengan menggunakan metode
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
3/18
proportional integral control, adaptive control dan variable structure control . Kelebihan
struktur decoupled-control antara lain pada kesederhanaan struktur dan kemudahan untuk
direkonfigurasi. Pada struktur ini, error pada kontur dapat terjadi ketika salah satu sumbu
mendapat disturbance yang akan menimbulkanerror pada trayektori sumbu tersebut, sedangkan
sumbu yang lain akan berjalan dengan normal. Akibatnya kontur hasil yang merupakan resultan
trayektori masing- masing akan mengalami error . Strategi yang dapat diambil untuk mengatasi
masalah ini adalah dengan meningkatkan kemapuan setiap sumbu untuk mengatasi disturbances.
Salah satu metode kontrol yang mempunyai kemampuan khusus untuk meredam disturbances
adalah disturbance observer (DOB) . Metode ini sebelumnya telah digunakan untuk pengaturan
meja kerja pada mesin freis dan telah teruji mampu mengatasi disturbance yang muncul dan
cocok digunakan untuk pengaturan posisi pada mesin CNC. Pada pengerjaan Tugas Akhir kali
ini, metode ini juga digunakan untuk pengaturan posisi pada mesin CNC, hanya saja yang diuji
kali ini adalah gerakan tool dari mesin CNC.. Dengan memperhatikan hal hal diatas, maka
permasalahan yang diangkat pada masalah ini adalah bagaimana mengimplementasikan DOB
dengan struktur decoupled-control pada pengaturan gerakan tool prototipe mesin CNC yang
diteliti.
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
4/18
PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang masalah di atas maka pada perumusan masalah pada jurnal ini adalah
Perancangan sistem control pengaturan gerakan tools pada prototype mesin CNC denganmenggunakan kontroler disturbance observer (DOB)
Simulasi sistem control pada perancangan protype tersebut Bagaimana mengimplementasikan DOB dengan struktur decoupled-controlpada
pengaturan gerakan toolprototipe mesin CNC yang diteliti
TUJUAN DAN MANFAAT
Adapun tujuan pada perancangan sistem control pengaturan pada prototype mesin CNC dengan
menggunakan kontroler disturbance observer ( DOB )ini ada beberapa tujuan :
Sebagai aplikasi dan pengembangan kombinasi sistem control pada sistem CNC Sebagai uji coba mencari metode control dalam mengurangi disturbances pada tools Pengujian sistem control DOB pada mesin CNC
Adapun manfaat pada perancangan sistem control pengaturan pada prototype mesin CNC dengan
menggunakan kontroler disturbance observer ( DOB )ini ada beberapa manfaat :
Penulis dapat mengetahui dan memahami dari suatu proses perancangan sampaimanufaktur dari suatu alat yang akan di produksi.
Penulis dapat membandingkan hasil produk pada CNC yang menggunakan strukturcontrol dan tidak menggunakan struktur control
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
5/18
Penulis dapat membandingkan perancangan pada sistem control mesin cnc yang telah dibuat secara nyata untuk di buat analisa secara matematis
Pada perancangan sistem control ini dapat di manfaatkan sebagai sistem produksi padaperusahaan guna mendapat produk yang minim kerusakan atau reject
PEMBATASAN MASALAH
Untuk mencapai tujuan pada penulisan ini maka pembahasan masalah ini di batasi pada :
Pada jurnal tersebut hanya di batasi pada perancangan dan sistem control prototype Analisa perhitungan hanya di batasi sampai simulasi struktur control dan pengujian pada
benda kerja
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
6/18
METODOLOGI PENULISAN
Penulisan jurnal ini dilakukan berdasarkan fakta
fakta yang objektif agar
kebenarannya dapat di pertanggung jawabkan baik secara teoritis maupun pengujiannya.
Dalam melakukan perancangan dan pembuatan alat pada jurnal ini menggunakan
metode pelaksanaan sebagai berikut :
Metode Studi PustakaMencari referensi buku buku penunjang yang berkaitan dengan perancangan alat
tersebut, untuk melengkapi dasar teori dan data data yang diperlukan dalam
penyusunan jurnal ini.
Metode Survei LapanganMencari , Mengamati, dan Memahami prinsip kerja alat alat yang berhubungan dan
diperlukan dalam perancangan alat tersebut serta mencatat spesifikasi alat
alat yang
diamati untuk bahan pembanding.
Metode Perancangan dan perakitanMelakukan pembuatan sketsa gambar, perencanaan komponen, pembuatan komponen
yang dibutuhkan.
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
7/18
Jenis Penelitian
Dalam penelitian yang mencakup pada mesin tools dilihat dari perhitungan,
efisiensi dan efektifitas kerjanya berdasarkan data yang kongkrit dengan cara :
Penelitian Kepustakaan (Library Research) yaitu dengan cara menghimpun bahan-bahan pengetahuan ilmiah yang bersumber dari buku-buku, dan tulisan-tulisan ilmiah
yang erat kaitannya dengan materi penulisan.
Penelitian Lapangan (Field Research) yaitu dengan cara mengadakan pengujian danpengetesan melalui praktek.
Sifat Penelitian
Dalam penelitian permasalahan ini penulis menggunakan deskriptif yaitu suatu
penelitian yang bertujuan untuk menggambarkan keadaan atau gejala dan objek yang
diteliti dengan mengambil suatu kesimpulan yang bersifat umum.
Pengumpulan Data
Data PrimerDiperoleh melalui perancangan sistem control dalam kegiatan operasionalnya dan juga
melakukan pengamatan atas hasil penelitian untuk dapat diambil langkah apa yang
harus dilakukan dalam penelitian tersebut.
Data SekunderDengan mempelajari teori teori yang didapat dari literatur, dokumen dan bahan
pustaka lainnya yang berhubungan dengan objek penelitian.
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
8/18
Metode Analisa Data
Data yang diperoleh dari penelitian yang dilakukan baik secara teori maupun melalui
perhitungan.
Sistematika Penulisan
jurnal ini terdiri dari lima bagian, yaitu agar alur penyusunan jurnal ini dapat disusun
dengan baik dan dapat dipahami dengan mudah, adapun sistematika penulisannya sebagai
berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan dan manfaat penelitian,
pembatasan masalah, metodologi penelitian, serta sitematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini berisikan teori serta metode dari berbagai buku yang digunakan sebagai dasar dalam
menentukan model pemecahan masalah yang penulis butuhkan dalam langkah pengerjaan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini menerangkan lebih detail mengenai langkah-langkah yang diambil penulis dalam
penyelesaian jurnal ini. Permodelan prototype alat serta spesifikasi alat yang akan di buat serta
alat ukur yang akan di gunakan.
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
9/18
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA PADA SISTEM KONTROL DOB PADA
MESIN CNC
Bab ini berisikan tentang cara pengambilan data dan pngolahan data serta perhitungan dari hasil
data yang telah di ambil pada saat percobaan serta membandingkan hasilnya.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab terakhir ini merupakan kesimpulan dari apa yang telah dikemukakan dalam bab bab
sebelumnya.
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
10/18
PERANCANGAN SIMULASI SISTEM KONTOL DOB PADA MESIN CNC
A.Prinsip Kerja Mesin CNCPada mesin CNC terdapat tiga buah sumbu kerja yaitu sumbu X, sumbu Y dan sumbu Z . Sumbu
X dan sumbu Y berfungsi untuk membentuk kontur horizontal sedangkan sumbu Z menentukan
kedalaman potongan mata pahat terhadap benda kerja. Pergerakan pada sumbu X , Y dan Z
dilakukan oleh penggerak spindle. Berdasarkan prinsip kerja mesin CNC untuk membentuk
benda kerja maka dapat dilihat bahwa kemampuan penggerak spindle pada tiap sumbu,
menentukan hasil dari kerja mesin CNC . Jika penggerakspindle mampu bergerak sesuai dengan
kontur yang diinginkan dengan baik, maka hasil kerja akan menjadi semakin baik. Tujuan dari
sistem pengaturan kontur adalah supaya sistem dapat menghasilkan output berupa kontur yang
sama dengan kontur referensi yang dihasilkan
Gambar protype mesin CNC
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
11/18
B. . InterpolasiPada mesin CNC, sistem kontur biasanya terbentuk darikombinasi dari kontur linier dan kontur
circular. Interpolasi adalah proses pergerakan dua sumbu atau lebih dalam waktu yang sama
untuk membentuk kontur atau lintasan yang diinginkan relative terhadap benda kerja. Untuk
kontur linier,Persamaan interpolasi masing-masing sumbu adalah :
=. (1)
=.. (2)
Dimana adalah gradien garis yang diinginkan dan adalah frekuensi. Dengan adanya proses
interpolasi ini, untuk membentuk suatu lintasan yang diinginkan hanya perlu mendefinisikan
bentuk lintasan, koordinat awal dan koordinat akhir, serta frekuensinya. Sedangkan untuk kontur
lingkaran untuk menetapkan jalur di sepanjang busur lingkaran, hanya titik awal dan akhir dan
jari-jari yang diperlukan untuk menghasilkan busur lingkaran. Dalam kebanyakan kasus
interpolasi melingkar terbatas pada satu kuadran, dan karena itu baik titik awal dan titik akhir
harus berada di kuadran yang sama lingkaran. Untuk menghasilkan kontur lingkaran, maka harus
memenuhi Persamaan 3, proses interpolasi mengubah suatu bentuk lintasan menjadi sinyal sinus
untuk sumbu x dan sinyal kosinus untuk sumbu y ].
C. Perancangan SistemSistem yang dirancang bertujuan untuk mensimulasikan mekanisme kerja mesin CNC untuk
membuat kontur melalui pergerakan penggerak motor spindle. Dalam Tugas Akhir ini jenis
kontur yang dapat dibuat dibatasi pada kontur linier dan circular. Kontur linier menghasilkan
garis lurus, sedangkan kontur circular menghasilkan bentuk- bentuk lingkaran. Struktur sistem
mekanikplant secara keseluruhan dapat dilihat
pada Gambar 3.1
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
12/18
Gambar struktur sistem mekanik plant
Pemakaian metode DOB pada struktur kontrol bertujuan untuk meningkatkan kemampuan tiap-
tiap sumbu dalammeredam gangguan- gangguan yang muncul. Gangguan gangguan yang
mungkin muncul padaplant diasumsikanterjadi akibat gejala kenonlinieran, seperti gesekan dan
dan akibat dari perubahan parameter yang terjadi. Strukturkontroler DOB untuk satu sumbu
ditunjukkan oleh Gambar 5.
Gambar sistem control untuk sumbu
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
13/18
Q (s) menunjukkan filter lowpass, P(s) menunjukkan plant yang akan dikontrol dan Pn (s)
menunjukkan model nominal. Pada penelitian ini, melalui proses identifikasi dan pemodelan
sistem dapat diketahui model nominalplant yaitu :
Pnx (s) = 0,6435 +20,63 +20,63(12)
Persamaan 12 adalah Persamaan untuk sumbu x, sedangkan model nominal untuk sumbu y
ditunjukkan oleh Persamaan 13.
Pny(s) = 0,1416+3,046+2,94 (13)
Langkah berikutnya dalam mendesain DOB adalah menentukan struktur filter Q. Penentuan
struktur filter Q(s) berkaitan dengan pemilihan orde dan jenis filter yang akan dipakai. Blok
()/() yang terlihat pada struktur DOB di Gambar 5 menentukan orde minimum filter yang
bias digunakan. Oleh karena itu pada penelitian Tugas Akhir ini model nominal plant telah
dipilih sesuai dengan Persamaan maka orde filter yang bisa digunakan minimal filter orde 1.
Jenis filter yang digunakan pada penelitian Tugas Akhir ini adalah filter low-pass Binomial
dengan orde 1. Alasan pemilihan filter orde 1 adalah karena dengan memilih orde yang rendah
maka akan diperoleh struktur yang sederhana dan mampu menghemat waktu komputasi. Struktur
filter Binomial dinyatakan dengan Persamaan 11 dan dengan memasukkan nilai n= 1 dan r = 1
maka akan diperoleh Persamaan filter yang diinginkan, yaitu.
Q(s)= 1+1(14)
Dimana adalah time constant , sehingga dari Persamaan 12, 13 dan 14 dapat diperoleh
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
14/18
() () = +20,63 +1 (0,6435 +20,63) (15)
() () = +2.94 (+1)(0,1416 +3,046)(16)
D. Simulasi sistemDengan menggunakan kontroler yang telah didesain sebelumnya, dilakukan simulasi untuk
membuat dua tipekontur, yaitu kontur linier dan kontur circular. Denganspesifikasi untuk kontur
linier sepanjang 15 cm dan kontur circular dengan radius 7,5 cm. Pada pengerjaan Tugas
Akhirini software yang digunakan adalah Labview 8.6 dengan versi Student Edition. Untuk
mengukur performansi dari sistem yang telahdidesain digunakan suatu kriteria performansi
Integral AbsolutError (IAE). Pada kriteria performansi ini eror kontur aka ditambahkan terus
menerus atau secara matematis dinyatakan oleh Persamaan 12.
= (18)
1. Struktur tanpa KontrolerUntuk simulasi awal, dilakukan uji coba simulasi sistem tanpa menggunakan kontroler. Ada dua
jenis tipe kontur yang disimulasikan pada bab ini, yaitu kontur linier dan kontur circular. Gambar
6 menunjukkan hasil simulasi kontur linier tanpa kontroler secara keseluruhan dari kedua sumbu
X dan sumbu Y. Untuk menghasilkan simulasi dari kedua sumbu secara bersamaan, sinyal dari
sumbu x dan sumbu y harus melewati proses interpolasi. Proses ini menggunakan perhitungan
yang sama dengan interpolator. Untuk hasil simulasi, dapat dilihat bahwa hasil keluaran dari
sistem jauh lebih pendek jika dibandingkan dengan kontur referensi. Nilai IAE 4,58542
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
15/18
Gambar linier tanpa control
Hasil simulasi sistem tanpa kontroler untuk kontur circular ditunjukkan pada Gambar 7. Jari- jari
lintasan pada konturcircular yang dihasilkan oleh sistem, jauh lebih kecildibandingkan dengan
jari- jari lintasan kontur referensi. Untukkontur circular, nilai IAE nya sebesar 30,6231
Gambar kontur circle tanpa kontroler
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
16/18
2. Struktur dengan DOB
Dalam implementasi DOB, nilai time constant (T) dari filter harus di-tuning terlebih dahulu. Dari
hasil tuning, performansi terbaik adalah ketika Tbernilai 0,01 untuk sumbu x dan 0,25
untuk sumbu y.
Gambar kontur linier dengan DOB
Gambar 8 menunjukkan hasil simulasi kontur linier dengan kontroler DOB secara keseluruhan
dari kedua sumbu X dan sumbu Y. Dapat dilihat bahwa hasil keluaran dari sistem sudah mampu
mengikuti lintasan referensi lebih baik dibandingkan dengan tanpa menggunakan kontroler dan
telah mampu mengatasi disturbance yang diberikan. Nilai IAE dari sistem ini dengan kontroler
DOB sebesar 0,294988.
Gambar 9 merupakan hasil simulasi dengan DOB untuk kontur circular menunjukkan
bagaimana sistem lebih mampu mengikuti sinyal referensi jauh lebih baik daripada sistem tanpa
kontroler. Ketika diberi disturbance sistem sudah mampu mengatasinya dengan cukup baik.
Sedangkan nilaiIAE untuk kontur circular sebesar 0,126262.
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
17/18
Gambar kontur circle dengan DOB
E. kriteria performasi sistem
Secara keseluruhan kriteria performansi dari setiap hasil simulasi ditunjukkan oleh Tabel 1.
Dapat ditunjukkan bahwa dengan ditambahkannya kontroler DOB pada sistem pengaturan
gerakan toolprototipe Mesin CNC sangat mengurangi eror kontur yang ada. Hal ini dibuktikan
dengan nilaiIntegral Absolute Error (IAE ) yang menurun drastis.
Metode control circle Linear
Tanpa controler 30,621 4,58542
DOB 0,126262 0,294988
Hasil perbandingan nilai LAE
7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas
18/18
KESIMPULAN
Pada penelitian tugas akhir yang akan dilakukan, metode Disturbace Observer akan disusun
dengan struktur
Decoupled- control yang telah diuji cobakan pada prototype mesin CNC untuk membentuk
kontur linier dan kontur circular. Dari hasil simulasi implementasi , didapatkan kesimpulan
sebagai berikut
MetodeDisturbance Observer mampu mengatasi disturbances yang muncul pada sistem,namun kontur yang dihasilkan masih belum sempurna
Penggunaan DOB pada arsitektur kontrol decoupled yang sederhana untuk sisteminterpolasi dua sumbuterbukti dapat memberikan pengaruh yang baik padapeningkatan
performa system, hal ini ditunjukkandengan menurunnya nilai Integral Absolute Error (
IAE) dari 30,6231 menjadi 0,126262 untuk sumbu circular dan untuk sumbu linier dari
4,58542 menjadi 0,294988.
SARAN
Karena metode DOB yang telah didesain pada Tugas Akhir memakai filter maka kemampuan
sampling dari sistem akan mempengaruhi metode DOB yang dipakai. Selain itu untuk
implementasi masih belum dapat diimplementasikan terkait dengan belum diketahuinya
proses penanaman kontroler pada Labview Manual Driver yang terhubung dengan PCI
1240 Utiliy. Oleh karena itu pada penelitian yang selanjutnya perlu diteliti lebih lanjut
peningkatansampling time terhadap kemampuan performa metode DOB dan dapat dilakukan
proses implementasi sistem terhadap prototipe mesin CNC dengan mengembangkan kode G-
Code.
Top Related