CONTROL SYSTEM Abdul Azis Rahmansyah

Program Pascasarjana Teknik Elektro,Universitas Hasanuddin Makassar

1. Pendahuluan

Teknik ini berkaitan dengan pemahaman dan

mengendalikan bahan dan kekuatan alam untuk

kepentingan umat manusia. Tantangan engginer

saat ini dalam kontrol adalah pemodelan dan

pengendalian modern, kompleks, sistem yang

saling terkait seperti sistem kontrol lalu lintas,

proses kimia, dan sistem robot. Sehubungan

dengan itu, para engineer beruntung memiliki

kesempatan untuk mengendalikan banyak sistem

otomasi industri berguna dan menarik. Mungkin

kualitas yang paling karakteristik dari teknik

kontrol adalah kesempatan untuk mengendalikan

mesin dan proses industri dan ekonomi untuk

kepentingan masyarakat.

Teknik kontrol didasarkan pada dasar-dasar

teori umpan balik dan analisis sistem linear, dan

mengintegrasikan konsep-konsep teori jaringan

dan teori komunikasi. Oleh karena itu kontrol

rekayasa tidak terbatas pada disiplin rekayasa

tetapi juga berlaku untuk aeronautika, kimia,

mekanik, lingkungan, sipil, dan teknik listrik.

Sebagai contoh, sistem kontrol sering kali berisi

komponen listrik, mekanik, dan kimia. Selain itu,

karena pemahaman tentang dinamika bisnis,

sosial, dan sistem politik meningkat, kemampuan

untuk mengendalikan sistem ini juga akan

meningkat. Pengertian kontrol adalah proses

untuk mencapai tujuan. Sebagai contoh

sederhana dan akrab dengan aktivitas sehari-hari

dari konsep kontrol atau pengaturan adalah saat

mengendarai kendaraan. Tujuan yang diinginkan

dari proses tersebut adalah berjalannya

kendaraan pada lintasan yang diinginkan. Ada

beberapa komponen yang terlibat di dalamnya,

misalnya pedal gas, speedometer, mesin

(penggerak), rem, dan pengendara.

Ada dua bentuk umum sistem kontrol yaitu :

1. Sistem Kontrol Lingkar-terbuka (Open-Loop

Control System).

2. Sistem Kontrol Lingkar-tertutup (Closed-

Loop Control System) atau sistem kontrol

dengan umpan balik (Feedback Control

System).

Untuk memudahkan melihat proses

pengaturan yang berlangsung dalam sistem

kontrol, dibuat diagram blok yang

menggambarkan aliran informasi dan komponen

yang terlibat dalam sistem kontrol tersebut.

Gambar kotak mewakili tiap komponen dalam

sistem kontrol, sedangkan aliran informasi

diperlihatkan dengan garis dengan tanda anak

panah di salah satu ujungnya yang menandakan

arah informasi atau data dalam proses pengaturan

tersebut.

(a) Diagram blok sistem kontrol lingkar terbuka (SKL-

buka)

(b) diagram blok sistem kontrol lingkar tertutup

Gambar 1 Jenis Kontrol Sistem

2. Sejarah singkat dari kontrol otomasi

Sejarah pertama sistem umpan balik, diklaim

oleh Rusia, yakni air mengapung tingkat

regulator dikatakan telah ditemukan oleh

I.Polzunov tahun 1765. Sistem regulator tingkat

ditunjukkan pada Gambar 2 Float mendeteksi

tingkat air dan mengontrol katup yang menutupi

inlet air dalam broiler.

Abad berikutnya ditandai dengan

pengembangan sistem kontrol otomatis melalui

intuisi dan penemuan. Upaya untuk

meningkatkan akurasi dari sistem kontrol

menyebabkan redaman lebih lambat dari osilasi

transien dan bahkan untuk sistem yang tidak

stabil. Ini kemudian menjadi penting untuk

mengembangkan teori kontrol otomatis. Pada

tahun 1868, JC Maxwell merumuskan teori

matematika yang berhubungan dengan

mengendalikan teori menggunakan model

persamaan diferensial. Penelitian Maxwell

prihatin dengan efek berbagai parameter sistem

terhadap terhadap kinerja sistem. Selama periode

yang sama, IA Vyshnegradskii merumuskan

teori matematika regulator.

Gambar 2 Level Air Float Regulator

Sebelum Perang Dunia II, teori kontrol dan

praktek yang dikembangkan berbeda di Amerika

Serikat dan Eropa Barat daripada di Rusia dan

Eropa Timur. Dorongan utama untuk

penggunaan umpan balik di Amerika Serikat

adalah pengembangan dari sistem telepon dan

penguat umpan balik elektronik dengan Bode,

Nyquist, dan Black di Bell Telephone

Laboratories.

Harold S. Black, lulus dari Worcester

Polytechnic Institute pada tahun 1921 dan

bergabung dengan Bell Laboratories dari

Amerika Telegraph dan Telepon (AT & T). Pada

tahun 1921, tugas utama yang dihadapi Bell

Laboratories adalah perbaikan dari sistem

telepon dan desain ditingkatkan penguat sinyal.

Black ditugaskan tugas linearizing, stabil, dan

meningkatkan amplifier yang digunakan hi

tandem untuk membawa onversations lebih dari

jarak beberapa ribu mil.

Tabel 1 Sejarah Perkembangan sistem kendali

1769 Mesin uap James Watt dan Governor dikembangkan. Mesin uap Watt sering digunakan untuk menandai

awal Revolusi Industri di Inggris. Selama Revolusi Industri, langkah besar yang dibuat dalam

Pengembangan mekanisasi, otomatisasi teknologi sebelumnya.

1800 Konsep Eli Whitney tentang manufaktur bagian dipertukarkan ditunjukkan dalam produksi senapan.

Pengembangan Whitney sering dianggap sebagai awal produksi massal.

1868 JC Maxwell merumuskan model matematika untuk kontrol Governor mesin uap.

1913 Perakitan mesin mekanik Henry Ford diperkenalkan untuk produksi mobil.

1927 H.S Black conceives dari penguat umpan balik negatif dan HW Bode analisis penguat umpan balik.

1932 H. Ny-Quist mengembangkan metode untuk menganalisis stabilitas sistem.

1941 Penciptaan senjata antipesawat pertama dengan kontrol aktif.

1952 Kontrol numerik (NC) yang dikembangkan di Massachusetts Institute of Technology untuk mengontrol

mesin-alat sumbu.

1954 George Devol mengembangkan "Transfer artikel terprogram." dianggap menjadi yang pertama desain

robot industri.

1957 Sputnik meluncurkan ruang usia terkemuka, dalam waktu, untuk miniaturisasi komputer dan kemajuan

dalam teori kontrol otomatis

1960 Pertama Unimate robot diperkenalkan, berdasarkan desain Setan. Insta Unimate berbohong pada tahun

1961 untuk merawat mesin die casting.

1970 Model negara-variabel dan kontrol optimal dikembangkan

1980 Kuat desain sistem kontrol dipelajari secara luas.

1983 Pengenalan komputer pribadi (dan kontrol software desain lama kemudian) membawa alat-alat desain

untuk desktop engineer.

1990 Perusahaan manufaktur Expojt t-orienled menekankan otomatisasi.

1994 Feedback control secara luas digunakan dalam mobil. Handal, sistem yang kuat menuntut di bidang

manufaktur.

1997 Pertama kendaraan rover pernah otonom, yang dikenal sebagai Sojourner, mengeksplorasi permukaan

Mars.

1998-2003 Kemajuan dalam mikro dan nanoteknologi. Mesin mikro cerdas pertama yang dikembangkan dan

nanomachines berfungsi diciptakan.

sebagai studi terbaru dari sistem yang kuat, telah

memberi kontribusi pada bunga dalam waktu-

domain metode. Sekarang jelas bahwa teknik

kontrol harus mempertimbangkan baik time-

domain dan pendekatan frekuensi-domain secara

bersamaan dalam analisis dan Ed tanda sistem

kontrol.

3. Contoh dari kontrol sistem

Teknik kontrol yang bersangkutan dengan

analisis dan desain sistem berorientasi pada

tujuan. Oleh karena itu mekanisasi kebijakan

berorientasi pada tujuan telah tumbuh menjadi

sebuah hirarki sistem kontrol berorientasi pada

tujuan. Teori kontrol modern berkaitan dengan

sistem yang memiliki mengorganisir diri,

adaptif, kuat, belajar, dan kualitas optimal.

Feedback control adalah fakta fundamental

industri modern dan masyarakat. Mengemudi

mobil adalah tugas yang menyenangkan ketika

auto merespon dengan cepat ke perintah

pengemudi. Banyak mobil memiliki power

steering dan rem, yang memanfaatkan amplifier

hidrolik untuk amplifikasi kekuatan untuk rem

atau roda kemudi. Sebuah diagram blok

sederhana dari sistem kontrol kemudi mobil

ditunjukkan pada Gambar 3 (a). Kursus

diinginkan dibandingkan dengan pengukuran

saja yang sebenarnya untuk menghasilkan

ukuran kesalahan, seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 3 (b). Pengukuran ini diperoleh dengan

umpan balik visual dan taktil (gerakan tubuh),

seperti yang disediakan oleh nuansa roda kemudi

dengan tangan (sensor). Sistem umpan balik ini

adalah versi akrab sistem kontrol kemudi dalam

sebuah kapal pesiar atau kontrol penerbangan

dalam pesawat besar. Sebuah arah-of-travel

respon tipikal ditunjukkan pada Gambar 3 (c).

Pada dasar, dikendalikan secara manual

sistem loop tertutup untuk mengatur tingkat

cairan dalam tangki ditunjukkan dalam Gambar

4. Masukkan tingkat referensi cairan yang

operator diinstruksikan untuk mempertahankan.

(Referensi ini hafal oleh operator.) The power

amplifier adalah operator, dan sensor visual.

Operator membandingkan tingkat aktual dengan

tingkat yang diinginkan dan membuka atau

menutup katup (aktuator), menyesuaikan aliran

fluida keluar, untuk mempertahankan tingkat

yang diinginkan.

Gambar 3 (a) sistem kontrol kemudi mobil, (b) driver

menggunakan perbedaan antara aktual dan arah yang

diinginkan perjalanan untuk menghasilkan penyesuaian

dikendalikan dari roda kemudi. (c) arah Khas respon travel.

Sistem kontrol akrab lain memiliki unsur-

unsur dasar. Sebuah lemari es memiliki

pengaturan suhu atau temperatur yang

diinginkan, termostat untuk mengukur suhu

aktual dan kesalahan, dan motor kompresor

untuk amplifikasi daya. Contoh lain di rumah

adalah oven, tungku, dan pemanas air. Dalam

industri, ada banyak contoh, termasuk kontrol

kecepatan, temperatur proses dan kontrol

tekanan, dan posisi, ketebalan, komposisi, dan

kontrol kualitas [14,17,18].

Dalam penggunaan modern, otomasi dapat

didefinisikan sebagai teknologi yang

menggunakan perintah diprogram untuk

mengoperasikan suatu proses, dikombinasikan

dengan umpan balik informasi untuk

menentukan bahwa perintah telah dijalankan

dengan benar. Otomasi sering digunakan untuk

proses yang sebelumnya dioperasikan oleh

manusia. Ketika otomatis, proses tersebut dapat

beroperasi tanpa bantuan manusia atau

gangguan. Bahkan, sistem yang paling otomatis

yang mampu melakukan fungsi mereka dengan

akurasi dan presisi yang lebih besar, dan dalam

waktu kurang, daripada manusia mampu

melakukan. Sebuah proses semi automatic

adalah salah satu yang menggabungkan manusia

dan robot. Misalnya, banyak mobil operasi

perakitan membutuhkan kerjasama antara

operator manusia dan robot cerdas.

Sistem umpan balik kontrol digunakan secara

luas dalam aplikasi industri. Ribuan robot

industri dan laboratorium sedang digunakan.

Manipulator dapat mengambil benda seberat

ratusan kilogram dan posisi mereka dengan

akurasi sepersepuluh dari satu inci atau lebih baik

[28]. Peralatan penanganan otomatis untuk

rumah, sekolah, dan industri ini sangat berguna

untuk tugas-tugas berbahaya, berulang-ulang,

kusam, atau sederhana. Mesin yang secara

otomatis memuat dan membongkar, memotong,

mengelas, atau cor yang digunakan oleh industri

untuk memperoleh akurasi, keamanan, ekonomi,

dan produktivitas [14, 27, 28, 41]. ' IHE

penggunaan computers terintegrasi dengan

mesin yang melakukan tugas-tugas seperti

seorang pekerja manusia telah diramalkan oleh

beberapa penulis. Dalam karyanya yang terkenal

1923 bermain, berjudul R.U.R. [48], Karel Capek

disebut pekerja buatan robot, berasal kata dari

kata benda robot Ceko, yang berarti "bekerja".

Gambar 4 Sebuah sistem kontrol manual untuk mengatur

tingkat cairan dalam tangki dengan mengatur katup

output. Operator memandang tingkat cairan melalui port

di sisi tangki.

Sebuah robot adalah sebuah mesin yang

dikendalikan komputer dan melibatkan teknologi

yang terkait erat dengan otomatisasi. Robotika

industri dapat didefinisikan sebagai bidang

tertentu otomatisasi di mana mesin otomatis

(yaitu, robot) dirancang untuk menggantikan

tenaga manusia [18, 27, 33]. Dengan demikian

robot memiliki karakteristik mirip manusia

tertentu. Hari ini, karakteristik mirip manusia

yang paling umum adalah manipulator mekanik

yang berpola agak setelah lengan manusia dan

pergelangan tangan. Beberapa perangkat bahkan

memiliki mekanisme antropomorfik, termasuk

apa yang kita kenali sebagai lengan mekanik,

pergelangan tangan, dan tangan [14, 27,28].

Sebuah contoh dari robot antropomorfik

ditunjukkan pada Gambar 5

Tabel 2 Tugas Kesulitan: Manusia Versus Mesin Otomatis

Sejarah Perkembangan sistem kendali

Tasks Difficult for a Machine

Tasks Difficult for a Human

Periksa bibit di pembibitan.

Mengendarai kendaraan

melalui medan kasar.

Identifikasi perhiasan yang

paling mahal di nampan

permata.

Periksa sistem dalam

panas, lingkungan beracun.

Berulang-ulang merakit

jam.

Tanah sebuah pesawat di

malam hari, dalam cuaca

buruk.

Kami menyadari bahwa mesin otomatis

cocok untuk beberapa tugas, seperti yang

tercantum dalam Tabel 2, dan tugas-tugas lain

yang terbaik dilakukan oleh manusia. Aplikasi

lain yang sangat penting dari teknologi kontrol

dalam kontrol dari mobil modern [19, 20]. Sistem

kontrol untuk suspensi, kemudi, dan kontrol

mesin telah diperkenalkan. Banyak mobil baru

memiliki sistem four-wheel - steering, serta

sistem kontrol anti slip. Sebuah sistem kontrol

tiga sumbu untuk memeriksa wafer

semikonduktor individu ditunjukkan pada

Gambar 2.10. Sistem ini menggunakan motor

khusus untuk mendorong setiap sumbu ke posisi

yang diinginkan dalam xyz - sumbu, masing-

masing. Tujuannya adalah untuk mencapai halus,

gerakan akurat dalam setiap sumbu. Sistem

kontrol ini adalah salah satu yang penting untuk

industri manufaktur semikonduktor.

Telah ada banyak diskusi baru-baru ini mengenai

kesenjangan antara praktek dan teori dalam

teknik kontrol. Namun, adalah wajar bahwa teori

mendahului aplikasi di berbagai bidang teknik

kontrol. Meskipun demikian, sangat menarik

untuk dicatat bahwa dalam industri tenaga listrik,

industri terbesar di Amerika Serikat, kesenjangan

yang relatif tidak signifikan. Industri tenaga

listrik terutama tertarik pada konversi energi,

kontrol, dan distribusi. Sangat penting bahwa

kontrol komputer akan semakin diterapkan pada

industri listrik dalam rangka meningkatkan

efisiensi penggunaan sumber daya energi.

Juga, kontrol pembangkit listrik untuk emisi

limbah minimum telah menjadi semakin penting.

The modern, tanaman berkapasitas besar, yang

melebihi beberapa ratus megawatt, memerlukan

sistem kontrol otomatis yang menjelaskan

keterkaitan variabel proses dan produksi listrik

yang optimal. Adalah umum untuk memiliki 90

atau lebih variabel dimanipulasi di bawah control

yang terkoordinasi . Sebuah model sederhana

yang menunjukkan beberapa variabel kontrol

penting dari sebuah sistem pembangkit boiler

besar.

Gambar 5 Sebuah sistem kontrol tiga sumbu untuk

memeriksa wafer semikonduktor individu dengan kamera

yang sangat sensitif.

Ini adalah contoh dari pentingnya mengukur

banyak variabel , seperti tekanan dan oksigen ,

untuk memberikan informasi ke komputer untuk

perhitungan kontrol. Industri tenaga listrik telah

menggunakan aspek-aspek modern teknik

kontrol untuk aplikasi yang signifikan dan

menarik . Tampaknya dalam industri proses ,

faktor yang mempertahankan aplikasi

kesenjangan adalah kurangnya instrumentasi

untuk mengukur semua variabel proses yang

penting , termasuk kualitas dan komposisi

produk . Sebagai instrumen ini menjadi tersedia ,

aplikasi teori kontrol modern untuk sistem

industri harus meningkatkan terukur . Industri

penting lainnya , industri metalurgi , telah cukup

sukses secara otomatis mengendalikan proses

nya . Bahkan , dalam banyak kasus , teori kontrol

dilaksanakan sepenuhnya . Sebagai contoh,

sebuah pabrik baja hot -strip , yang melibatkan

investasi SlOO juta , dikendalikan untuk suhu ,

strip lebar , ketebalan , dan kualitas .

Cepat meningkatnya biaya energi ditambah

dengan ancaman pengurangan energi yang

dihasilkan dalam upaya baru untuk manajemen

energi yang efisien otomatis . Kontrol komputer

yang digunakan untuk mengontrol penggunaan

energi di industri dan untuk menstabilkan dan

menghubungkan beban secara merata untuk

mendapatkan ekonomi bahan bakar .

4. Masa depan dari kontrol sistem

Berlanjutnya Tujuan dari sistem kontrol

adalah untuk memberikan fleksibilitas yang luas

dan tingkat tinggi otonomi . Dua konsep sistem

mendekati tujuan ini dengan jalur evolusi yang

berbeda , seperti yang diilustrasikan pada

Gambar 2.20 . Hari robot industri dianggap

sebagai cukup otonom - setelah diprogram ,

intervensi lebih lanjut biasanya tidak diperlukan

. Karena keterbatasan sensorik , sistem robot

memiliki kebebasan yang terbatas dalam

beradaptasi dengan perubahan lingkungan kerja ;

meningkatkan persepsi adalah motivasi

penelitian visi komputer . Sistem kontrol sangat

mudah beradaptasi , tetapi hal itu bergantung

pada pengawasan manusia . Sistem robot canggih

berjuang untuk tugas adaptasi melalui

peningkatan umpan balik sensoris . Daerah

penelitian berkonsentrasi pada kecerdasan

buatan , integrasi sensor , visi komputer , dan off-

line pemrograman CAD / CAM akan membuat

sistem yang lebih universal dan ekonomis .

Sistem kontrol bergerak menuju operasi otonom

sebagai sebuah peningkatan pada kontrol

manusia . Penelitian di kontrol pengawasan ,

metode antarmuka manusia - mesin , dan

manajemen database komputer dimaksudkan

untuk mengurangi beban operator dan

meningkatkan efisiensi operator.

Banyak kegiatan penelitian yang umum

untuk robotika dan sistem kontrol dan ditujukan

untuk mengurangi biaya implementasi dan

memperluas bidang aplikasi . Ini termasuk

metode komunikasi ditingkatkan dan bahasa

pemrograman tingkat lanjut . Pelonggaran kerja

manusia oleh teknologi , sebuah proses yang

dimulai pada zaman prasejarah , sedang

memasuki tahap baru . Percepatan dalam laju

inovasi teknologi diresmikan oleh Revolusi

Industri telah sampai baru-baru ini

mengakibatkan terutama dalam perpindahan

kekuatan otot manusia dari tugas-tugas produksi

. Revolusi teknologi saat ini komputer

menyebabkan perubahan sosial sama-sama

penting , perluasan informasi pengumpulan dan

pengolahan informasi sebagai komputer

memperluas jangkauan otak manusia [ 16 ] .

Sistem kontrol yang digunakan untuk

mencapai ( 1 ) peningkatan produktivitas dan ( 2

) meningkatkan kinerja dari perangkat atau

sistem . Otomasi digunakan untuk meningkatkan

produktivitas dan memperoleh produk

berkualitas tinggi . Otomasi adalah operasi

otomatis atau kontrol dari sebuah proses ,

perangkat , atau sistem . Kami menggunakan

kontrol otomatis mesin dan proses untuk

menghasilkan suatu produk andal dan dengan

presisi tinggi [ 28 ] . Dengan permintaan yang

fleksibel , produksi kustom , kebutuhan untuk

otomatisasi fleksibel dan robotika tumbuh [ 17 ,

25 ] . The teori, praktek , dan aplikasi kontrol

otomatis adalah disiplin rekayasa besar , menarik

, dan sangat berguna . Satu dapat dengan mudah

memahami motivasi untuk studi sistem kontrol

modern.

Gambar 6 Masa depan kontrol sistem dan robot

5. Kesimpulan Dalam PEMBAHASAN ini, kita membahas

terbuka dan sistem kontrol umpan balik loop

tertutup. Contoh sistem kontrol melalui

perjalanan sejarah yang disajikan untuk

memotivasi dan menghubungkan tunduk pada

masa lalu. Dalam hal isu-isu kontemporer,

bidang utama aplikasi dibahas, termasuk robot

humanoid, kendaraan udara tak berawak, energi

angin, mobil hybrid, dan kontrol tertanam. Peran

sentral dari kontrol dalam mekatronik dibahas.

Mekatronika adalah integrasi sinergis dari sistem

mekanik, listrik, dan komputer. Akhirnya, proses

desain disajikan dalam bentuk terstruktur dan

termasuk langkah-langkah berikut: penetapan

tujuan dan variabel yang akan dikontrol, definisi

spesifikasi, definisi sistem, pemodelan, dan

analisis. Sifat iteratif desain memungkinkan kita

untuk menangani kesenjangan desain efektif

sementara mencapai diperlukan trade-off dalam

kompleksitas, kinerja, dan biaya.

6. Referensi

Dorf, Richard C., Robert H. Bishop. 2006.

“Moderen Control Systems Elevent Edition”.

Pearson Education International : Singapore.