Upload
vanxuyen
View
242
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
i
LAPORAN AKHIR
PENELITIAN DOSEN PEMULA
DESAIN DAN IMPLEMENTASI TANGGAPAN SISTEM KONTROL PROPORTIONAL,INTEGRAL, DIFERENSIAL (PID) PADA PEMBEBANAN
KOMPLEKS MENGGUNAKAN METODE ZIEGLER-NICHOLS
Tahun ke-1 dari rencana 1 tahun
Dibiayai Oleh:
Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat
Direktorat jenderal Penguatan Riset dan Pengembangan
Kementerian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi
Sesuai dengan Surat Perjanjian Penungasan Pelaksanaan Program Penelitian
Nomor: 095/SP2H/LT/DRPM/II/2016, Tanggal 17 Februari 2016
Oleh :
Kartika Dewi, S.T, M.T. NIDN 0924038401 (Ketua)
Muhammad Ilyas Syarif, S.ST.MT NIDN 0005058007 (Anggota)
POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG
MAKASSAR 2016
Kode/ Nama Rumpun Ilmu :455/ Teknik Kendali
(Atau Instrumentasi dan Kontrol)
ii
iii
RINGKASAN
Tujuan Penelitian ini adalah mendesain tanggapan sistem kendali Pengendali
Proporsional, Integral, Diferensial (PID) terhadap “plant” yang mengalami suatu
perubahan atau di istilahkan dengan pembebanan kompleks agar mendapatkan
tanggapan sistem (keluaran) yang stabil. Ketidakstabilan suatu sistem merupakan
keadaan yang tidak menguntungkan bagi sistem untain tertutup selain untuk
memperoleh manfaat praktis.
Untuk Memperoleh Penalaan Parameter Kontrol PID yang tepat sehingga
menghasilkan sinyal kontrol yang mampu mengatasi reaksi “plant” yang
mengalami suatu perubahan digunakan metode Ziegler-Nichlos. Pemilihan
Metode Ziegler-Nichlos karena metode ini tidak menekankan pada penurunan
model matematik komponen yang akan diatur. Perhitungan parameter-parameter
pengontrolannya hanya dilakukan untuk menentukan ultimate gain Ku dan
ultimate period Tu dari tanggapan Tangga (Step) sebuah “plant”.
Desain dan implementasi dari penelitian ini diharapkan menjadi salah satu
referensi Praktikum Sistem Pengaturan pada Program Studi Elektronika
Politeknik Negeri UjungPandang (PNUP).
iv
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat serta karunia-Nya kepada kami sehingga kami
berhasil menyelesaikan laporan kemajuan ini. Kami menyadari, dalam
penyusun laporan ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karenanya,
kami mohon saran dan kritik yang sifatnya membangun dari rekan-rekan
dan semua pihak yang terkait.
Terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu
terlaksananya penelitian dan penyusuan laporan ini sehingga bisa
terselesaikan. Akhirnya, kami berharap semoga laporan kemajuan
penelitian dosen pemula tahun 2016 membawa banyak manfaat bagi kita
semua.
Makassar, 24 November 2016
Tim Peneliti Dosen Pemula
v
DAFTAR ISI
Sampul i
Lembar Pengesahan ii
Ringkasan iii
Prakata iv
Daftar isi v
Daftar Tabel vi
Daftar Gambar vii
Bab 1. Pendahuluan 1
Bab 2. Tinjauan Pustaka 4
Bab 3. Tujuan dan Manfaat Penelitian 19
Bab 4. Metodologi Penelitian 20
Bab 5. Hasil dan Luaran yang dicapai 24
Bab 6. Kesimpulan dan Saran 41
Daftar Pustaka 42
Lampiran-Lampiran 43
Lampiran 1 Biodata I
Lampiran 2 Artikel Ilmiah II
Lampiran 3 Berita Acara Seminar Hasil III
Lampiran 4 Daftar Hadir Seminar Hasil IV
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Penalaan parameter PID dengan metode kurva reaksi 15
Tabel 2.2 Penalaan parameter PID dengan metode Osilasi 17
Tabel 5.1 Impedansi Hambatan (R) terhadap frekuensi 27
Tabel 5.2 Impedansi Induktor (L) terhadap frekuensi 27
Tabel 5.3 Impedansi Kapasitor (C) terhadap frekuensi 28
Tabel 5.4 Parameter Tuning Kontroler PID sesuai dengan aturan I
tuning Ziegler Nichols
30
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram kotak Sistem kontrol Industri 4
Gambar 2.2 Diagram kotak Kontrol Proporsional 7
Gambar 2.3 Grafik output input untuk kontrol proporsional 8
Gambar 2.4 Diagram kotak kontrol integral 9
Gambar 2.5 Kurva sinyal kesalahan e(t) terhadap t pada pembangkit
kesalahan nol
9
Gambar 2.6 Alat kontrol Elektronik mode Integral 10
Gambar 2.7 Kurva waktu hubungan input-output pengontrol derivative 11
Gambar 2.8 Diagram Blok Kontrol Proporsional+integral+Diferensial 12
Gambar 2.9 Kontrol Proporsional ditambah integral diferensial
elektronik
13
Gambar 2.10 Kurva respon tangga satuan yang memperlihatkan 25%
loncatan maksimum
14
Gambar 2.11 Respon Tangga satuan sistem 15
Gambar 2.12 Kurva Respon Berbentuk S 15
Gambar 2.13 Sistem Untaian tertutup dengan alat kontrol Proporsional 16
Gambar 2.14 Kurva Respon Sustain Oscilation 16
Gambar 2.15 Domain atau kawasan tanggapan sistem 17
Gambar 2.16 Tanggapan sistem dengan respon waktu 18
Gambar 3.1 Blok Diagram PID dengan aturan kurva reaksi dari Ziegler
Nichols
21
Gambar 3.2 Blok Diagram PID dengan aturan osilasi dari Ziegler
Nichols
21
Gambar 5.1 Diagram Blok kontrol PID 25
Gambar 5.2 Rangkaian listrik RLC 25
Gambar 5.3 Modul percobaan rangkaian listrik RLC 26
Gambar 5.4 Blok diagram simulasi plant dengan simulink 29
Gambar 5.5 Hasil simulasi plant dengan simulink 30
Gambar 5.6 Blok diagram kontrol PID dengan plant 32
viii
Gambar 5.7 Blok diagram simulasi pada matlab 32
Gambar 5.8 Hasil Simulasi kontrol PID dengan nilai Kp=5,55;
Kd=0,222; Ki=34,69
33
Gambar 5.9 Hasil Simulasi kontrol PID dengan nilai Kp=5,55; Kd=1;
Ki=34,69
33
Gambar 5.10 Hasil Simulasi kontrol PID dengan nilai Kp=4; Kd=0,222;
Ki=1
34
Gambar 5.11 Implementasi kontrol PID pada ACS-1000 dengan nilai
Kp=5,55; Kd=0,222; Ki=34,69
34
Gambar 5.12 Diagram blok simulink metode Osilasi tanpa kontroler
dengan nilai K=10
35
Gambar 5.13 Hasil simulasi simulink metode Osilasi tanpa kontroler
dengan nilai K=10, osilasi convergent
35
Gambar 5.14 Diagram blok simulink metode Osilasi tanpa kontroler
dengan nilai K=12
37
Gambar 5.15 Hasil simulasi simulink metode Osilasi tanpa kontroler
dengan nilai K=12, osilasi divergent
37
Gambar 5.16 Hasil simulasi simulink metode Osilasi tanpa kontroler
dengan nilai K=11,5, diperoleh osilasi Amplitudo Konstan
38
Gambar 5.17 Blok Diagram dengan Kontrol PID metode Osilaso 39
Gambar 5.18 Hasil Simulasi Simulink dengan nilai Ki=47,6; Kd=0,25;
Kp=6,9 dengan metode Osilasi
39
Gambar 5.19 Implementasi Kontrol PID pada ACS-1000 dengan nilai
Ki=47,6; Kd=0,25; Kp=6,9 dengan metode Osilasi
40
1
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sistem pengendalian menjadi bagian yang tidak bisa terpisahkan dalam
proses kehidupan ini khususnya dalam bidang rekayasa industri, karena dengan
bantuan sistem pengendalian maka hasil yang diinginkan dapat
terwujud. Intrumentasi dan kontrol industri tentu tidak lepas dari sistem
instrumentasi sebagai pengontrol yang digunakan dalam keperluan pabrik. Sistem
kontrol pada pabrik tidak lagi manual seperti dahulu, tetapi saat ini telah dibantu
dengan perangkat kontroler sehingga dalam proses produksinya suatu pabrik bisa
lebih efisien dan efektif. Kontroler juga berfungsi untuk memastikan bahwa setiap
proses produksi terjadi dengan baik.
PID (Proportional–Integral–Derivative controller) merupakan kontroler
untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya
umpan balik pada sistem tesebut. PID adalah pengontrol konvensional yang
banyak dipakai dalam dunia industri. Kestabilan dari sistem instrumentasi yang
digunakan menjadi harga mutlak untuk mendukung efektifitas produksi yang
berdampak pada nilai ekonomis perusahaan. Salah satu penyebab ketidak stabilan
sistem yang umum ditemukan dalam dunia industri adalah factor daya dari beban
yang dikendalikan yang mana hal tersebut mempengaruhi arus beban. Beban yang
memiliki karakteristik tersebut diwakili oleh beban resistif (R), induktif(L),
kapasitif(C) dan kombinasi ketiganya (RLC), yang mana ketiga beban tersebut
memiliki faktor daya yang berbeda sehingga mampu mempengaruhi respon
tegangan dan frekuensi(waktu) dari sistem yang dikendalikan.
Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari
ketiga parameter P, I dan D. Penyetelan konstanta Kp, Ki dan Kd akan
mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari
ketiga konstanta tersebut dapat disetel lebih menonjol dibanding yang lain.
Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi pengaruh pada
respon sistem secara keseluruhan.
Penalaan parameter kontroler PID (Proporsional Integral Diferensial)
selalu didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang diatur (Plant). Dengan
demikian betapapun rumitnya suatu plant, perilaku plant tersebut harus diketahui
2
terlebih dahulu sebelum penalaan parameter PID itu dilakukan. Karena
penyusunan model matematik plant tidak mudah, maka dikembangkan suatu
metode eksperimental, yaitu Ziegler-Nichols. Metode Ziegler-Nichols didasarkan
pada reaksi plant yang dikenai suatu perubahan. Dengan menggunakan metode ini
model matematik perilaku plant tidak diperlukan lagi, karena dengan
menggunakan data yang berupa kurva keluaran, penalaan kontroler PID telah
dapat dilakukan.
Untuk itu Perlu dilakukan Perancangan dan implentasi nilai penalaan
parameter kontroler PID untuk menangani perubahan beban sehingga diperoleh
tanggapan waktu yang baik terhadap sinyal masukan yang beragam.
1.2. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mendesain Nilai Kp, Ki, dan Kd pada Sistem Kendali Proporsional,
Integral, Diferensial (PID) untuk mendapatkan tangapan sistem yang
diinginkan Menggunakan Metode Ziegler-Nichlos
2. Implementasi Nilai Penalaan Kp, Ki, dan Kd terhadap Beban yang
berubah-ubah (Kompleks) dalam sistem sehingga dihasilkan tanggapan
waktu yang diinginkan.
1.3. Tujuan
Adapun tujuan Penelitian ini adalah sebagai berikut
1. Merancang Sistem Kendali Proporsional, Integral, Diferensial (PID)
untuk perubahan arus beban (beban resistif, induktif, kapasitif dan
kombinasi R L C) dengan menentukan Nilai Kp, Ki, dan Kd yang tepat
sehingga dihasilkan sebuah kestabilan sistem pada pembebanan
kompleks.
2. Mengimplentasikan hasil penalaan kontrol PID untuk mendapat respon
waktu sistem kendali ideal.
1.4. Target Luaran
Target Luaran Yang Diharapkan adalah:
3
1. Memperoleh Rekomendasi nilai penalaan parameter Kp, Ki, dan Kd yang
tepat agar diperoleh kestabilan sistem terhadap perubahan beban dalam
sistem .
2. Sebuah Prototype Plant dengan beban beban resistif, induktif, kapasitif
dan kombinasi R L C.
4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kontroler
Kontroler merupakan salah satu bagian yang penting dalam sistem
pengaturan. Masukan ke kontroler adalah indikasi terukur dari variabel
yang dikontrol dan set-point yang merepresentasikan harga yang
diinginkan dari variabel yang dinyatakan dalam bentuk yang sama dengan
pengukuran, sedangkan output kontroler adalah sebuah sinyal yang
merepresentasikan tindakan yang harus diambil ketika harga variabel yang
dikontrol mengalami penyimpangan. Cara bagaimana kontroler tersebut
menghasilkan sinyal kontrol dinamakan aksi kontrol. Pengetahuan tentang
jenis alat kontrol sangat penting dalam penentuan jenis kontroler yang
sesuai untuk mengendalikan suatu sistem atau proses.
2.1.1 Prinsip Kerja Kontroler
Gambar 2.1 memperlihatkan diagram kotak dari sistem kontrol
industri, yang terdiri dari kontroler otomatis, aktuator, plant, dan sensor
(elemen pengukur).
Gambar 2.1. Diagram kotak sistem kontrol industri
Kontroler mendeteksi sinyal kesalahan aktuasi, yang biasanya
mempunyai tingkat daya sangat rendah, dan memperkuatnya menjadi
tingkat yang tingginya mencukupi. Jadi kontroler otomatis terdiri dari
detektor kesalahan dan penguat atau amplifier. Seringkali rangkaian
umpan balik yang sesuai, bersama dengan penguat, digunakan untuk
mengubah sinyal kesalah aktuasi dengan memperkuat dan kadang-kadang
5
dengan diferensiasi dan atau integrasi untuk menghasilkan sinyal kontrol
yang lebih baik. Aktuator adalah alat daya yang menghasilkan masukan ke
”plant” sesuai dengan sinyal kontrol sedemikian sehingga sinyal umpan
balik akan berkaitan dengan sinyal masukan acuan. Keluaran dari
kontroler otomatis dimasukkan ke aktuator.
Sensor atau elemen pengukur adalah alat yang mengubah variabel
keluaran menjadi variabel yang sesuai, seperti perpindahan, tekanan, atau
tegangan, yang dapat digunakan untuk membandingkan keluaran dengan
sinyalmasukan acuan. Elemen ini berada pada jalur umpan balik dari
sistem loop tertutup. Titik ”set” dari kontroler harus diubah ke masukan
acuan dengan unit yang sama dengan sinyal umpan balik dari sensor atau
elemen pengukur.
Menurut Ogata (1997), berdasarkan aksi pengontrolannya,
kontroler analog industri dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
a. Kontroler dua posisi atau “on-off”
b. Kontroler P (proporsional)
c. Kontroler I (integral)
d. Kontroler PI (proporsional-integral)
e. Kontroler PD (proporsional-derivatif)
f. Kontroler PID (proporsional-integral-derivatif)
2.1.2. Elemen Kontrol Automatik Di Industri
Alat-alat kontrol menghasilkan konfigurasi bertingkat, yakni
dengan menyisip-kannya pada lup yang sudah ada, sehingga merupakan
bagian dari penguatan dalam arah maju.
Kontroler automatik harus dapat mendeteksi sinyal kesalahan
penggerak e(t) yang pada umumnya mempunyai tingkat daya yang sangat
kecil, sehingga kontroler memerlukan suatu penguat, dimana alat kontrol
tersebut bisa terdiri dari PI, PD, PID atau alat kontrol lainnya (Fuzzy dll).
Penguat memperkuat daya sinyal e(t) yang selanjutnya akan
menggerakkan actuator atau m(t). Aktuator atau sinyal penggerak
(actuating sinyal) ini merupakan masukan untuk G(t) atau plant. Dengan
6
mengatur alat kontrol maka m(t) dapat dimodifikasi sehingga
menghasilkan respon sistem yang diinginkan.
2.2. Kontrol Proportional–Integral–Derivative controller (PID)
Didalam suatu sistem kontrol kita mengenal adanya beberapa
macam aksi kontrol, diantaranya yaitu aksi kontrol proporsional, aksi
kontrol integral dan aksi kontrol derivative. Masing-masing aksi kontrol
ini mempunyai keunggulan- keunggulan tertentu, dimana aksi kontrol
proporsional mempunyai keunggulan rise time yang cepat, aksi kontrol
integral mempunyai keunggulan untuk memperkecil error ,dan aksi
kontrol derivative mempunyai keunggulan untuk memperkecil error atau
meredam overshot/undershot. Untuk itu agar kita dapat menghasilkan
output dengan risetime yang cepat dan error yang kecil kita dapat
menggabungkan ketiga aksi kontrol ini menjadi aksi kontrol PID.
Parameter pengontrol Proporsional Integral derivative (PID) selalu
didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang di atur (plant). Dengan
demikian
bagaimanapun rumitnya suatu plant, prilaku plant tersebut harus di ketahui
terlabih dahulu sebelum pencarian parameter PID itu dilakukan.
2.2.1. Aksi Kontrol Proporsional (P)
Untuk kontroler dengan aksi kontrol Proporsional, hubungan antara
keluaran kontroller m(t) dan sinyal kesalahan penggerak e(t) adalah :
(2.1)
dimana K adalah konstanta kesebandingan, sedangkan adalah kepekaan
Proporsional atau penguatan. P K
Pertambahan harga K akan menaikkan penguatan sistem, sehingga
dapat digu-nakan untuk memperbesar kecepatan respons dan mengurangi
ess (penyimpangan dalam keadaan mantap). Pemakaian alat kontrol jenis
ini tidak memuaskan, karena semakin besar K selain akan membuat sistem
lebih sensitive, juga akan cenderung mengakibatkan ke tidakstabilan,
7
disamping itu penambahan K terbatas dan tidak cukup untuk mencapai
respon sampai suatu harga yang diingini. Dalam besaran Transformasi
Laplace, adalah :
(2.2)
Diagram kotak kontroler proporsional, diperlihatkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Diagram kotak kontroler proporsional
Apapun bentuk wujud mekanisme yang sebenarnya dan apapun
bentuk daya penggeraknya, kontroler proporsional pada dasarnya
merupakan penguat dengan penguatan yang dapat diatur. Grafik output
input untuk kontroler Proposrsional diperlihatkan pada gambar 2.3.
Gambar 2.3. Grafik Output Input untuk kontroler proporsional
Kontroler proporsional memberi pengaruh langsung (sebanding)
pada error. Semakin besar error, semakin besar sinyal control yang
dihasilkan kontroler. Pengaruh kontroler proporsional pada sistem:
Menambah atau mengurangi kestabilan.
Dapat memeperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time.
Mengurangi (tetapi bukan menghilangkan) error steady state (kesalahan
keadaan mantap/tunak). Untuk menghilangkan error steady state
dibutuhkan Kp yang besar, tetapi membuat sistem lebih tidak stabil.
8
Realisasi kontroler proporsional dengan rangkaian elektronika
dapat dibuat dengan menggunakan operasional amplifier.
Gambar 2.3 Contoh kontroler proporsional elektronik.
Jika keluaran kontroler dan eror dinyatakan dalam tegangan, dari rangkaian op
amp pada Gambar 2.3. diperoleh:
(2.3)
R2/R1 merupakan penguatan proporsional, Kp.
2.2.2. Kontrol Integral (I)
Pengontrol integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang
memiliki
kesalahan keadaan stabil nol. Jika sebuah plant tidak memiliki
unsur integrator (1/s), pengontrol proposional tidak akan mampu
menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan stabilnya nol.
Dengan pengontrol integral, respon sistem dapat diperbaiki, yaitu
mempunyai kesalahan keadaan stabilnya nol.
Pengontrol integral memiliki karaktiristik seperti halnya sebuah
integral. Keluaran sangat dipengaruhi oleh perubahan yang sebanding
dengan nilai sinyal kesalahan. Keluaran pengontrol ini merupakan
penjumlahan yang terus menerus dari perubahan masukannya. Kalau
sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, keluaran akan menjaga
keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan.
9
(2.4)
Atau m(t) = Ki 0
( )t
e t dt , dimana Ki adalah konstanta yang dapat diatur. Fungsi
Alih Kontrol Integral adalah:
( )
( )
1( )
i
i
KM s
E s S
M s KS
(2.5)
Diagram kotak kontroler Integral, diperlihatkan pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Diagram kotak kontroler Integral
Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang
dibentuk oleh kurva kesalahan penggerak. Sinyal keluaran akan berharga
sama dengan harga sebelumnya ketika sinyal kesalahan berharga nol.
Gambar 2.5 menunjukkan contoh sinyal kesalahan yang dimasukan ke
dalam pengontrol integral dan keluaran pengontrol integral terhadap
perubahan sinyal kesalahan tersebut.
Gambar 2.5 Kurva sinyal kesalahan e(t) terhadap t pada pembangkit kesalahan
nol.
10
Perubahan sinyal kontrol sebanding dengan perubahan eror. Semakin besar
eror,
semakin cepat sinyal kontrol bertambah/berubah. Pengaruh kontroler integral
pada sistem:
- Menghilangkan eror steady state.
- Respon lebih lambat (dibanding P).
- Dapat menimbulkan ketidakstabilan (karena menambah orde sistem).
Gambar 2.6 memperlihatkan contoh kontroler integral elektronik.
Gambar 2.6. Alat kontrol elektronik mode integral.
Persamaan yang menghubungkan masukan dengan keluaran adalah:
(2.6)
1/RC = Ki merupakan penguatan integral. Jika Ki terlalu besar, keluaran naik
dengan cepat sehingga terjadi overshoot dari penyetelan maksimum dan
dihasilkan sikling.
2.2.3. Kontrol Derivatif
Keluaran pengontrol Derivative memiliki sifat seperti halnya suatu
operasi differensial. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol,
akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Gambar 2.7
menyatakan hubungan antara sinyal masukan dengan sinyal keluaran
pengontrol Derivative. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan,
keluaran pengontrol juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila
sinyal masukan berubah mendadak dan menaik (berbentuk fungsi step),
keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal masukan
berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru merupakan
11
fungsi step yang besar magnitudnya sangat dipengaruhi oleh kecepatan
naik dari fungsi ramp dan faktor konstanta diferensialnya.
Gambar 2.7 Kurva waktu hubungan input-output pengontrol Derivative
Karakteristik pengontrol derivative adalah sebagai berikut:
1. Pengontrol ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada perubahan
pada masukannya (berupa sinyal kesalahan).
2. pengontrol derivative mempunyai suatu karakter untuk mendahului, sehingga
pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum
pembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrol derivative dapat
mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif,
dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem .
Berdasarkan karakteristik pengontrol tersebut, pengontrol derivative
umumnya dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi
tidak memperkecil kesalahan pada keadaan stabilnya. Kerja pengontrol
derivative hanyalah efektif pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode
peralihan. Oleh sebab itu pengontrol derivative tidak pernah digunakan
tanpa ada pengontrol lain sebuah sistem (Thomas, 2005, 127).
2.2.4. Kontrol Proporsional, Integral, Derivatif (PID)
Untuk kontroler proporsional ditambah integral ditambah
differensial, sinyal kesalahan e(t) merupakan masukan kontroler
sedangkan keluaran kontroler adalah sinyal kontrol u(t). Hubungan antara
masukan kontroler e(t) dan keluaran kontroler u(t) adalah
(2.8)
12
atau dalam besaran transformasi Laplace
(2.9)
dimana Kp adalah penguatan proporsional dan τi adalah waktu integral dan τd
adalah waktu differensial. Parameter Kp, τi, dan τd ketiganya dapat
ditentukan.
Sehingga fungsi alih kontroler proporsional ditambah integral ditambah
differensial adalah
(2.10)
Diagram blok kontroler proporsional ditambah integral dan differensial
diperlihatkan pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Diagram Blok Kontroler Proporsional+Integral+Diferensial
Realisasi kontroler proporsional ditambah integral ditambah
differensial dengan rangkaian elektronika dapat dibuat dengan
menggunakan operasional amplifier jenis inverting amplifier.
13
Gambar 2.9. Kontroler proporsional ditambah integral ditambah
differensial elektronik
2.3. Metode Ziegler-Nichols
Penalaan parameter kontroller PID selalu didasari atas tinjauan
terhadap karakteristik yang diatur (Plant). Dengan demikian betapapun
rumitnya suatu plant, perilaku plant tersebut harus diketahui terlebih
dahulu sebelum penalaan parameter PID itu dilakukan. Karena
penyusunan model matematik plant tidak mudah, maka dikembangkan
suatu metode eksperimental. Metode ini didasarkan pada reaksi plant yang
dikenai suatu perubahan.
Dengan menggunakan metode itu model matematik perilaku plant
tidak diperlukan lagi, karena dengan menggunakan data yang berupa kurva
krluaran, penalaan kontroler PID telah dapat dilakukan. Penalaan bertujuan
untuk mendapatkan kinerja sistem sesuai spesifikasi perancangan. Ogata
menyatakan hal itu sebagai alat control (controller tuning) (Ogata, 2003,
168, Jilid 2). Metode pendekatan eksperimen tersebut adalah Ziegler-
Nichols
14
Ziegler-Nichols pertama kali memperkenalkan metodenya pada
tahun 1942. Metode ini memiliki dua cara, metode osilasi dan kurva
reaksi. Kedua metode ditujukan untuk menghasilkan respon sistem dengan
lonjakan maksimum sebesar 25%. Gambar 11 memperlihatkan kurva
dengan lonjakan 25%.
Gambar 2.10. Kurva respons tangga satuan yang memperlihatkan 25 %
lonjakan maksimum
2.3.1. Metode Kurva Reaksi
Metode ini didasarkan terhadap reaksi sistem untaian terbuka. Plant
sebagai untaian terbuka dikenai sinyal fungsi tangga satuan (gambar 2.11).
Kalau plant minimal tidak mengandung unsur integrator ataupun pole-pole
kompleks, reaksi sistem akan berbentuk S.
Gambar 2.11 Respon tangga satuan sistem
Gambar 2.12 menunjukkan kurva berbentuk S tersebut. Kelemahan
metode ini terletak pada ketidakmampuannya untuk plant integrator
maupun plantt yang memiliki pole kompleks.
15
Gambar 2.12 Kurva Respons berbentuk S.
Kurva berbentuk-s mempunyai dua konstanta, waktu mati (dead time) L
dan waktu tunda T. Dari gambar 13 terlihat bahwa kurva reaksi berubah naik,
setelah selang waktu L. Sedangkan waktu tunda menggambarkan perubahan kurva
setelah mencapai 66% dari keadaan mantapnya. Pada kurva dibuat suatu garis
yang bersinggungan dengan garis kurva. Garis singgung itu akan memotong
dengan sumbu absis dan garis maksimum. Perpotongan garis singgung dengan
sumbu absis merupakan ukuran waktu mati, dan perpotongan dengan garis
maksimum merupakan waktu tunda yang diukur dari titik waktu L.
Penalaan parameter PID didasarkan perolehan kedua konstanta itu. Zeigler
dan Nichols melakukan eksperimen dan menyarankan parameter penyetelan nilai
Kp, Ti, dan Td dengan didasarkan pada kedua parameter tersebut. Tabel 2.1
merupakan rumusan penalaan parameter PID berdasarkan cara kurva reaksi.
Tabel 2.1 Penalaan paramater PID dengan metode kurva reaksi
Tipe
Kontrole
r
Kp Ti Td
P T/L ~ 0
PI 0,9 T/L L/0.3 0
PID 1,2 T/L 2L 0,5L
2.3.2. Metode Isolasi
Metode ini didasarkan pada reaksi sistem untaian tertutup. Plant
disusun serial dengan kontroller PID. Semula parameter parameter
16
integrator disetel tak berhingga dan parameter diferensial disetel nol (T i =
~ ;Td = 0). Parameter proporsional kemudian dinaikkan bertahap. Mulai
dari nol sampai mencapai harga yang mengakibatkan reaksi sistem
berosilasi. Reaksi sistem harus berosilasi dengan magnitud tetap(Sustain
oscillation) (Guterus, 2004, 9-9). Gambar 2.13 menunjukkan rangkaian
untaian tertutup pada cara osilasi.
Gambar 2.13 Sistem untaian tertutup dengan alat kontrol proporsional
Nilai penguatan proportional pada saat sistem mencapai
kondisi sustain oscillation disebut ultimate gain Ku. Periode dari sustained
oscillation disebut ultimate period Tu . Gambar 2.14 menggambarkan
kurva reaksi untaian terttutup ketika berosilasi.
Gambar 2.14 Kurva respon sustain oscillation
Penalaan parameter PID didasarkan terhadap kedua konstanta hasil
eksperimen, Ku dan Pu. Ziegler dan Nichols menyarankan penyetelan nilai
parameter Kp, Ti, dan Td berdasarkan rumus yang diperlihatkan pada Tabel
2.2.
17
Tabel 2.2 Penalaan paramater PID dengan metode osilasi
Tipe
Kontrole
r
Kp Ti Td
P 0,5.Ku
PI 0,45.Ku 1/2 Pu
PID 0,6.Ku 0,5 Pu 0,125
Pu
2.4. Tanggapan Sistem
Respon sistem atau tanggapan sistem adalah perubahan perilaku
output terhadap perubahan sinyal input. Respon sistem berupa kurva akan
menjadi dasar untuk menganalisa karakteristik system selain
menggunakan persamaan/model matematika. Salah satu cara untuk
menguji dan menganalisis suatu sistem adalah dengan memberikan suatu
sinyal uji (test signal) sebagai masukan dan mengamati serta menganalisis
keluarannya. Berbagai sinyal masukan dapat digunakan untuk keperluan
analisis yang berbeda-beda. Jika sistem yang digunakan untuk keperluan
masukan dengan kenaikan gradual sepanjang waktu, maka digunakan
sinyal uji fungsi ramp. Sinyal fungsi step digunakan untuk menguji
keandalan terhadap gangguan luar.
Respon sistem atau tanggapan sistem terbagi dalam dua domain,
yakni domain waktu (time response) dan domain frekuensi (frequency
response) yang ditunjukkan pada diagram dibawah.
Gambar 2.15. Domain atau Kawasan Tanggapan Sistem
18
Untuk Domain waktu, tanggapan waktu dari suatu sistem kontrol terdiri
atas tanggapan transien (transient response) dan tanggapan keadaan tunak
(steady-state response). Tanggapan transien berlangsung saat „start’ hingga
tanggapan sistem mencapai nilai akhir yang diinginkan (final state). Tanggapan
keadaan tunak dimulai saat tanggapan pertama kali mendekati nilai akhir hingga
waktu yang tak terhingga. Gambar 2.16 mendeskripsikan kedua jenis tanggapan
waktu tersebut.
Tanggapan transien digunakan untuk menganalisis sifat naik atau
permulaan dari suatu sistem bila diberikan sinyal uji. Sedangkan tanggapan
keadaan tunak digunakan untuk menganalisis karakteristik sistem pada saat
mencapai harga akhirnya.
Gambar 2.16 Tanggapan sistem dengan respon waktu
19
BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
Adapun tujuan Penelitian ini adalah sebagai berikut
1. Merancang Sistem Kendali Proporsional, Integral, Diferensial (PID) untuk
perubahan arus beban (beban resistif, induktif, kapasitif dan kombinasi R L
C) dengan menentukan Kp, Ki, dan Kd yang tepat sehingga dihasilkan sebuah
kestabilan sistem pada pembebanan kompleks.
2. Mengimplentasikan hasil penalaan kontrol PID untuk mendapat respon waktu
sistem kendali ideal.
Dengan tercapainya tujuan diatas, maka maafaat yang bisa dirasakan dari
kegiatan penelitian ini adanya modul pembebanan yang berfungsi sebagai Plant
dan bahan ajar pada mata kuliah sistem pengaturan dan Praktikum Sistem
Pengaturan pada Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro
Politeknik Negeri Ujung Pandang.
20
BAB 4. METODOLOGI PENELITIAN
4.1. Tahapan-tahapan penelitian
Tahapan-tahapan penelitian yang direncanakan adalah sebagai berikut:
1. Kajian pustaka dan pengumpulan data pada sistem kerja dan karakteristik
modular Analog Control System (ACS-1000).
2. Pemodelan matematis dari sistem yang akan dibuat dan diamati
berdasarkan kajian pustaka yang telah diperoleh.
3. Mendesain unit beban
4. Perancangan unit beban
5. Penalaan Nilai Kp, Ki, dan Kd pada Sistem Kendali Proporsional,
Integral, Diferensial (PID) untuk mendapatkan tangapan sistem yang
diinginkan Menggunakan Metode Ziegler-Nichlos.
6. Melakukan ujicoba sistem bagian perbagian (blok perblok)
7. Melakukan ujicoba dan evaluasi terhadap unjuk kerja sistem yang telah
terintegrasi.
8. Membuat kesimpulan terhadap hasil penelitian dan pengembangan.
Sinyal uji yang menjadi input pada penelitian yaitu sinyal uji tangga
(step. Langkah berikutnya adalah melakukan penalaan Parameter dari
Kontroler PID menggunakan metode pertama dari Ziegler-Nichlos pertama
yakni menggunakan kurva reaksi dengan acuan kurva respon berbentuk S
untuk mendapatkan nilai Kp, Ki, dan Kd. Selanjutnya Menyempurnakan
sistem Kontroler dengan melakukan lup tertutup dengan menghubungkan
pada beban resistif, induktif, kapasitif dan kombinasi RLC. kemudian
parameter penalaan PID akan mengalami pengulangan sampai spesifikasi
respon ditemukan. Spsesifikasi Respon Yang di inginkan adalah waktu naik
yang cepat, minimum overshoot dan kesalaan keadaan tunak sama dengan
nol(0). Blok Diagram Matematis Untuk perancangan sistem PID
menggunakan aturan kurva reaksi pada gambar 3.1.
21
Gambar 3.1. Blok Diagram PID dengan Aturan Metode Kurva
reaksi dari Ziegler-Nichols
Dalam pengaturan untuk mementukan parameter pengontrol PID
menggunakan metode Ziegler-Nichols metode osilasi. Langkah-langkah
yang dilakukan sama seperti menentukan parameter pengontrol PID
menggunakan metode Ziegler-Nichols metode kurva reaksi tetapi terlebih
dahulu kita menentukan dua koefisien ultimate gain (KU) dan ultimate
period (PU). Diagram blok sistem loop tertutup terlihat pada gambar 3.2.
Gambar 3.2. Blok Diagram PID dengan Aturan Metode Osilasi dari
Ziegler-Nichols
Desain dari Sistem ini memiliki spesifikasi alat yang direncanakan
sebagai berikut :
1. Satu Unit Komputer dengan spesifikasi minimal:
a. Processor Intel(R) Core(TM) i3-3110M, CPU2.40 GHz
b. Memory 1 GB
-
22
c. Operating Sisstem Windows 7 Ultimate 64 bit.
2. Satu Set Modul Analog Contro System (ACS-1000).
3. Osiloskop 1 unit.
4. Function Generator 1 Unit.
5. Multimeter 1 Buah.
6. Modul Beban Resistif, Kapasisti, dan Induktif.
4.2. Prosedur Desain(Perancangan) dan Implementasi
Prosedur perancangan yang dilakukan didasarkan pada metode perancangan
yang diambil yaitu metode desain, yaitu :
1. Proses pengumpulan data (instrument)
2. Proses perancangan desain
3. Proses pembuatan/ perakitan
4. Proses pengetesan, merupakan tahap terakhir yang dilakukan, berupa
pengetesan sistem. Pengetesan yang dilakukan masing-masing pada setiap
blok dan sistem secara keseluruhan.
4.3 . Lokasi Penelitian
Penelitian akan dilakukan di Laboratorium Sistem Pengaturan dan
Perancangan Elektronika Politeknik Negeri Ujung Pandang Jl. Perintis
Kemerdekaan Km. 10 Makassar, Sulawesi-Selatan.
4.4. Teknik Pengumpulan dan Analisa Data
Metode Pengumpulan data yang digunakan adalah dengan melalui ujicoba
sistem melalui dua langkah, yakni:
1. Ujicoba blok per-blok dari sistem yang dibuat. Pengambilan data dengan
metode ini adalah untuk mengetahui performasi setiap bagian dari sistem
apakah bekerja sesuai dengan fungsinya. Hal ini akan memudahkan dalam
proses troubleshooting.
2. Ujicoba Sistem secara utuh. Pengujian sistem secara keseluruhan bertujuan
untuk mengetahui hasil perancangan sistem sudah sesuai dengan target yang
direncanakan.
23
Adapun analisis dari data yang diperoleh di dasarkan pada teori, bahan
penelitian yang menjadi rujukan dalam kajian pustaka.
24
BAB 5
HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI
A. Pemodelan Sistem Fisis
Persoalan mendasar dalam mendesain suatu sistem kontrol adalah
mengetahui karakteristik dari setiap bagian yang dirancang. Deskripsi
matematik dari karakteristik dinamik suatu sistem disebut model
matematik. Langkah pertama dalam analisis suatu sistem dinamik adalah
memperoleh modelnya. Dari sistem dinamik ini dapat diketahui indeks
performansi dan dinamika sistem tersebut.
1. Fungsi Alih PID
Untuk kontroler proporsional ditambah integral ditambah differensial,
sinyal kesalahan e(t) merupakan masukan kontroler sedangkan keluaran
kontroler adalah sinyal kontrol u(t). Hubungan antara masukan kontroler
e(t) dan keluaran kontroler u(t) adalah
(5.1)
atau dalam besaran transformasi Laplace
(5.2)
dimana Kp adalah penguatan proporsional dan τi adalah waktu integral dan τd
adalah waktu differensial. Parameter Kp, τi, dan τd ketiganya dapat
ditentukan.
Sehingga fungsi alih kontroler proporsional ditambah integral ditambah
differensial adalah
(5.3)
Diagram blok kontroler proporsional ditambah integral dan differensial
diperlihatkan pada gambar 2.8.
25
Gambar 5.1 Diagram Blok Kontroler Proporsional+Integral+Diferensial
2. Fungsi Alih Rangkaian R-L-C
Gambar 5.2 Rangkaian R-L-C
Tinjau rangkaian listrik yang ditunjukkan pada gambar 5.2.
Rangkaian tersebut terdiri dari suatu Induktansi L (henry), suatu tahanan
R(ohm(, dan suatu Kapasitansi C (farad). Dengan menerapkan hukum
Kirchoff pada sistem yang sedang ditinjau, kita peroleh persamaan berikut:
1( )
diL Ri idt V t
dt C (5.4)
0
1( )idt V t
C (5.5)
Dengan mencari Transformasi Laplace dari persamaan 5.4 dan 5.5,
dengan mengganggap syarat awal nol, kita peroleh:
26
0
1 1( ) ( ) ( ) ( )
1 1( ) ( )
LsI s RI s I s E sC s
I s E sC s
Jika V(t) kita anggap masukan dan Vo(t) sebagai Keluaran, maka
Fungsi Alih dari sistem ini diperoleh sebagai berikut:
2
0
( ) 1
( ) 1
E s
E s LCs RCs
B. Eksperimen Rangkaian RLC sebagai Impedanzi Kompleks
Eksperimen rangkaian seri RLC menggunakan papan Protoboard,
Multimeter, resistor, induktor, kapasitor, Function Generator, dan kabel
penghubung.
Gambar 5.3 Modul Percobaan Rangkaian R-L-C
Rangkaian R-L-C terdiri dari R= 47 , C = 10 F dan Induktor
500 Lilitan. Tujuan dari Ekdperimen ini adalah menentukan karakteristik
Impendasi hambatan terhadap frekuensi, menentukan karakteristik
Impendasi induktor terhadap frekuensi, menentukan karakteristik
Impendasi Kapasitor terhadap frekuensi, dan menentukan karakteristik
rangkaian R-L-C sebagai Impedansi Kompleks yang akan menjadi Plant
dalam penelitian ini. Dari hasil percobaan ini diperoleh hubungan antara
27
tegangan, arus dan impedansi dari setiap komponen listrik
resistor,induktro, dan kapasitor sebagai berikut:
Tabel 5.1 Impedansi Hambatan (R) terhadap frekuensi
F(Hz) V(Volt) I
(Amp
ere)
100 6.5 0.14
200 6.5 0.14
300 6.5 0.14
400 6.5 0.14
500 6.5 0.14
Tabel 5.2 Impedansi Induktor (L) terhadap frekuensi
F(Hz) V(Volt) I
(Amp
ere)
100 1 5.5
200 0.9 6.3
300 0.7 6.4
400 0.6 6.4
500 0.4 6.4
28
Tabel 5.3 Impedansi Kapasitor (C) terhadap frekuensi
F(Hz) V(Volt) I (Ampere)
100 6.72 0.03
200 6.72 0.07
300 6.71 0.1
400 6.71 0.15
500 6.71 0.19
Dari hasil percobaan ini diketahui bahwa tegangan yang melalui resistor
adalah sama dengan tegangan masukan sehingga menyebabkan fase arus dan
tegangan sama pada resistor. Sedangkan pada hubungan antara impedansi
induktor terhadap frekuensi berbanding lurus, jika frekuensi meningkat maka
reaktansi induktif juga akan meningkat dan demikian pula sebaliknya. Pada
percobaan impedansi kapasitor terhadap frekuensi diperoleh hasil reaktansi
kapasitif berbanding terbalik terhadap frekuensi, jika freunsi meningkat maka arus
kapasitif akan menurun.
C. Penalaan Nilai Kp, Kd dan Ki dengan Metode Ziegler-Nicholes
Untuk mendesain sebuah kontroler PID menggunakan metode trial-and-
error., terlebih dahulu harus diketahui effect kontroler individual pada system
loop tertutup, kemudian menyesuaikan parameter kontroler P, I, dan D menurut
respon yang aktual pada sistem loop tertutup, pada percobaan s untuk kontroler P,
I, dan D dan efek kontroler P, I, dan D diimplementasikan pada sistem Orde dua
dengan fungsi sebagai berikut:
1. Kontroler P dapat membuat respon sistem loop tertutup cepat, tapi hal
tersebut dapat membuat sistem overshoot atau membuat overshoot lebih
besar.
2. Kontroler I dapat memperbaiki respon steady-state, tapi hal tersebut
membuat respon transient memburuk.
29
3. Kontroler D dapat menurunkan overshoot, tapi hal tersebut membuat
respon steady-state memburuk.
Untuk menyempuranakan parameter kontroler PID yang digunakan untuk kontrol
sistem orde dua dilakukanlah tahapan-tahapan sebagai berikut:
1. Mengaturtur KI dan KD = 0, kemudian menyempurnakan KP untuk
membuat overshoot 15% - 25%.
2. Meningkatkan KD untuk menghilangkan overshoot.
3. Untuk kondisi tanpa overshoot, mengulangi step 1 dan 2 untuk mengatur
KP sebesar mungkin.
4. Meningkatkan KI untuk memperbaiki respon steady-state.
5. Mengulangi-Ulangi step 1 sampai 4 sampai semua persyaratan terpenuhi.
Pada Penalaan Nilai Kp, Kd dan Ki dengan aturan Ziegler-Nichols,
kami menggunakan dan membandingkan dua aturan Ziegler-Nichols yakni
metode Kurva Reaksi (aturan 1) dan metode Osilasi (Aturan 2)
C.1. Metode Kurva Rekasi
Simulasi Simulink
1. Dimisalkan plant adalah :
1000
𝑠3 + 30𝑠2 + 300𝑠 + 1000
2. Menentukan K, 𝜏 dan 𝜏𝑑
Gambar 5.4 Blok diagram simulasi Plant dengan simulink
3. Mensimulasikan dan diperoleh hasil seperti pada gambar 5.4
30
Gambar 5.5 hasil simulasi Plant simulink
Dari gambar di 5.5, kita mendapatkan :
K = 1
𝜏d ≈ 0.08
𝜏 ≈ 0.37
Menurut aturan Ziegler – Nichols I sesuaikan parameter kontrol
PID
KP =1.2 𝜏
𝐾𝜏d = 5.55
TI = 2 𝜏d = 0.16
TD = 0.5 𝜏d = 0.04
Menurut teorinya kita dapat menjabarkan rumusnya sebagai berikut :
Tabel 5.4 Parameter tuning kontroler PID sesuai dengan atuaran I tuning Zieger dan
Nichols
Kontroller KP T1 TD
PID 1.2(𝜏/𝐾𝜏d) 2𝜏d 0.5 𝜏d
input
output
garis singgung
31
Untuk nilai KP :
KP = 1.2 𝜏
𝐾𝜏d
= 1.2 0.37
1 ∙ 0.008
= 0.444
0.008
= 5.55
Untuk nilai TI :
TI = 2 𝜏d
= 2 ∙ 0.008
= 0.16
Untuk nilai TD :
TD = 0.5 𝜏d
= 0.5 ∙ 0.008
= 0.04
Umumnya kontrol PID dinyatakan sebagai berikut :
Kp + 𝐾𝐼
𝑠 + KD
Menghitung KI dan KD
KI = 𝐾𝑃
𝑇𝐼 = 34.69
KD = KPTD = 0.222
Berikut ini adalah penjabaran dari rumus di atas :
Untuk rumus KI :
KI = 𝐾𝑃
𝑇𝐼
= 5.55
0.16
= 34.69
Untuk rumus KD :
32
KD = KPTD
= 5.55 ∙ 0.04
= 0.222
Setelah melakukan simulasi Plant tanpa kontroler selanjutnya akan melakukan
simulasi dengan memasukkan kontrol PID k edalam sistem, blok diagram
dari sistem loop tertutup dapat dilihat pada gambar 5.6.
Gambar 5.6 Diagram Blok Kontrol PID dengan plant
Gambar 5.7 Blok diagram simulasi pada matlab
Dari blok diagram simulasi simulink di atas, diperoleh hasil simulasi yang
ditunjukkan pada gambar 5.8.
33
Gambar 5.8 Hasil Simulasi kontrol PID KP = 5.55, KD = 0.222, KI = 34.69
Overshoot yang diperlihatkan gambar 5.8 adalah 50%, jadi
kontrol sistem kontrol PID sebaiknya melakukan proses perbaikan untuk
mendapatkan hasil yang lebih baik. Untuk melakukan hal tersebut, kita
menyesuaikan berulangkali parameter kontrol PID sampai semua
spesifikasi terpenuhi. Pada gambar 5.9 lihat respon dengan KD = 1 (KD
tetap KI tidak berubah).
Gambar 5.9 Hasil Simulasi kontrol KP = 5.55, KD = 1, KI = 34.69.
Untuk Gambar 5.10 memperlihatkan respon dari sistem kontrol PID dengan
KD = 1, KP = 4, KI = 20.
input
output
input
output
34
Gambar 5.10 Hasil Simulasi kontrol PID KP = 4, KI = 20, KD = 1
Setelah memperoleh hasil penalaan dengan menggunakan simulasi
simulink maka langkah berikutnya adalah melakukan implementasi nilai tersebut
pada modul trainer Analog Control System (ACS-1000). Adapun hasil
implementasi dengan menggunakan metode kurva reaksi ditunjukkan pada
gambar 5.11.
Gambar 5.11 Implementasi kontrol PID pada ACS-1000 dengan nilai KP =
5.55, KD = 0.222, KI = 34.69
input
output
35
C.2. Metode Kurva Rekasi
Simualasi Simulink
1. Dimisalkan plant adalah :
1000
𝑠3 + 30𝑠2 + 300𝑠 + 1000
2. Menentukan KU dan PU
Gambar 5.12 Diagram blok simulink metode Osilasi tanpa Kontroler dengan
K=10
Selanjutnya melakukan simulasi dengan nilai K=10 dan diperoleh hasil
simulasi yang ditunjukkan pada Gambar 5.13.
Gambar 5.13 Simulasi Simulink metode osilasi tanpa kontroler dengan nilai
K = 10, osilasi convergent
36
Dari gambar 22-11(a), kita memperoleh KU = 10. Menurut dari aturan kedua
Ziegler-Nichols, parameter control PID di kalkulasikan dan diperoleh :
KP = 0.45
TI = 0.8
TD = 0
Pu adalah ultimate amplitude, pada ujicoba ini memiliki nilai PU karena
sinyal dalam keadaan tidak berosilasi konstan. Sehingga kita dapat
mencari nilai KI dan KD dengan persamaan rumus di bawah ini :
𝐾𝐼 = 𝐾𝑃
𝑇𝐼
𝐾𝐼 =0.45
0.8 = 0.5625
𝐾𝐷 = 𝐾𝑃𝑇𝐷
KD = 0.45 x 0
= 0
Dari semua nilai yang diperoleh maka dapat di tarik suatu kesimpulan bahwa,
nilai KI yang kecil akan membuat respon melambat untuk menuju keadaan steady-
state, namun tidak menimbulkan osilasi yang cukup untuk mencapai tujuan sinyal
osilasi yang konstan. Dan nilai KD yang bernilai 0, tidak mempengaruhi sinyal
output, ini karena karakteristik dari Kontrol D itu sendiri, yaitu pengontrol ini
tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada perubahan pada masukannya
(berupa sinyal kesalahan). Sehingga pada hasil dari percobaan itu menghasilkan
sinyal output yang menuju keadaan steady-state .sedangkan nilai KP berfunsi
sebagai Gain, dan nilai KP membuat respon system menjadi cepat. Selanjutnya
nilai gain (K) dinaikkan menjadi 12 dan diperoleh hasil seperti gambar 5.14.
37
Gambar 5.14 Blok Simulasi Simulink metode osilasi tanpa kontroler dengan
nilai K = 12
Gambar 5.15 Blok Simulasi Simulink metode osilasi tanpa kontroler dengan
nilai K = 12, Osilasi Divergent
Dari gambar 5.15, kita memperoleh KU = 12 Menurut dari aturan kedua
Ziegler-Nichols, parameter control PID dikalkulasikan oleh
KP = 0.5
TI = ∞
TD = 0
Pada ujicoba ini belum didapatkan nilai PU karena sinyal yang dihasilkan
belum dalam keadaan osilasi konstan. Sehingga kita memperoleh nilai dari semua
parameter adalah.
𝐾𝐼 = 𝐾𝑃
𝑇𝐼
38
𝐾𝐼 =05
∞ = -
𝐾𝐷 = 𝐾𝑃𝑇𝐷
KD = 0.5 x 0
= 0
Dari perhitungan parameter diatas dapat di analisis bahwa, nilai TI diatur
menjadi nilai yang sangat besar, sehingga sesuai dengan sifat dari control I sendiri
bahwa semakin besar nilai KI maka osilasi yang ditimbulkan pada pada sinyal
output semakin membesar. Namun hal ini tidak membuat osilasinya menjadi
konstan, melainkan semakin besar disetiap waktunya. Dan nilai KD yang bernilai
0, tidak mempengaruhi sinyal output, ini karena karakteristik dari Kontrol D itu
sendiri, yaitu pengontrol ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada
perubahan pada masukannya (berupa sinyal kesalahan). Sehingga hasil dari
percobaan ini nilai KP dan nilai KI sangat berpengaruh secara signifikan.
Sedangkan nilai KP berfungsi sebagai Gain, dan nilai KP membuat respon sistem
menjadi cepat.
Untuk mendapat sinyal yang beraturan, selanjutnya mengatur kembali nilai
gain (K) menjadi 11.5 yang hasilnya ditunjukkan pada gambar 5.16.
Gambar 5.16 Hasil Simulasi dengan nilai K = 11.5 diperoleh osilasi
amplitudo-konstan
Berdasarkan gambar 5.16, kita dapatkan KU = 11.5, PU = 0.29. Menurut dari
aturan kedua Ziegler-Nichols, parameter kontrol PID dikalkulasikan oleh
39
KP = 0.6, KU = 6.9
TI = 0.5, PU = 0.145
TD = 0.125, PU = 0.03625
Umumnya kontrol PID dinyatakan oleh 𝐾𝑃 + 𝐾𝐼
𝑠+ 𝐾𝐷 Kemudian KI dan KD
dapat dikalkulasikan oleh 𝐾𝐼 = 𝐾𝑃
𝑇𝐼= 47.6 dan 𝐾𝐷 = 𝐾𝑃𝑇𝐷 = 0.25. Pada hasil
percobaan kali ini kita telah memperoleh sinyal output dengan osilasi yang
konstan. Sehingga parameter PID yang diperoleh telah sesuai dengan table
Ziegler-nichols II .nilai ini adalah nilai yang digunakan untuk mengatur control
PID menjadi konstan, sebelum ditambahkan dengan plant . Setelah melakukan
simulasi Plant tanpa kontroler selanjutnya akan melakukan simulasi dengan
memasukkan kontrol PID ke dalam sistem, blok diagram dari sistem loop tertutup
dapat dilihat pada gambar 5.17.
Gambar 5.17 Blok Diagram dengan kontrol PID dengan metode Osilasi
Dengan menggunakan nilai KI = 47.6, KD = 0.25, dan KP = 6.9 dan
mensimulasikan pada simulink matlab diperleh hasil seperti pada gambar 5.18.
Gambar 5.18 Hasil Simulasi simulink dengan nilai kontrol KI = 47.6, KD =
0.25, dan KP = 6.9 dengan metode osilasi
40
Untuk ujicoba kali ini telah diperoleh hasil sinyal output sesuai dengan
gambar 5.18. Hasil sinyal ini adalah hasil dari parameter PID ditambahkan dengan
plant. Sehingga osilasi yang ditimbulkan oleh control PID akan menyesuaikan
dengan Plant. Namun dengan metode Ziegler-nichols II setiap perubahan fasa
pada plant, maka akan menimbulkan kerusakan sebesar 25% (overshoot 25%)
pada sinyal output sebelum sinyal menuju keadaan steady-state. Ini disebabkan
karena planyt tidak dapat menahan osilasi dari sinyal output PID, sehingga hal ini
menyebabkan quarter amplitude-decay. Metode/teori ini adalah perwujudan dari
penyempurnaan dari metode osilasi pada aturan kedua Ziegler-Nichols control
PID .
Setelah memperoleh hasil penalaan dengan menggunakan simulasi
simulink maka langkah berikutnya adalah melakukan implementasi nilai tersebut
pada modul trainer Analog Control System (ACS-1000). Adapun hasil
implementasi dengan menggunakan metode kurva reaksi ditunjukkan pada
gambar 5.19.
Gambar 5.19 Implementasi kontrol PID pada ACS-1000 dengan nilai KI =
47.6, KD = 0.25, dan KP = 6.9
41
BAB 6
KESIMPULAN
1. Hubungan antara impedansi hambatan terhadap frekuensi konstan, pada
imduktor impedansi berbanding lurus terhadap frekuensi, dan pada kapasitor
impendansi berbanding terbalik terhadap frekuensi.
2. Dari percobaan karakteristik R-L-C diperoleh sistem yang bukan linear dan
membuat proses penalaan tuning PID lebih kompleks.
3. Tanggapan sistem Metode Kurva reaksi dan metode Osilasi memiliki waktu
respon dan nilai yang sama. Tetapi Nilai Penalaan Kp,Ki dan Kd pada metode
Kurva reaksi lebih kecil dibandingkan metode Osilasi dan waktu penentuan
parameter lebih efisien.
42
Daftar Pustaka
Dharma Aryani. 2010. Modul Ajar Sistem Pengaturan II. PNUP. Makassar
Frans Gunterus. Falsafah Dasar: Sistem Pengendalian Proses, jakarta: PT. Elex
Media Komputindo, Jakarta, 2004
Gamayanti, Nurlita,” Desain Kontroler PID Modifikasi”,Diktat Kuliah Dasar
Sistem Pegaturan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Katsuhiko Ogata. Teknik Kontrol Automatik – terjemahan: Ir. Edi Laksono,
Erlangga, Jakarta, 2000
Kuo, Benjamin C. 1982. Automatic Control System. Prentice Hall.
Maeda, Y, dkk. 1993. Kontrol Automatik. Surabaya. PENS ITS. JICA
Nur Aminah. 2014. Bahan Ajar Sistem Pengaturan II. PNUP. Makassar
Sutrisno, 2001, Elektronika Teori dasar dan penerapannya, Bandung, ITB.
Thomas Wahyu Dwi Hartanto. Analisis dan Desain Sistem Kontrol dengan
MATLAB, Andi Yogyakarta, Yogyakarta, 2004
43
L A M P I R A N – L A M P I R A N
Lampiran 1. Biodata Peneliti
Lampiran 2 Artikel Ilmiah
Lampiran 3 Poster
Lampiran 4 Profil
Lampiran 1. Biodata Peneliti/Pelaksana
KETUA PENELITI
Nama Lengkap (dengan gelar) Kartika Dewi, S.T., M.T
Jabatan Fungsional Asisten Ahli
Jabatan Struktural Dosen
NIP 19840324.201212.2.003
NIDN 0924038401
Tempat dan Tanggal Lahir Ujung Pandang, 24 Maret 1984
Alamat Rumah Pesona Prima Griya G/10, Antang-Makassar
Nomor Telepon/HP 081342470250
Alamat Kantor Jl. Perintis Kemerdekaan KM. 10 Tamalanrea,
Makassar, 90245
Nomor Telepon/Faks 0411-585365,585356,585368/0411-586043
Alamat e-mail [email protected]
Lulusan yang Telah Dihasilkan D3 = 200 orang
Mata Kuliah yg Diampu 1. Sistem Pengaturan I
2. Sistem Pengaturan II
3. Mikroprosesor
4. Elektronika Digital
5. Pengantar Robotika
6. Mekatronika
7. Bengkel Elektronika
8. Fisika Teknik
A. Riwayat Pendidikan
S1 S2
Nama Perguruan Tinggi Universitas Hasanuddin
(UNHAS), Makassar
Institut Teknologi Sepuluh
Nopember (ITS), Surabaya
Bidang ilmu Teknik Elektro
(Elektronika dan Teknik
Kendali)
Teknik Elektro (Sistem
Pengaturan)
Tahun Masuk-Lulus 2001 - 2006 2009 - 2011
Judul Skripsi/Tesis Implementasi Sistem
Kendali Kecepatan
Putaran Motor DC
berbasis AT89c51
Perancangan dan Simulasi
Kontrol Slip Pada Electrical
Wheel Haul Truck berdasarkan
Kontrol Traksi menggunakan
Fuzzy-Adaptif
Dosen Pembimbing 1. Dr. Ir. H. Rhiza
S. Sadjad, M.S.E.E
2. Muhammad
Anshar, S.T, M.Eng.
1. DR. Ir. Mochammad Rameli
2. Ir. Rusdhianto Effendi Ak, MT
B. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir
No Tahun Judul
Pendanaan
Sumber Jumlah
(Rp.)
1. 2011 Perancangan dan
Simulasi Kontrol
Slip Pada
Electrical Wheel
Haul Truck
berdasarkan
Kontrol Traksi
menggunakan
Fuzzy-Adaptif
Pribadi &
BPPS (S2)
5.000.00,-
2 2014 Media
Pembelajaran
Model Sistem
Dinamik Dengan
Metode Transfer
Fuction
Menggunakan
Matlab
Pribadi 1.500.000
C. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir
No Tahun Judul
Pendanaan
Sumber Jumlah
(Rp.)
1. - - - -
D. PengalamanPenulisan Artikel Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir
N
o
Judul Artikel
Ilmiah
Volume/Nomor/
Tahun
Nama Jurnal
1 Metode Penentuan Jalur
Tercepat pada Robot Line
Follower Menggunakan
Metode Blood Field
Volume 1, Nomor, 5,
Desember 2011/ISSN
2092-1899/2011
Inspiration
2 Media Pembelajaran
Model Sistem Dinamik
Dengan Metode
Transfer Fuction
Menggunakan Matlab
Volume 6, Nomor 3,
Desember 2014 /ISSN
2087-1716/2012
ILKOM
E. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar
Ilmiah
No Nama Pertemuan
Ilmiah/Seminar Judul Artikel Ilmiah Waktu dan Tempat
1 Seminar Nasional
Teknik Elektro
Universitas Gajah
Mada
Perancangan dan
Simulasi Kontrol
Slip Pada Electrical
Wheel Haul Truck
berdasarkan Kontrol
Traksi menggunakan
Fuzzy-Adaptif
15 Januari 2011,
Universitas GajahMada
(UGM), Yogyakarta
2 Pelatihan Mikcrochip Perancangan Sistem
Digital Berbasis
FPGA
22-23 Nopember 2014,
Politeknik Negeri Ujung
Pandang
3 Seminar Nasional
Teknik Elektro dan
Informatika
(SNTEI) 2015,
Politeknik Negeri
UjungPandang
Pemodelan dan
Simulasi Penalaan
Parameter PID pada
Analog Control
System
Menggunakan
Metode Ziegler-
Nichols
11 Juni 2015, Politeknik
Negeri Ujung Pandang
F. Pengalaman Penulisan buku dalam 5 tahun terakhir
No Judul Buku Ajar Tahun Jumlah
Halaman Penerbit
1 Sistem Pengaturan
II
2014 70 Politeknik
Negeri Ujung
Pandang
G. Pengalaman Perolehan HKI Dalam 5 – 10 Tahun Terakhir
No Judul /
Tema HKI Tahun Jenis Nomor P/ID
1 - - - -
H. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya 5 tahun
Terakhir
No
Judul / Tema/Jenis Rekayasa
Sosial Lainnya yang Telah
Diterapkan
Tahun Tempat
Penerapan
Respon
Masyarakat
1 - - - -
I. Penghargaan yang Pernah Diraih dalam 10 Tahun Terakhir (dari pemerintah,
asosiasi atau institusi lainnya)
No Jenis Penghargaan Institusi Pemberi
Penghargaan Tahun
1 - - -
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini
adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di
kemudian hari ternyata dijumpai ketidak- sesuaian dengan kenyataan, saya
sanggup menerima risikonya.
Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu
persyaratan dalam pengajuan Hibah Peneliti Dosen Pemula.
ANGGOTA PENELITI
A. Identitas Diri
1 Nama Lengkap Muhammad Ilyas Syarif ,S.ST.,M.T.
2 Jenis Kelamin L
3 Jabatan Fungsional Lektor
4 NIP 19800505 200604 1 003
5 NIDN 0005058007
6 Tempat dan Tanggal Lahir Bonto‟tene 05 Mei 1980
7 E- mail [email protected]
8 Alamat Rumah Jl. Malino Bontomanai No. 5 Kec.
Bontomarannu
9 Nomor Telepon/HP 081342947996
10 Alamat Kantor Jl. Perintis Kemerdekaan KM 10 Makassar
90245
11 Nomor Telepon/Fax (0411) 585 367/ (0411) 586 043
12 Lulusan yang telah dihasilkan D3 = 20 orang
13. Mata Kuliah yang diampu
1. Algoritma dan Pemrograman
2. Interfacing
3. Gambar Teknik
4. Bengkel Industri Konvensional
B. Riwayat Pendidikan
D-4 S-2
Nama Perguruan Tinggi ITS ITS
Bidang Ilmu Teknik Elektro Teknik Elektro
Tahun Masuk-Lulus 2002-2004 2007-2009
Judul
Skripsi/Thesis/Disertasi
Expert system
diagnosa awal
penyakit
Resource Aware Data Stream
Clustering Dan Frequent Item
Dengan Distance Vector
Routing Pada Wireless
Sensor Networks
Nama
Pembimbing/Promotor
Anang Cahyono
dan Edy Satrianto
Supeno Djanali dan Ary
Mazharuddin Shiddiqi
C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir
No. Tahun Judul Penelitian Pendanaan
Sumber Jml (Juta
Rp)
1 2009 Rancang Bangun Alat Ukur Uji
Performansi Pengasutan Motor
Induksi Berbasis Komputertu-
fasa Berbasis Komputer
RUTIN 5
2 2010 Pembuatan Sistem Informasi
Rapor Mahasiswa Jurusan Teknik
ElektroBerbasis web
RUTIN 7
3 2011 A Distance Vector Routing
Algorithm for Wireless Sensor
Networks by Combining
Resource-Aware Frameworks
Mandiri
4 2011 Performance Analysis of
Resource-Aware Framework
Calssification, Clustering and
Frequent Items in Wireless
Sensor Networks
Mandiri
5 2012 Analisa Pengujian Material Isolasi
Tegangan Tinggi Berbasis Plc
Mandiri
D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir
No. Tahun Judul Pengabdian
Kepada
Masyarakat
Pendanaan
Sumber Jml (Juta Rp)
1 2013 IbM Peternak ayam
di Maros
Penerapan
Ipteks Dikti
50
E. Publikasi Artikel Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir
No. Judul Artikel Ilmiah Volume/Nomor/Tahu
n
Nama Jurnal
1 Analysis Resource Aware
Framework By Combining Sunspot
And Imote2 Platform Wireless
Sensor Networks Using Distance
Vector Algorithm
Volume 5/Nomor 2/
2012 Jurnal JIKI UI
F. Pemakalah Seminar Ilmiah (Oral Presentation) dalam 5 Tahun Terakhir
No. Nama Pertemuan
Ilmiah/Seminar
Judul Artikel Ilmiah Waktu dan
tempat
1 Advanced Computer
Science and Information
System (ICACSIS)
A Distance Vector
Algorithm for Wireless
Sensor Networks by
combining Resource-
Aware framework
17-18 Desember
2011
G. Karya Buku dalam 5 Tahun Terakhir
No. Judul Buku Tahun Jumlah
Halaman
Penerbit
H. Perolehan HKI dalam 5–10 Tahun Terakhir
No. Judul/ Tema HKI Tahun Jenis Nomor
P/ID
I. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya Dalam 5
Tahun Terakhir
No. Judul/Tema/Jenis Rekayasa Sosial
Lainnya yang Telah Diterapkan
Tahun Tempat
Penerapan
Respons
Masyarakat
J. Penghargaan Yang Pernah Diraih Dalam 10 Tahun Terakhir (dari
pemerintah, asosiasi atau institusi lainnya)
No. Jenis Penghargaan Institusi
Pemberi
Penghargaan
Tahun
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar
dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari
ternyata dijumpai ketidak-sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima
sanksi.
Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah
satu persyaratan dalam pengajuan Hibah Peneliti Dosen Pemula.
Makassar, 28 April 2015
Lampiran 2 Artikel Ilmiah
Lampiran 3. Berita Acara Seminar Hasil
Lampiran 4. Daftar Hadir Seminar Hasil