View
127
Download
42
Embed Size (px)
Citation preview
iKATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Tuhan yangMaha Esa, yang telah memberikan berkat, rahmat, serta karunia-Nya,
sehingga kami dapat menyelesaikan Laporan project UAS Ball andBeam Control System.
Adapun maksud dan tujuan dari penyusunan LaporanProject ini adalah untuk Laporan Project Ujian Akhir Semester darimata kuliah Praktikum Sinyal Sistem Kontrol yang sudah kami
lakukan sebelumnya.Laporan ini disusun berdasarkan project yang telah kami
buat dan refrensi dari beberapa sumber. Namun dalam
penyusunannya, kami menyadari masih banyak kekurangan dan jauhdari taraf kesempurnaan. Oleh karena itu, dengan rendah hati kamimenanti saran dan kritik yang sifatnya membangun.
Dalam kesempatan ini perkenankanlah kami menyampaikan
rasa terimakasih kepada Bapak Bayu Sandi Marta selaku pembimbing
atau dosen Praktikum Sinyal Sistem Kontrol.
Surabaya, 28 Juni 2015
Penyusun
ii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Blok Diagram PID Controller
Gambar 2.2 Blok Diagram Kp
Gambar 2.3 Nilai Kp kecil
Gambar 2.4 Blok Diagram Kontrol Integral
Gambar 2.4 Blok Diagram Kontrol Derivative
Gambar 2.5 Respon Sistem
Gambar 2.6 Prinsip kerja Sensor UltrasonikGambar 2.7 Bentuk fisik SRF04
Gambar 2.8 PIN Sensor SRF04
Gambar 2.9 Kerja Sensor SRF04Gambar 2.10 Diagram Kerja Sensor SRF04Gambar 2.11 Motor Servo standar Hitec HS-311
Gambar 2.12 Diagram pulsa Motor Servo
Gambar 2.13 LCD 16x2
Gambar 3.1 Rancangan Ball and Beam
Gambar 3.2 Alat Peraga Ball and Beam
Gambar 3.3 User Interface
Gambar 3.4 Pengaturan PID
Gambar 3.5 Servo dan Sensor
iii
Daftar Tabel
Tabel 2.1 tabel pengaruh Kp, Ki dan Kd
Table 2.2 Konfigurasi PIN LCD 16x2
iv
Daftar Isi
KATA PENGANTAR................................................................ i
DAFTAR ISI .............................................................................. ii
DAFTAR GAMBAR.................................................................. iii
DAFTAR TABEL ...................................................................... iv
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Tujuan11.2 Latar Belakang..2
BAB II. DASAR TEORI
2.1 PID..32.2 Sensor SRF-0492.3 Servo 142.4 LCD 16x2.16
BAB III. PERANCANGAN ALAT
3.1 Gambaran Alat..18
3.2 Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras.. ..18
3.2.1 Perangkat Keras Modul Mekanik. 18
3.2.2 Perangkat Keras Modul Elektronik ...20
BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS 24
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN. .30
DAFTAR PUSTAKA.. 31
LAMPIRAN. 32
v
1BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang
Keseimbangan merupakan salah satu bagian dari kontrol sistem.Untuk menyeimbangkan suatu papan , kita dapat menggunakan salah
satu tangan sebagai kontrol untuk menaikkan atau merunkan salah satu
sisi beam dengan tujuan untuk menyeimbangkan bola agar dapatseimbang berada pada beam.Sistem ini biasanya dapat ditemukan
dikebanyakan Laboratorium Kontrol di beberapa universitas. Sistem ini
biasanya berhubungan dengan kontrol nyata seperti kontrol untuk
menyetabilkan pesawat saat akan mendarat dan saat pesawat mengalami
turbulensi.
Stuktur dasar kontrol ball and beam terdiri dari sebuah beam yangtersusun secara horizontal dengan salah satu sisi terhubung pada tiang
penyangga dan sisi lainnya terhubung dengan lengan yang dikontrol
oleh motor. Tujuan dari sistem adalah untuk mengontrol posisi bolaagar sesuai dengan titik referensi dan meminimalisir gangguan seperti
saat bola disentuh oleh jari. Sinyal kontrol dapat diperoleh denganmemberikan umpan balik informasi posisi bola.Sinyal kontrol tegangan
menuju ke motor DC melalu amplifier, sehinga torsi yang dihasilkandari motor akan mengerakkan balok sesuai sudut yang diinginkan.
Dengan demikian bola dapat berada di posisi yang diinginkan.
21.2. Rumusan Masalaha. Apakah yang dimaksud dengan Ball and Beam Control System
?
b. Bagaimana memodelkan simulasi Ball and Beam ControlSytem ?
c. Bagaimana kontroler PID yang diterapkan pada system ?
1.3. Tujuana. Mengetahui apa yang dimaksud dengan Ball and Beam Control
System.b. Merancang model simulasi Ball and Beam Control System.c. Menerapkan control PID pada Ball and Beam Control System.
3BAB II
DASAR TEORI
Pada bab ini akan dibahas beberapa teori pendukung yang
digunakan sebagai acuan dalam merealisasikan system. Teori-teori yang
digunakan terdiri dari PID controller, Sensor SRF-04 dan Servo.
2.1 PIDPID (ProportionalIntegralDerivative controller) merupakan
kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan
karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut. Pengontrol PID
adalah pengontrol konvensional yang banyak dipakai dalam duniaindustri. Komponen PID terdiri dari 3 jenis, yaitu Proportional,Integratif, dan Derivatif. Ketiganya dapat dipakai bersamaan maupun
sendiri-sendiri, tergantung dari respon yang diinginkan terhadap suatu
plant.
Gambar 2.1 Blok Diagram PID Controller
4Adapun persamaan Pengontrol PID adalah :
Keterangan :mv(t) = output dari pengontrol PID atau Manipulated VariableKp = konstanta ProporsionalTi = konstanta IntegralTd = konstanta Detivatife(t) = error (selisih antara set point dengan level aktual)Persamaan Pengontrol PID diatas dapat juga dituliskan sebagai berikut :
dengan :
Ada 3 macam control PID yaitu control PI, PD, dan PID. PI adalah
kontrol yang menggunakan komponen proportional dan integratif. PD
adalah kontrol yang menggunakan komponen proportional dan
derivatif. Dan PID adalah kontrol yang menggunakan komponenproportional, integratif, dan derivatif.
52.1.1 Kontrol ProportionalKontroller merupakan sebuah penguat input sehingga hasil pada
output tidak semakin menjadi kecil pada sebuah sistem. Outputproportional adalah hasil pekalian antara konstata proposional dengannilai error nya. Perubahan yang terjadi pada sinyal input akanmenyebabkan sistem secara langsung mengubah output sebesar konstata
pengalinya.
Jika nilai Kp kecil, controller proporsional hanya mampu melakukan
koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon
sistem yang lambat.
Jika nilai Kp besar, respon sistem menunjukan semakin cepatmencapai keadaan yang stabil, tetapi juga memungkinkan motorberputar diatas set point.
Gambar 2.2 Blok Diagram Kp
Gambar 2.3 Nilai Kp kecil
62.1.2 Kontrol Integratif
Kontroller proporsional tidak akan mampu menjamin output darisistem akan menuju ke keadaan yang diinginkan kalau sebuah planttidak memiliki unsur integrator. Pada controller integral, respon kepadasistem akan meningkat secara kontinu terus-menerus kecuali nilai error
yang diintegralkan dengan batasan atas t dan batasan bawah 0 (nol).
U(t) = Ki
Pada diagram blok controller integral, menunjukan hubungan antaranilai error dengan output. Kontorller integral membantu menaikanrespon sehingga menghasilkan output yang diinginkan.
2.1.3 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 2.5 menunjukkan blok diagram yang menggambarkanhubungan antara sinyal error dengan keluaran pengontrol.
Gambar 2.4 Blok Diagram Kontrol Integral
7Karakteristik pengontrol derivative adalah sebagai berikut:1. Pengontrol ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada
perubahan pada masukannya (berupa sinyal kesalahan).2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran yang
dihasilkanpengontrol tergantung pada nilai td dan laju perubahansinyal kesalahan.(powel, 1994, 184).
3. Pengontrol derivative mempunyai suatu karakter untuk mendahului,sehingga pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikansebelumpembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrolderivative dapat mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikanaksi yang bersifat korektif, dan cenderung meningkatkan stabilitas
sistem .
2.1.3 Parameter Kontrol PID
Ada beberapa parameter dalam menentukan suatu sistem close loop,yaitu rise time, overshoot, settling time, dan steady state error. Rise timeadalah waktu yang dibutuhkan oleh output plant yang melebihi 90%dari tingkat yang diinginkan saat pertama kali sisem dijalankan.Overshoot adalah seberapa besar peak level lebih tinggi dari steadystate, untuk membuat normal lagi steady state. Settling time adalahwaktu yang dibutuhkan sistem untuk meng-konvergenkan steady state.Steady state error adalah perbedaan antara steady state ouput denganoutput yang diinginkan.
Gambar 2.4 Blok Diagram Kontrol Derivative
8Response CloseLoop
RiseTime Overshoot
SettlingTime
Steady-StateError
Proporsional Decrease Increase Smallchanges Decrease
Integral Decrease Increase Increase Eliminate
Derivatif Smallchanges Decrease Decrease
Nochanges
Tabel 2.1 tabel pengaruh Kp, Ki dan Kd
Gambar 2.5 Respon Sistem
92.2 SensorSensor adalah alat untuk mendeteksi / mengukur sesuatu yang
digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan
kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam lingkungan sistempengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang
menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan
diolah oleh kontroler sebagai otaknya. Sensor dalam teknik pengukuran
dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah besaran fisik(misalnya: temperatur, gaya, kecepatan putaran) menjadi besaran listrikyang proposional). Salah satu sensor yang digunakan dalam pembuatantugas akhir ini adalah sensor ultrasonik.
2.2.1 Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang mengubah besaran fisis(bunyi) menjadi besaran listrik. Pada sensor ini gelombang ultrasonicdibangkitkan melalui sebuah benda yang disebut piezoelektrik.Piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik denganfrekuensi 40 kHz ketika sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut.
Gambar 2.6 Prinsip kerja Sensor Ultrasonik
10
Sensor ultrasonik secara umum digunakan untuk suatu
pengungkapan tak sentuh yang beragam seperti aplikasi pengukuranjarak. Alat ini secara umum memancarakan gelombang suara ultrasonikmenuju suatu target yang memantulkan balik gelombang kearah sensor.Kemudian sistem mengukur waktu yang diperlukan untuk pemancaran
gelombang sampai kembali ke sensor dan menghitung jarak targetdengan menggunakan kecepatan suara dalam medium.
Rangkaian penyusun sensor ultrasonik ini terdiri dari
transmitter,reiceiver, dan komparator. Selain itu, gelombang ultrasonik
dibangkitkan oleh sebuah kristal tipis bersifat piezoelektrik. Bagian-bagian dari sensor ultrasonic adalah sebagai berikut :
1. PiezoelektrikPeralatan piezoelektrik secara langsung mengubah energi listrik
menjad ienergi mekanik. Tegangan input yang digunakan menyebabkanbagian keramik meregang dan memancarkan gelombang ultrasonik.
Tipe operasi transmisi elemen piezoelektrik sekitar frekuensi 32 kHz.Efisiensi lebih baik, jika frekuensi osilator diatur pada frekuensiresonansi piezoelektrik dengan sensitifitas dan efisiensi paling baik. Jikarangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik
yang sama dapat digunakan sebagai transmitter dan reiceiver.
2. Transmitter
Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar
gelombang ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40 kHz yang
dibangkitkan dari sebuah osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40
KHz, harus dibuat sebuah rangkaian osilator dan keluaran dari osilatordilanjutkan menuju penguat sinyal. Besarnya frekuensi ditentukan oleh
11
komponen kalang RLC / kristal tergantung dari desain osilator yang
digunakan. Penguat sinyal akan memberikan sebuah sinyal listrik yangdiumpankan ke piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik sehinggabergetar dan memancarkan gelombang yang sesuai dengan besar
frekuensi pada osilator.
3. ReceiverReceiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan
piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulanyang berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu
benda atau gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter.Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible,elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat
gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan
menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.
2.2.2 Sensor Ultrasonik Devantech SRF04
Sensor jarak SRF04 adalah sebuah device transmitter dan receiverultrasonic dalam 1 package buatan Devantech yang dapat membaca
jarak dengan prinsip sonar.
Gambar 2.7 Bentuk fisik SRF04
12
Spesifikasi SRF04:
Tegangan keja : 5V DCKonsumsi arus : 30mA (max 50mA)Frekuensi kerja : 40KHzJangkauan : 3cm - 300cm
Input trigger : 10us, level pulsa TTLDimensi : PxLxT (24 x 20 x 17) mm
SRF04 mempunyai 4 pin yaitu VCC, Trigger, Output dan Gnd.
Modul sensor ultrasonic SRF04 ini dapat mengukur jarak antara 3cm sampai 300 cm. Secara prinsip modul sensor ultrasonic ini terdiri
dari sebuah chip pembangkit sinyal 40KHz,sebuah speaker ultrasonic dan sebuah microphone ultrasonic. Speaker
ultrasonic mengubah sinyal 40 KHz menjadi
Gambar 2.8 PIN Sensor SRF04
13
suara ultrasonic sementara microphone ultrasonic berfungsi untuk
mendeteksi pantulan dari suara ultrasonic tersebut.
Prinsip kerja SRF04 adalah transmitter memancarkan seberkassinyal ultrasonic (40KHz) yang bebentuk pulsatic, kemudian jika didepan SRF04 ada objek padat maka receiver akan menerima pantulansinyal ultrasonic tersebut. Receiver akan membaca lebar pulsa (dalambentuk PWM) yang dipantulkan objek dan selisih waktu pemancaran.Dengan pengukuran tersebut, jarak objek di depan sensor dapatdiketahui. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar di bawah ini :
Gambar 2.9 Kerja Sensor SRF04
Gambar 2.10 Diagram Kerja Sensor SRF04
14
Dari diagram diatas bisa dibaca seperti berikut ini :
1. Untuk memulai proses pengiriman data pertamatama pin triggerharus diberikan input high selama minimal 10 microsecond,
kemudian setelah itu diberikan input low lagi.
2. Dari proses diatas sensor ultrasonic akan mengirimkan 8 Cyclesonic burst yang mana lebar pulsanya tergantung pada jarak antarasensor dan penghalang.
3. Setelah proses 2 selesai dikerjakan modul SRF04 akan mengolahdata dan dikirimkan ke microcontroller melalui pin echo denganrentang waktu antara 100 microsecond sampai 18 milisecond.
4. Setelah ke-3 proses diatas selesai dilakukan maka akan mendapat
nilai waktu pemantulan dari penghalang ke sensor. dan dari situ
kita tinggal memasukan rumus untuk mengkonversi nilai waktu ke
jarak dalam centimeter maupun inci.5. Setelah semua proses selesai untuk mengulang pembacaan nilai
ultrasonic SRF04 harus diberi jedah sekitar minimal 10 milisecond.
2.3 ServoMotor servo adalah sebuah motor dengan sistem umpan balik
tertutup di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali kerangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor servo
merupakan salah satu jenis motor DC. Berbeda dengan motor stepper,motor servo beroperasi secara close loop. Poros motor dihubungkan
dengan rangkaian kendali, sehingga jika putaran poros belum sampaipada posisi yang diperintahkan maka rangkaian kendali akan terus
15
mengoreksi posisi hingga mencapai posisi yang diperintahkan. Motor
servo banyak digunakan pada peranti R/C (remote control) sepertimobil, pesawat, helikopter, dan kapal, serta sebagai aktuator robot
maupun penggerak pada kamera. Gambar 10.1 merupakan motor servo
standar.
2.3.1 Prinsip Kerja Motor ServoMotor servo dikendalikan dengan memberikan sinyal modulasi lebar
pulsa (Pulse Wide Modulation / PWM) melalui kabel kontrol. Lebarpulsa sinyal kontrol yang diberikan akan menentukan posisi sudutputaran dari poros motor servo. Sebagai contoh, lebar pulsa dengan
waktu 1,5 ms (mili detik) akan memutar poros motor servo ke posisisudut 90. Bila pulsa lebih pendek dari 1,5 ms maka akan berputar kearah posisi 0 atau ke kiri (berlawanan dengan arah jarum jam),sedangkan bila pulsa yang diberikan lebih lama dari 1,5 ms maka poros
motor servo akan berputar ke arah posisi 180 atau ke kanan (searahjarum jam).
Gambar 2.11 Motor Servo standar Hitec HS-311
16
Ketika lebar pulsa kendali telah diberikan, maka poros motorservo akan bergerak atau berputar ke posisi yang telah diperintahkan,
dan berhenti pada posisi tersebut dan akan tetap bertahan pada posisi
tersebut. Jika ada kekuatan eksternal yang mencoba memutar atau
mengubah posisi tersebut, maka motor servo akan mencoba menahanatau melawan dengan besarnya kekuatan torsi yang dimilikinya (ratingtorsi servo). Namun motor servo tidak akan mempertahankan posisinyauntuk selamanya, sinyal lebar pulsa kendali harus diulang setiap 20 ms(mili detik) untuk menginstruksikan agar posisi poros motor servo tetapbertahan pada posisinya.
2.4 LCD 16x2LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampilan
yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. Pada LCD
berwarna semacam monitor, terdapat banyak sekali titik cahaya (pixel)yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai suatu titik cahaya.
Walaupun disebut sebagai titik cahaya, namun kristal cair ini tidak
Gambar 2.12 Diagram pulsa Motor Servo
17
memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya di dalam sebuah
perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih di bagian belakangsusunan kristal cair tadi.
Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah yangmembentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik
akan berubah karena pengaruh polarisasi medan magnetik yang timbuldan oleh karenanya akan hanya membiarkan beberapa warna diteruskan
sedangkan warna lainnya tersaring.
Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah :a. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.b. Mempunyai 192 karakter tersimpan.c. Terdapat karakter generator terprogram.
d. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit.e. Dilengkapi dengan back light.
Gambar 2.13 LCD 16x2
Table 2.2 Konfigurasi PIN LCD 16x2
18
BAB IIIPERANCANGAN ALAT
Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan realisai dari
perangkat keras, serta perangkat lunak dari peraga Ball and Beam.
3.1 Gambaran Alat
Alat yang akan direalisasikan dalam project ini adalah sebuah alatperaga yang disebut Ball and Beam yang terdiri dari sebuah bola (ball)yang terletak pada sebuah batang (beam) yang mempunyai poros pada salahsatu ujung sisinya dan dapat diatur sudutnya untuk mengendalikan letak /posisi dari bola. Dalam melakukan pengendalian dari posisi bola tersebutdigunakan system kontrol PID. Selain itu, alat tersebut akan dilengkapi
dengan sebuah program yang digunakan untuk konfigurasi nilai dari Kp, Ki
dan Kd yang digunakan dalam system control PID.
3.2 Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan hinggaperealisasian perangkat keras. Perancangan perangkat keras yang akan
dijelaskan meliputi modul mekanik dan modul elektronik yang meliputimodul elektronik pada mekanik dan controller.
3.2.1 Perangkat Keras Modul Mekanik
Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perancangan perangkatkeras dan mekanik dari alat peraga Ball and Beam beserta bagian-
19
bagiannya juga. Gambar dibawah ini menunjukkan rancangan desaindari mekanik alat peraga Ball and Beam.
Mekanik yang dirancang mempunyai dimensi total panjang 80 cm,lebar 20 cm, dan tinggi 30 cm. Sedangkan base yang digunakan sebagaialas tempat holder, servo adapter, serta box controller mempunyai
ukuran panjang 80 cm dan lebar 20 cm.Ball (bola) adalah obyek yangakan dikendalikan letak / posisinya. Bola akan digunakan adalah bola
pimpong yang mempunyai diameter 4 cm dengan berat sekitar 0.1 gramBeam (batang) adalah bagian mekanik dimana bola diletakkan.
Bagian ini terbuat dari 2 akrilik dengan masing-masing panjang 65 cmdan lebar 3 cm yang dihubungkan dengan baut dan juga mur padamasing-masing ujung dari beamnya. Pada sisi ujung dari beam terdapatsensor ultrasonic yang digunakan untuk mendeteksi jarak bola dari titikseimbang. Lever arm yang digunakan mempunyai panjang 25 cm.Dimana lever arm ini berfungsi sebagai penggerak batang (beam) keatasdan atau kebawah sesuai pergerakan servo.
Gambar 3.1 Rancangan Ball and Beam
20
3.2.2 Perangkat Keras Modul Elektronik
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkatkeras modul elektronik yang digunakan dalam alat peraga Ball and
Beam.
3.2.2.1 Pengendali Utama
Pengendali utama bertugas mendapatkan data sensor,memfilter data sensor, mengkonversi data sensor ke jarak, melakukanproses kalkulasi PID, dan memberi pulsa motor servo. Bagian ini
dirancang berbasis mikrokontoller sebagai pusat pengolahan data dan
sebagai pengontrol bagian-bagian lainnya, microcontroller yang
Gambar 3.2 Alat Peraga Ball and Beam
21
termasuk dalam keluarga AVR yaitu ATmega16 buatan AtmelCorporation. Atmega16 dipilih karena fasilitas-fasilitas pendukungmikrokonroller ini cukup lengkap untuk melakukan fungsi-fungsi
diatas.
3.2.2.2 Sensor Posisi Bola
Sensor ini menggunakan sensor ultrasonic SRF-04 yang
digunakan untuk mendeteksi keberadaan bola. Prinsip kerja sensor iniadalah transmitter mengirimkan seberkas gelombang ultrasonik, laludiukur waktu yang dibutuhkan hingga datangnya pantulan dari obyek.
Lamanya waktu ini sebanding dengan dua kali jarak sensor denganobyek, sehingga jarak sensor dengan obyek. SRF04 dapat mengukurjarak dalam rentang antara 3cm 6m dengan output panjang pulsa yangsebanding dengan jarak obyek. Sensor ini memerlukan 4 pin I/O untukberkomunikasi dengan mikrokontroller, yaitu VCC, TRIG, ECHO dan
GND.
3.2.2.2 Aktuator
Aktuator yang digunakan pada mekanik Ball and Beam adalahsebuah motor servo yang dipasang di lengan yang berfungsi sebagai
pengatur sudut beam sehingga beam dapat bergerak naik dan turun
(tilting).Sebagai actuator digunakan sebuah moto servo.
22
3.2.2.3 DebuggerBagian debugger berfungsi sebagai penanda alat ke pengguna
sehingga pengguna dapat memantau status dari alat Ball and Beam.
Bagian ini secara keseluruhan terhubung dan dikendalikan oleh bagian
pengendali utama. Debugger yang digunakan terdiri atas sebuah LCD
karakter 16x2. LCD karakter 16x2 berfungsi sebagai penampilinformasi yang ada pada system. LCD akan menampilkan informasi
tentang status koneksi serial dengan program user interface dan jugapenampil status beam. Pada perancangan pin LCD dihubungkan dengan
PORT C pada mikrokontoller.Kemudian pada LCD ini terdapat sebuahmenu untuk melakukan setting pada Ball and Beam. Saat mengaturnya
digunakan push button dan switch.
Gambar dibawah ini adalah pengaturan nilai dari Kp, Kd, Ki dan
juga set point. Set point adalah titik yang ditentukan agar bola dapatberhenti tepat pada titik tersebut.
Gambar 3.3 User Interface
Gambar 3.4 Pengaturan PID
23
Untuk selanjutnya adalah gambar yang menjunkkan pengaturan darinilai ocr untuk menentukan sudut atau posisi awal dari Alat peraga Balland Beam. Dan pada pengaturan ini sebenarnya yang di atur adalah
posisi sudut dari motor servo.
Gambar 3.5 Servo dan Sensor
24
BAB IVPENGUJIAN DAN ANALISIS
Pada project kali ini adalah penerapan teori system ball and beamdengan menggunakan control PID. Cara kerja dari system ini adalahbergerak sesuai dengan kondisi bola terhadap titik yang sudah
ditentukan pada beam. Untuk menggerakkan ball and beam digunakan
motor servo standart 5 volt dan di ontrol dengan ATmega 16.Sebagai parameter atau tolok ukur untuk kestabilan system
digunakan sensor ultrasonic SRF04 untuk mengukur jarak antara titikdengan bola. Sehingga data dari sensor ini akan dijadikan referensiuntuk menggerakkan motor servo. Secara umum prinsip kerja darisystem ini adalah sensor ultrasonic membaca jarak bola. Data yandibaca dari sensor akan dikonversi kedalam satuan cm. Nilai konversi
ini yang digunakan untuk menentukan nilai error yang digunakan
untukkontrol pada ball and beam. Nilai error didapatkan dari kondisi
data dikurangkan dengan setpoint, yaitu nilai sensor dikurangkandengan nilai titik yang diinginkan. Lalu untuk mengatur kondisi pada
system digunakan control PID yaitu dengan mengatur nilai Kp, Ki dan
Kd. Untuk lebih jelasnya perhatikan source code berikut.
25
- Deklarasi header, define, dan global variabel
Pada gambar diatas ditunjukkan deklarasi pada awal program, dimanaterdapat deklarasi variable serta konstanta. Digunakan library delay.h
untuk konfigurasi delay, lalu alcd digunakan untuk konfigurasi LCD.
Untuk conter digunakan untuk pembacaan sensor, sedangkan setPointadalah variable yang digunakan untuk menentukan titik stabil, dan data
merupakan hasil pembacaan dari senor. Untuk variable calibServo
digunakan untuk melakukan kalibrasi titik stabil beam. Untuk variablebuffer dan buffer2 digunakan untuk menampilkan di LCD. Kp, Ki, dan
Kd digunakan sebagai konstanta pada PID. Untuk variable yang
digunakan untuk DUI (Display User Interface) adalah menu, setting,
26
dan demo. Sedangkan variable eeprom digunakan untuk menyimpan
hasil turning pada memori eeprom ATmega 16.- Inisialisasi Timer1
Pada gambar diatas ditunjukkan inisialisasi pada Timer1. Pada projectkali ini diunakan Mode Phase Correct. Dengan nilai TOP berdasatkan
nilai pada ICR. Nilai ICR diset dengan nilai 752F nilai ini didapatkanberdasarkan.
Nilai 50 Hz merupakan nilai frekwensi PWM. Nilai TOP digunakanuntuk melakukan settingan pada ICR.
27
- Kontrol PID
Selanjutnya adalah program PID. Dimana pada fungsi ini dilakiukaninisilaisasi nilai LastError yang digunakan untuk mengetahui nilai error
sebelumnya, dan Integral, Rate yang digunakan untuk controlProporsional dan Integral. Untuk mengetahui nilai error digunakan
dengan pengurangan nilai sensor dengan setPoint. Kemudian untuk
perhitungan PID sesuai dengan rumus yaitu nilai P didapatkan dari Kp*
error sedangkan untuk I = Ki*Integral sedangkan untuk nilai D =Kd*Rate. Untuk masing- masing control memiliki beberapa fungsi
diantaranya untuk P digunakan untuk memperbaiki risetime, I untuk
steady state error dan D digunakan untuk mengurangi overshoot. Hasil
control PID nantinya akan digunakan sebagai referensi untuk controlmotor servo. Sedangkan untuk PID dipengaruhi oleh data hasil
pembacaan sensor.
28
- Main Program
29
Pada fungsi main diisi dengan program untuk inisialisasi data dan jugauntuk melakukan control pada ATmega 16. Diantaranya untukmelakukan demo dan juga untuk melakukan control pada konstanta PIDdan juga kalibrasi nilai servo. Selain itu digunakan untuk pembacaandata.
30
BAB V
KESIMPULAN
Pada bab ini akan dipaparkan kesimpulan yang telah didapatkanselama perancangan, pembuatan dan pengujian alat. Pada bab ini jugaakan dipaparkan beberapa saran yang dapat dipertimbangkan untuk
kedepannya.
2.5 KesimpulanBerdasarkan perancangan, perealisasian dan pengujian dapat ditarikkesimpulan bahwa:
1. Sistem ini dapat digunakan untuk menunjukkan efek kesimbanganbenda.
2. Dalam merealisasikan system dibutuhkan suatu control yangdigunakan untuk mengatur kestabilan bola, dalam hal ini
menggunakan control PID.
2.6 SaranBeberapa saran yang dapat diberikan penulis untuk penegmbangan
system ball and beam adalah sebagai berikut :
1. Menggunakan sensor jarak yang mempunyai respon lebih cepat agarrespon system lebih cepat.
2. Melakukan pemodelan system yang lebih mendetail agar hasil
pemodelan yang didapatkan lebih baik lagi.
31
32
DAFTAR PUSTAKA
Agus, M., J. Alam, Borland Delphi 5.0, Elex Media Komputindo, Jakarta, 2000.J.B. Rice, Ball On Beam Balance (BOBB), Makalah Internet.Malvino, Albert Paul, Prinsip Prinsip Elektronika Jilid I, Diterjemahkan oleh
Sahat Pakpahan, Erlangga, Jakarta, 1996.Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan), Diterjemahkan
oleh Edi Leksono, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1990.Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan), Diterjemahkan
oleh Edi Leksono, Jilid 2, Erlangga, Jakarta, 1991.Phillips, Charles L., Royce D. Harbor, Sistem Kontrol DasarDasar (Feedback
Control System 3e), Diterjemahkan oleh Prof. R. J. Widodo, Prentice Hall(Asia), 1998.
Wellstead, Peter, Ball And Beam System, Makalah Internet.
33
LAMPIRAN
Bagian Mekanik Ball And Beam
Gambar 6.1. Beam
Gambar 6.2. Level Arm
Gambar 6.3. Tempat Servo
34
Gambar 6.4. Penumpu Dari Ball dan Beam
Gambar 6.4. Sensor Ultrasonik SRF04
Gambar 6.5 Hardware Minimum Atmega 16
35
Gambar 6.6 Skematik
36
DAFTAR GAMBAR(1).pdfLaporan Ball and Beam.pdf