Sistemkendaliotomatis 141013041637 Conversion Gate02

8/19/2019 Sistemkendaliotomatis 141013041637 Conversion Gate02

1/55

UPT Perpustakaan

Gedung Politeknik Lt.1

Parkway Batam Center, Batam, 29461Website http://www.polibatam.ac.idEmail: [email protected]

Phone +62-778-469856 xt.1016

Fax +62-778-463620

DIKLAT

Teknik Pengaturan Otomatis

Oleh : Didi Istardi

Mata kuliah : Dasar Sistem Kendali

Tanggal : September 2012

No. registrasi: DK/EL/216/2012

BATAM

2013


2/55

TEKNIK PENGATURAN OTOMATIS

Daftar Isi : Pengertian sistem Pengaturan ................................... Diagram Blok Sistem Kontrol ...................................... Perilaku Sistem Kontrol .............................................. Tipe Kontroler ............................................................. Kontroler Dua Posisi ................................................... Kontroler Tiga Posisi .................................................. Kontroler Proporsional (P) .......................................... Kontroler Integral (I) .................................................... Kontroler Proporsional Integral (PI) ............................ Kontroler Derivatif (D) ................................................. Kontroler Proporsional Derivatif (PD) ......................... Kontroler PID .............................................................. Karakteristik Osilasi pada Sistem Kontrol ................... Seleksi tipe Kontroler untuk Aplikasi Tertentu ............ Optimisasi Kontroler ................................................... Elektropneumatik ........................................................ Komponen Elektro Pneumatik .................................... Rangkaian Dasar ........................................................ Rangkuman ................................................................

Soal-soal ....................................................................


3/55


1. Pengertian Sistem Pengaturan

Pengertian kontrol atau pengaturan adalah proses atau upaya untuk mencapai

tujuan. Sebagai contoh sederhana dan akrab dengan aktivitas sehari-hari darikonsep kontrol atau pengaturan adalah saat mengendarai kendaraan. Tujuanyang diinginkan dari proses tersebut adalah berjalannya kendaraan padalintasan (track ) yang diinginkan. Ada beberapa komponen yang terlibat didalamnya, misalnya pedal gas, speedometer , mesin (penggerak), rem, danpengendara.

Sistem kontrol berkendaraan berarti kombinasi dari komponen-komponentersebut yang menghasilkan berjalannya kendaraan pada lintasan yangdiinginkan. Ketika jalan lengang dan aturan memperbolehkan, pengendaramempercepat laju kendaraan dengan membuka pedal gas. Demikian pula, jikaada kendaraan lain di depan atau lampu penyeberangan berwarna merah

maka pengendara menginjak rem dan menurunkan kecepatannya. Semuaupaya itu dilakukan untuk mempertahankan kendaraan pada lintasan yangdiinginkan.

Misalnya kita ingin mengatur agar tegangan yang dihasilkan oleh Generator

arus searah bernilai konstan, seperti pada gambar 1.1.

Gambar 1.1 Pengaturan manual tegangan pada Generator

Dalam sistem tersebut, karena tegangan keluaran U diinginkan tetap maka

arus keluaran I berubah sesuai dengan nilai beban. Arus keluaran dihasilkan

oleh kecepatan putar rotor pada Generator yang dibangkitkan oleh arus

eksitasi I e. Dengan berubah-ubahnya arus I maka arus eksitasi I e juga harus

berubah mengikuti nilai arus I tersebut. Perubahan arus eksitasi dilakukan

secara manual. Besar arus eksitasi disesuaikan dengan kebutuhan untuk

menghasilkan arus keluaran I oleh Generator. Karena pengaturan ini dilakukan

secara manual, seorang operator harus terus-menerus melihat besar arus

keluaran yang diinginkan untuk disesuaikan dengan besar arus eksitasi yang

1-2


4/55


diperlukan. Dalam istilah teknik kontrol, tegangan U disebut variabel yang

dikontrol x , arus eksitasi disebut variabel buatan (manipulated variable) y , dan

arus beban I disebut variabel gangguan (disturbance variable) z . Tegangan

konstan yang diinginkan dalam pengaturan ini disebut variabel acuan(referensi). Dalam bentuk diagram blok, sistem kontrol digambarkan pada

gambar 1.2. Dalam diagram blok tersebut, plant menghasilkan variabel yang

dikontrol serta kontroler menghasilkan variabel termanipulasi.

Gambar 1.2 Diagram blok sistem kontrol

Contoh lain dapat disebutkan berupa proses memindahkan barang oleh tangan

kita. Pada proses tersebut, tujuannya adalah posisi atau letak barang yang

diinginkan. Komponennya berupa tangan (dalam hal ini tentunya dengan otot

tangan), mata, dan otak sebagai pengontrol. Pada saat tangan bergerak untuk

memindahkan barang, mata akan menangkap informasi tentang posisi pada

saat itu. Informasi tersebut diproses oleh otak untuk disimpulkan apakah

posisinya sudah benar atau tidak. Selanjutnya, apabila posisinya masih belum

tercapai maka otak akan memerintahkan otot tangan untuk bergerak

memindahkan barang ke posisi yang diinginkan. Proses pengaturan suhu

tubuh adalah juga contoh dari sistem kontrol. Tujuannya adalah menjaga suhu

tubuh agar berjalan normal. Secara umum dapat dikatakan semua proses yang

terjadi di alam pada hakikatnya adalah sebuah sistem kontrol.

Dalam teknik kontrol dipelajari tentang pengaturan sistem agar menghasilkan

keluaran yang diinginkan. Komponen utama sistem kontrol terdiri atas objekyang dikontrol (disebut plant ), variabel (besaran) yang dikontrol, dan aktuator.

Tabel 1.1 memperlihatkan contoh sistem kontrol dengan komponen-

komponennya. Misalnya plant berupa motor listrik, maka variabel yang

dikontrol adalah kecepatan dan aktuatornya adalah kontaktor.

1-3


5/55


Tabel 1.1. Contoh komponen sistem kontrol

Plant Variabel yang dikontrol Aktuator

Motor listrik Kecepatan putar Kontaktor

Generator Tegangan Transistor

Pengatur suhu ruangan suhu Thyristor

Tabel 1.2 memperlihatkan istilah teknis dalam sistem kontrol serta simbol

formalnya.

Tabel 1.2. Istilah penting dalam sistem kontrol

Istilah Simbol Contoh

Variabel yang dikontrol x Tegangan

Variabel acuan w Tegangan acuan

Variabel termanipulasi y Arus eksitasi

Selisih (error ) e Selisih tegangan

Variabel gangguan z Arus beban

Selain secara manual, pengaturan tegangan pada Generator bisa dilakukan

secara otomatis dengan menggunakan Thyristor , seperti diperlihatkan pada

gambar 1.3.

Gambar 1.3 Pengaturan tegangan secara otomatis

1-4


6/55


Dalam pengaturan secara otomatis, peranan operator diganti oleh peralatan

atau komponen yang secara otomatis bekerja sesuai dengan fungsi operator.

Pada gambar 1.3, peranan operator diganti oleh gabungan antara sensortegangan (berupa trafo tegangan) dan Thyristor sebagai aktuator penghasil

arus eksitasi yang mengatur kecepatan putar rotor dalam Generator.

Dalam sistem tersebut, setiap harga tegangan yang dihasilkan oleh Generatorditangkap oleh trafo tegangan untuk dibandingkan dengan tegangan acuan(referensi). Selisih tegangan ini menjadi input pemicu (trigger ) Thyristor yang

menentukan nilai arus eksitasi dan output tegangan yang selanjutnyamempengaruhi Generator untuk menghasilkan tegangan output yangdiinginkan.

Prinsip pengaturannya adalah sebagai berikut : apabila tegangan output lebihrendah dari tegangan acuan maka Thyristor akan menghasilkan arus eksitasi

sehingga tegangan output Generator naik mendekati harga teganganacuannya, sebaliknya jika tegangan output lebih tinggi dari tegangan acuanmaka Thyristor akan menghasilkan arus eksitasi sehingga tegangan output

Generator turun mendekati harga tegangan acuannya.

1.2. Diagram Blok Sistem Kontrol

Ada dua bentuk umum sistem kontrol yaitu : a. Sistem Kontrol Lingkar-terbuka (Open-Loop Control System).b. Sistem Kontrol Lingkar-tertutup (Closed-Loop Control System) atau

sistem kontrol dengan umpan balik (Feedback Control System).

Sistem kontrol yang pertama sering disebut pengaturan secara manual,sedangkan yang kedua disebut kontrol otomatis. Seperti diperlihatkan padagambar 1.2 , untuk memudahkan melihat proses pengaturan yang berlangsung

dalam sistem kontrol, dibuat diagram blok yang menggambarkan aliraninformasi dan komponen yang terlibat dalam sistem kontrol tersebut. Gambarkotak mewakili tiap komponen dalam sistem kontrol, sedangkan aliraninformasi diperlihatkan dengan garis dengan tanda anak panah di salah satuujungnya yang menandakan arah informasi atau data dalam proses pengaturantersebut. Diagram blok sistem kontrol lingkar terbuka (SKL-buka) diperlihatkandalam gambar 1.4.

masukan

kontroler aktuator plant acuan keluaran

Gambar 1.4 Diagram blok sistem kontrol open-loop

1-5


7/55


Sedangkan diagram blok sistem kontrol lingkar tertutup diperlihatkan dalam

gambar 1.5.

masukan komparator

kontroler aktuator plant acuan keluaran

umpan

balik

Gambar 1.5 Diagram blok sistem kontrol closed-loop

Dalam sistem kontrol lingkar tertutup, nilai keluaran berpengaruh langsungterhadap aksi pengaturan. Sinyal selisih (error ) yaitu perbedaan antara

masukan acuan dan sinyal umpan balik diberikan kepada kontroler sedemikiansehingga dalam prosesnya memperkecil selisih dan menghasilkan keluaransistem pada harga atau kondisi yang diinginkan. Sistem kontrol lingkar tertutupdalam kenyataannya selalu merujuk kepada sistem yang menggunakan umpanbalik untuk mengurangi error sistem.

Sistem kontrol lingkar-terbuka adalah sistem yang keluarannya tidakberpengaruh terhadap aksi pengaturan. Dengan kata lain, dalam sistem inikeluarannya tidak diukur ataupun diumpanbalikkan untuk dibandingkan denganmasukan. Contoh praktis sistem ini adalah mesin cuci. Perendaman,pencucian, dan penyabunan dalam mesin cuci beroperasi berdasarkan waktuyang ditentukan oleh pengguna. Mesin tidak mengukur kondisi sinyal keluaranberupa kebersihan pakaian. Dalam sistem tersebut, keluaran tidakdibandingkan dengan masukan acuan, sehingga masukan acuan berhubungandengan kondisi operasi (operating condition) yang tetap. Akibatnya ketelitiansistem sangat bergantung kepada kalibrasi. Dalam hal adanya gangguan,sistem kontrol lingkar-terbuka tidak akan menunjukkan hasil yang diharapkan.Sistem kontrol ini dapat digunakan dalam praktek hanya jika hubungan antaramasukan dan keluaran diketahui dan tidak ada gangguan.

Keuntungan dari sistem kontrol lingkar-tertutup terlihat dari penggunaan umpanbalik yang membuat respon sistem tidak terlalu peka (sensitif) terhadapgangguan luar ataupun perubahan nilai-nilai komponen dalam sistem. Haltersebut memungkinkan penggunaan komponen yang tidak akurat dan murahuntuk mewujudkan pengendalian yang akurat untuk suatu plant . Dari sisikestabilan, sistem kontrol lingkar- terbuka relatif lebih mudah dibuat karenakestabilan sistem bukan masalah utama. Di lain pihak, kestabilan menjadimasalah besar dalam sistem kontrol lingkar-tertutup karena penanganan error yang berlebihan bisa menyebabkan osilasi. Sistem kontrol ini bermanfaat

1-6


8/55


apabila ada gangguan yang bersifat sukar ditentukan atau diramalkan, tetapi

biasanya sistem kontrol lingkar tertutup juga memerlukan daya dan biaya yang

relatif lebih besar dibandingkan dengan sistem kontrol lingkar-terbuka yang

bersesuaian.

Dewasa ini dengan kemajuan teknologi dalam bidang elektronika dankomputer, hampir seluruh sistem dikendalikan secara elektronis dan

terkomputerisasi. Peran manusia menjadi hanya sebagai operator. Dalammerealisasikan sistem yang dikendalikan dengan komputer maka penambahankomponen pengubah dari sinyal analog ke digital dan sebaliknya mutlakdiperlukan untuk menjamin keberlangsungan proses dalam sistem tersebut

Contoh 1: Pemanasan air

Perhatikan diagram skematik sistem pemanasan air pada gambar 1.6.

saluran uap panas

katuptangki air

saluran air dingin

saluran air panas

pengukur suhu

(termometer)

pembuangan uap panas

Gambar 1.6 Sistem Pemanasan Air

Skema tersebut memperlihatkan sistem pengaturan yang bertujuan untukmemperoleh air panas dengan suhu tertentu. Air yang akan dipanaskandisimpan dalam tangki air (PLANT ). Mekanisme pemanasan air dilakukan

dengan mengalirkan uap panas ke dalam saluran uap panas yang selanjutnyauap panas ini akan memanaskan air dingin yang masuk ke dalam tangki.Seorang operator (KONTROLER) bertugas untuk mengatur aksi buka tutup

katup (AKTUATOR) pada saluran uap panas.

Algoritma kontrolnya adalah apabila suhu air panas kurang dari yang diinginkan

maka buka katup saluran uap, sebaliknya jika suhu air panas lebih dari yang

diinginkan maka tutup katup saluran uap. Sebuah termometer (SENSOR)

digunakan untuk mendeteksi besar suhu air panas yang dihasilkan. Sistemkontrol tersebut dapat gambar 1.7 melalui diagram blok berikut

1-7


9/55


aktuator suhu air panas kontroler plant suhu air panas (katup + tangan

yang diinginkan (operator) (tangki air) sebenarnya operator)

Gambar 1.7 Diagram blok sistem pemanasan air

Meskipun ada sensor berupa termometer pada sistem ini, kita tidak dapat

mengatakan sistem ini sebagai SKL-tutup, karena data suhu tidak diproses

langsung oleh sistem tetapi diproses melalui operator. Dengan kata lain,

intervensi operator menyebabkan berlangsungnya proses dalam sistem.

Apabila diinginkan menjadi sistem kontrol lingkar tertutup, maka fungsi operator

harus diambil alih oleh peralatan elektronika pemroses keputusan (misalnyakomputer atau mikrokontroler) serta rangkaian penggerak (driver ) pemutar

buka tutup katup. Selain itu sensor elektronis juga menjadi kebutuhan untuk

menjamin tersedianya informasi keluaran yang terus-menerus. Bentuk diagram

blok sistem kontrol lingkar tertutup untuk sistem pemanasan air ini diperlihatkan

pada gambar 1.8

suhu air suhu air motor listrik tangki

komparator kontroler panas

panas yang + driver air sebenarnya diinginkan

mikrokontroler atau komputer

sensor suhu

(transduser)

Gambar 1.8 Diagram blok sistem pemanasan air secara otomatis

Contoh 2. Pengaturan tinggi permukaan air

Gambar 1.9 secara skematik memperlihatkan pengaturan tinggi permukaan

air. Dalam sistem ini, yang ingin diatur adalah tinggi permukaan air dalamtangki (PLANT). Seorang operator (KONTROLER) bertugas membuka tutupkran air (AKTUATOR) untuk menjaga tinggi permukaan air yang tetap.

Algoritma kontrolnya adalah buka kran air apabila tinggi permukaan air turundan tutup kran air apabila tinggi permukaan air lebih dari yang diinginkan.

1-8


10/55


operator

tangki air tinggi permukaan air yang diinginkan

kran air

saluran air masuk saluran air keluar

Gambar 1.9 Pengaturan tinggi permukaan air

Disini yang berfungsi sebagai sensor adalah mata sang operator yang selalu

melihat tinggi permukaan air.

Diagram blok sistem kontrol lingkar terbuka untuk sistem ini dapat digambarkan

dalam bentuk berikut

tinggi permukaan air aktuator tinggi permukaan air

kontroler plant (katup + tangan sebenarnya

yang diinginkan (operator) operator) (tangki air)

Gambar 1.10 diagram blok pengaturan tinggi air

Contoh 3. Mobile Robot

Mobile robot secara sederhana didefinisikan sebagai robot yang bergerak

sendiri mengikuti jalur ( path) yang diinginkan untuk menghindari rintangan.

Prototipenya diperlihatkan dalam gambar 1.11.

Gambar 1.11 Prototipe mobile robot

Prototipe mobile robot tersebut dilengkapi dengan sensor ultrasonik untuk

mendeteksi jarak dirinya ke penghalang di depan, samping kiri, dan kanannya.

1-9


11/55


Selain itu, mikrokontroler digunakan sebagai pengaturnya, dan motor stepper

difungsikan untuk menggerakkan rodanya. Cara kerjanya adalah sebagai

berikut. Robot berjalan dalam arah lurus ke depan, jika sensor depan

mendeteksi adanya penghalang, maka sensor samping (kiri dan kanan) akan

mendeteksi ada atau tidak penghalang. Jika di kiri tidak ada penghalang, maka

robot berbelok ke kiri, sebaliknya jika penghalangnya di kiri, maka dia berbelok

ke kanan. Sedangkan jika penghalang juga berada di kiri dan kanan, maka

robot bergerak mundur.

Diagram blok sederhana untuk menggambarkan sistem tersebut diperlihatkan

pada gambar 1.12.

alur ( path) komparator kontroler

driver motor jalur yang motor stepper sebenarnya diinginkan stepper

mikrokontroler

sensor jarak

(ultrasonik)

Gambar 1.12 kontrol otomatis pada mobile robot

1.3. Perilaku Sistem Kontrol

Ada dua tipe perilaku sistem kontrol, yaitu statis dan dinamis. Perilaku statis

sistem kontrol diperlihatkan oleh hubungan linier antara variabel yang dikontrol

dengan perubahan variabel termanipulasinya, sedangkan perilaku dinamis

ditandai oleh respon sistem kontrol terhadap inputnya.

Sebagai contoh, gambar 1.13 memperlihatkan sistem kontrol pada Generator

arus searah dengan variabel yang dikontrol berupa tegangan dan variabeltermanipulasinya arus eksitasi pada lilitan medannya. Gambar 1.13a adalah

diagram rangkaiannya sedangkan gambar 1.13b memperlihatkan karakteristikstatis dari sistem kontrol pada Generator tersebut.

1-10


12/55


Gambar 1.13 Perilaku statis Generator Arus Searah

Untuk setiap nilai arus yang dihasilkan oleh Generator, hubungan antara arus

eksitasi dan tegangan keluaran digambarkan dengan garis lurus (persamaan

linier) seperti diperlihatkan pada gambar 1.14.

Gambar 1.14 Hubungan tegangan fungsi arus

Perilaku statis dari sistem kontrol dinyatakan dengan koefisien transfer (Ks),

yaitu angka yang menunjukkan perbandingan antara perubahan nilai variabel

yang dikontrol (x) dengan perubahan nilai variabel termanipulasi (y).

1-11


13/55


Secara grafis, hubungan tersebut diperlihatkan pada gambar 1.15.

Gambar 1.15 Perubahan Tegangan fungsi Arus Eksitasi

Dari grafik tersebut, koefisien transfer dinyatakan dengan rumus : ' x

K S ' y

Contoh : Sebuah pemanas listrik memerlukan arus dari 5 A sampai 7 A untuk

menghasilkan suhu dari 80o C sampai 100

oC. Hitung koefisien transfer dari

sistem tersebut.

Jawab :

K ' x 100

0 C _800C 10

K S ' y 7 A _5 A A

Sedangkan perilaku sistem dinamisditinjau dari respon sistem yangdikontrol terhadap input berbentuktangga (step). Input berasal dari variabeltermanipulasi, sedangkan responsistemnya berupa variabel yangdikontrol. Gambar 11-16 memperlihatkan respon sistem dansimbolnya.

Gambar 1.16 Sistem PT 0

1-1


14/55


Berdasarkan bentuk responnya, ada lima klasifikasi sistem kontrol, yaitu 1. Sistem kontrol tanpa waktu tunda (PT0),

2. Sistem kontrol waktu tunda satu langkah (PT1),3. Sistem kontrol waktu tunda dua langkah (PT2),4. Sistem kontrol waktu tunda banyak (PTn), dan5. Sistem kontrol dengan waktu mati (dead time).

P pada penamaan sistem tersebut berarti proporsional , artinya bentuk sinyal reponnya sebanding dengan bentuk sinyal inputnya. Sedangkan T berindeksberarti waktu tunda respon terhadap inputnya. Waktu tunda adalah waktu yang

dibutuhkan oleh respon sistem untuk mencapai bentuk inputnya. T0 (T-nol)

artinya tidak ada waktu tunda pada respon sistem, sehingga untuk sistem PT0

begitu input diberikan pada sistem atau sistem dijalankan, respon sistem

langsung mengikuti bentuk inputnya. T1 berarti waktu tunda responnya tingkat

satu, T2 berarti waktu tunda responnya tingkat dua, dan seterusnya. Secara

umum, semakin besar tingkat waktu tundanya semakin lambat respon outputterhadap inputnya.

Bentuk respon sistem PT0 diperlihatkan pada gambar 1.16a. Pada gambar

tersebut terlihat sistem merespon inputnya secara langsung tanpa ada selang

waktu. Simbol sistem PT0 diperlihatkan pada gambar 1.16b. Terlihat bahwa

pada sistem PT0, nilai output langsung mengikuti nilai inputnya tanpa

penundaan waktu.

Sebagai contoh dari sistem ini adalah pengaturan arus kolektor suatu transistor

bipolar dengan input arus basisnya. Sementara sistem PT1 diperlihatkan padagambar 1.17 . Model fisik dari sistem PT1 menggambarkan sebuah proses

pemanasan air dengan mengalirkan uap panas pada sebuah tangki melaluioperasi buka tutup katup. Tujuan pengaturannya adalah air diinginkan memiliki

suhu tertentu.

Gambar 1.17 Model fisik PT1

1-13


15/55


Pada saat katup dibuka untuk mengalirkan uap panas ke dalam tangki, proses

pemanasan mulai berlangsung. Suhu air bertambah seiring dengan banyaknya

uap panas yang mengalir ke dalam tangki.

Perubahan suhu air dalam tangkimengikuti grafik pada gambar 1.18a. Pada grafik tersebut, x menyatakan suhuair setiap saat, sedangkan y menandaisuhu air yang diinginkan. Perubahan suhuair berlangsung lambat dan mengikutibentuk eksponensial dengan konstanta

waktu T s. Simbol sistem PT1 diperlihatkanpada gambar 1.18b.

Terlihat bahwa nilai outputnya mencapai

atau mengikuti nilai inputnya dalam waktutertentu (waktu tunda). Contoh lain dari

sistem PT1 adalah kumparan, karena jika

tegangan diberikan pada kumparan, arusyang muncul mengikuti bentukeksponensial seperti pada gambar 1.18a.

Gambar 1.18 Respon Kontrol PT1

Radiator pemanas ruang dengan uap pemanas merupakan contoh sistem PT2

diperlihatkan pada gambar 1.19.

Gambar 1.19 Model Sistem Kontrol PT 2

Model radiator dengan saluran masuk uap panas melalui katup dan dilengkapi

saluran keluar udara dari radiator tersebut. Prinsip pengaturannya samadengan pemanasan air, yaitu diharapkan radiator tersebut memiliki suhu akhirtertentu. Pada saat katup uap panas dibuka maka proses pemanasan mulaiberlangsung. Adanya saluran keluar yang tidak dilengkapi katup menyebabkansuhu dalam radiator tidak mengalami perubahan, seolah-olah uap panas yangmasuk langsung dibuang melalui saluran keluar. Kondisi ini berlangsung dalam

rentang waktu tertentu yang disebut waktu mati (deadtime) T u.

1-14


16/55


Gambar 1.20 Respon sistem PT 2

Gambar 1.21 Respon kontrol PT n

Apabila proses pemasukan uap panasterus berlangsung, maka perubahan suhudalam radiator mengikuti pola grafik padagambar 1.20 . Suhu akhir diperoleh dalamselang waktu tertentu yang disebut waktu

menetap (settling time) T g . Adanya dua

parameter waktu tunda T u dan T g menyebabkan sistem ini disebut sistem

PT2.

Simbol sistemnya diperlihatkan padagambar 1.20b. Dapat dilihat pada simbol itu, bahwa output sistem mulai merespon

setelah beberapa saat (waktu mati) danmencapai inputnya setelah selang waktu

tertentu (waktu menetap).

Contoh lain dari sistem PT2 ini adalah

motor arus searah dengan magnetpermanen, dimana kecepatannya diatur

melalui perubahan arus jangkar. Sistem inimemiliki dua konstanta waktu, satu untuk

lilitan jangkar dan yang lainnya untukmempercepat bagian jangkar.

Sementara itu, sistem PTn adalah sistemdengan respon yang sangat lambat

dibandingkan dengan dua sistemterdahulu. Kalau sistem PT1 waktutundanya mungkin berkisar dalam satuan

milidetik dan sistem PT2 waktu tundanyadalam kisaran puluhan milidetik, maka

waktu tunda untuk sistem PTn mungkinberkisar dalam satuan detik sampaipuluhan detik. Secara grafik, bentuk

respon untuk sistem PTn sama dengan

sistem PT2 yaitu memiliki dua konstantawaktu seperti diperlihatkan pada gambar 1.21. Perbedaannya terletak pada kisaranwaktu tunda dalam satuan puluhan detik.

Misalnya dalam suatu sistem kontrol ada enam komponen yang terlibat dalamproses pengaturan dan masing-masing menyumbang waktu tunda terhadap

sistem maka sistemnya disebut sistem PT6.

1-15


17/55


Kelompok lainnya adalah sistem kontrol dengan waktu mati (deadtime). Sepertidiuraikan sebelumnya, waktu mati didefinisikan sebagai saat ketika sistem tidakmerespon inputnya. Jadi output sistem baru muncul setelah waktu mati. Gambar

1.22 memperlihatkan proses pemindahan barang atau bahan di sebuah proses produksi dari satu tempat ke tempat lain melalui ban berjalan. Karena ada waktuyang dibutuhkan oleh barang atau bahan untuk berpindah dari posisi semula keposisi akhir, maka ada rentang waktu kosong (deadtime) sebelum output sistem –dalam hal ini awal proses di bagian berikutnya – terjadi.

Gambar 1.22 Model Dead Time

.

Secara grafik, respon sistem kontrol yang memiliki waktu mati diperlihatkanpada gambar 1.23a. Terlihat bahwa output baru muncul ( x ) setelah waktu mati

(Tt) dari waktu awal inputnya (y ). Sedangkan simbol sistem kontrol denganwaktu mati diperlihatkan pada gambar 1.23b.

Gambar 1.23 Respon Kontrol Deadtime

1-16


18/55


19/55


Pada saat awal proses pemanasan ruangan, suhu naik sedikit demi sedikitsampai mencapai suhu tingginya. Karena ketidakidealan sistem, timbul waktu

tunda T u. Waktu tunda tersebut muncul baik pada saat kondisi on ke off

ataupun sebaliknya dari kondisi off ke on seperti terlihat pada gambar tersebutsebagai akibat komponen atau pengatur tidak bisa langsung meresponperubahan inputnya.

Pada kontroler ini bentuk kurvakarakteristik input-outputnya disebuthysteresis seperti terlihat di bagian kiri gambar 1.24. Dengan melihat kurva ini, perpindahan (transisi) dari posisi on ke offberlangsung ketika suhu mencapai suhu

tinggi (xo) dan sebaliknya perpindahanposisi off ke on terjadi pada saat suhu

mencapai suhu rendah (xu). Simbol kontroldua posisi (On-Off ) diperlihatkan padagambar 1.25 .

Gambar 1.25 Simbol kontrolon-off

Gambar 1.26 Kontroler suhu bimetal

Kontroler suhu bimetal adalah sebuah kontroler dua posisi yang diperlihatkanpada gambar 1.26 . Posisi On-Off nya ditentukan oleh kontak bimetal. Apabilasuhu panas maka keping bimetal akan melengkung sedemikian sehinggakontak terlepas sehingga elemen pemanasnya terputus kontaknya sehingga

suhu akan turun. Adanya magnet menyebabkan suatu saat keping bimetalkembali akan tertarik dan menyebabkan kontak kembali bekerja dan prosespemanasan berlangsung kembali. Karena suhu naik, keping bimetal kembalimelengkung dan memutus kontak dengan pemanas, sehingga proses awalberulang, dan seterusnya.

1-18


20/55


1.6. Kontroler Tiga Posisi

Kontroler tiga posisi gambar 1.27 memiliki karakteristik satu posisi On dan dua

posisi Off , atau sebaliknya dua On dan satu Off . Dalam bentuk rangkaian listrikdigambarkan pada gambar 1.27. Pemanas listrik R1, terhubung pada induk

saklar 1 dan 2. Sedangkan pemanas R2 hanya terhubung pada

saklar cabang 2 saja.

Gambar 1.27 Kontrol tiga posisi

Gambar 1.28 Karakteristik dan

simbol kontroler tiga posisi

Ketika posisi saklar pada 0, keduapemanas posisi Off dan kedua pemanas

tidak mendapat catu daya listrik,hasilnya suhu dingin. Ketika sensorsuhu mencapai angka setting tertentusaklar cabang akan menghubungkan

cabang 1 dengan pemanas R1, satupemanas bekerja.

Jika pemanas akan dinaikkan

temperaturnya, sensor temperaturmenggerakkan saklar ke cabang 2, pada

posisi ini pemanas R1 dan R2 secarabersamaan bekerja dan dihasilkantemperatur lebih tinggi.

Sedangkan karakterisitik dan simbol dari

kontroler tiga posisi terlihat pada

gambar 1.28 .

Contoh pemakaian kontroler tiga posisiadalah pada sistem pengaturan suhu

yang memerlukan tiga keadaan, yaitu

panas-tinggi, panas-sedang, dankeadaan mati (Off ), seperti diperlihatkan

pada gambar 1.29

Gambar 1.29 Karakteristik kontroler tiga

posisi dengan posisi tengah nol

1-19


21/55


1.7. Kontroler Proporsional (P)

Kontroler Proporsional memiliki

karakteristik bahwa outputnya berupavariabel yang dikontrol berubahsebanding (Proporsional) denganinputnya yang berupa variabel selisih(error ) antara masukan acuan

(reference) dengan variabeltermanipulasi atau output nyata dariplant. Karakteristik dan diagram blokkontroler ini diperlihatkan pada gambar 1.30 .

Aplikasi kontroler proporsional misalnyapada pengaturan tinggi permukaan airseperti pada gambar 1.31. Buka tutupkatup akan sebanding dengan posisipelampung yang mengukur selisihantara tinggi permukaan air yangdiinginkan (referensi) dengan tinggi airsesungguhnya ( x ).

Gambar 1.30 Kontrol proporsional

Apabila tinggi air sesungguhnya sangatrendah maka katup akan membukalebar-lebar, sebaliknya apabila tinggi airsesungguhnya melebihi tinggi air acuanmaka katup akan menutup sekecil

mungkin.

Gambar 1.31 Aplikasi kontroler proporsional

Respon sistem kontrol dengan kontrolerproporsional diperlihatkan pada gambar

1.32 . Hubungan antara variabel yang dikontrol y dengan error e dinyatakandengan bentuk persamaan linier dengankonstanta kesebandingan (proporsional)

K RP . Gambar 1.32 Respon kontrol proporsional

1-20


22/55


1.8. Kontroler Integral (I)

Laju perubahan (kecepatan) nilai output dari kontroler integral sebanding

dengan nilai inputnya. Input sistem berupa variabel selisih (error ) antaramasukan acuan (referensi) dengan variabel termanipulasi atau output nyatadari plant .

Jadi, jika selisih acuan dengan output nyata

besar maka perubahan nilai output jugabesar, artinya aktuator akan “mengejar”selisih tersebut, sehingga diharapkan

selisihnya semakin kecil. Karakteristik dandiagram blok kontroler integral diperlihatkanpada gambar 1.33.

Dibandingkan dengan kontrolerproporsional, pemakaian kontroler integralrelatif lebih baik dalam hal memperkecilselisih antara masukan acuan denganoutput nyata. Dengan demikian, kontrolerintegral akan mendorong sistem yang

dikontrol ( plant ) untuk mencapai output yang diinginkan, sehingga selisih (error )

nya semakin kecil.

Aplikasi kontroler integral ini misalnya pada pengaturan level permukaan air

yang melibatkan motor sebagai komponen aktuatornya, seperti diperlihatkan

pada gambar 1.34.

Gambar 1.34 Aplikasi kontroler integral

Dalam sistem tersebut, operasi buka tutupkatup dilakukan oleh motor listrik. Torsimotor yang dihasilkan bergantung kepada

nilai selisih antara acuan (yh) dengan

output nyata (y) yang diukur melaluipelampung. Semakin besar selisihtersebut, yaitu apabila kecepatanberkurangnya air semakin besar (misalnyasaat pemakaian air yang banyak), makatorsi motor akan semakin besar danmempercepat buka katup, sehingga air

akan semakin banyak mengalir. Dengandemikian diharapkan tangki air akan terisiair lagi secara cepat sampai ketinggianyang diinginkan.

1-21

am ar 1. on ro er n egra


23/55


1.9. Kontroler Proporsional Integral (PI)

Kontroler PI merupakan gabungan fungsi dari kontroler Proporsional danIntegral. Penggabungan ini untuk menutupi kekurangan kontroler P yang relatif

lambat responnya, sementara kontroler P digunakan untuk mempertahankan

agar kontroler masih merespon meskipun untuk nilai selisih yang kecil. Responsistem terhadap input tangga ( step) dan diagram blok dari kontroler ini

diperlihatkan pada gambar 1.35.

Gambar 1.35 Kontroler Proporsional Integral

Aplikasi tipe kontroler ini diperlihatkan pada gambar 1.36 . Pada sistem ini,buka tutup katup berlangsung atas dasar data output nyata yang diukur melaluipelampung dan torsi motor. Torsi motor berubah berdasarkan nilai selisih

antara ketinggian air nyata (y) dan tinggi air yang diinginkan (yh). Kombinasidua mode pengontrolan ini menghasilkan operasi katup yang efektif, karenabuka tutupnya menyesuaikan dengan kondisi air yang ada dalam tangki.

Gambar 1.36 Aplikasi Kontroler PI

1-22


24/55


1.10. Kontroler Derivatif (D)

Penggunaan kontroler P saja dalam sistem kontrol kadang-kadang

menyebabkan respon sistem melebihi input acuannya. Misalnya level air dalamtangki melebihi dari tinggi yang diinginkan. Keadaan ini disebut overshoot .

Untuk mengurangi atau menghindari kondisiini maka digunakan kontroler tipe derivatif.Input ke kontroler derivatif berupaperubahan selisih antara output nyata danmasukan acuannya atau kecepatan error ,sehingga apabila selisih antara output nyatadan masukan acuannya semakin besarmaka kontroler mengirimkan sinyal keaktuator yang semakin besar pula.

Dengan demikian, nilai ouput yang melebihinilai acuannya ditekan sekecil mungkin.

Respon kontroler ini untuk input tangga(step) dan input lereng ( ramp) diperlihatkan

pada gambar 1.37 dan gambar 1.38.

Aplikasi kontroler ini diperlihatkan padagambar 1.39. Pada sistem ini, buka tutup

katup bergantung kepada perubahan nilai selisih antara tinggi air nyata yang

diukur melalui pelampung (y) dan tinggi air yang diinginkan (yh).

Gambar 1.39 Aplikasi Kontroler Derivatif

Dalam keadaan tangki kosong artinya selisihnya besar, maka katup akan

membuka dengan cepat sehingga laju air masuk ke tangki semakin besar.

Apabila keadaan air mendekati penuh, maka nilai selisihnya kecil, sehingga

katup akan memperkecil volume air yang masuk ke dalam tangki.

1-23

Gambar 1.38 Respon kontrolerderivatif untuk sinyal lereng

Gambar 1.37 Respon kontrolerderivatif untuk sinyal step


25/55


1.11. Kontroler Proporsional Derivatif (PD)

Karena kontroler derivatif mampu mengurangi overshoot yang terjadi dalamsistem kontrol, maka penggabungan dua tipe kontroler P dan D cukup efektif

untuk mendapatkan respon sistem yang baik. Kontroler PD memadukan fungsi

kontroler P dan D. Respon kontroler terhadap input lereng (ramp) dan diagram

blok kontroler ini diperlihatkan pada gambar 1.40.

Gambar 1.40 Respon kontroler PD terhadap sinyal lereng

Apabila kontroler PD diterapkan pada pengaturan tinggi air maka buka tutupkatupnya berdasarkan data selisih dan laju perubahan selisih antara tinggi air

nyata (y ) dengan tinggi air yang diinginkan (yh), seperti diperlihatkan padagambar 1.41.

Gambar 1.41 Aplikasi Kontroler PD

Ketika pengisian air dalam tangki penampung mencukupi maka pelampung

akan bergerak keatas dan menggerakkan dua tuas. Tuas atas menggerakkan

piston dalam silinder yang akan meutup katup aliran air. Tuas bawah

mengimbangi gerakan oleh tekanan pegas akibat dorongan piston.

1-24


26/55


1.12. Kontroler PID

Dari uraian sebelumnya, karena tipe kontroler memiliki keunggulan dankelemahan masing-masing, maka untuk mendapatkan hasil pengontrolan yangbaik digunakan perpaduan tiga tipe kontroler tersebut. Kontroler inimemadukan fungsi tiga kontroler sebelumnya (P, I, dan D), sehingga disebutkontroler PID. Dengan kontroler PID diharapkan responnya sangat cepat(keunggulan kontroler P), errornya sangat kecil (keunggulan kontroler I), danovershoot-nya kecil (keunggulan kontroler D). Respon kontroler terhadap inputtangga (step) dan diagram bloknya diperlihatkan pada gambar 1.42.

Gambar 1.42 Respon kontroler PID terhadap sinyal step

Aplikasi kontroler PID dalam sistem kontrol tinggi air dalam tangki diperlihatkanpada gambar 1.43. Perhatikan kontroler ini merupakan gabungan kontroler PIyang ada digambar 1.26 dengan kontroler jenis Derivatif pada gambar 1.36.Pengisian permukaan air setinggi h akan di ikuti oleh pergerakanpelampung yang menggerakkan baik tuas, maupun potensiometer yangmemberikan umpan balik pada motor DC yang mengisi air. Jika permukaanair sesuai dengan setting, maka pelampung akan bergerak keatas.

Potensiometer akan memperkeciltegangan, motor DC akan mati.Sekaligus katup akan menutupaliran air yang menuju ke bak

penampung bawah.

Gambar 1.43 Aplikasi kontroler PID

1-25


27/55


Untuk memudahkan analisis sistem kontrol biasanya digunakan analogi

penggambaran sistem kontrol dengan rangkaian listrik. Tipe kontroler, diagram

blok, analogi rangkaian listrik, hubungan antar variabelnya dicantumkan dalam

tabel berikut.

Tabel 1.3. Aplikasi Op-Amp Sebagai Kontroller

1.13. Karakteristik Osilasi Pada Sistem Kontrol

Ada tiga karakteristik osilasi apabila sebuah lingkar (loop) diterapkan pada

sistem kontrol, yaitu loop stabil, loop batas stabil, dan loop tidak stabil. Bentuk

karakteristiknya diperlihatkan pada gambar 1.44.

Gambar 1.44 Karakteristik osilasi

1-26


28/55


Dalam sistem kontrol dengan loop stabil, respon sistemnya bisa mengikuti

masukan acuannya dengan error semakin kecil dan menuju nol. Sementara

untuk loop batas stabil, output sistemnya berosilasi terus-menerus, yang pada

tingkat tertentu merusak komponen sistemnya.

Karakteristik loop yang tidak stabil adalah kualitas terburuk dari sistem kontrol.Dalam sistem tersebut, respon sistem melebihi dari nilai masukan acuannyadan semakin lama semakin besar. Hal ini tentu saja menyebabkan kerusakandalam sistem. Misalnya pada pengaturan kecepatan motor arus searah terjadiloop tidak stabil maka motor berputar semakin lama semakin besar sampai melebihi batas kecepatan nominalnya yang tercantum dalam nameplate-nya.

Tentu saja yang terjadi adalah motor menjadi rusak karena terjadi panasberlebih dalam komponen motor tersebut.

1.14. Seleksi Tipe Kontroler Untuk Aplikasi Tertentu

Dalam prakteknya, penggunaan tipe kontroler sangat bergantung kepada jenisaplikasi yang akan menggunakan kontroler dalam realisasinya. Selain

pertimbangan ekonomis, hal-hal teknis berkaitan dengan karakteristik sistem,sifat-sifat fisis dari besaran yang dikontrol, dan kemudahan dalam realisasi

menentukan tipe kontroler yang digunakan dalam aplikasi tersebut. Berikutadalah tabel perbandingan pemilihan tipe kontroler untuk aplikasi tertentu.

Tabel 1.4. Perbandingan jenis kontroller untuk masing-masing aplikasi

1.15. Optimisasi Kontroler

Dalam menerapkan tipe kontroler untuk aplikasi tertentu, beberapa parameter

yang harus diperhatikan adalah konstanta waktu dari masing-masing tipekontroler, waktu tunda (delay time), dan waktu menetap (settling time)nya. Adadua pendekatan yang cukup terkenal dan praktis (rule of thumb) dalammenentukan nilai optimal dari suatu parameter relatif terhadap parameterlainnya, yaitu pendekatan Chien/Hornes/Reswick dan pendekatanZiegler/Nichols. Nilai optimal masing-masing parameter tersebut diperlihatkan pada tabel berikut.

1-27


29/55


Tabel 1.5. Parameter kontroller dengan pendekatan Chien/Hornes/Reswick

Tabel 1.6. Parameter Ziegler-Nichols Contoh : Sebuah sistem kontrol

suhu membutuhkan spesifikasi kontrolersebagai berikut : waktu tunda T u = 60detik, waktu akhir respon kontroler

(settling time) T g = 600 detik, dan

konstanta proporsional KS = 10 K/A.Dengan kriteria 20 % osilasi dari nilaioutput kontrolernya, tentukan nilai

parameter K RP , T n, dan T v apabila dipilihkontroler PID untuk merealisasikan

kontroler tersebut.

tabel, K RP 1 T g 1 600

Jawab : Dari 1,2 u u 1,2 u u 60

1,2 A/K ; K S T u 10

T n 2T u 2 u60 10 detik ; dan T v 0,42T u 0,42 u60 25,2 detik.

1.16. Elektropneumatik

Di industri banyak digunakan komponen-komponen yang merupakan kombinasielektrik dan pneumatik, yang disebut

elektropneumatik. Pneumatik dapatdigunakan untuk mengontrol daya denganbantuan sinyal listrik (biasanya digunakan24 V DC) . Sinyal- sinyal DC tersebutdiaktifkan melalui rangkaian logika.Rangkaian dari komponen-komponentersebut bekerja dengan energi listrik.

1-28

Gambar 1.45. Komponen elektropneumatik


30/55


1.17. Komponen Elektropneumatik

Di bagian aktuator, pneumatik digunakan seperti pada silinder dan throttle dankatup penghalang. Bagian-bagian tersebut bekerja secara elektropneumatik.

Komponen elektropneumatik terdiri bagian elektrik, elektropneumatik dan

bagian mekanik.

1.17.1. Bagian Elektrik

Bagian ini biasanya berupa rangkaian

tertutup dan mempunyai bagian outputyang digunakan untuk menyambung-kannya dengan komponen ataubagian lain sesuai dengan kebutuhan.

Di pasaran biasanya tersedia dalambentuk saklar tekan ( pushbutton) atauselector switch, normally open,normally clossed atau dalam bentuk toggle gambar - 1.46 Untuk modelselector switch, bekerja berdasarkanmekanis, dan akan tetap padaposisinya sampai ada yangmengubahnya.

Gambar 1.46. Tombol NO,NC dan toggle

Misalnya dia akan tetap off sebelum ada orang yang mengubah posisi saklarmenjadi on. Sedangkan untuk model saklar tekan, akan bekerja selamabeberapa waktu saja setelah saklar tersebut ditekan. Untuk tipe toggle, saklar

akan berubah fungsi setiap kali ditekan. Misalnya satu kali ditekan dia akantertutup (dan terus bertahan) dan ditekan lagi saklar akan terbuka.

1.17.2. Sensor-sensor

Melalui pengesetan pada sensor, informasi-

informasi dari luar yang menunjukkankondisi bagian yang dikontrol (misalnyaperubahan tekanan, tegangan, posisi

silinder, dan sebagainya) dapat diteruskanke bagian pengontrol.

Gambar 1.47 Limit switch

1-29


31/55


Sebuah limit -switch mekanik gambar-1.47.

dapat di set pada posisi tertentu, sehingga

ketika ada benda kerja yang menyentuh limit-

swtich tersebut, maka dia akan mengeluarkansinyal untuk mengontrol kerja mesin atau

bagian dari mesin. Limit-switch biasanya

berfungsi sebagai pembuka atau penyambung

dan pengubah aliran arus.

Saklar tekanan biasanya berfungsi sebagaipenyambung, pemutus atau pengubah aliran arus dengan cara mengeset saklar pada tekanan tertentu. Ketikatekanan mencapai nilai seting yang ditetapkan, maka saklar akan terbuka atautertutup, atau mengalihkan arah arus. Tekanan input didapat dari sebuah pistonyang akan menghasilkan daya tekan. Daya tekan tersebut dapat diatur melalui

sebuah tombol putar gambar- 1.48. Ketika ada tekanan melebihi nilaisetingnya, maka limit switch akan bekerja.

Saat ini banyak digunakan saklar tekanan yang bekerja secara elektronis.Saklar tekanan elektronis bekerja melalui tekanan yang terjadi pada membran.

Saklar magnet jenis proximity juga dapat

diset pada posisi tertentu dalam silindergambar 1.49. Biasanya rumah kontak

saklar ini berupa diode jenis LED yangakan langsung menyala saat terjadi

kontak (saklar tersambung).

Karakteristik penting saklar jenis ini ialah: xBekerja tanpa memerlukan daya

xWaktu pensaklaran yang singkat (sekitar 0.2 ms). xBebas waktu tunggu

xMasa pakainya panjangxSensitifitasnya terbatas. xDengan medan magnet yang tinggi

komponen ini tidak dapat diset. xHanya

memerlukan sedikit instalasi

Saklar proximity merupakan sensor non-kontak, bekerja berdasarkan induksi

magnet yang ditimbulkan oleh belitan pada kontak-dalam. Saklar ini dapatberfungsi sebagai pemutus, penyambung atau pengubah arah arus. Medan

magnet biasanya segera berintegrasi dengan badan piston, sehingga kontak

bergerak.

1-30

Gambar 1.49 Proximity switchterpasang pada silinder

Gambar 1.48 Limit switchtekanan


32/55


1.17.3. Relay dan Kontaktor

Relay dan kontaktor merupakan saklar yang bekerja berdasarkan prinsip

elektro-magnetik yang terjadi pada kontaktor- kontaktornya gambar 1.50 . Arusmasuk melalui belitan eksitasi (terminal A1 dan A2) . Jangkar akan bergerakdan kontak bekerja. Jika aliran arus pada jangkar terputus, maka sambungan akan terputus pula.

Relay dan kontaktor bekerja dengan prinsipyang sama. Oleh karena itu gambarpotongan saklarnya digambarkan sama.Relay biasanya bekerja dengan dayarendah (sekitar 1kW, kontaktor bekerjadengan daya yang lebih besar sampai 100

kW.

Relay bekerja dengan tegangan bebas. Inidimaksudkan relay dapat bekerja dengantegangan yang berbeda-beda. Relaybanyak digunakan untuk berbagai jeniskontrol, pengaturan dan pengecekan,seperti:

x Relay menunjukkan gambaran

antara sinyal dan daya x Dapat bekerja dengan tegangan yang

berbeda-beda x Relay dapat bekerja dengan tegangan DC maupun AC

x Relay dapat bekerja dengan sinyak-kuadrupel

x Relay juga dapat bekerja dengan delay sinyal.

Relay tersedia dalam tipe normally-open (terbuka), tertutup, atau sebagai

pengubah aliran arus gambar-1.51 menunjukkan rangkaian kontak atau

sambungan sebuah relay.

x Belitan untuk arus eksitasi digambarkan sebagao A1 dan A2

x Relai digambarkan sebagai K1, K2 dan seterusnya.

x Rangkaian kontak relay digambarkan melalui angka-angka yang terdiri

dari dua deret. Deret pertama merupakan order atau tingkatan, deretkedua merupakan jenis deret kontak.

1-31

Gambar 1.50 KonstruksiRelay dan kontaktor


33/55


Gambar 1.51. Kontaktor dengan kontak utama dan kontak bantu

1.17.4. Katup Magnetik

Katup magnetik merupakan konverter elektromagnetik, yang meng-gambarkanadanya bagian kontrol mekanis dan elektronik. Katup magnetik terdiri daribelitan magnet (ini adalah elemen elektronik) dan katup pneumatik. Arus listrikmengalir melalui belitan magnet, yang akan membangkitkan medan elektromagnetik, sehingga dapat menarik jangkar. Jangkar terhubung denganpendorong katup, dimana tekanan udara dikontrol. Didalam pendorong katup

terdapat gerbang jangkar yang akan bergerak, sehingga dapat mengubahstatus sambungan (tersambung atau terputus).

Prinsip kerja katup kontrol 3/2gambar 1.51: dimulai dari penyetelan dasar katup, yaitudengan menutup aliran udara dari 1ke 2. Magnet yang dibangkitkanoleh belitan akan menaikkan

jangkar ke atas, sehingga akanterjadinya aliran udara bebas dari 1ke 2. Selanjutnya, pengaliran udara-3 dalam jangkar akan menghalangiudara dari atas ke bawah. Olehkarena itu tidak ada arus lagi yangmengalir melalui belitan (spul) dari

jangkar ke bawah dan aliran dari 1

ke 2 juga terhalang; dalam waktu Gambar 1.52 Katup Magnetik yangbersamaan akan terjadi

1-32


34/55


pertukaran udara dari 3 ke 2. denganbantuan tangan, poros elektromagnetdapat berputar, dan ini akan

mempengaruhi adanya pertukaranudara tersebut. Di dalam

elektropneumatik terdapat valve yangdapat dikontrol.

Keunggulan penggunaan kontrol denganelektropneumatik adalah belitan magnetrelatif berukuran kecil, sehingga hanyamemerlukan arus dan daya listrik kecil,menunjukkan dasar fungsi sebuahelektropneumatik gambar-1.52 . Sinyallistrik akan mengakibatkan jangkar

bekerja membuka katup kontrol dan iniakan menimbulkan perubahan tekananpada piston, sehingga katup akanterbebas dari kontrol tekanan.

Gambar 1.53. Batang jangkar

katup magnetik

Katup Magnetik 3/2 dengan Penyetelan Balik.

Gambar-1.53 menunjukkan penyetelan dasar dari katup magnetik 3/2. Disini aliran udara dari jalur 1 ke 2 dihalangi dengan mengontrol katup magnetik 3/2,sementara udara dapat masuk melalui jalur 3 ke 2. Tekanan udara pada jalur 1akan mengakibatkan lempeng penahan bergerak ke kiri dan jangkar akanbergerak ke depan. Melalui eksitasi belitan magnet, maka jangkar akan

bergerak ke kiri sehingga kedalamannya akan bertambah.

Oleh karena itu, terdapat aliran tekananudara pada lempeng yang dikontrol,dan akan mengakibatkan terjadinya

tekanan pada piston ke arah kanan,sehingga udara dapat mengalir dari

jalur 1 ke 2. Pada saat ini aliran udaramasuk dari jalur 3 ke 1 terhalang.

Pada saat sinyal kontrol bekerja, akanada tekanan udara pada lempengkontrol, yang me-nyebabkan pistonbergerak ke kiri, dan katup akan teraliri udara melalui lubang di dalam jangkar di Gambar 1.54. Katup magnetik 3/2 jalur82. Tekanan udara juga dapat diatur melalui perangkat yang dapat diatur

dengan tangan.

1-33


35/55


Katup magnetik 5/2 mempunyai perbedaan bentuk fisik jika dibandingkankatup magnetik 3/2 gambar 1.54. Secara

prinsip kedua katup tersebut mempunyaicara kerja yang sama, yaitu perlu belitanmagnet yang tereksitasi untukmenggerakkan piston, tetapi untuk katupini tidak ada definisi penyetelan dasar.

Gambar 1.55. Katup magnetik 5/2

Katup Magnetik Impulse 5/2 gambar 1.55 mempunyai prinsip kontrol yang sama dengan katup katup magnetikyang dijelaskan sebelumnya.

Perbedaan tersebut terletak pada sinyallistrik pembangkit eksitasi pada belitanmagnet. Disini, belitan magnet hanyamemer-lukan impuls yang pendek,untuk mempertahankan piston padaposisi tertentu.

Gambar 1.56. Katup

Katup magnetik jalur 5/3. magnetik impulse 5/2

Gambar 1.56 menunjukkan penyetelan dasar katup 5/3

(penyetelan halus di-offkan), yaitu dengan mencegah aliran udara dari alur 1 ke 2 dan dari 1 ke 4. Lubang yang menghubungkan kedalaman angkar-jangkar akan berada pada tekanan di port 1. Melalui eksitasi sebuah magnet akan mulai dijelaskan prinsip pengontrolan katup dan piston yang akan mengubah posisi saklar. Gambar 1.57. Katup magnetik 5/3 Dengan menggunakan eksitasi

magnet akan memungkinkan feder pusat berada di posisi tengah.

Pengaturan katup mendapat masukan udara dari jalur 82 atau 84. yang perlu

diperhatikan, bahwa untuk mengatur gerakan katup diperlukan sinyal kontrol

untuk Y1 hingga Y2, tanpa mempertahankan impuls katup dalam memori. Jika

ada sinyal kontrol, maka katup akan berada di tengah.

1-34


36/55


1.18. Rangkaian Dasar

Seperti halnya pada pneumatik, pada elektropnuematikpun dapat dibuat

rangkaian dasar yang harus di set secara bersama-sama. Disini kembaliberlaku prinsip-prinsip perancangan rangkaian yaitu dengan memper hatikan

fungsi dan karakteristik penyetelan.

Komponen-komponen harus di-tangani dengan baik sehingga dan berfungsi

baik dan dapat direncana kan pengontrolan yang sesuai.

1.18.1. Operasi Maju dan Mundur Silinder

Cara kerja silinder sangat berbedadengan cara kerja pneumatik. Disini

tidak ada pengaturan secara langsung.Dalam praktik, pengaturan dilakukanmelalui relay. Kontrol jenis inimempunyai keunggulan, bahwa arusrelay dapat digunakan untuk meng-

aktifkan perangkat lainnya.

Operasi satu arah dari Silinder

Dengan mengoperasikan saklar-1gambar 1.56 maka relay K1 akan energized dan ini akan meng-aktifkankontak relay pada lead arus-2 serta

katup magnetik Y1 di bagian silinder1V1, sehingga jalur katup 3/2 dapatmemberikan pengontrolan. Silinder 1A1akan bergerak ketika S1 dioperasikanlagi dan mencapai ujung tabung ketikaS1 dioperasikan untuk waktu yangdiperlukan silinder bergerak dari ujungke ujung tabung.

Silinder dengan Operasi Ganda

Disini juga akan dijelaskankemungkinan-kemungkinan peng-aturan

yang lebih banyak karenamenggunakan pengaturan tekananudara secara ganda. Silinder padagambar 1.57 atas hanya akan bergerakketika S1 ditekan untuk waktu selamasilinder bergerak.

Gambar 1.58. Silinder tunggal

dengan dgn katup magnetik 3/2

Gambar 1.59. Silinder

operasi ganda katup 5/2

1-35


37/55


38/55

Sistem terdiri dari plant berupa logam kuningan, yang akan dipanaskan oleh

heater. Suhu kuningan merupakan variabel yang dikendalikan. Dengan adanya

sensor suhu, nilai suhu pada kuningan dapat diketahui, untuk diumpanbalikkan.

Asumsikan aktuator dan plant merupakan sistem orde 1 dengan konstanta waktu

cukup besar.

Mekanisme pengendalian :

Nilai suhu yang diinginkan terlebih dahulu ditetapkan sebagai suhu acuan.

Saat awal, suhu kuningan masih di bawah nilai acuan, nilai galat = suhu

acuan – suhu kuningan akan bernilai posistif, sehingga keluaran pengendali

akan mengaktifkan heater. Beberapa saat kemudian suhu akan mencapai

nilai melebihi nilai acuan (lebih sedikit), sehingga keluaran pengendali akan

mematikan heater. Pada kondisi ini, suhu pada kuningan masih akan naik,

sampai nilai tertentu. Kemudian panas akan sedikit demi sedikit hilang, suhu

kuningan akan turun. Untuk mempercepat turunnya suhu kuningan, terdapat

fan yang akan aktif saat heater tidak aktif. Ketika suhu mencapai nilai

kurang dari nilai acuan, heater akan aktif kembali, fan dimatikan. Walaupun

heater telah diaktifkan, suhu kuningan masih akan turun, sampai pada nilaitertentu suhu kuningan akan naik kembali. Grafik keluaran pengendali dan

suhu kuningan dapat diperhatikan dalam gambar 2 berikut ini.

Gambar 2 Variasi suhu di antara nilai acuan


39/55

Sistem yang menggunakan pengendali ON/OFF ideal akan memiliki

kelemahan. Pertama, saat suhu kuningan mencapai nilai acuan akan terdapat

gangguan, yang dapat mengakibatkan keluaran pengendali ON dan OFF

secara beruntun dan membuat umur pengendali jadi pendek. Kedua, variabelyang dikendalikan tidak akan pernah tepat sesuai dengan nilai acuan yang

diinginkan.

Untuk mengatasi persoalan pertama, pengendali ON/OFF ditambahkan

differential gap atau deadband atau sering dikenal sebagai pengendali

histeresis.

Gambar 3 (a) Pengendali ON/OFF ideal, (b) Pengendali Histeresis

u(t) = U1 untuk e(t) > 0

= U2 untuk e(t) < 0

Umumnya : U2 = 0 atau -U1

Dengan pengendali histeresis ini, ketika suhu sedikit melebihi nilai acuan

tidak seketika mengaktifkan heater. Dengan adanya gap, suhu ahrus

mencapai nilai tertentu, baru heater akan diaktifkan. Sebaliknya, saat kurang

dari nilai acuan (sedikit saja) heater tidak akan langsung dimatikan.


40/55

Untuk persoalan kedua akan dapat diselesaikan menggunakan pengendali

PID.

SISTEM KENDALI SUHU DENGAN PID

Sistem kendali suhu menggunakan pengendali ON/OFF memiliki kelemahan. Salah

satu kelemahannya, nilai variabel yang dikendalikan akan berosilasi di sekitar nilai

acuannya. Apabila hal ini tidak boleh terjadi, maka untuk mengatasinya pengendali

ON/OFF perlu diganti dengan pengendali PID. Sistem kendali suhu menggunakan

pengendali PID dapat diperhatikan dalam gambar 1 berikut ini.

Gambar 1 Sistem Kendali Suhu Menggunakan Pengendali PID

Sebelum menentukan parameter pengendali PID, perlu ditentukan dahulu kriteria

kinerja yang diinginkan, yang meliputi :

1. Kecepatan respon transien.

2. Maksimum simpangan.

3. Galat dalam kondisi mantap.

Semakin cepat respon transien suatu sistem akan semakin baik, dengan

simpangan kurang dari 5 %, dan galat dalam kondisi mantap nol.

PIDVref (t) Acuan suhu

Driver +

Heater t

Kontroler Aktuator

Kuningan

Plant

1

Error detector

Sensor

+

-


41/55

Pengendali PID yang digunakan memiliki persamaan :

t

t

d p

i

p

pdt

t deT K dt t e

T

K t e K t u

)()()()(

Perancangan pengendali PID dapat dilakukan dengan bantuan root locus, bode

plot, secara analitis. Dalam menentukan parameter PID yang tepat, untuk

menghasilkan kinerja yang bagus, perlu diperoleh dahulu model plant. Model

dapat diperoleh dengan memberikan masukan unit step, menggambar keluaran,

kemudian diperoleh penguatan dan konstanta waktu dari plant (seperti yang telah

dilakukan dalam percobaan pengukuran fungsi alih).

Selain itu, penentuan parameter PID dapat dilakukan dengan metode Ziegler

Nichols.

Dengan hanya melibatkan pengendali proporsional (Kp), kecepatan respon sistem

akan dapat diperbaiki. Sedangkan, galat dalam kondisi mantap akan semakin kecil

kalau penguatan diperbesar. Akan tetapi, galat dalam kondisi mantap akan selalu

ada. Untuk itu perlu ditambahkan pengendali integral, yang akan berfungsi

menghilangkan galat dalam kondisi mantap. Namun, dengan penambahan integral

akan memungkinkan timbulnya simpangan (overshoot ). Untuk itu ditambahkan

pengendali derivatif untuk memperkecil besar simpangan.

Apabila parameter PID tepat, maka akan diperoleh kinerja sistem yang bagus.

Respon transien yang cepat, simpangan kecil, dan galat dalam kondisi mantap nol.

SISTEM KENDALI KECEPATAN KONTINYU

Banyak sekali alat atau proses yang bergantung pada kecepatan putar sebuah

motor listrik, misalnya mixer yang sering digunakan oleh ibu rumah tangga, mesin

bor di bengkel seorang montir, sabuk berjalan di industri perakitan mobil, bahkan

juga pembangkitan tegangan di PLTA1 . Pengaturan kecepatan motor, dengan

demikian, menjadi sangat penting.

1 Di sebuah PLTA yang umum : air menggerakkan turbin, turbin digunakan untuk menggerakkan

generator dan motor arus searah ini kemudian digunakan memutar suatu alternator tiga fasa.


42/55

Untuk kepentingan kendali kecepatan, suatu motor listrik dapat direpresentasikan

sebagai sistem dengan satu masukan dan satu keluaran :

MOTORMasukanEnergi Elektrik

(tegangan, V)

KeluaranEnergi Mekanik

(putaran,

Agar dapat mengendalikan putaran motor, ditambahkan suatu komponen

lain yang mengendalikan besar masukan energi (dikenal secara umum

dalam sistem kontrol sebagai ekuator, dalam kasus motor listrik, komponen

ini berupa rangkaian penguat dengan transistor ataupun rangkaian

penggerak dengan thyristor dan lain-lain) :

PenguatEnergi Elektrik

Energi Elektrik , terkendali(sebanding dengan sinyal atur)

MOTOR

Sinyal Kontrol(sebanding dengan yang diinginkan)

Sistem kendali seperti di atas, dengan masukan plant yang tidak tergantung dari

keluaran, dikenal dengan sistem kontrol lingkar terbuka (open - loop control

system)

Untuk keperluan analisis, sistem tersebut sering digambarkan dengan diagram

blok seperti di bawah ini (telah disertakan dalam gambar, fungsi alih yang umum

dipakai untuk motor dc pengaturan jangkar):

K(s)Vref (t)

masukan acuan

Ka t

Kontroler Aktuator

Kmsm + 1

motor dc

Fungsi alih sistem tersebut (untuk penyederhanaan, K(s) = 1) :

1)(

)(

m s

KaKm

sVref

s


43/55

Agar keluaran sistem tidak mudah terganggu, dapat ditambahkan komponen lain

yang mengukur keluaran sistem dan kemudian membandingkannya dengan

keluaran yang diinginkan (= masukan acuan). Inilah yang disebut sistem kontrol

lingkar tertutup (closed - loop control system),

Fungsi alihnya :

( )( )

s

Vref s

KaKm

s m KaKmKg

1

Dengan Routh test kita dapat menentukan batas kestabilan sistem, yaitu :

Untuk sistem lingkar terbuka, sistem stabil untuk setiap harga K

(konstanta penguatan)

Untuk sistem lingkar tertutup, kestabilan sistem terbatas pada harga K

yang positif.

Dari fungsi alih kedua sistem kita juga dapat melihat respon transien kedua

sistem tersebut:

Sistem lingkar terbuka : (t) = exp(-t/m)

Sistem lingkar tertutup : (t) = exp )).1(

(m

t KaKmKg

Untuk sistem lingkar tertutup besarnya galat keadaan tunak berbanding terbalik

dengan besarnya K.

K(s)Vref (t)masukan acuan

Ka t

Kontroler Aktuator

M(s)

motor

Kg

Error detector

Sensor

+

-


44/55

Dari persamaan fungsi alih kita dapat melihat sensitivitas sistem terhadap

perubahan parameter K. Untuk sistem lingkar terbuka sensitifitasnya sebanding

dengan perubahan harga K. Sedangkan pada sistem yang lainnya sensitifitasnya

direduksi sebesar 1/(1+ K) dibandingkan sistem yang satunya.

Kinerja sistem dapat diperbaiki dengan banyak cara. Sebuah cara yang banyak

dipakai adalah dengan menambahkan kontroler PID.

Sistem pengendalian dan perbaikan kinerja yang diharapkan darinya dijelaskan

secara ringkas dibawah ini

Pengendali Proporsional ditambahkan untuk memperbesar penguatan akan

mempercepat respon transien dan memperkecil galat pada keadaan tunak. Hal ini

dapat dimengerti dari uraian sebelumnya tentang pengaruh penguatan pada galat

dan respon transien.

Keluaran Pengendali Integral akan terus berubah sampai masukannya berharga

nol. Masukan pengendali adalah galat. Dengan demikian, dihubungkan dengan

sifat di atas, pengendali integral akan dapat menghilangkan galat. Akan tetapi,

sifat yang sama dapat menyebabkan keadaan tunak lama dicapai. Sistem

mengalami overshoot atau osilasi. Dengan kata lain, pengendali integral dapat

memperburuk kestabilan sistem.

Pengendali Derivatif bereaksi terhadap besarnya perubahan galat (bukan pada

adanya galat). Akibatnya pengendali yang hanya memiliki aksi derivatif tidak

pernah dipakai. Pengendali ini dipakai untuk mempercepat respon transien dan

dapat memperbaiki kestabilan relatif sistem. Ada keburukan lain kontroler ini,

yaitu dapat menyebabkan efek kejenuhan pada aktuator. Selain itu karena

sifatnya yang melalukan frekuensi tinggi (hal ini bersesuaian dengan kecepatan

respon yang tinggi), derau sistem diperkuat.

PENALAAN UNTUK PENGENDALI PID


45/55

1. Bila pemodelan matematis plant sulit dilakukan, penalaan PID (penentuan Kp, TI

dan Td) dilakukan secara eksperimental.

2. Aturan Ziegler & Nichols berdasarkan pada langkah tanggapan eksperimental atau

berdasarkan pada nilai Kp yang dihasilkan dalam kestabilan marginal bila hanya

aksi kendali proporsional yang digunakan.

3. Ziegler - Nichols mengusulkan aturan untuk menentukan nilai Kp, Ti dan Td

berdasarkan pada karakteristik tanggapan peralihan dari plant yang diberikan.

4. Ada dua metoda penalaan Ziegler - Nichols yang bertujuan mencapai overshoot

25%

METODA PERTAMA ZIEGLER - NICHOLS

Jika plant mengandung integrator atau pole-pole kompleks sekawan dominan,

maka kurva tanggapan undak satuan terlihat seperti kurva berbentuk S.

Jika tanggapan tidak berbentuk kurva S, metoda ini tidak dapat diterapkan.

Fungsi alih dapat didekati dengan sistem orde pertama :


46/55

1)(

)(

Ts

Ke

sU

sC Ls

Ziegler - Nichols menentukan nilai Kp, Ti, dan Td :

Pengendali PID yang ditala dengan metoda pertama ini memberikan

s

L s

T

Ls Ls L

T

sT sT

K sG d i

pc

21

6,0

)5,02

11(2,1

)11()(

SISTEM KENDALI KECEPATAN DISKRIT

Sistem kendali kecepatan diskrit terdiri dari plant/ kendalian berupa power

amplifier dan motor dengan keluaran kecepatan sebagai variabel yang

dikendalikan. Pengendali yang digunakan adalah komputer. Pengolahan sinyal

kendali dilakukan secara digital oleh komputer dengan implementasi program di

dalamnya. Dengan demikian, dalam sistem ini terdapat kendalian yang bersifat

analog dan pengendali yang bersifat digital. Dapat diperhatikan dalam gambar 1 di

bawah ini.

Sebagai antarmuka antara komputer, yang digital, dengan kendalian, yang analog

diperlukan card antarmuka. Dari kendalian ke komputer diperlukan konverter

analog ke digital ( ADC 8 bit ), sedangkan dari komputer ke kendalian dibutuhkan

konverter digital ke analog ( DAC 8 bit ). Card ini dipasangkan pada bus ISA pada

mainboard komputer.


47/55

Algoritma kendali diimplementasikan menggunakan bahasa tingkat tinggi, bahasa

C, Pascal, atau bahasa yang lain. Untuk percobaan ini digunakan bahasa Pascal for

DOS versi 7. Data kecepatan motor akan dikonversikan ke digital oleh ADC,

kemudian dibandingkan dengan kecepatan acuan untuk memperoleh galat.

Berdasarkan informasi galat tersebut, pengendali PID akan mengeluarkan sinyal

kendali, yang akan dikonversi dari digital ke analog oleh DAC. Proses ini dilakukan

berulang dalam periode tertentu.

Gambar 1 Sistem Kendali Kecepatan Diskrit

Untuk melakukan analisis sistem kendali diskrit dibutuhkan transformasi Z.

Pengendali PID dalam transformasi Z :

)1(1)(

)()( 1

1

z Kd z

Ki Kp

z E

z U z G


48/55

Dengan U(z) sebagai sinyal kendali dan E(z) sebagai sinyal galat. Dari persamaan di

atas, diperoleh persamaan sinyal kendali :

Untuk proprosional :

U1(z) = Kp.E(z) atau u1(k) = Kp.e(k)

Untuk integral :

U2(z) = Ki.E(z) + z-1.U2(z) atau u2(k) = Ki.e(k) + u2( k -1 )

Untuk derivatif :

U3(z) = Kd.(E(z) - z-1

.E(z)) atau u2(k) = Ki.(e(k) - e( k -1 ))

Sehingga, u(k)= u1(k)+ u2(k)+ u3(k)

Dengan k=0,1,2,3,……..

Implementasi dalam pascal :

procedure PID; interrupt;

VAR a:BYTE;

b:longint;

begin

ERR := REF - ADC(1);

KPo := KP*ERR;


49/55

KDo := KD*(ERR-ERRL);

KIO := KI*ERR+KIO;

sigout := KPO + KDO + KIO;

ERRL := ERR;

a := ROUND(sigout);

if a255 then a:=255;

dac(a,1);

sampling := not sampling;

end;

Sistem kendali posisi diskrit dalam percobaan ini dimodelkan sebagai berikut :

Gambar 1 Sistem kendali posisi diskrit

Pemilihan/penentuan penggunaan pengendali P, PI, PD atau PID berdasarkan pada

tanggapan keluaran yang dikehendaki dan tergantung dari karakteristik/fungsi alih

kendaliannya.


50/55


51/55

1)1)(6321.01(

2642.03679.0)1(lim

)()1(lim

.

.

.

8015.0)7(

8944.0)6(

1469.1)5(

3996.1)4(

3996.1)3(

0000.1)2(

3679.0)1(

0)0(

...8015.08944.01469.13996.13996.13679.0

6321.06321.121

2642.03679.0

)1)(6321.01(

2642.013679.0)(

1

1

)(

6321.01

2642.03679.0

)()(1

)()(

)(

)(

1)(

1

)(

)1)(3679.01(2642.03679.0)(

)1(11

1)(

)1(

1)(

121

211

1

1

1

7654321

321

21

121

2

1

21

21

11

21

z z z

z z z

z C z c

c

c

c

c

c

c

c

c

z z z z z z z

z z z

z z

z z z

z z z C

z z R

z z

z z

z G z G

z G z G

z R

z C

z G

K Asumsi

K z G

z z z z z G

s s se

s

e sG

s s sG

z

z

D

D

D

p

p D

s

s

h

p

Diagram blok sistem pada contoh di atas dapat diperhatikan sebagai berikut.


52/55

Gambar 2 (a) Diagram blok sistem kendali; (b) Model pengendali dan Kendalian

dalam transformasi Z; (c) Hasil respon sistem diskrit

Agar pengendali PID hanya berfungsi sebagai pengendali proporsional, nilai Ki dan

Kd diset nol. Pengubahan parameter dalam sistem digital lebih mudah dilakukan.

Namun demikian, dalam sistem digital perlu memperhitungkan waktu cuplik.

Besar waktu cuplik dapat mempengaruhi kestabilan sistem. Untuk itu, dalam

analisisnya sistem kendali diskrit perlu diperiksa kestabilannya. Salah satu metode

yang sering digunakan adalah Jury Test. Dengan pemilihan parameter PID, Sistem


53/55

kendali harus dijamin stabil, memenuhi kriteria kecepatan respon transien,

maksimum simpangan, dan galat dalam kondisi tunak.

SISTEM KENDALI POSISI KONTINYU

Dalam contoh sebelumnya telah disebutkan beberapa alat atau sistem yang

menggunakan motor listrik sebagai penggerak : mixer, bor listrik, sabuk berjalan,

generator dll. Pada semua alat tersebut motor listrik dibuat berputar terus menerus,

selama masa kerja alat. Tujuan pengaturan alat ini adalah agar motor berputar dengan

kecepatan yang sesuai dengan yang diinginkan, dalam berbagai kondisi beban yangdigerakan motor.Terdapat segolongan alat atau sistem lain yang juga menggunakan

motor listrik sebagai penggerak, tetapi dengan penggunaan yang berbeda. Pada sistem

ini, motor digunakan untuk menggerakan benda kesuatu posisi yang diinginkan. Inilah

yang dikenai dengan sistem pengaturan posisi. Contoh sistem ini adalah sistem kemudi

kapal laut atau pesawat terbang.

Pada sistem pengaturan kecepatan, permasalahannya adalah menentukan berapa

besar energi elektrik yang harus diberikan pada motor supaya berputar pada

kecepatan yang diinginkan, bagaimanapun kondisi beban yang digerakan. Pada sistem

pengaturan posisi, masalahnya terutama pada berapa lama energi elektrik harus

diberikan agar motor menggerakkan beban yang dipasangkan padanya sampai posisi

yang diinginkan, tidak lebih dan tidak kurang.

Konfigurasi yang sederhana untuk mencapai tujuan tersebut adalah sistem pengaturan

posisi lingkar tertutup seperti diagram blok berikut ini2 :

2Sistem Pengaturan Lingkar Terbuka jarang terdapat. Pikirkanlah atas penjelasan ini.

K1 KaKm

(s m + 1)

Ko

Kontroler PenguatMotor (+Beban)

Potensio Output

Ki1

s

1

N

Gir Potensio Input

+

-i (t)derajat

e (t)

0 (t)derajat


54/55

Gambar 1 Sistem kendali posisi

Pemikiran yang mendasari konfigurasi ini adalah memberikan sinyal error (tentunya

yang sudah diperkuat) sebagai masukan energi bagi motor. Selama error ada, yang

berarti posisi beban belum sesuai dengan yang diinginkan, motor akan bergerakkarena mendapat masukan energi. Jika posisi yang telah diinginkan tercapai, motor

tidak lagi mendapat masukan energi sehingga beban akan diam di posisi tersebut.

Untuk harga penguatan sistem yang besar, sistem di atas memiliki kestabilan relatif

yang buruk : respon terhadap masukan step memiliki maximum overshoot yang besar

serta osilasi. Hal ini dapat dibuktikan secara matematis. Penjelasan secara fisis

diperoleh dengan menghubungkan prinsip kerja di atas dengan konsep kelembaman

ataupun dengan mengingat adanya keterlambatan respon sistem (yang dimodelkan

dengan sebuah pole atau konstanta waktu). Motor listrik tidak akan dengan seketika

berputar pada kecepatan nominal begitu diberikan tegangan nominal. Demikian pula,

motor tidak akan langsung berhenti berputar begitu catu dayanya diputus.

Salah satu cara perbaikan kinerja sistem pengaturan posisi di atas adalah dengan

memberikan umpan balik kecepatan3. Pada sistem ini, masukan motor bukanlah sinyal

error tetapi sinyal error dikurangi kecepatan. Sistem ini terbukti memiliki kestabilan

relatif yang lebih baik.

3 Ini merupakan contoh teknik yang dikenal sebagai rate feedback : Selain umpan balik keluaran

ditambahkan umpan balik perubahan keluaran.


55/55

Pada kebanyakan sistem pengaturan kecepatan, yang diinginkan adalah menjaga

konstan kecepatan putar untuk segala kondisi beban, bukan mengatur agar kecepatan

putarnya berubah-ubah setiap waktu mengikuti masukan acuan yang berubah.

Tidak demikian halnya dengan sistem pengaturan posisi. Pada sistem ini, akurasi

sistem biasanya diukur tidak hanya dengan steady-state error untuk masukan step,

tetapi juga dengan steady-state error untuk masukan yang berubah dengan waktu. Hal

ini biasanya diistilahkan sebagai foollowing error. Penambahan kontroler PD ternyata

dapat memperbaiki kinerja sistem pengaturan posisi dalam hal besarnya following

error ini.

Documents

Sistemkendaliotomatis 141013041637 Conversion Gate02