Joni Irawan g1d006007
Transcript of Joni Irawan g1d006007
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
1/20
1
PID
JONI IRAWANG1D006007
Teknik ElektroUniversitas Bengkulu
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
2/20
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar BelakangMotor DC telah dikenal sejak teori mengenai gaya lorentz dan induksi
elektromagnetik ditemukan. Motor DC sering digunakan karena kemudahannya
sehingga bisa dipakai pada berbagai macam keperluan, mulai dari mainan kecil
hingga Perkembangan motor DC saat ini dapat dilihat dari segi ukuran, kekuatan
torsi, kecepatan putar, efisiensi kerjanya. Secara fungsional motor DC adalah sebagai
sumber tenaga penggerak (engine) yang mampu memberikan torsi sehingga memiliki
putaran dengan kecepatan terntentu.
Disini kita akan mengatur kecepatan Motor DC yang akan menerima input
berupa tegangan dan outputnya berupa gerakan motor. Agar sistem motor dapat
bekerja menghasilkan kecepatan yang diharapkan, sistem tersebut membutuhkan
suatu kontroler sehingga sistem lebih stabil dan memiliki karakteristik yang kita
harapkan.
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
3/20
3
1.2. Rumusan MasalahSeperti yang telah disebutkan di atas, agar menghasilkan spesifikasi motor
DC yang diharapkan kita memerlukan kontroler. Sehingga yang menjadi pokok
permasalahan adalah bagaimana cara membuat suatu kontroler agar motor DC dapat
menghasilkan kecepatan yang diharapkan? Bagaimana hasil simulasi dengan
menggunakan bantuan Scilab? Permasalahan-permasalahan tersebut akan dibahas
pada uraian selanjutnya.
1.3. Tujuan
Adapun tujuan dalam pada tugas besar ini adalah agar dapat
mengaplikasikan materi kuliah yang didapat dengan cara merancang suatu
kontroler.Adapun kontroler yang dipakai PID. Dengan adanya kontroler yang ada,
diharapkan sistem kendali kecepatan Motor DC dapat lebih stabil dan memiliki
karakteristik yang diharapkan.
1.4. Batasan Masalah
Perancangan kontroler dapat diterapkan pada berbagai sistem yang
membutuhkan pengendalian. Pada makalah ini, sistem yang akan dikendalikan adalah
berupa Motor DC dengan parameter atau konstanta motor yang sudah ditetapkan.
Parameter tersebut didapatkan dari literatur dan internet secara umum.
Motor DC untuk pengaturan kecepatan akan dianalisis dengan bantuan Software
Matlab 7. Analisis tersebut dilakukan dalam bentukStep Respon dan fungsi transfer
dalam domain s (laplace).
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
4/20
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Dasar Teori
Keberadaan kontroller dalam sebuah sistem kontrol mempunyai kontribusi
yang besar terhadap prilaku sistem. Pada prinsipnya hal itu disebabkan oleh tidak
dapat diubahnya komponen penyusun sistem tersebut. Artinya, karakteristik plant
harus diterima sebagaimana adanya, sehingga perubahan perilaku sistem hanya dapat
dilakukan melalui penambahan suatu sub sistem, yaitu kontroler.
Salah satu tugas komponen kontroler adalah mereduksi sinyal kesalahan,
yaitu perbedaan antara sinyal setting dan sinyal aktual. Hal ini sesuai dengan tujuan
sistem kontrol adalah mendapatkan sinyal aktual senantiasa (diinginkan) sama
dengan sinyal setting. Semakin cepat reaksi sistem mengikuti sinyal aktual dan
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
5/20
5
semakin kecil kesalahan yang terjadi, semakin baiklah kinerja sistem kontrol yang
diterapkan.
Apabila perbedaan antara nilai setting dengan nilai keluaran relatif besar,
maka kontroler yang baik seharusnya mampu mengamati perbedaan ini untuk segera
menghasilkan sinyal keluaran untuk mempengaruhi plant. Dengan demikian sistem
secara cepat mengubah keluaran plant sampai diperoleh selisih antara setting dengan
besaran yang diatur sekecil mungkin[Rusli, 1997].
2.2. Pengendali PID
Pengendali PID ini paling banyak dipergunakan karena sederhana dan mudah
dipelajari serta tuning parameternya. Lebih dari 95% proses di industri menggunakan
pengendali ini. Pengendali ini merupakan gabungan dari pengedali proportional (P),
integral (I), dan derivative (D). Berikut ini merupakan blok diagram dari sistem
pengendali dengan untai tertutup (closed loop):
Gambar 1. Diagram Blok Closed Loop
Plant : sistem yang akan dikendalikan
Controller : Pengendali yang memberikan respon untuk memperbaiki respon
e : error = R - pengukuran dari sensor
variabel yang nilai parameternya dapat diatur disebut Manipulated variable (MV)biasanya sama dengan keluaran dari pengendali (u(t)). Keluaran pengendali PID
akan mengubah respon mengikuti perubahan yang ada pada hasil pengukuran sensor
dan set point yang ditentukan. Pembuat dan pengembang pengendali PID
menggunakan nama yang berbeda untuk mengidentifikasi ketiga mode pada
pengendali ini diantaranya yaitu:
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
6/20
6
P Proportional Band = 100/gain
I Integral = 1/reset (units of time)
D Derivative = rate = pre-act (units of time)
Atau
P Kp = Konstanta Proportional
I Ki = = sTdtte
T ii
1)(
1=Ki/s = Konstanta Integral
D Kd = Kd s =dt
tedTd
)(= Konstanta Derivative
Atau secara umum persamaannya adalah sebagai berikut :
U(t) =
++=++
t
d
i
d
i
Pdt
tedTdtte
TteK
dt
tedTdtte
TK
0
)()(
1)(
)()(
1
atau dapat pula dinyatakan dengan :
2.3. Karakteristik Pengendali PID
Sebelum membahas tentang karakteristik Pengendali PID maka perlu
diketahui bentuk respon keluaran yang akan menjadi target perubahan yaitu :
Gambar 2. Jenis Respon keluaran
Tabel 1. Karakteristik Masing-masing pengendali
CL RESPONSE RISE TIME OVERSHOOT SETTLING TIME S-S ERROR
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
7/20
7
Kp Decrease Increase Small Change Decrease
Ki Decrease Increase Increase Eliminate
Kd Small Change Decrease Decrease Small Change
(Modul Praktikum Pengendali PID)
2.4. Jenis-jenis motor DC
Berdasarkan sumber arus penguat magnetnya motor arus searah dapat dibedakan atas
dua jenis :
a. Motor dengan penguat terpisah
b. Motor penguat sendiri terdiri atas :
1) Motor Seri
2) Motor Shunt
3) Motor kompon pendek
4) Motor kompon panjang
a. Motor dengan penguat terpisah.
Yang dimaksud dengan penguat terpisah adalah bila arus penguat magnetnya
diperoleh dari sumber arus searah di luar motor.
2.5. Perancangan Sistem Kendalinya
Pada pengendalian kecepatan motor DC dengan metode umpan balik,
masukan dari sistem adalah kecepatan. Masukan ini kemudian dibandingkan dengan
kecepatan motor DC yang sebenarnya. Selisih dari masukan dan kecepatan
sebenarnya menghasilkan kesalahan (error). Kesalahan inilah yang akan
dikompensasi oleh pengendali. Blok diagram sistem pengendali kecepatan motor DC
ditunjukkan pada Gambar berikut:
PengendaliPenguatArus
MotorDC
SensorKecepatan
+-Masukan Keluaran
(Kecepatan)
u(t)
y(t)
e(t)
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
8/20
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
9/20
9
Cara Menghitung Parameter tersebut kecuali komponenen L adalah sebagai berikut :
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
10/20
10
3.2. Gambar rangkaian Motor shunt 12 V
(Menggunakan magnet permanent.berpenguat terpisah)
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
11/20
11
Komponen Parameter Berdasarkan poin 2.1
1. Momen inertia (J) = 1x10-3 Kg.m2/s2
2. Damping ratio of the mechanical system (b) = 2.4 Ns/m
3. Konstanta Torka (Kt) = 3.25 Nm/Amp
4. Tahanan (R) = 0.71 Ohm
5. Induktansi (L) = 0.66 H
3.3. Mencari fungsi transfer dari Rangkaian
Persamaan torsi yang dibangkitkan oleh Motor DC dapat didekati secara
linear menurut persamaan berikut ini :
tT K i= .................................................................(1)
dimana Kt adalah konstanta jangkar motor yang bergantung pada banyaknya lilitan
pada jangkar, jumlah kutub medan, tipe belitan dan penampang jangkarnya.
Adapun besarnya tegangan ggl induksi lawan yang dibangkitkan motor ketika
berputar adalah sesuai dengan persamaan :
te K
= ....................................................................(2)
Sehingga dengan menggunakan hukum kirchoff dan hukum newton didapatkan :
Persamaan Tegangan yang pertama.
di L Ri V K
dt
+ = ........................................................(3)
t J b K i
+ = ............................................................(4)
d
dt
= .................................................................(5)
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
12/20
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
13/20
13
3.4. Diagram Blok
3.5. Simulasi dengan Matlab 7 dengan Tuning secara Trial and error.
Ketik di Command Window
Identifikasi respon secara Open loop Tanpa Kontroler
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
14/20
14
Identifikasi respon secara Close loop dengan Kontroler
Kendali Proporsional
Dari persamaan fungsi alih yang diketahui :
2665.1258471.100066.0
25.3
)(
)(2
++=
sssV
s
Jika dibentuk menjadi close loop dengan penambahan Kp didapatlah :
)2665.12(58471.100066.0
25.3
)(
)(2
Kpss
xKp
sV
s
+++=
Kendali Proporsional dan Derivative
Fungsi Alih closed loop didapatkan :
)2665.12()58471.1(00066.0)(25.3
)()( 2
KpsKsKpsK
sVs
D
D
++++
+=
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
15/20
15
Kendali Proporsional dan Integral
Fungsi Alih closed loop didapatkan :
KisKpss
KiKps
sV
s
++++
+=
)2665.12(58471.100066.0
)(25.3
)(
)(23
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
16/20
16
Kendali Proporsional, Integral dan Derivative :
Fungsi Alih closed loop didapatkan :
KiKpsKs
KiKpssK
sV
s
D
D
+++++
++=
)2665.12()58471.1(00066.0
)(25.3
)(
)(23
2
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
17/20
17
Penjelasannya
Jika menggunakan Simulink pada Matlab diagram Bloknya sebagai berikut :
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
18/20
18
Tanpa Kontrol
Kontrol Proportional
Kontrol Proportional dan Derivative
Kontrol Proportional,integral dan derivative (PID)
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
19/20
19
3.6. Rangkaian analog Kontrolelnyaa.Proportional
b.Integral
Vo = VidtRC
1
Ki = -RC
1
c.Derivative
Vo = -RCt
Vs
Kd= -RC
3.7. Rangkaian Analog Pengaturan Kecepatan motor dengan Kontrol
Proportional
Kp=1
2
R
R(Nilai Kp di percobaan adalah 100 jadi R2=10000 K dan R1=100 K
Sesuai dengan yang ada dipasaran)
-
8/14/2019 Joni Irawan g1d006007
20/20
20
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1. Kesimpulan Motor DC mempunyai parameter yang terdapat di dalamnya.
Sebuah Motor DC dapat diatur kecepatannya dengan menggunakan kontrol PID.
Transfer function berguna untuk merancang suatu pengendali.
Kontrol proportional berguna untuk mengurangi kesalahan
Kontrol Integral berguna untuk menghilangkan steady state error
Kontrol Derivative berguna untuk mengurangi overshoot.
Penyatuan antar kontrol akan menghasilkan output yang lebih baik.
4.2. Saran
Tuninglah Suatu kontrol dengan baik kalau bisa bukan dengan cara Trial and error