LAPORAN SISTEM KENDALI

PERCOBAAN 4

Disusun Oleh:

S1 PTE-A 2013

Sigit Setyo Widodo 130534608364

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

MARET 2014

A. TUJUAN

1) Mahasiswa mampu memahami sistem kendali kecepatan motor dc

menggunakan pwm

B. DASAR TEORI

1) PWM (Pulse Width Modulation )

Sinyal PWM tidak konstan. Sinyal akan on pada suatu periode dan akan

off pada periode yang lain. Duty cycle (D) mengarah pada persentase dari

sinyal yang hidup (on). Duty cycle dari rendah (0) dapat diatur sesuai keinginan

hingga mencapai tinggi (1) dimana sinyal akan tetap jalan terus (on). Duty cycle

(D) sebesar 50% akan menghasilkan gelombang persegi yang sempurna. Seperti

ditunjukkan oleh gambar A.

Gambar A. Duty cycle

Selenoid adalah sebuah kabel panjang dalam sebuah coil. Karena

konfigurasi ini, solenoid memiliki resistance (R) dan sebuah inductance (L).

Ketika tegangan mulai diberikan pada elemen enductive, arus I tidak langsung

naik ke nilai konstan, tetapi berangsur-angsur naik ke nilai maksimumnya yang

biasa disebut dengan rise time (gambar B). Sebaliknya, arus I tidak langsung

hilang, sekalipun jika tegangan V dipindahkan dengan tiba-tiba, tetapi akan

berkurang hingga ke nol (0) dalam waktu yang sama seperti rise time.

Gambar B. Tegangan kontinu melalui inductor

Oleh karena itu, ketika sebuah tegangan PWM dengan frekuensi yang

rendah diberikan ke sebuah solenoid, arus yang melaluinya akan naik dan turun

seperti tegangan V yang di On dan Off-kan. Jika D lebih pendek dari rise time, I

tidak akan pernah mencapai nilai maksimumnya dan tidak akan berlanjut sejak

I kembali ke nol (0) selama periode off pada tegangan (Gambar C). Berbeda jika

D lebih besar dari rise time, I tidak akan pernah menuju nol dan akan terus

berlanjut sehingga menjadi nilai rata-rata DC. Arus tersebut tidak akan konstan,

akan tetapi memiliki rippel (Gambar D)

Gambar C. PWM frekuensi rendah dengan D < rise time

menghasilkan arus discontinuous.

Gambar D. PWM frekuensi rendah dengan D > rise time

menghasilkan arus continu dengan rippel.

Pada frekuensi tinggi, tegangan V berbalik On dan Off dengan sangat

cepat, dengan mengabaikan D, arus I tidak memiliki waktu untuk naik lebih

tinggi sebelum tegangan kembali ke On. Hasilnya, arus yang melalui solenoid

diangap konstan. Dengan menyesuaikan D, jumlah output arus I dapat

dikontrol. Dengan D yang kecil, arus tidak akan punya cukup waktu untuk naik

sebelum tegangan PWM frekuensi tinggi diaktifkan sehingga arus konstan. Dan

dengan D yang besar, arus akan mampu untuk naik lebih tinggi sebelum

menjadi konstan (Gambar E).

Gambar E. Efek variasi duty cycle D

untuk tegangan PWM frekuensi tinggi pada arus.

Jadi PWM menggunakan pulsa digital untuk membentuk beberapa nilai analog

selain dari level sinyal “tinggi” dan “rendah”. Banyak system digital yang didayai power

suplai 5-Volt, lalu jika kita memfilter sebuah sinyal yang memiliki duty cycle 50% maka

akan diperoleh tegangan rata-rata 2.5-Volts. Ada duty cycles lain yang menghasilkan

tegangan dalam kisaran 0 hingga 100% pada tegangan tinggi, tergantung pada resolusi

PWM. Seperti yang ditunjukkan oleh gambar-F.

Duty cycle didefinisikan sebagai persentase sinyal digital “tinggi” ke

“rendah” yang ada selama satu periode PWM.

Resolusi PWM didefinisikan sebagai jumlah maksimum pulsa yang dapat

dipaketkan ke dalam satu periode PWM.

Periode PWM adalah periode waktu yang bebas diatur dimana PWM

berada. Hal ini dipilih untuk memberikan hasil terbaik pada tujuan

tertentu.

2) IC LM555

Gambar 5.2 Bentuk fisik IC LM555

Sebuah 555 mempunyai jangkauan penentuan waktu maksimum yang besarnya kira-

kira 15 menit. Pewaktu-pewaktu penghitung mempunyai jangkauan penentuan waktu

maksimum beberapa hari. Jangkauan penentuan waktu 555 dapat diperlama sampai

beberapa bulan atau bahkan bertahun-tahun dengan menyambung secara bertingkat.

Cara Kerja Pewaktu 555

Pewaktu IC mempunyai dua carakerja, baik sebagai multivibrator astabil

(bergerak-bebas) atau sebagai multivibrator monostabil (satu-tembakan). Cara kerja

bergerak-bebas dari 555 terlihat dalam Gambar-2(a). Tegangan keluarannya beralih

dari tingkat yang tinggi ke tingkat rendah dan kembali lagi. Waktu keluaran yang tinggi

atau rendah ditentukan oleh sebuah jaringan kapasitor-tahanan yang dihubungkan

dari luar ke pewaktu 555. Harga tegangan keluaran pada tingkat yang rendah kira-kira

0.1 V.

Bela pewaktu tersebut bekerja sebagai sebuah multivibrator satu-tembakan,

tegangan keluarannya rendah sampai sebuah pulsa pemicu yang menuju-negatif

diterapkan ke pewaktu tersebu, kemudian keluarannya beralih menjadi tinggi. Waktu

ketika keluarannya tinggi ditentukan oleh sebuah tahanan dan kapasitor yang

dihubungkan ke pewaktu IC.Di akhir selang penentuan waktu, keluarannya kembali ke

tingkat rendah. Cara kerjanya terlihat pada Gambar2(b).

(a) Cara-kerja bergerak-bebas

(b) Cara-kerja satu tembakan

Gambar-2 Cara-kerja sebuah pewaktu 555

Terminal-Terminal 555

1. Terminal Paket dan Terminal Suplai Daya

Pewaktu 555 tersedia dalam dua gaya paket, TO 99 dan DIP, seperti terlihat

dalam Gambar-3(a). Pasak 1 adalah terminal bersama/ground dan pasak 8 adalah

terminal suplai tegangan pasitif . bisa merupakan sebuah tegangan antara +5

V dan +18V. Jadi 555 dapat diberi tegangan oleh suplai digital logic yang ada (+5 V),

suplai IC linier (+15 V) dan batere automobile atau batere sel kering. Rangaian dalam

membutuhkan sekitar 0.7 mA per volt suplai (10 mA untuk = +15) untuk menyetel

arus-arus bias dalam. Penyerapan daya maksimum untuk paket tersebut adalah

600mW.

2. Terminal Keluaran

Seperti terlihat dalam Gambar 3(b) dan (c), terminal keluarannya, pasak 3, bias

menjadi arus sumber atau arus penerima. Sebuah beban suplai mengambang dalam

keadaan hidup bila keluarannya rendah dan mati bila keluarannya tinggi. Sebuah

beban terground dalam keaaan hidup bila keluarannya tinggi dan mati bila

keluarannya rendah. Pada cara kerja biasa sebuah beban suplai atau sebuah terground

dihubungkan ke pasak3. Sebagian besar pemakaian tidak memrlukan kedua jenis

beban tersebut pada saat yang sama.

Arus sumber atau arus penerima maksimum secara terknis besarnya 200 mA,

tapi yang lebih realistis adalah 4 mA. Tegangan keluaran yang tinggi Gambar 3(c)

adalah sekitar 0.5 V di bawah dan tegangan keluaran yang rendah adalah sekitar

0.1 V di atas ground, untuk arus-arus beban di bawah 25 mA.

(a) Hubungan-hubungan pasak dan gaya paket 555

(b) Keluaran rendah

(c) Keluaran tinggi

Gambar-3 Terminal operasi keluaran-pewaktu 555 dan terminal paketnya. Sebuah beban ter-

ground maupun beban suplai bias dihubungkan.

3. Terminal Reset

Terminal reset, pasak 4, memungkinkan 555 menjadi tidak mempu dan

menolak isyarat-isyarat perintah pada masukan pemicu. Bila tidak digunakan, terminal

reset harus dihubungkan ke + . Jika terminal reset itu diground atau potensialnya

diperkecil di bawah 0.4 V, kedua terminal keluaran, pasak 3, dan terminal

pembuangan, pasak 7, kira-kira berada pada potensial ground. Dengan kata lain,

keluarannya dipertahankan rendah. Jika keluarannya tinggi, suatu ground paa terminal

reset dengan segera mendorong keluaran yang rendah.

4. Terminal Pengosongan

Terminal pengosongan, pasak 7, digunakan untuk mengosongkan kapasitor

penentuan-waktu luar sepanjang waktu ketika keluarannya rendah. Bila keluarannya

tinggi, pasak 7 bekerja sebagai hubung terbuka dan memungkinkan kapasitornya

mengisi pada laju yang ditentukan oleh sebuah tahanan atau tahanan-tahanan dan

kapasitor luar. Gambar-4 memperlihatkan sebuah model terminal pengosongan bila C

dikosongkan dan untuk bila C diisi.

(a) Model terminal pengosongan bila keluarannya rendah, dan

(b) Model terminal pengosongan bila keluarannya tinggi dan bila kapasitornya sedang mengisi

Gambar-4 Cara kerja terminal pengosongan.

5. Terminal Tegangan Pengendali

Sebuah kapasitor filter 0.01-µF biasanya dihubungkan dari terminal tegangan

pengendalian, pasak 5, ke ground. Kapasitor melewatkan gangguan dan/atau tegangan

riak dari suplai daya untuk memperkecil akibat-akibatnya pada tegangan ambang.

Terminal tegangan pengendalian bias juga digunakan untuk mengubah taraf tegangan

ambang maupun taraf tegangan pemicu. Umpamanya, dengan menghubungkan

sebuah tahanan 5-kΩ antara pasak 5 dan pasak 8 mengubah tegangan ambang

menjadi 0.8 dan tegangan pemicu menjadi 0.4 . Suatu tegangan luar yang

dihubungkan ke pasak 5 akan mengubah tegangan ambang maupun tegangan pemicu

dan dapat juga digunakan untuk memodulasikan bentuk gelombang keluaran.

6. Terminal Pemicu dan Terminal Ambang

Pewaktu 555 mempunya dua tingkat operasi yang mungkin dan dua tingkat

ingatan yang mungkin. Keduanya ditentukan oleh masukan pemicu, pasak 2, maupun

masukan ambang, pasak 6. Masukan pemicu dibandingkan oleh pembanding 1 dalam

Gambar-1, dengan suatu tegangan ambang yang lebih rendah yang sama dengan

/3. Masukan ambangnya dibandingkan oleh pembanding 2 dengan tegangan

ambang yang lebih tinggi yang sama dengan 2 /3. Setiap masukan mempunyai

dua taraf tegangan yang mungkin, baik di atas atau di bawah tegangan acuannya. Jadi

dengan dua masukan aka nada empat kombinasi yang mungkin yang akan

mengakibatkan empat tingkat operasi yang mungkin.

Empat kombinasi masukan yang mungkin dan masing-masing tingkat dari 555

diberikan dalam Tabel-1. Dalam tingkat operasi A, kedua tegangan pemicu tegangan

ambang berada di bawah masing-masing tegangan ambangnya dan terminal

keluarannya (pasak 3) tinggi. Dalam tingkat operasi D, kedua masukannya berada di

atas tegangan ambangnya dan terminal keluarannya rendah.

Tabel-1 Tingkat-tingkat operasi dari sebuah pewaktu 555 :

= 2 /3, = /3 ; tinggi , rendah atau ground 0 V.

Tingkat operasi

Pemicu Pasak 2

Ambang Pasak 6

Tingkat terminal Keluaran 3 Pembuangan 7

A Di bawah Di bawah

Tinggi

Terbuka

B Di bawah Di atas

Mengingat tingkat terakhir

Terakhir

C Di atas Di bawah

Mengingat tingkat terakhir

Terakhir

D Di atas Di atas

Rendah Ground

Pengamatan bahwa masukan-masukan yang rendah memberikan suatu

keluaran yang tinggi, dan masukan-masukan yang tinggi memberikan keluaran yang

rendah, bias mendorong anda untuk menyimpulkan bahwa 555 bekerja seperti sebuah

pembalik. Meskipun demikian, seperti terlihat dalam Tabel-1, 555 mempunyai dua

tingkat memori. Tingkat B terjadi bila masukan pemicunya di bawah, dan masukan

ambangnya di atas masing-masing tegangan acuannya. Tengkat memori C terjadi bila

masukan pemicu berada di atas, dan masukan ambang di bawah tegangan acuannya.

Suatu bantuan pandangan untuk memahami bagaimana tingkat-tingkat operasi

ini terjadi diberikan dalam Gambar-5. Sebuah tegangan masukan diterapkan ke

kedua terminal masukan ambang dan terminal pemicu. Bila berada di bawah

selama selang waktu A-B dan E-F, dihasilkan operasi tingkat A, demikian rupa sehingga

keluaran menjadi tinggi. Bila terletak di atas tetapi di bawah , dalam

waktu B-C, 555 memasuki tingkat C dan mengingat tingkat A yang terakhir. Bila

melampaui , operasi tingkat D mengirimkan keluaran yang rendah. Bila turun di

antara dan selama waktu D-E, 555 mengingat tingkat D yang terakhir dan

keluarannya tetap rendah. Akhirnya, bila turun di bawah selama waktu E-F,

tingkat A mengirimkan keluaran yang tinggi.

Dengan menggambarkan keluaran terhadap dalam Gambar-5, kita

melihat suatu hysteresis. Mengingat kembali bahwa sebuah untaian Histeresis berarti

bahwa rangkaian tersebuat mempunyai ingatan. Ini berarti juga bahwa jika masukan-

masukannya ada dalam salahsatu tingkat ingatan, kita takkan bias mengatakan apakah

tingkat keluarannya saat ini, kecuali kita mengetahui tingkat sebelumnya.

Gambar-5 Tiga dari empat tingkat operasi dari sebuah pewaktu 555 diperlihatkan oleh sebuah

rangkaian test untuk mengukur dan versus waktu dan versus .

7. Penundaan Waktu Daya-hidup

Ada dua jenis peristiwa-peristiwa penentuan waktu yang mungkin akan

diperlukan selama pemakaian daya-hidup. Boleh jadi kita ingin menggunakan daya ke

satu bagian sebuah system dan menunggu selama selang waktu tertentu sebelum

memulai suatu bagian lain dari suatu sistem. Sebuah rangkaian yang menjawab

masalah ini terlihat dalam Gambar-6(a). Bila saklar daya dipindahkan ke hidup pada t =

0, tegangan kapasitor awal menjadi nol. Karena itu, baik pasak 2 maupun pasak 6

berada di atas masing-masing ambangnya dan keluarannya tetap rendah dalam tingkat

operasi D. Bersama terisinya kapasitor C, ambangnya turun di bawah sedangkan

picunya masih tetap di atas , dimana 555 memasuki tingkat A dan mendorong

keluarannya tinggi pada waktu T.

Hasil bersihnya adalah bahwa suatu keluaran dari pasak 3 dari 555 telah

ditunda selama seuatu selang waktu T sesudah penutupan saklar pada t = 0.

Penundaan waktu didapatkan dari T = 1.1 C.

Dengan seling menukar dan C, dapat dibangkitkan suatu penundaan waktu

dengan keluaran yang tinggi. Dalam rangkaian dari Gambar-6(b), daya diterapkan ke

sebuah system bila saklarnya ditutup. Keluaran 555 menjadi tinggi selama jangka

waktu T dan kemudian menjadi rendah. Jenis pembentukan pulsa ini biasa digunakan

untuk memasang kembali penghitung dan memulai urutan computer sesudah suatu

kegagalan daya. Jenis ini dapat juga memberikan waktu bagi seorung operator untuk

keluar sesudah sebuah system tanda bahaya menyala sebelum mempersenjatai

sistemnya.

(a) Keluaran tidak menuju tinggi sampai suatu selang waktu T berlalu

setelah pemakaian daya pada t=0

(b)Keluaran menuju tinggi selang waktu T sesudah daya diberikan

Gambar-6 Pemakaian penundaan-waktu daya-hidup dianalisa dengan acuan ke Tabel 1

C. ALAT DAN BAHAN

1) Power Supply DC 1 buah

2) Project Board 1 buah

3) Resistor 1kOhm 1 buah

4) IC 555 1 buah

5) Potensio 100kOhm 1 buah

6) Dioda 2 buah

7) Kapasitor 100nf 2 buah

8) AVO meter 1 buah

D. KESEHATAN DAN KESELAMATAN KERJA

1) Periksalah terlebih dahulu semua komponen aktif maupun pasif sebelum

digunakan!

2) Bacalah dan pahami petunjuk praktikum pada lembar kegiatan belajar!

3) Pastikan tegangan keluaran catu daya sesuai yang dibutuhkan.

4) Dalam menyusun rangkaian, perhatikan letak kaki-kaki komponen.

5) Sebelum catu daya dihidupkan, hubungi dosen/asisten pendamping untuk

mengecek kebenaran pemasangan rangkaian.

6) Kalibrasi terlebih dahulu alat ukur yang akan digunakan.

7) Dalam menggunakan meter kumparan putar, mulailah dari batas ukur yang

besar. Bila simpangan terlalu kecil dan masih di bawah batas ukur yang lebih

rendah, turunkan batas ukur.

8) Hati-hati dalam penggunaan peralatan praktikum!

E. LANGKAH PERCOBAAN

1) Rangkailah alat dan bahan pada projectboard sesuai gambar berikut!

2) Aktifkan Powersupply untuk mencatu VCC!

3) Ukurlah vout pada saat duty cycle 20%, 40%, 60%, 80% dan 100% !

4) Analisa dan beri kesimpulan percobaan anda!

F. HASIL PERCOBAAN

Duty Cycle Vout Ukur (AVO) Vout Osiloskop

20% 2 V 1,78 V

40% 4,5 V 4 V

60% 6,6 V 6 V

80% 8,5 V 8 V

100% 11 V 9, 86 V

Gambar Data Hasil Percobaan

Duty Cycle = 20%

Duty Cycle = 40%

Duty Cycle = 60%

Duty Cycle = 80%

Duty Cycle = 100%

G. ANALISA

1) Duty Cycle 20%

R1 =

R2 = Rpotensio – R1 = 10k – 2k = 8k

Vout Perhitungan =

2) Duty Cycle 40%

R1 =

R2 = Rpotensio – R1 = 10k – 4k = 6k

Vout Perhitungan =

3) Duty Cycle 60%

R1 =

R2 = Rpotensio – R1 = 10k – 6k = 4k

Vout Perhitungan =

4) Duty Cycle 80%

R1 =

R2 = Rpotensio – R1 = 10k – 8k = 2k

Vout Perhitungan =

5) Duty Cycle 100%

R1 =

R2 = Rpotensio – R1 = 10k – 10k = 0k

Vout Perhitungan =

Dari hasil percobaan dan hasil perhitungan dapat dianalisa:

1. Vsumber = 12 V sedangkan Vout osiloskop= 10v sedangankan vout pengukuran

menggunakan avo meter = 11 v. Hal tersebut terjadi karena adanya drop

tegangan pada keluaran kaki 3 LM 555

2. Adanya perubahan periode tiap percobaannya terjadi karena perubahan pada

resistansinya.

H. KESIMPULAN

1) PWM dapat digunakan sebagai kontrol kendali kecepatan motor DC

2) Untuk mengatur kecepatan mototr DC dengan menggunakan PWM yaitu

dengan cara mengatur duty cyclenya.

3) Untuk mengatur dutycycle pada PWM, yaitu dengan cara mengatur

potensiometer.

I. DAFTAR RUJUKAN

Gangsar, Dwi Raditya. Pembangkit PWM Dengan LM555. 2014. Pdf online

https://raditya999.files.wordpress.com/2008/07/pwm-with-lm5551.doc.

(diakses 3 Maret 2015)

Pudin, Saripudin. Pengendalian Motor DC Menggunakan PWM. 2013.

http://pudintekel.blogspot.com/2013/04/pengendalian-motor-dc-

menggunakan-pwm.html. (diakses 3 Maret 2015)

Suwasono. Diktat Instrumentasi Industri.