Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
i
TUGAS AKHIR (609502A)
RANCANG BANGUN AUTO ADJUSMENT BUCK BOOST
CONVERTER MENGGUNAKAN METODE PID
FERU INSAN PUTRAMA RAMADHAN
NRP. 0915040050
DOSEN PEMBIMBING : DR. ENG. MOHAMMAD ABU JAMI’IN, S.T., M.T. II MUNADHIF, S.ST., M.T.
PROGRAM STUDI D4 TEKNIK OTOMASI
JURUSAN TEKNIK KELISTRIKAN KAPAL
POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA
SURABAYA
2019
i
TUGAS AKHIR (609502A)
RANCANG BANGUN AUTO ADJUSMENT BUCK BOOST
CONVERTER MENGGUNAKAN METODE PID
FERU INSAN PUTRAMA RAMADHAN
NRP. 0915040050
DOSEN PEMBIMBING : DR. ENG. MOHAMMAD ABU JAMI’IN, S.T., M.T. II MUNADHIF, S.ST., M.T.
PROGRAM STUDI D4 TEKNIK OTOMASI
JURUSAN TEKNIK KELISTRIKAN KAPAL
POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA
SURABAYA
2019
ii
Halaman ini sengaja dikosongkan
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Halaman ini sengaja dikosongkan
iv
v
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
vi
Halaman ini sengaja dikosongkan
vii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirobbil„alaamiin, puji syukur kehadirat Allah SWT yang
telah melimpahkan rahmat karunia serta hidayah-Nya, serta baginda Muhammad
SAW yang telah mengajarkan akhlak yang mulia, sehingga pada saat ini penulis
dapat menyelesaikan tugas akhir yang menjadi salah satu syarat mutlak untuk
menyelesaikan program studi Teknik Otomasi jenjang Diploma-4 Politeknik
Perkapalan Negeri Surabaya.
Dengan segala kerendahan hati, penulis menyadari bahwa dalam
menyelesaikan tugas akhir ini tidak lepas dari peran berbagai pihak yang telah
memberikan bantuan baik dari segi materi maupun moral, motivasi, serta
semangat yang tiada hentinya. Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan
terima kasih yang tak terhingga, khususnya kepada:
1. Ibunda Fenti Supriyain, yang tiada hentinya mendoakan dan mendukung
segala usaha saya selama pengerjaan Tugas Akhir ini dan Almarhum
Ayahanda Rupi‟i yang menjadi kekuatan batin saya dalam mengerjakan
Tugas Akhir ini serta adik satu-satunya Ferdi Apriyanto Nugraha yang
selalu menjadi alasan saya tetap berjuang.
2. Bapak Ir. Eko Julianto, M.Sc., FRINA selaku Direktur Politeknik
Perkapalan Negeri Surabaya.
3. Bapak Mohammad Basuki Rahmad, S.T.,M.T. selaku Ketua Jurusan
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya
4. Dr. Eng. Mohammad Abu Jami‟in, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I
atas segala ilmu, pembinaan, serta motivasi yang tiada henti selama
penyusunan Tugas Akhir ini.
5. Ii Munadhif, S.ST., M.T. selaku Dosen Pembimbing II yang telah
membimbing, dan memberikan motivasi untuk saya sehingga Tugas Akhir
ini dapat terselesaikan.
viii
6. Bapak Agus Khumaidi S.ST., M.T. yang telah berkenan membimbing saya
mendalami materi Buck Boost Converter.
7. Teman-teman kos update yang telah memberikan segala jenis dukungan,
motivasi, mengajarkan arti kebersamaan selama penulis mengerjakan dan
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8. Bapak Emha Ainun Najib yang memotivasi saya baik melalui media
online maupun secara langsung melalui pengajian Padhangmbulan
menjadi semangat spiritual buat saya jika terjadi masalah atau kendal-
kendala yang lain.
Penulis menyadari tugas akhir ini masih banyak kekurangan, oleh karena
itu kritik dan saran sangat diharapkan demi kesempurnaan tugas akhir ini.
Penyusun berharap semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Akhir kata, penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada semua
pihak yang telah banyak membantu, semoga Allah SWT selalu melimpahkan
rahmat pada kita semua. Aamiin.
Penulis,
Feru Insan Putrama Ramadhan
ix
RANCANG BANGUN AUTO ADJUSMENT BUCK BOOST
CONVERTER MENGGUNAKAN METODE PID
Feru Insan Putrama Ramadhan
ABSTRAK
Perkembangan teknologi pada sistem penyedia daya pada tegangan searah
atau DC (Direct Current) sangat pesat. Terdapat sebuah sistem yang mampu
menkonversi sebuah masukan tegangan dc ke bentuk tegangan dc keluaran yang
lebih tinggi atau lebih rendah daripada tegangan masukan, seperti penstabil
tegangan yang mempunyai output tegangan yang berubah-ubah dapat kita
kendalikan sesuai keinginan kita sesuai dengan set point.Terdapat dua jenis
perangkat dc-dc konverter yaitu buck converter dan boost converter. Namun
kedua perangkat tersebut berhasil di kombinasikan menjadi suatu sistem yaitu
Buck Boost Converter, dimana perangkat tersebut mempunyai fungsi untuk
menurunkan dan menaikan tegangan output sesuai dengan set point yang kita
inginkan. Tetapi pada penggunaan perangkat Buck Boost Converter terdapat
beberapa kendala seperti masih menggunakan cara manual untuk mengatur nilai
set point tegangan output. Pada tugas akhir ini penulis akan membuat pengaturan
set point tegangan output pada Buck Boost Converter secara otomatis dengan
mengatur lebar pulsa (Duty Cycle) pada PWM yang dihasilkan pada
pemrograman mikrokontroler dan untuk pengaturan nilai set point juga dapat
dilakukan menggunakan smartphone. Pada sistem ini parameter nilai PID yang
terbaik adalah Kp = 3, Ki = 0.6 dan Kd = 0.37 dengan error 2.65% dibuktikan
dengan waktu transisi respon kecepatan nilai tegangan keluaran menuju setting point
yaitu 5.9 detik.
Kata Kunci : Metode PID, Buck Boost Converter.
x
Halaman ini sengaja dikosongkan
xi
PROTOTYPE AUTO ADJUSMENT BUCK BOOST CONVERTER
USING PID METHOD
Feru Insan Putrama Ramadhan
ABSTRACT The development of technology in power supply systems at direct voltage or
DC (Direct Current) is very rapid. There is a system that is able to convert an
input dc voltage to form a higher or lower output dc voltage than the input
voltage, such as a voltage stabilizer that has a variable output voltage we can
control according to our wishes according to the set point. There are two types
the device dc-dc converter is buck converter and boost converter. However, the
two devices were successfully combined into a system namely Buck Boost
Converter, where the device has the function to lower and increase the output
voltage in accordance with the set point that we want. But in the use of Buck
Boost Converter there are some obstacles such as still using the manual method
to set the value of the output voltage set point. In this thesis the author will make a
set voltage output set point on the Buck Boost Converter automatically by
adjusting the pulse width (Duty Cycle) on the PWM generated in the
microcontroller programming and for setting the set point value can also be done
using a smartphone. In this system the best PID parameter parameters are Kp =
3, Ki = 0.6 and Kd = 0.37 with an error of 2.65% as evidenced by the transition
time response speed of the output voltage to the setting point of 5.9 seconds.
Keywords: PID Method, Buck Boost Converter.
xii
Halaman ini sengaja dikosongkan
xiii
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT ...................................................................... v
KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii
ABSTRAK ............................................................................................................. ix
ABSTRACT ............................................................................................................. xi
DAFTAR ISI ........................................................................................................ xiii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xvii
BAB 1 PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 2
1.4 Tujuan ....................................................................................................... 2
1.5 Manfaat ..................................................................................................... 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 5
2.1 Rangkaian Pembagi Tegangan ...................................................................... 5
2.2 Kontroler ................................................................................................... 5
2.2.1 Arduino Nano ................................................................................ 6
2.2.2 Wemos ............................................................................................. 6
2.3 Software .................................................................................................... 7
2.3.1 Arduino IDE .................................................................................. 7
2.3.2 Android Studio ................................................................................. 9
2.4 Power Supply .......................................................................................... 11
2.5 Buck Boost Converter ............................................................................. 11
2.5.1 Prinsip Kerja Buckboost Konverter ............................................... 12
2.6 Beban DC .................................................................................................... 14
2.6.1 Lampu DC 5V ............................................................................. 14
2.6.2 Lampu Pilot ................................................................................. 15
xiv
2.7 LCD (Liquid Cristal Display) ................................................................. 15
2.8 I2C (Inter Integrated Circuit) ................................................................... 16
2.9 Relay 4 chanel ......................................................................................... 17
2.10 PWM (Pulse Width Mondulation) .......................................................... 17
2.11 Metode PID ............................................................................................. 18
2.11.1 Kontrol Proporsional .................................................................... 19
2.11.2 Kontrol Integratif ......................................................................... 20
2.11.3 Kontrol Derivatif ......................................................................... 20
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN................................................................ 23
3.1. Tahap Identifikasi Awal .......................................................................... 24
3.1.1 Identifikasi Masalah .................................................................... 24
3.3.2 Penetapan Tujuan dan Rumusan Masalah................................... 24
3.3.3 Studi Literatur ............................................................................. 25
3.2. Analisa Kebutuhan Sistem ...................................................................... 25
3.3. Desain dan Perancangan Sistem ............................................................. 26
3.3.1. Perancangan Desain Elektrik dan Software ................................ 26
3.3.2 Penerapan Metode PID (Proportional Integral Derivative) dengan
trial and Error pada persamaan RLC Buck Boost Converter ................. 29
3.3.3 Perancangan Metode PID ............................................................ 32
3.3.4 Diagram Blok Pengendalian Tegangan ....................................... 33
3.3.5 Flowchart Perangkat Lunak ........................................................ 34
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN................................................................. 37
4.1 Tahap Pengujian .......................................................................................... 37
4.1.1 Pengujian Pembagi Tegangan ........................................................ 37
4.1.2 Pengujian Iot .................................................................................. 41
4.1.3 Pengujian PWM pada Buck Boost Convrter dengan beban .......... 43
menggunakan Android ............................................................................ 43
4.1.5 Pengujian metode PID dengan Trial and Error pada Buck Boost . 55
Converter ................................................................................................ 55
xv
4.6.1 Pengujian Waktu Transisi Buck Boost Converter menuju Setting
Point 79
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 81
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 81
5.2 Saran ....................................................................................................... 81
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 83
LAMPIRAN .......................................................................................................... 87
xvi
Halaman ini sengaja dikosongkan
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Rangkaian Pembagi Tegangan ........................................................... 5
Gambar 2. 2 Arduino Uno ...................................................................................... 6
Gambar 2. 3 Wemos D1R1...................................................................................... 7
Gambar 2. 4 Software Arduino IDE ....................................................................... 8
Gambar 2. 5 Software Android Studio .................................................................. 10
Gambar 2. 6 Power Supply.................................................................................... 11
Gambar 2. 7 Rangkaian Buck Boost Converter .................................................... 12
Gambar 2. 8 Buck Boost Converter ...................................................................... 14
Gambar 2. 9 Lampu DC 12V ................................................................................ 14
Gambar 2. 10 Lampu Pilot .................................................................................... 15
Gambar 2. 11 LCD (Liquid Cristal Display) ........................................................ 15
Gambar 2. 12 Inter Integrated Circuit .................................................................. 16
Gambar 2. 13Wiring I2C dengan Arduino ............................................................ 17
Gambar 2. 14 Relay 4 chanel ................................................................................ 17
Gambar 3. 1 Flowchat Penelitian ......................................................................... 23
Gambar 3. 2 Skematik rangkaian Buck Boost Converter ..................................... 26
Gambar 3. 3 Perancangan Elektrik....................................................................... 27
Gambar 3. 4 Blok diagram pada simulink Matlab ............................................... 31
Gambar 3. 5 Hasil respon ...................................................................................... 32
Gambar 3. 6 Blok Diagram Sistem Buck Boost Converter .................................. 32
Gambar 3. 7 Diagram Blok Pengendalian Tegangan ............................................ 33
Gambar 3. 8 Flowchart Perangkat Lunak ............................................................. 34
Gambar 4. 1 Rangkaian pembagi tegangan........................................................... 37
Gambar 4. 2 Nilai tegangan Avometer dan serial monitor 4 Volt ........................ 38
Gambar 4. 3 Nilai tegangan pada avometer dan serial monitor 12 Volt ............... 39
Gambar 4. 4 Nilai tegangan pada avometer dan Serial Monior 24 Volt ............... 40
Gambar 4. 5 Tampilan splash dan Login ............................................................. 41
Gambar 4. 6 Tampilan Menu Utama dan pengaturan setting point ..................... 42
Gambar 4. 7 Tampilan pada android beban 1 yaitu 5 Volt ................................... 42
xviii
Gambar 4. 8 Tampilan pada serial monitor yaitu 5 Volt dan beban 5 Volt menyala
............................................................................................................................... 43
Gambar 4. 9 PWM 10% Input 12 Volt ................................................................. 44
Gambar 4. 10 PWM 10% Input 24 Volt ............................................................... 45
Gambar 4. 11 PWM 10% Input 24 Volt ............................................................... 45
Gambar 4. 12 PWM 20% Input 12 Volt ............................................................... 46
Gambar 4. 13 PWM 20% Input 24 Volt ............................................................... 47
Gambar 4. 14 PWM 20% Input 4 Volt ................................................................. 48
Gambar 4. 15 PWM 50% Input 12 Volt ............................................................... 48
Gambar 4. 16 PWM 50% Input 24 Volt ............................................................... 49
Gambar 4. 17 PWM 50% Input 4 Volt ................................................................. 50
Gambar 4. 18 PWM 70% Input 12 Volt ............................................................... 51
Gambar 4. 19 PWM 70% Input 24 Volt ............................................................... 51
Gambar 4. 20 PWM 70% Input 4 Volt ................................................................. 52
Gambar 4. 21 PWM 90% Input 12 Volt ............................................................... 53
Gambar 4. 22 PWM 90% Input 24 Volt ............................................................... 54
Gambar 4. 23 PWM 90% Input 4 Volt ................................................................. 54
Gambar 4. 24 Parameter Kp 6, Ki 1, Kd 1.37 dengan set point 5 Volt................. 56
Gambar 4. 25 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 5 volt
dan Vin 12 Volt ..................................................................................................... 56
Gambar 4. 26 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 5V dan
tegangan masukan 12 Volt .................................................................................... 58
Gambar 4. 27 Parameter Kp 6, Ki 1, Kd 1.37 dengan set point 9 Volt................. 58
Gambar 4. 28 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 9 volt
dan Vin 24 Volt ..................................................................................................... 59
Gambar 4. 29 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 9V dan
tegangan masukan 24 Volt .................................................................................... 60
Gambar 4. 30 Parameter Kp 6, Ki 1, Kd 1.37 dengan set point 24 Volt .............. 61
Gambar 4. 31 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 24
volt dan Vin 12 Volt .............................................................................................. 61
Gambar 4. 32 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 24V
dan tegangan masukan 12 Volt ............................................................................. 63
xix
Gambar 4. 33 Parameter Kp 6, Ki 1, Kd 1.37 dengan set point 9 Volt................. 63
Gambar 4. 34 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 9 volt
dan Vin 4 Volt ....................................................................................................... 64
Gambar 4. 35 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 9V dan
tegangan masukan 5 Volt ...................................................................................... 66
Gambar 4. 36 Parameter Kp 3, Ki 0.6, Kd 0.37 dengan set point 5 Volt.............. 66
Gambar 4. 37 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 5 volt
dan Vin 12 Volt ..................................................................................................... 67
Gambar 4. 38 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 5V dan
tegangan masukan 12 Volt .................................................................................... 69
Gambar 4. 39 Parameter Kp3, Ki 0.6, Kd 0.37dengan set point 9 Volt................ 69
Gambar 4. 40 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 9 volt
dan Vin 24 Volt ..................................................................................................... 70
Gambar 4. 41 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 9 Volt
dan tegangan masukan 24 Volt ............................................................................. 72
Gambar 4. 42 Parameter Kp3, Ki 0.6, Kd 0.37dengan set point 24 Volt.............. 72
Gambar 4. 43 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 24
volt dan Vin 12 Volt .............................................................................................. 73
Gambar 4. 44 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 24V
dan tegangan masukan 12 Volt ............................................................................. 75
Gambar 4. 45 Parameter Kp3, Ki 0.6, Kd 0.37 dengan set point 9 Volt............... 75
Gambar 4. 46 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 9 volt
dan Vin 4 Volt ....................................................................................................... 76
Gambar 4. 47 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 9V dan
tegangan masukan 5 Volt ...................................................................................... 78
xx
Halaman ini sengaja dikosongkan
xxi
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Persamaan perhitungan ........................................................................ 13
Tabel 3. 1 Alat pembuatan rangkaian Buck Boost Converter ............................... 26
Tabel 3. 2 Tabel komponen ................................................................................... 27
Tabel 3. 3 Parameter fisik dari buck boost converter............................................ 30
Tabel 4. 1 Perbandingan nilai tegangan avometer dan serial monitor...................38
Tabel 4. 2 Perbandingan nilai tegangan avometer dan serial monitor 12 Volt ..... 39
Tabel 4. 3 Perbandingan nilai tegangan avometer dan serial monitor 24 Volt ..... 40
Tabel 4. 4 Kondisi Beban DC saat diberi nilai setting point ................................. 43
Tabel 4. 5 PWM 10% Input 12 Volt ..................................................................... 44
Tabel 4. 6 PWM 10% Input 24 Volt .................................................................... 45
Tabel 4. 7 PWM 10% Input 4 Volt ....................................................................... 46
Tabel 4. 8 PWM 20% Input 12 Volt ..................................................................... 46
Tabel 4. 9 PWM 20% Input 24 Volt ..................................................................... 47
Tabel 4. 10 PWM 20% Input 4 Volt ..................................................................... 48
Tabel 4. 11 PWM 50% Input 12 Volt ................................................................... 49
Tabel 4. 12 PWM 50% Input 24 Volt ................................................................... 49
Tabel 4. 13 PWM 50% Input 4 Volt ..................................................................... 50
Tabel 4. 14 PWM 70% Input 12 Volt ................................................................... 51
Tabel 4. 15 PWM 70% Input 24 Volt ................................................................... 51
Tabel 4. 16 PWM 70% Input 4 Volt ..................................................................... 52
Tabel 4. 17 PWM 90% Input 12 Volt ................................................................... 53
Tabel 4. 18 PWM 90% Input 24 Volt ................................................................... 54
Tabel 4. 19 PWM 90% Input 4 Volt ..................................................................... 54
Tabel 4. 20 Pengujian 1 kontrol PID dengan set point 5 Volt (Buck) .................. 56
Tabel 4. 21 Pengujian 2 kontrol PID dengan set point 9 Volt (Buck) .................. 59
Tabel 4. 22 Pengujian 3 kontrol PID dengan set point 24 Volt (Boost) ............... 61
Tabel 4. 23 Pengujian 3 kontrol PID dengan set point 12 Volt (Boost) .............. 64
Tabel 4. 24 Pengujian 1 kontrol PID dengan set point 5 Volt (Buck) .................. 67
Tabel 4. 25 Pengujian 2 kontrol PID dengan set point 9 Volt (Buck) .................. 70
xxii
Tabel 4. 26 Pengujian 3 kontrol PID dengan set point 24 Volt (Boost) ............... 73
Tabel 4. 27 Pengujian 3 kontrol PID dengan set point 12 Volt (Boost) .............. 76
Tabel 4. 28 Hasil error dengan nilai Kp=6, Ki=1, dan Kd=1.37 .......................... 78
Tabel 4. 29 Hasil error dengan nilai Kp=3, Ki=0.6, dan Kd=0.37 ....................... 79
Tabel 4. 30 Pengujian Transisi Waktu Buck Boost Converter dengan PID ......... 79
Tabel 4. 31 Pengujian Transisi Waktu Buck Boost Converter Manual ................ 80
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi di Indonesia sudah semakin pesat seiring dengan
penemuan yang terus dikembangkan, seperti contoh perkembangan pada sistem
penyedia daya pada tegangan searah atau DC (Direct Current). Terdapat sebuah
sistem yang mampu menkonversi sebuah masukan tegangan dc ke bentuk
tegangan dc keluaran yang lebih tinggi atau lebih rendah daripada tegangan
masukan. Pada perkembangannya perangkat dc-dc konverter telah banyak
digunakan, seperti penstabil tegangan yang mempunyai input tegangan yang
berubah-ubah tetapi output dapat kita kendalikan sesuai keinginan kita sesuai
dengan set point.
Terdapat dua jenis perangkat dc-dc konverter yaitu buck converter dan
boost converter. Konverter buck digunakan untuk menurunkan tegangan dan
konverter boost digunakan untuk menaikan tegangan apabila terjadi output
tegangan yang tidak sesuai dengan set point yang telah kita inginkan. Agar suatu
konverter dapat menaikan dan menurunkan tegangan maka dikombinasikan
kedua perangkat tersebut menjadi satu rangkaian yaitu Buck Boost Converter.
Pada Buck Boost Converter tegangan output dapat dikendalikan lebih besar atau
lebih kecil dari tegangan masukan sesuai dengan set point yang telah kita buat.
Tetapi pada pengaplikasian Buck Boost Converter masih banyak yang
menggunakan proses manual dalam mengatur nilai tegangan keluar yang akan
kita inginkan sesuai dengan beban yang akan kita hidupkan. Biasanya
menggunakan obeng minus untuk mengatur nilai set point pada adjust Buck
Boost Converter. Proses manual untuk pengaturan nilai set point inilah yang
biasanya menjadi kendala karena harus memerlukan alat tambahan, oleh karena
itu penulis membuat inovasi yaitu dengan pengaturan nilai set point secara
otomatis dengan dengan mengatur lebar pulsa (Duty Cycle) pada PWM yang
dihasilkan pada pemrograman mikrokontroler. Untuk cara memasukkan nilai set
point tegangan keluar juga dapat di inputkan melalui smartphone maka nilai
2
tegangan keluar akan berubah secara otomatis sesuai dengan set point yang telah
kita inginkan.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian ini antara lain :
1. Bagaimana respon tegangan keluaran Buck Boost Converter dengan diberi
4 macam beban ?
2. Bagaimana pengaruh metode PID terhadap perubahan tegangan dengan
PWM yang dihasilkan mikrokontroler sesuai set point ?
3. Bagaimana kecepatan waktu transisi Buck Boost Converter menuju setting
point ketika diberi metode dan tanpa diberi metode ?
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini antara lain :
1. Tegangan yang akan dikendalikan adalah tegangan searah atau DC (Direct
Current)
2. Beban DC yang akan dinyalakan mempunyai tegangan 5V, 9V, 12V, 24V.
3. Input Buck Boost Converter mempunyai tegangan 4V, 12V, dan 24 Volt.
1.4 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini antara lain :
1. Dapat mengetahui error tegangan keluaran dari Buck Boost Converter
dengan beban sebanyak 4 macam sesuai dengan daya beban masing-
masing.
2. Dapat mengetahui duty cycle atau lebar pulsa yang dihasilkan dari
pemrograman mikrokontroler dengan menggunakan perhitungan metode
PID dalam penentuan nilai set point.
3. Dapat mengetahui waktu transisi tegangan keluaran dari Buck Boost
Converter dari tegangan awal sampai menuju tegangan setting point.
3
1.5 Manfaat
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Dapat mengimplementasikan metode PID pada Buck Boost Converter
dalam penentuan nilai keluaran tegangan sesuai set point.
2. Memberikan inovasi terbaru pada proses menentukan nilai set point
tegangan keluaran.
4
Halaman ini sengaja dikosongkan
5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Rangkaian Pembagi Tegangan
Rangkain pembagi ini digunakan untuk pembacaan tengangan keluaran
pada Pico Hidro dan keluaran pada Auto Buck – Boost Converter. Sensor
tegangan adalah suatu alat yang mengukur tegangan dc pada alat elektronik.
Sensor tegangan umumnya berupa sebuah rangkaian pembagi tegangan atau yang
biasa disebut voltage divider. Dengan persamaan :
(2.1)
Rangkaian pada Gambar 2.2, tegangan pada baterai akan di konversikan ke
dalam tegangan yang dapat di baca mikrokontroler yaitu nol sampai lima volt.
Lalu tegangan diterjemahkan menjadi satuan digital melalui mikrokontroler agar
dapat kita atur lebih lanjut.
Gambar 2. 1 Rangkaian Pembagi Tegangan
2.2 Kontroler
Kontroler adalah komponen yang berfungsi untuk mengolah sinyal umpan
balik dan sinyal masukan atau set point atau sinyal error menjadi sinyal kontrol.
Sinyal error adalah selisih antara sinyal umpan balik yang berupa sinyal output
sistem.
6
2.2.1 Arduino Nano
Arduino Nano adalah salah satu papan pengembangan
mikrokontroler yang berukuran kecil, lengkap dan mendukung penggunaan
breadboard. Arduino Nano diciptakan dengan basis mikrokontroler Atmega328
(untuk Arduino Nano versi 3.x) atau Atmega 168 (untuk Arduino versi 2.x).
Arduino Nano kurang lebih memiliki fungsi yang sama dengan Arduino
Duemilanove, tetapi dalam paket yang berbeda.. (ilearningmedia, 2015).
Arduino Nano tidak menyertakan colokan DC berjenis Barrel Jack, dan
dihubungkan ke komputer menggunakan port USB Mini-B. Arduino Nano
dirancang dan diproduksi oleh perusahaan Gravitech. (ilearningmedia, 2015).
Gambar 2. 2 Arduino Uno
(Sumber : https://ilearning.me)
2.2.2 Wemos
Wemos adalah sebuah platform IoT yang bersifat opensource. Terdiri
dari perangkat keras berupa System On Chip ESP8266 dari ESP8266
buatan Espressif System, juga firmware yang digunakan, yang menggunakan
bahasa pemrograman scripting. Istilah NodeMCU secara default sebenarnya
mengacu pada firmware yang digunakan daripada perangkat keras development
kit. (embeddednesia.com, 2017).
7
Wemos bisa dianalogikan sebagai board arduino-nya ESP8266. Dalam
memprogram ESP8266 sedikit merepotkan karena diperlukan beberapa
teknik wiring serta tambahan modul USB to serial untuk mengunduh program.
Namun NodeMCU telah me-package ESP8266 ke dalam sebuah board yang
kompak dengan berbagai fitur layaknya mikrokontroler + kapabilitas akses
terhadap Wifi juga chip komunikasi USB to serial. Sehingga untuk
memprogramnya hanya diperlukan ekstensi kabel data. (embeddednesia.com,
2017).
Gambar 2. 3 Wemos D1R1
(Sumber : www.embeddednesia.com)
2.3 Software
Software yang akan digunakan pada sistm ini adalah :
2.3.1 Arduino IDE
Arduino IDE dibuat dari bahasa pemrograman Java. Arduino IDE
juga dilengkapi dengan library C/C++ yang biasa disebut Wiring yang membuat
operasi input dan output menjadi lebih mudah. Arduino IDE ini dikembangkan
dari software processing yang dirombak menjadi Arduino IDE khusus untuk
pemrograman dengan Arduino. (Sinau Arduino, 2016).
IDE itu merupakan kependekan dari Integrated Developtment
Enviroenment, atau secara bahasa mudahnya merupakan lingkungan terintegrasi
yang digunakan untuk melakukan pengembangan. Disebut sebagai lingkungan
karena melalui software inilah Arduino dilakukan pemrograman untuk melakukan
fungsi-fungsi yang dibenamkan melalui sintaks pemrograman. Arduino
menggunakan bahasa pemrograman sendiri yang menyerupai bahasa C. Bahasa
8
pemrograman Arduino (Sketch) sudah dilakukan perubahan untuk memudahkan
pemula dalam melakukan pemrograman dari bahasa aslinya. Sebelum dijual ke
pasaran, IC mikrokontroler Arduino telah ditanamkan suatu program
bernama Bootlader yang berfungsi sebagai penengah antara compiler Arduino
dengan mikrokontroler. (Sinau Arduino, 2016).
Gambar 2. 4 Software Arduino IDE
Keterangan :
Verify code digunakan untuk memvalidasi program yang telah dibuat.
Upload digunakan untuk mengirim program ke hardware arduino.
New Sketch digunakan untuk membuat lembar pengerjaan baru.
Open Sketch digunakan untuk membuka file lembar pengerjaan yang
pernah disimpan.
Save Sketch digunakan untuk menyimpan file pengerjaan pemrograman.
Serial Monitor digunakan untuk menampilkan nilai atau data dari
mikrokontroler Arduino.
Line Number Sketch digunakan untuk mengetahui berapa lembar
pengerjaan pemrograman.
Info board dan port koneksi digunakan untuk mengetahui port arduino
terdeteksi pada pin berapa pada perangkat leptop.
9
2.3.2 Android Studio
Android Studio adalah Integrated Development Environment (IDE) resmi
untuk pengembangan aplikasi Android, berdasarkan IntelliJ IDEA. Android
berubah menjadi platform yang begitu cepat dalam melakukan inovasi. Hal ini
tidak lepas dari pengembangan utama dibelakangnya, yaitu Google. Googlelah
yang mengakuisisi Android dan kemudian membuatkan sebuah platform.
(Davidk, 2017).
Platform android terdiri dari Sistem Operasi berbasis Linux, sebuah GUI
(Graphic User Interface), sebuah web browser dan Aplikasi End-User yang dapat
di download dan juga para pengembang bisa dengan leluasa berkarya serta
menciptakan aplikasi yang terbaik dan terbuka untuk digunakan oleh berbagai
macam perangkat. (Davidk, 2017).
Android Studio menawarkan lebih banyak fitur yang meningkatkan
produktivitas anda saat membangun aplikasi Android, seperti:
Sistem versi berbasis Gradle yang fleksibel
Emulator yang cepat dan kaya fitur
Lingkungan yang menyatu untuk pengembangan bagi semua perangkat
Android
Instant Run untuk mendorong perubahan ke aplikasi yang berjalan tanpa
membuat APK baru
Template kode dan integrasi GitHub untuk membuat fitur aplikasi yang sama
dan mengimpor kode contoh
Alat pengujian dan kerangka kerja yang ekstensif
Alat Lint untuk meningkatkan kinerja, kegunaan, kompatibilitas versi, dan
masalah-masalah lain
10
Dukungan C++ dan NDK
Dukungan bawaan untuk Google Cloud Platform, mempermudah
pengintegrasian Google Cloud Messaging dan App Engine
Gambar 2. 5 Software Android Studio
Keterangan :
1. Bilah alat memungkinkan Anda untuk melakukan berbagai jenis tindakan,
termasuk menjalankan aplikasi dan meluncurkan alat Android.
2. Bilah navigasi membantu Anda bernavigasi di antara proyek dan membuka
file untuk diedit. Bilah ini memberikan tampilan struktur yang terlihat lebih
ringkas dalam jendela Project.
3. Jendela editor adalah tempat Anda membuat dan memodifikasi kode.
Bergantung pada jenis file saat ini, editor dapat berubah. Misalnya, ketika
melihat file tata letak, editor menampilkan Layout Editor.
4. Bilah jendela alat muncul di luar jendela IDE dan berisi tombol yang
memungkinkan Anda meluaskan atau menciutkan jendela alat individual.
5. Jendela alat memberi Anda akses ke tugas tertentu seperti pengelolaan
proyek, penelusuran, kontrol versi, dan banyak lagi. Anda bisa meluaskan
dan juga menciutkannya.
11
6. Bilah status menampilkan status proyek Anda dan IDE itu sendiri, serta
setiap peringatan atau pesan.
2.4 Power Supply
Power Supply adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik
untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya. Pada dasarnya Power Supply
atau Catu daya ini memerlukan sumber energi listrik yang kemudian
mengubahnya menjadi energi listrik yang dibutuhkan oleh perangkat elektronika
lainnya. Oleh karena itu, Power Supply kadang-kadang disebut juga dengan istilah
Electric Power Converter. Pada alat ini menggunakan power supply dengan
ditambahi selector yang mampu merubah tegangan keluaran menjadi 4V, 12V,
dan 24V.
Gambar 2. 6 Power Supply
2.5 Buck Boost Converter
Auto Buck – Boost Converter ini berfungsi sebagai menaikan atau
menurunkan tegangan jika terjadi pico hidro turun atau tidak stabil untuk
menaikan teagangan atau menurunkan tegangan ini mengunkan set point. Set
point ini diatur sesuai kebutuhan pada outputan. Tegangan keluaran yang lebih
tinggi dibandingkan tegangan masukannya, atau biasa disebut dengan converter
penaik tegangan. Konverter ini banyak dimanfaatkan untuk aplikasi pembangkit
listrik tenaga surya dan turbin angin.
12
Skema 12imulink12 jenis ini dapat dilihat pada Gambar 2.4, dimana
komponen utamanya terdiri atas MOSFET, 12imul, 12imulink, dan kapasitor,
dikutip oleh (Mochamad, 2010). Induktor digunakan sebagai filter untuk
mengurangi ripple arus. Sedangkan kapasitor digunakan sebagai filter untuk
mengurangi ripple tegangan. Dioda digunakan sebagai komponen switching yang
bekerja pada keadaan switch open, sehingga arus tetap mengalir ke 12imulink.
Jika saklar MOSFET pada kondisi tertutup, arus akan mengalir ke
12imulink sehingga menyebabkan 12imuli yang tersimpan di 12imulink naik,
dikutib oleh Saat saklar MOSFET terbuka, arus 12imulink ini akan mengalir
menuju beban melewati 12imul sehingga 12imuli yang tersimpan di 12imulink
akan turun. Rasio antara tegangan keluaran dan tegangan masukan 12imulink12
sebanding dengan rasio antara periode penyaklaran dan waktu pembukaan
saklar.
2.5.1 Prinsip Kerja Buckboost Konverter
Prinsip kerja rangkaian ini dibagi menjadi 2 mode yaitu mode 1 saat switch
di-ON-kan dan mode 2 saat switch di-OFF-kan. Siklus kerja buckboost
12imulink12 terlihat seperti pada Gambar 2.5.
Gambar 2. 7 Rangkaian Buck Boost Converter
Saat switch on, 12imulink mendapat tegangan dari input dan
mengakibatkan adanya arus yang melewati 12imulink berdasarkan waktu dan
13
dalam waktu yang sama kapasitor dalam kondisi membuang (discharge) dan
menjdi sumber tegangan dan arus pada beban.
Saat switch off, tegangan input terputus menyebabkan mulainya penurunan
arus dan menyebabkan ujung 13imul bernilai 13imulink dan 13imulink mensuplai
kapasitor (charge) dan beban. Jadi pada saat switch on arus beban disuplai oleh
kapasitor, namun pada saat switch off disuplai oleh 13imulink. Besar dan kecilnya
nilai tegangan output diatur berdasarkan duty cycle (D) PWM pada switch. Bila D
> 0,5 maka output akan lebih besar dari input. Sedangkan bila D < 0,5 maka
output akan lebih kecil dari input dan Vin = Vout saat D = 0,5. Maka 13imu
diambil persamaan (1.2) ,persamaan (1.3) dan persamaan (1.4) adalah tegangan
keluar dari rangkain buck boost, sebagai berikut:
Tabel 2. 1 Persamaan perhitungan
(2.2)
D =
(2.3)
(2.4)
Keterangan :
D = Duty Cyle
T = Periode (s)
14
Vs = Tegangan sumber (volt)
Vout = Tegangan keluaran (volt)
Gambar 2. 8 Buck Boost Converter
2.6 Beban DC
Adapun beban DC sebagai output dari sistem ini adalah :
2.6.1 Lampu DC 5V
Lampu DC 5V digunakan sebagai beban DC dari output tegangan yang
kedua karena mempunyai tegangan yang berbeda sesuai dengan set point
pada tegangan keluaran Buck Boost Converter.
Gambar 2. 9 Lampu DC 12V
15
2.6.2 Lampu Pilot
Lampu pilot merupakan sebuah lampu LED yang biasa digunakan sebagai
lampu indikator dalam rangkaian sebuah alat atau mesin. Pilot lamp tersebut dapat
bekerja sebagai mestinya jika dialiri daya daya AC sebesar 220 VAC atau 12 dan
24 Volt DC. Warna yang dihasilkan Pilot lamp ini adalah lapu putih. Karena
fungsinya sebagai lampu indikator, Pilot lamp ini dibuat warna warni sinarnya
dengan menambahkan penutup kaca yang berwarna sehingga tampak dari luar
berwarna sinar yang dihasilkan. Biasanya warna Pilot lamp ini ada 3 macam
merah, hijau, kuning.
Gambar 2. 10 Lampu Pilot
(Sumber : www.ecadio.com)
2.7 LCD (Liquid Cristal Display)
LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang
dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan
cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit
atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD (Liquid Cristal Display)
berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun
grafik.
Gambar 2. 11 LCD (Liquid Cristal Display)
16
Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah :
- Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.
- Mempunyai 192 karakter tersimpan.
- Terdapat karakter generator terprogram.
- Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit.
- Dilengkapi dengan back light.
2.8 I2C (Inter Integrated Circuit)
Inter Integrated Circuit atau sering disebut I2C adalah standar komunikasi
serial dua arah menggunakan dua saluran yang didisain khusus untuk mengirim
maupun menerima data. Sistem I2C terdiri dari saluran SCL (Serial Clock) dan
SDA (Serial Data) yang membawa informasi data antara I2C dengan
pengontrolnya. Piranti yang dihubungkan dengan sistem I2C Bus dapat
dioperasikan sebagai Master dan Slave. Master adalah piranti yang
memulai transfer data pada I2C Bus dengan membentuk sinyal Start,
mengakhiri transfer data dengan membentuk sinyal Stop, dan membangkitkan
sinyal clock. Slave adalah piranti yang dialamati master.
Gambar 2. 12 Inter Integrated Circuit
Untuk menghubungkanya dengan Arduino diperlukan modifikasi Library
dari yang diberikan Arduino IDE. Setelah itu Hubungkan pin GND (I2C) dengan
pin GND (Arduino), pin VCC (I2C) dengan pin VCC (Arduino), SCL (I
2C)
dengan pin A5 (Arduino), dan pin SDA (I2C) dengan pin A4 Arduino.
17
Gambar 2. 13Wiring I2C dengan Arduino
2.9 Relay 4 chanel
Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan
komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama
yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch).
Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar
sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik
yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan
Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang
berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.
Gambar 2. 14 Relay 4 chanel
2.10 PWM (Pulse Width Mondulation)
PWM ( Pulse Width Mondulation ) ini berfungsi untuk membangkitkan
sebuah tegangan analog dari sebuah nilai digital. Dalam PWM gelombang kotak,
18
frekuensi tinggi dibangkitkan sebagai output digital. Selanjutnya, bila sinyal
diumpankan pada low pass filter ( LPF ), tegangan pada output filter akan sama
dengan Root Mean Squere ( RMS ) dari sinyal gelombang kotak RMS dapat
divariasi dengan mengubah duty cycle dari sinyal.
PWM merupakan bentuk manipulasi pulsa dengan perioda tetap sehingga
mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Pada Gambar 2.6 memperlihatkan
sebuah sinyal PWM yang diberikan pada tegangan pulsa high sampai perioda (T1)
dan dilanjutkan tegangan pulsa low sampai menuju satu perioda pulsa ( T ). Untuk
dapat mengatur gelombang pulsa, maka dapat dilakukan melalui Persamaan (1.5)
sebagai berikut.
(2.5)
V0 = Tegangan Output (Volt)
VS = Tengangan Pulsa PWM (Volt)
T1 = Periode pulsa high ( s)
T = Periode pulsa (s )
2.11 Metode PID
PID (Proporsional–Integral–Derivative controller) merupakan kontroler
untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya
umpan balik pada sistem tesebut. Pengontrol PID adalah pengontrol konvensional
yang banyak dipakai dalam dunia industri. Pengontrol PID akan memberikan aksi
kepada Control Valve berdasarkan besar error yang diperoleh. Control valve akan
menjadi aktuator yang mengatur aliran fluida dalam proses industri yang terjadi
Level air yang diinginkan disebut dengan Set Point. Error adalah perbedaan dari
Set Point dengan level air aktual. (Ferdiansyah, 2018).
Adapun persamaan Pengontrol PID adalah :
(
∫
) (2.6)
19
Keterangan :
mv(t) = output dari pengontrol PID atau Manipulated Variable
Kp = konstanta Proporsional
Ti = konstanta Integral
Td = konstanta Detivatif
e(t) = error (selisih antara set point dengan level aktual)
Persamaan Pengontrol PID diatas dapat juga dituliskan sebagai berikut :
∫
(2.7)
dengan :
(2.8)
Untuk lebih memaksimalkan kerja pengontrol diperlukan nilai batas
minimum dan maksimum yang akan membatasi nilai Manipulated Variable yang
dihasilkan. Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu Proportional,
Integratif dan Derivatif. Ketiganya dapat dipakai bersamaan maupun sendiri-
sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap suatu plant.
(Ferdiansyah, 2018).
2.11.1 Kontrol Proporsional
Proportional control jika G(s) = kp, dengan k adalah konstanta. Jika u =
G(s) • e maka u = Kp • e dengan Kp adalah Konstanta Proportional. Kp berlaku
sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja
kontroler. Penggunaan proportional control memiliki berbagai keterbatasan karena
sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi
dasar yang sederhana proportional control ini cukup mampu untuk memperbaiki
respon transien khususnya rise time dan settling time. (Curtis D. Johnson: 2000).
20
2.11.2 Kontrol Integratif
Pengontrol Integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki
kesalahan keadaan mantap nol (Error Steady State = 0 ). Jika sebuah pengontrol
tidak memiliki unsur integrator, pengontrol proporsional tidak mampu menjamin
keluaran sistem dengan kesalahan keadaan mantapnya nol.
Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai u(t)=[integral
e(t)dT]Ki dengan Ki adalah konstanta Integral, dan dari persamaan di atas, G(s)
dapat dinyatakan sebagai u=Kd.[delta e/delta t]
Jika e(T) mendekati konstan (bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar
sehingga diharapkan dapat memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol maka efek
kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus
menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat
menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan
ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan
output berosilasi karena menambah orde system
Keluaran pengontrol ini merupakan hasil penjumlahan yang terus menerus
dari perubahan masukannya. Jika sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan,
maka keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan
masukan. Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang
dibentuk oleh kurva kesalahan / error.
Ciri-ciri pengontrol integral :
1. Keluaran pengontrol integral membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga
pengontrol integral cenderung memperlambat respon.
2. Ketika sinyal kesalahan berharga nil, keluaran pengontrol akan bertahan pada
nilai sebelumnya.
2.11.3 Kontrol Derivatif
Keluaran pengontrol diferensial memiliki sifat seperti halnya suatu operasi
derivatif. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol akan
21
mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Ketika masukannya tidak
mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak mengalami perubahan,
sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan menaik (berbentuk
fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls (Ferdiansyah, 2018).
Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai
G(s)=s. Kd Dari persamaan di atas, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam
konteks “kecepatan” atau rate dari error. Dengan sifat ini ia dapat digunakan
untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi.
Kontrol Derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error
statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler
Derivative tidak dapat dipakai sendiri. (Ferdiansyah, 2018).
Ciri-ciri pengontrol derivatif :
1. Pengontrol tidak dapat menghasilkan keluaran jika tidak ada perubahan pada
masukannya (berupa perubahan sinyal kesalahan)
2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran yang dihasilkan
pengontrol tergantung pada nilai Kd dan laju perubahan sinyal kesalahan.
3. Dengan meningkatkan nilai Kd, dapat meningkatkan stabilitas sistem dan
mengurangi overshoot.
Berdasarkan karakteristik pengontrol ini, pengontrol diferensial umumnya
dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil
kesalahan pada keadaan tunaknya. Kerja pengontrol diferensial hanyalah efektif
pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode peralihan.
Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengontrol P, I dan
D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel
menjadi pengontrol proporsional plus integral plus diferensial (pengontrol PID).
Elemen-elemen pengontrol P, I dan D masing-masing secara keseluruhan
bertujuan :
1. Mempercepat reaksi sebuah sistem mencapai set point-nya
2. Menghilangkan offset
3. Menghasilkan perubahan awal yang besar dan mengurangi overshoot.
22
Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari
ketiga parameter P, I dan D. Penyetelan konstanta Kp, Ki dan Kd akan
mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari
ketiga konstanta tersebut dapat disetel lebih menonjol disbanding yang lain.
Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi pengaruh pada
respon sistem secara keseluruhan. (Ferdiansyah, 2018)
23
Software
Sesuai
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
Untuk mencapai sistem yang dimaksud dibutuhkan tahapan yang sesuai dengan
metode pengembangan yang telah ada. Tahapan itu akan dijelaskan dengan
gambar 3.1 flowchart penelitian.
Identifikasi Masalah
Dan Studi Literatur
Tidak
Tidak
Elektrik dan
Mekanik Sesuai
Gambar 3. 1 Flowchat Penelitian
MULAI
Analisa Kebutuhan
Sistem
Perancangan
Sistem
Perancangan
Elektrik dan
Mekanik
A
Pembuatan
Software
Integrasi Mekanik ,
Elektrik, Software
Analisa dan
Pembahasan
SELESAI
A
24
3.1. Tahap Identifikasi Awal
Pada tahap identifikasi masalah terdapat pembahasan terhadap
permasalahan yang ada dilapangan dan diperoleh tujuan yang akan dicapai untuk
menyelesaikan sebuah masalah. Dalam tahap ini terdapat beberapa langkah yaitu :
3.1.1 Identifikasi Masalah
Pada tahap identifikasi masalah ini dilakukan berdasarkan masalah yang
berkaitan dengan kondisi di lapangan untuk memperoleh sebuah solusi yang dapat
memecahkan masalah tersebut dan diharapkan mampu menunjang kebutuhan
yang ada di lapangan, dalam hal ini penulis mengambil topik dari sebuah
perkembangan pada teknologi dc-dc konverter. Namun pada pengaplikasiannya
terdapat beberapa masalah, seperti terganggunya pengaturan nilai set point
tegangan output pada perangkat buck boost converter, ini kendala bagi pengguna
perangkat buck boost converter. Kemudian perubahan tegangan input pada buck
boost converter secara cepat membuat perangkat tersebut harus cepat
menyesuaikan, untuk pengaturan tegangan keluaran pada buck boost converter
juga harus menggunakan cara manual. Oleh karena itu dari penggunaan sistem
buck boost converter ini penulis membuat pengaturan nilai set point secara efisien
dan tegangan keluaran dapat dikendalikan dengan cepat, dengan sistem ini
diharapkan mampu mengatasi permasalahan yang terjadi sebelumnya.
3.3.2 Penetapan Tujuan dan Rumusan Masalah
Berdasarkan proses identifikasi masalah, maka didapatkan rumusan
masalah yang akan dijadikan tujuan dari penelitian ini. Pada tahap ini merupakan
sebagai dasar tentang apa yang akan dilakukan saat melakukan penelitian. Pada
tahap ini penulis tidak hanya membuat progam mengenai deteksi tegangan output
pada buck boost converter namun juga membuat desain buck boost converter
yang dihubungkan dengan mikrokontroler sebagai pengendali tegangan keluaran
secara otomatis dengan metode PID. Pembuatan alat ini akan mampu menunjang
efektifitas waktu dan memberikan sistem inovasi yang bermanfaat.
25
3.3.3 Studi Literatur
Pada tahap studi literatur dilakukan untuk menemukan pijakan penelitian
dan memahami teori, konsep, serta teknologi yang akan digunakan dan diteliti.
Pada tahap ini penulis mencari informasi sebanyak-banyaknya dari berbagai
media referensi.
Terdapat beberapa media informasi yang dapat kita peroleh dengan mudah
sepert dengan internet kita dapat melakukan pencarian jurnal penelitian dan
artikel yang akan kita butuhkan. Pada tahap ini penulis diharapkan mampu
memahami konsep, teori, dan teknologi yang berkaitan dengan inovasi sistem
yang akan dibuat.
3.2. Analisa Kebutuhan Sistem
Kebutuhan apa saja yang akan dipakai untuk pembuatan alat secara
terperinci. Adapun perangkat yang akan digunakan antara lain :
1. Power Supply
2. Buck Boost Converter
3. Sensor tegangan
4. Arduino IDE
5. Android Studio
6. Metode PID
7. Lampu 5V, 9V, 12V, dan 24V
8. I2C
9. LCD
10. Nodemcu
26
3.3. Desain dan Perancangan Sistem
Setelah diketahui kebutuhan sistem, dasar-dasar ilmu, konsep, serta
teknologi yang akan digunakan, maka langkah selanjtnya adalah melakukan
perancangan sistem dan desain alat yang akan dikembangkan, meliputi :
3.3.1. Perancangan Desain Elektrik dan Software
Perancangan perangkat lunak ini melakukan pemograman pada buck boost
converter dan arduino. Pada rangkaian Buck Boost Converter terdapat dua jenis
tegangan yaitu ditempatkan di masukan dan keluaran pada Buck – Boost
Converter. Untuk pemorgraman tersebut mengunkanan mikrokontroller arduino.
Dan tujuan untuk rangkaian pembagi tegangan ini untuk memonitoring atau
pembacaan pada masukan dan keluaran pada rangkaian elekronika Auto Buck –
Boost Converter. Pada gambar 3.2 ini adalah skematik perancangan rangkaian
Auto Buck – Boost Converter pada software Eagle :
Gambar 3. 2 Skematik rangkaian Buck Boost Converter
Proses pembuatan dilakukan menggunakan peralatan pada tabel 3.1 dan tabel
3.2 adalah tabel komponen:
Tabel 3. 1 Alat pembuatan rangkaian Buck Boost Converter
No Alat No Alat No Alat
1. Solder 4 PCB 7 Obeng
2. Bor 5 Kabel 8 LCD 16x2
3. Tang 6 Arduino Nano
27
Tabel 3. 2 Tabel komponen
No Nama Komponen Jenis Komponen
1. Mosfet Xl6000E1
2. Induktor 331µH
3. Kapasitor 470 µF
4. Dioda 1N5400
5. Beban Beban DC
Perancanaan Elektrik merupakan perencanaan alur dari sistem yang akan
dikembangkan dengan menggabungkan komponen secara sistematis dari
input, proses, dan output. Gambar 3.3 menjelaskan skema dari perancangan
elektrik.
Gambar 3. 3 Perancangan Elektrik
28
Pada perancangan hardware ini terdapat Power supply selector yang akan
memberi tegangan masukan ke buck boost onverter, pada power supply tegangan
yang dikeluarkan dapar diubah-ubah karena terdapat selector untuk mengatur
tegangan DC yang keluar. Buck boost converter menerima teangan dari power
supply secara berubah-ubah, pada buck boost converter tegangan yang dileuarkan
dapat diubah-ubah sesuai dengan set point atau beban yang akan kita nyalakan.
Setelah perangkat buck boost converter terdapat sensor tegangan yang akan
mendeteksi nilai yang dikeluarkan untuk diolah menuju Arduino UNO dengan
motode PID, unuk mengatur nilai tegangan yang keluar dapat menggunakan
smartphone yang nanti nya akan mengatur nilai set point pada buck boost
converter. Pada sistem ini menggunakan 3 macam beban DC yaitu motor 5V,
lampu 12V, dan motor 24V tapi sebelum beban akan dikendalikan oleh relay 4
chanel. Untuk memonitoring Kp, Ki, Kd, tegangan input dan output pada
mikrokontroler terdapat LCD dan I2C.
Kemudian Untuk melakukan perhitungan duty cycle, tegangan keluaran
pada buck boost converter, persentase error terhadap setpoint dengan tengangan
keluaran buck boost converter dan lama pengisian baterai.
Maka untuk menghitung duty cycle dengan persamaan sebagai berikut :
D =
(3.2)
Maka untuk menghitung tegangan keluaran atau Vout dengan persamaan sebagai
berikut :
Vout perhitungan =Vin
(3.3)
Maka untuk menghitung persentase error terhadap setpoint dengan tengangan
keluaran buck boost converter dengan persamaan sebagai berikut :
Error% =
x100% (3.4)
29
3.3.2 Penerapan Metode PID (Proportional Integral Derivative) dengan trial
and Error pada persamaan RLC Buck Boost Converter
Pada penelitian ini menggunakan metode PID (Proportional Integral
Derivative) Controller merupakan kontroler untuk menentukan kepresisian suatu
29imuli instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik / feed back pada
29imuli tersebut. Komponen PID terdiri dari 3 jenis, yaitu Proportional, Integratif,
dan Derivatif. Pada tahap penelitian menggunkan metode PID bertujuan untuk
memperoleh nilai keluaran tegangan dari buck boost converter untuk
mempertahankan tegangan keluaran tetap stabil. Untuk memperoleh fungsi
transfernya dibutuhkan parameter yaitu pada 29imul 3.3. Menurut penelitian
(Duong, Nguyen, Sava, Scripcariu, & Mussetta, 2018), bentuk fungsi transfer
buck boost converter dari kontroler PID dengan persamaan (3.5) sebagai berikut:
(3.5)
Keterangan :
= sinyal keluaran pengendali PID
R = resistor (Ω)
L = 29imulink (µH)
C = kapasitor (µF)
Menentukan nilai duty cycle, tengangan sumber minimal dari rangkain
buck boost converter yaiutu diperoleh dan setpoint atau = 24V,dan
arus keluar 0.08A dengan persamaan dan perhitungan(3.2) :
30
24 – 24D = 12D
24 = 24D + 12D
124 = 36D
(3.6)
D =
D = 0.66
Nilai dari R dapat dihitung dalam persamaan dan perhitungan (3.6), sebagai
berikut :
R =
=
R =
R = 300Ω
(3.7)
Tabel 3. 3 Parameter fisik dari buck boost converter
Simbol Besaran Nilai Parameter
R Resistance 300Ω
L Inductance 331µH
C Capacitor 470µF
31
Nilai dari parameter pada 31imul 3.4 kemudian disubtitusikan pada rumus
alih, sehingga diperoleh nilai persamaan fungsi alih pada persamaan dan
perhitungan (3.4) :
(3.4)
Nilai persamaan fungsi alih pada persamaan (3.4) tersebut kemudian
disimulasikan pada 31imulink matlab. Gambar 3.12 menunjukan blok diagram
dari simulasi pada matlab :
Gambar 3. 4 Blok diagram pada simulink Matlab
Berdasarkan simulasi yang dibuat dari sistem loop tertutup ini nilai Kp = 3,
Ki = 0.6, dan Kd = 0.37 mendapatkan respon grafik sebagai berikut :
32
Gambar 3. 5 Hasil respon
Keterangan :
Sumbu X : Waktu (s)
Sumbu Y : Tegangan (V)
Garis Biru : Respon Tegangan Output Buck Boost Converter
Garis Kuning : Nilai Setting Point atau nilai sebenarnya
3.3.3 Perancangan Metode PID
Gambar 3. 6 Blok Diagram Sistem Buck Boost Converter
POWER
SUPPLY
BUCK BOOST
CONVERTER
BEBAN
DC
SENSOR
TEGANGAN
MIKROKONTROLER
PWM
33
Rangakian yang digunakan pada buck boost converter ialah rangkaian DC-
DC converter. Rangkaian buck boost converter menggunakan PWM untuk
mengendalikan saklar pada buck boost converter. Pada gambar diagram blok
diatas buck-boost converter menerima tegangan masukan dari power supply,
kemudian mengubahnya ketegangan lebih besar atau lebih kecil dan hasilnya akan
digunakan mikrokontroler untuk menghasilkan PWM dan akan dikirim lagi
menuju Buck Boost Converter, pada keluaran tegangan buck boost converter
diberikan sensor tegangan untuk mendeteksi nilai tegangan pada beban sesuai
nilai set point yang akan menyalakan beban DC sesuai dengan tegangan keluaran
yang dihasilkan oleh buck boost converter.
3.3.4 Diagram Blok Pengendalian Tegangan
Gambar 3. 7 Diagram Blok Pengendalian Tegangan
Gambar 3.6 merupakan diagram blok pengendalian untuk tegangan pada
buck boost converter. Kontrol PID akan mengendalikan tegangan keluaran pada
buck boost converter untuk diteruskan pada proses pengaturan nilai set point yang
dilakukan oleh mikrokontroler yang dihubungkan dengan buck boost converter
untuk menyalakan beban dc.
34
3.3.5 Flowchart Perangkat Lunak
Gambar 3. 8 Flowchart Perangkat Lunak
Pada gambar 3.5 tentang flowchart sistem menjelaskan proses dari awal saat
tegangan AC diubah menjadi tegangan DC oleh perangkat Power Supply, karena
tegangan yang dibutuhkan oleh buck boost converter adalah tegangan DC jadi
harus ada rangkaian tambahan berupa power supply. Setelah tegangan menadi DC
35
sebelum masuk ke perangkat buck boost converter tegangan dapat diatur nilainya
sesuai dengan selector yang terdapat pada power supply. Setelah tegangan masuk
pada perangkat buck boost converter, pada tegangan keluaran buck boost
converter diberikan sensor tegangan yang berfungsi untuk mendeteksi tegangan
pada output buck boost converter, kemudian akan ditampilkan pada LCD.
Untuk pengisian nilai tegangan keluaran pada perangkat buck boost
converter dapat dilakukan melalui smarthpone. Nilai yang dimasukkan sesuai
dengan tegangan yang dibutuhkan oleh beban yang akan dinyalakan. Ketika nilai
sudah dimasukan maka mikrokontroler akan memproses dengan program PID
agar dapat menggerakan output voltage adjust secara otomatis sesuai dengan
tegangan yang telah dimasukan pada smartphone. Keluaran tegangan dari buck
boost converter akan dapat menyalakan beban DC sesuai dengan tegangan output
yang telah dimasukan.
36
Halaman ini sengaja dikosongkan
37
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Tahap Pengujian
Proses pengujian alat pada Tugas Akhir ini bertujuan agar dapat mengetahui
keakuratan pada setiap komponen yang digunakan serta dapat mengetahui besar
persentase error yang dihasilkan. Dalam perhitunagan nilai error dapat
dirumuskan sebagai berikut :
% Error = –
..... .......................(4.1)
Setelah mencari nilai error kemudiang terdapat nilai rata-rata error dapat
dirumuskan sebagai berikut :
= ⅀
................................................................(4.2)
Sub bab selanjutnya akan menjelaskan tentang pengujian sistem pada
setiap komponen dan software lainnya.
4.1.1 Pengujian Pembagi Tegangan
Pada tugas akhir ini penulis menggunakan rangkaian pembagi tegangan
sebagai pendeketeksi tegangan masuk dan keluar pada buck boost converter. Pada
pengujian ini penulis menggunakan bagian input buck boost converter yang akan
diberi tegangan oleh Power Supply.
Gambar 4. 1 Rangkaian pembagi tegangan
38
Pada pengujian ini di buat percobaan sebanyak 3 kali yaitu 4 Volt, 12 Volt, dan 24
Volt. Alat yang digunakan sebagai nilai parameter pembanding adalah avometer.
Perbandingan sensor tegangan serial monitor dan nilai yang dihasilkan avometer
dengan supply 4 Volt dapat dilihat pada gambar 4.2 :
Gambar 4. 2 Nilai tegangan Avometer dan serial monitor 4 Volt
Tabel 4. 1 Perbandingan nilai tegangan avometer dan serial monitor 4 Volt
No Nilai Avometer
(Volt)
Nilai Serial Monitor
(Volt)
Error
(%)
1 4.2 4.61 9.5
2 4.2 4.61 9.5
3 4.2 4.63 9.5
4 4.2 4.63 9.5
5 4.2 4.61 9.5
6 4.2 4.61 9.5
7 4.2 4.63 9.5
8 4.2 4.63 9.5
9 4.2 4.61 9.5
10 4.2 4.63 9.5
Rata-rata Error 9.5
39
Perbandingan sensor tegangan serial monitor dan nilai yang dihasilkan avometer
dengan supply 12 Volt dapat dilihat pada gambar 4.3 :
Gambar 4. 3 Nilai tegangan pada avometer dan serial monitor 12 Volt
Tabel 4. 2 Perbandingan nilai tegangan avometer dan serial monitor 12 Volt
No Nilai Avometer
(Volt)
Nilai Serial Monitor
(Volt)
Error
(%)
1 11.4 12.14 6.4
2 11.4 12.14 6.4
3 11.4 12.09 6.0
4 11.4 12.09 6.0
5 11.4 12.12 6.3
6 11.4 12.14 6.4
7 11.4 12.12 6.3
8 11.4 12.09 6.0
9 11.4 12.12 6.3
10 11.4 12.12 6.3
Rata-rata Error 6.24
Perbandingan sensor tegangan serial monitor dan nilai yang dihasilkan avometer
dengan supply 24 Volt dapat dilihat pada gambar 4.4 :
40
Gambar 4. 4 Nilai tegangan pada avometer dan Serial Monior 24 Volt
Tabel 4. 3 Perbandingan nilai tegangan avometer dan serial monitor 24 Volt
No Nilai Avometer
(Volt)
Nilai Serial Monitor
(Volt)
Error
(%)
1 23.15 24.47 5.7
2 23.15 24.47 5.7
3 23.15 24.47 5.7
4 23.15 24.47 5.7
5 23.15 24.50 5.8
6 23.15 24.47 5.7
7 23.15 24.47 5.7
8 23.15 24.47 5.7
9 23.15 24.45 5.6
10 23.15 24.47 5.7
Rata-rata Error 5.7
Pada pengujian sensor tegangan terdapat sedikit nilai yang berbeda pada
avometer dan serial monitor arduino, tetapi rentang nilai yang berbeda hanya
sedikit seperti tegangan 4 volt yang dihasilkan power supply rakitan yaitu terdapat
error 9.5%, untuk Power supply 12 Volt terdapat error 6.24%, kemudian untuk
supply tegangan 24 Volt mendapat error 5.7% Untuk mendapatkan nilai yang
41
stabil memerlukan waktu sekitar 1 menit agar nilai yang dihasilkan oleh power
supply tidak berubah-ubah.
4.1.2 Pengujian Iot
Pada Tugas Akhir ini digunakan sebuah modul IoT yaitu ESP8266 yang
bertipekan Wemos D1 Mini. Pada Tugas Akhir ini wemos digunakan untuk
mengirim data hasil pembacaan sensoe ke mikrokontroler. Pada aplikasi android
ini terdapat 3 bagian slide pada tampilan android yaitu spalsh, login, dan menu
utama. Pada spalsh akan menampilkan logo otomasi beberapa detik, kemudian
terdapat login dimana name dan password yang diisi harus sesuai dengan data
yang telah diinputkan apabila berbeda maka tidak bisa masuk ke halaman utama,
kemudian yang terakhir yaitu menu utama yang terdapat 4 bagian yaitu sesuai
beban masing-masing, dimana pada tampilan pengaturan set point terdapat fitur
gauge sesuai nilai yang diinputkan dan dapat menampilkan nilai yang telah
diinputkan. Seperti pada gambar 4.11 dan 4.12 :
Dapat menampilkan nilai yang telah diinputkan. Seperti pada gambar berikut :
Gambar 4. 5 Tampilan splash dan Login
42
Gambar 4. 6 Tampilan Menu Utama dan pengaturan setting point
Pada tugas akhir ini menggunakan database firebase yang nilainya akan
diambil oleh wemos D1R1 dan akan dikirim ke arduino untuk mengatur set
point yang telah dimasukkan pada aplikasi android. Kemudian setelah nilai
tegangan sesuai dengan beban, maka rellay akan aktif dan mengidupkan
beban. Sesuai dengan tampilan terdapat 4 bagian menu utama sesuai set point
masing-masing, pada gambar 4.13 dan 4.14 penulis memilih menu beban 1
yaitu 5 volt :
Gambar 4. 7 Tampilan pada android beban 1 yaitu 5 Volt
43
Gambar 4. 8 Tampilan pada serial monitor yaitu 5 Volt dan beban 5 Volt menyala
Tabel 4. 4 Kondisi Beban DC saat diberi nilai setting point
No SP
(Volt)
Beban 1
(5 Volt)
Beban 2
(9 Volt)
Beban 3
(12 Volt)
Beban 4
(24 Volt)
1 5 Hidup Mati Mati Mati
2 5 Hidup Mati Mati Mati
3 5 Hidup Mati Mati Mati
4 5 Hidup Mati Mati Mati
5 5 Hidup Mati Mati Mati
6 5 Hidup Mati Mati Mati
7 5 Hidup Mati Mati Mati
8 5 Hidup Mati Mati Mati
9 5 Hidup Mati Mati Mati
4.1.3 Pengujian PWM pada Buck Boost Convrter dengan beban
menggunakan Android
Pada tugas akhir ini penulis melakukan pengujian pada Buck Boost
Converter dengan memberi input PWM pada mikrokontroler. Pada Buck Boost
Converter terdapat 4 pin yang dihubungkan ke mikrokontroler arduino yaitu
Ground, Vin, Vout, dan pin PWM. Pada percobaan ini penulis melakukan 5
percobaan dengan memberi PWM pada Buck Boost Converter 10%, 20%, 30%,
70% dan 90% agar dapat mengetahui respon pada tegangan output Buck Boost
44
Converter. Berikut merupakan persamaan (4.1)dan hasil data dari pengujian PWM
pada Buck Boost Converter :
PWM =
x 255 (4.1)
Data dibawah merupakan nilai tegangan keluaran Buck Boost Converter
ketika input tegangan 12, 24, 4 Volt dan diberi PWM 10% dengan delay waktu
data 1 detik.
Gambar 4. 9 PWM 10% Input 12 Volt
Tabel 4. 5 PWM 10% Input 12 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 10% 12.25 2.32
2 10% 12.25 2.32
3 10% 12.25 2.32
4 10% 12.20 2.32
5 10% 12.25 2.32
6 10% 12.25 2.29
7 10% 12.22 2.29
8 10% 12.28 2.32
9 10% 12.28 2.29
10 10% 12.25 2.32
Rata-rata 12.24 2.33
45
Gambar 4. 10 PWM 10% Input 24 Volt
Tabel 4. 6 PWM 10% Input 24 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 10% 24.64 5.58
2 10% 24.66 5.58
3 10% 24.61 5.55
4 10% 24.64 5.55
5 10% 24.61 5.58
6 10% 24.64 5.55
7 10% 24.64 5.55
8 10% 24.58 5.58
9 10% 24.64 5.58
10 10% 24.66 5.58
Rata-rata 24.64 5.56
Gambar 4. 11 PWM 10% Input 24 Volt
46
Tabel 4. 7 PWM 10% Input 4 Volt
1 10% 4.74 1.16
2 10% 4.72 1.16
3 10% 4.72 1.16
4 10% 4.72 1.16
5 10% 4.72 1.16
6 10% 4.72 1.16
7 10% 4.72 1.16
8 10% 4.72 1.16
9 10% 4.72 1.16
10 10% 4.72 1.16
Rata-rata 4.72 1.16
Data dibawah merupakan nilai tegangan keluaran Buck Boost Converter
ketika input tegangan 12, 24, 4 Volt dan diberi PWM 20% dengan delay waktu
data 1 detik.
Gambar 4. 12 PWM 20% Input 12 Volt
Tabel 4. 8 PWM 20% Input 12 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 20% 12.25 4.05
2 20% 12.25 4.01
3 20% 12.22 4.01
4 20% 12.22 4.01
5 20% 12.22 4.01
47
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
6 20% 12.25 4.01
7 20% 12.22 4.01
8 20% 12.22 4.01
9 20% 12.22 4.01
10 20% 12.22 4.01
Rata-rata 12.22 4.01
Gambar 4. 13 PWM 20% Input 24 Volt
Tabel 4. 9 PWM 20% Input 24 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 20% 24.61 6.78
2 20% 24.64 6.82
3 20% 24.64 6.78
4 20% 24.64 6.78
5 20% 24.61 6.82
6 20% 24.64 6.78
7 20% 24.64 6.78
8 20% 24.64 6.82
9 20% 24.64 6.89
10 20% 24.64 6.82
Rata-rata 24.64 6.79
48
Gambar 4. 14 PWM 20% Input 4 Volt
Tabel 4. 10 PWM 20% Input 4 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 20% 4. 74 1.69
2 20% 4. 74 1.65
3 20% 4. 74 1.65
4 20% 4. 72 1.65
5 20% 4. 74 1.65
6 20% 4. 72 1.65
7 20% 4. 74 1.65
8 20% 4. 72 1.65
9 20% 4. 74 1.61
10 20% 4. 72 1.65
Rata-rata 4.73 1.65
Data dibawah merupakan nilai tegangan keluaran Buck Boost Converter
ketika input tegangan 12, 24, 4 Volt dan diberi PWM 50% dengan delay waktu
data 1 detik.
Gambar 4. 15 PWM 50% Input 12 Volt
49
Tabel 4. 11 PWM 50% Input 12 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 50% 12.25 7.57
2 50% 12.22 7.61
3 50% 12.25 7.57
4 50% 12.28 7.61
5 50% 12.25 7.57
6 50% 12.22 7.57
7 50% 12.22 7.57
8 50% 12.22 7.57
9 50% 12.22 7.57
10 50% 12.25 7.57
Rata-rata 12.25 7.59
Gambar 4. 16 PWM 50% Input 24 Volt
Tabel 4. 12 PWM 50% Input 24 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 50% 24.61 4.76
2 50% 24.66 4.76
3 50% 24.66 4.73
4 50% 24.69 4.69
5 50% 24.69 4.73
6 50% 24.66 4.73
7 50% 24.66 4.73
8 50% 24.69 4.73
50
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
24.66 4.73 24.66 4.73
24.69 4.73 24.69 4.73
Rata-rata 24.67 4.73
Gambar 4. 17 PWM 50% Input 4 Volt
Tabel 4. 13 PWM 50% Input 4 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 50% 4.69 3.15
2 50% 4.72 3.11
3 50% 4.69 3.11
4 50% 4.72 3.11
5 50% 4.72 3.11
6 50% 4.72 3.11
7 50% 4.72 3.11
8 50% 4.72 3.11
9 50% 4.72 3.11
10 50% 4.69 3.11
Rata-rata 4.70 3.11
Data dibawah merupakan nilai tegangan keluaran Buck Boost Converter
ketika input tegangan 12, 24, 4 Volt dan diberi PWM 70% dengan delay waktu
data 1 detik.
51
Gambar 4. 18 PWM 70% Input 12 Volt
Tabel 4. 14 PWM 70% Input 12 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 70% 12.22 11.02
2 70% 12.20 11.02
3 70% 12.22 11.02
4 70% 12.22 11.02
5 70% 12.22 11.02
6 70% 12.22 11.02
7 70% 12.20 11.02
8 70% 12.20 11.02
9 70% 12.20 11.02
10 70% 12.22 11.02
Rata-rata 12.21 11.02
Gambar 4. 19 PWM 70% Input 24 Volt
Tabel 4. 15 PWM 70% Input 24 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 70% 24.66 20.87
52
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
2 70% 24.66 20.87
3 70% 24.61 20.87
4 70% 24.66 20.83
5 70% 24.66 20.83
6 70% 24.61 20.87
7 70% 24.61 20.87
8 70% 24.69 20.91
9 70% 24.61 20.91
10 70% 24.61 20.91
Rata-rata 24.62 20.89
Gambar 4. 20 PWM 70% Input 4 Volt
Tabel 4. 16 PWM 70% Input 4 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 70% 4.72 4.08
2 70% 4.72 4.08
3 70% 4.72 4.12
4 70% 4.69 4.08
5 70% 4.72 4.12
6 70% 4.69 4.05
7 70% 4.72 4.12
8 70% 4.72 4.12
9 70% 4.69 4.08
53
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
10 70% 4.69 4.12
Rata-rata 4.70 4.10
Data dibawah merupakan nilai tegangan keluaran Buck Boost Converter
ketika input tegangan 12, 24, 4 Volt dan diberi PWM 90% dengan delay waktu
data 1 detik.
Gambar 4. 21 PWM 90% Input 12 Volt
Tabel 4. 17 PWM 90% Input 12 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 90% 12.20 18.55
2 90% 12.22 18.55
3 90% 12.22 18.55
4 90% 12.25 18.55
5 90% 12.28 18.55
6 90% 12.25 18.55
7 90% 12.22 18.51
8 90% 12.22 18.47
9 90% 12.25 18.47
10 90% 12.28 18.47
Rata-rata 12.24 18.52
54
Gambar 4. 22 PWM 90% Input 24 Volt
Tabel 4. 18 PWM 90% Input 24 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 90% 24.61 30.95
2 90% 24.66 30.95
3 90% 24.64 30.99
4 90% 24.64 31.06
5 90% 24.61 31.03
6 90% 24.66 31.06
7 90% 24.69 31.03
8 90% 24.72 31.06
9 90% 24.72 31.06
10 90% 24.66 31.06
Rata-rata 24.64 31.03
Gambar 4. 23 PWM 90% Input 4 Volt
Tabel 4. 19 PWM 90% Input 4 Volt
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
1 90% 4.69 7.42
55
No Set Point PWM Vin (Volt) Vout (Volt)
2 90% 4.69 7.42
3 90% 4.69 7.42
4 90% 4.69 7.42
5 90% 4.69 7.42
6 90% 4.69 7.42
7 90% 4.69 7.42
8 90% 4.69 7.42
9 90% 4.69 7.42
10 90% 4.69 7.38
Rata-rata 24.64 7.42
4.1.5 Pengujian metode PID dengan Trial and Error pada Buck Boost
Converter
Pada Tugas Akhir ini penulis menggunakan metode PID, yang dimana
pada tugas akhir ini metode diterapkan pada kontrol Buck Boost Converter
dengan inputan berupa tegangan dari Power Supply untuk mengontrol tegangan
output agar dapat menyalakan beban DC sesuai set point. Pengujian metode PID
menggunakan bantuan Software berupa Arduino IDE. Berikut merupakan tahapan
yang perlu dilakukan untuk membuat metode PID di Arduino:
1. Menentukan kp, ki dan kd.
2. PID ditentukan dengan cara trial and error
Pengujian 1 data diambil menggunakan trial and error dengan kondisi set
point awal tegangan pada Buck Boost Converter adalah 5 Volt dengan Kp = 6, Ki
= 1 dan Kd = 1.37.
56
Gambar 4. 24 Parameter Kp 6, Ki 1, Kd 1.37 dengan set point 5 Volt
Gambar 4. 25 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 5 volt
dan Vin 12 Volt
Tabel 4. 20 Pengujian 1 kontrol PID dengan set point 5 Volt (Buck)
No Kp Ki Kd D PWM SP Vin
(Volt)
Vout
(Volt)
Kete-
Rangan
Error
1 6 1 1.37 0.28 71.4 5 Volt 12.28 5.02 Buck 0.4%
2 6 1 1.37 0.28 71.4 5 Volt 12.31 4.95 Buck 1%
3 6 1 1.37 0.29 73.95 5 Volt 12.31 4.72 Buck 5.6%
4 6 1 1.37 0.29 73.95 5 Volt 12.28 5.10 Buck 2%
5 6 1 1.37 0.29 73.95 5 Volt 12.31 5.02 Buck 0.4%
6 6 1 1.37 0.29 73.95 5 Volt 12.31 4.95 Buck 1%
7 6 1 1.37 0.29 73.95 5 Volt 12.28 4.68 Buck 6.4%
Rata-rata Error 2.4%
Keterangan :
Vin : Tegangan masuk buck boost converter (V)
SP : Setpoint buck boost converter (V)
Vout : Tegangan keluar buck boost converter (V)
57
Pada Tabel 4.7 dalam perhitungan ini mengambil contoh 2 sample dalam
persamaan (4.2) dan sebagai berikut :
D =
=0.28
PWM = D x 255
= 0.28 x 255
= 71.4
Error% =
x100%
= 0.4%
D =
=0.28
PWM = D x 255
= 0.28 x 255
= 71.4
Error% =
x100% = 1%
(4.2)
Pada perhitungan (4.2) ini sudah menunjukan dimana cara menghitung
Duty Cycle dan PWM pada Buck Boost Converter dan dengan data yang diperoleh
pada tabel diatas ini membuktikan tingkat error yang rendah yaitu 2.4 %, jadi
nilai duty cycle di arduino ini sangat penting untuk rangkain buck boost converter.
Keseluruhan pada Tabel (4.1) yang kemudian dipresentasikan kedalam grafik
pada gambar 4.1 sebagai berikut.
58
Gambar 4. 26 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 5V dan
tegangan masukan 12 Volt
Gambar 4.29 menunjukan grafik mempunyai tingkat error yang rendah.
Ini menunjukan PWM sudah sesuai dengan target yang diharapkan.
Pengujian 2 data diambil menggunakan trial and error dengan kondisi set
point awal tegangan pada Buck Boost Converter adalah 9 Volt dengan Kp = 6, Ki
= 1 dan Kd = 1.37.
Gambar 4. 27 Parameter Kp 6, Ki 1, Kd 1.37 dengan set point 9 Volt
59
Gambar 4. 28 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 9 volt
dan Vin 24 Volt
Tabel 4. 21 Pengujian 2 kontrol PID dengan set point 9 Volt (Buck)
No Kp Ki Kd D PWM SP
(Volt)
Vin
(Volt)
Vout
(Volt)
Kete-
rangan
Error
1 6 1 1.37 0.26 66.3 9 24.66 9.26 Buck 2.8%
2 6 1 1.37 0.26 66.3 9 24.72 8.99 Buck 0.1%
3 6 1 1.37 0.26 66.3 9 24.75 9.33 Buck 3.6%
4 6 1 1.37 0.26 66.3 9 24.72 8.99 Buck 0.1%
5 6 1 1.37 0.26 66.3 9 24.72 9.33 Buck 3.6%
6 6 1 1.37 0.26 66.3 9 24.69 8.99 Buck 0.1%
7 6 1 1.37 0.26 66.3 9 24.75 9.33 Buck 3.6%
Rata-rata error 1.9%
Keterangan :
Vin : Tegangan masuk buck boost converter (V)
SP : Setpoint buck boost converter (V)
Vout : Tegangan keluar buck boost converter (V)
Pada Tabel 4.8 dalam perhitungan ini mengambil contoh 2 sample dalam
persamaan (4.4) dan (4.5) sebagai berikut :
D =
(4.2 )
=0.26
PWM = D x 255
= 0.26 x 255 = 66.3
60
Error% =
x100% = 2.8%
Error% =
x100% = 0.1%
Pada perhitungan (4.2) ini sudah menunjukan dimana cara menghitung
Duty Cycle dan PWM pada Buck Boost Converter dan dengan data yang diperoleh
pada tabel diatas ini membuktikan tingkat error yang rendah yaitu 1.9 %, bahkan
lebih kecil dari error sebelumnya ini menunjukan nilai duty cycle di arduino ini
sangat penting untuk rangkain buck boost converter. Keseluruhan pada Tabel
(4.8) yang kemudian dipresentasikan kedalam grafik pada gambar 4.2 sebagai
berikut.
Gambar 4. 29 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 9V dan
tegangan masukan 24 Volt
D =
=0.26
PWM = D x 255
= 0.26 x 255
= 66.3
61
Gambar 4.32 menunjukan grafik mempunyai tingkat error yang rendah.
Ini menunjukan PWM sudah sesuai dengan target yang diharapkan.
Pengujian 3 data diambil menggunakan trial and error dengan kondisi set
point awal tegangan pada Buck Boost Converter adalah 24 Volt dengan Kp = 6,
Ki = 1 dan Kd = 1.37.
Gambar 4. 30 Parameter Kp 6, Ki 1, Kd 1.37 dengan set point 24 Volt
Gambar 4. 31 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 24
volt dan Vin 12 Volt
Tabel 4. 22 Pengujian 3 kontrol PID dengan set point 24 Volt (Boost)
No Kp Ki Kd D PWM SP
(Volt)
Vin
(Volt)
Vout
(Volt)
Kete-
Rangan
Error
1 6 1 1.37 0.66 168.3 24 12.22 22.33 Boost 7.3%
2 6 1 1.37 0.66 168.3 24 12.20 25.89 Boost 7.8%
3 6 1 1.37 0.66 168.3 24 12.20 25.26 Boost 5.25%
4 6 1 1.37 0.66 168.3 24 12.22 24.21 Boost 0.8%
5 6 1 1.37 0.66 168.3 24 12.25 23.04 Boost 4%
6 6 1 1.37 0.66 168.3 24 12.28 19.71 Boost 17%
7 6 1 1.37 0.66 168.3 24 12.28 22.26 Boost 7.2%
Rata-rata error 7%
62
Keterangan :
Vin : Tegangan masuk buck boost converter (V)
SP : Setpoint buck boost converter (V)
Vout : Tegangan keluar buck boost converter (V)
Pada Tabel 4.9 dalam perhitungan ini mengambil contoh 2 sample dalam
persamaan (4.6) dan (4.7) sebagai berikut :
D =
=0.66
PWM = D x 255
= 0.66 x 255
= 168.3
Error% =
x100%
= 7.3%
D =
=0.26
PWM = D x 255
= 0.66 x 255
= 168.3
Error% =
x100% = 0.8%
(4.3)
Pada perhitungan (4.3) ini sudah menunjukan dimana cara menghitung
Duty Cycle dan PWM pada Buck Boost Converter dan dengan data yang diperoleh
pada tabel diatas ini membuktikan tingkat error yang lumayan rendah yaitu 7 %,
jadi ini menunjukan nilai duty cycle di arduino ini sangat penting untuk rangkain
buck boost converter. Keseluruhan pada Tabel (4.9) yang kemudian
dipresentasikan kedalam grafik pada gambar 4.35 sebagai berikut.
63
Gambar 4. 32 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 24V
dan tegangan masukan 12 Volt
Gambar 4.35 menunjukan grafik mempunyai tingkat error yang lumayan
rendah. Ini menunjukan PWM sudah sesuai dengan target yang diharapkan.
Pengujian 4 data diambil menggunakan trial and error dengan kondisi set
point awal tegangan pada Buck Boost Converter adalah 9 Volt dengan Kp = 6, Ki
= 1 dan Kd = 1.37.
Gambar 4. 33 Parameter Kp 6, Ki 1, Kd 1.37 dengan set point 9 Volt
64
Gambar 4. 34 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 9 volt
dan Vin 4 Volt
Tabel 4. 23 Pengujian 3 kontrol PID dengan set point 12 Volt (Boost)
No Kp Ki Kd D PWM SP
(Volt)
Vin
(Volt)
Vout
(Volt)
Kete-
rangan
Error
(%)
1 6 1 1.37 0.66 168.3 9 4.58 9.59 Boost 6.4
2 6 1 1.37 0.66 168.3 9 4.61 9.44 Boost 4.8
3 6 1 1.37 0.66 168.3 9 4.61 9.22 Boost 2.4
4 6 1 1.37 0.66 168.3 9 4.63 8.92 Boost 0.88
5 6 1 1.37 0.66 168.3 9 4.61 7.34 Boost 17.4
6 6 1 1.37 0.66 168.3 9 4.61 8.21 Boost 8.7
7 6 1 1.37 0.66 168.3 9 4.61 9.59 Boost 6.4
Rata-rata error 6.7
Keterangan :
Vin : Tegangan masuk buck boost converter (V)
SP : Setpoint buck boost converter (V)
Vout : Tegangan keluar buck boost converter (V)
Pada Tabel 4.8 dalam perhitungan ini mengambil contoh 2 sample dalam
persamaan (4.4) sebagai berikut :
65
D =
=0.66
PWM = D x 255
= 0.66 x 255
= 168.3
Error% =
x100%
= 6.4%
D =
=0.65
PWM = D x 255
= 0.65 x 255
= 165.75
Error% =
x100% = 4.8%
(4.4)
Pada perhitungan (4.4) ini sudah menunjukan dimana cara menghitung
Duty Cycle dan PWM pada Buck Boost Converter dan dengan data yang diperoleh
pada tabel diatas ini membuktikan tingkat error yang lumayan rendah yaitu 6.7 %,
jadi ini menunjukan nilai duty cycle di arduino ini sangat penting untuk rangkain
buck boost converter. Keseluruhan pada Tabel (4.10) yang kemudian
dipresentasikan kedalam grafik pada gambar 4.38 sebagai berikut.
66
Gambar 4. 35 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 9V dan
tegangan masukan 5 Volt
Gambar 4.38 menunjukan grafik mempunyai tingkat error yang lumayan
rendah. Ini menunjukan PWM sudah sesuai dengan target yang diharapkan.
Pengujian 2 data diambil menggunakan trial and error dengan kondisi set
point awal tegangan pada Buck Boost Converter adalah 5 Volt dengan Kp = 3, Ki
= 0.6 dan Kd = 0.37.
Gambar 4. 36 Parameter Kp 3, Ki 0.6, Kd 0.37 dengan set point 5 Volt
67
Gambar 4. 37 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 5 volt
dan Vin 12 Volt
Tabel 4. 24 Pengujian 1 kontrol PID dengan set point 5 Volt (Buck)
No Kp Ki Kd D PWM SP
(Volt)
Vin
(Volt)
Vout
(Volt)
Kete-
Rangan
Error
1 3 0.6 0.37 0.29 73.95 5 12.14 5.02 Buck 0.4%
2 3 0.6 0.37 0.29 73.95 5 12.14 5.02 Buck 0.4%
3 3 0.6 0.37 0.29 73.95 5 12.14 4.95 Buck 1%
4 3 0.6 0.37 0.29 73.95 5 12.14 4.98 Buck 0.4%
5 3 0.6 0.37 0.29 73.95 5 12.12 4.98 Buck 0.4%
6 3 0.6 0.37 0.29 73.95 5 12.14 5.02 Buck 0.4%
7 3 0.6 0.37 0.29 73.95 5 12.14 5.06 Buck 1.2%
Rata-rata Error 0.6%
Keterangan :
Vin : Tegangan masuk buck boost converter (V)
SP : Setpoint buck boost converter (V)
Vout : Tegangan keluar buck boost converter (V)
Pada Tabel 4.11 dalam perhitungan ini mengambil contoh 2 sample dalam
persamaan (4.10) dan (4.11) sebagai berikut :
68
D =
=0.29
PWM = D x 255
= 0.28 x 255
= 73.95
Error% =
x100%
= 0.4%
D =
=0.29
PWM = D x 255
= 0.28 x 255
= 73.95
Error% =
x100% = 0.4%
(4.5)
Pada perhitungan (4.5) ini sudah menunjukan dimana cara menghitung
Duty Cycle dan PWM pada Buck Boost Converter dan dengan data yang diperoleh
pada tabel diatas ini membuktikan tingkat error yang rendah yaitu 0.6 %, jadi
nilai duty cycle di arduino ini sangat penting untuk rangkain buck boost converter.
Keseluruhan pada Tabel (4.11) yang kemudian dipresentasikan kedalam grafik
pada gambar 4.1 sebagai berikut.
69
Gambar 4. 38 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 5V dan
tegangan masukan 12 Volt
Gambar 4.41 menunjukan grafik mempunyai tingkat error yang rendah.
Ini menunjukan PWM sudah sesuai dengan target yang diharapkan.
Pengujian 2 data diambil menggunakan trial and error dengan kondisi set
point awal tegangan pada Buck Boost Converter adalah 9 Volt dengan Kp = 3, Ki
= 0.6 dan Kd = 0.37.
Gambar 4. 39 Parameter Kp3, Ki 0.6, Kd 0.37dengan set point 9 Volt
70
Gambar 4. 40 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 9 volt
dan Vin 24 Volt
Tabel 4. 25 Pengujian 2 kontrol PID dengan set point 9 Volt (Buck)
No Kp Ki Kd D PWM SP
(Volt)
Vin
(Volt)
Vout
(Volt)
Kete-
Rangan
Error
1 3 0.6 0.37 0.26 66.3 9 24.50 8.88 Buck 1.3%
2 3 0.6 0.37 0.26 66.3 9 24.50 8.99 Buck 0.1%
3 3 0.6 0.37 0.26 66.3 9 24.50 9.14 Buck 1.5%
4 3 0.6 0.37 0.26 66.3 9 24.47 9.22 Buck 2.4%
5 3 0.6 0.37 0.26 66.3 9 24.47 9.14 Buck 1.5%
6 3 0.6 0.37 0.26 66.3 9 24.50 9.18 Buck 1.5%
7 3 0.6 0.37 0.26 66.3 9 24.50 8.99 Buck 0.1%
Rata-rata error 1.2%
Keterangan :
Vin : Tegangan masuk buck boost converter (V)
SP : Setpoint buck boost converter (V)
Vout : Tegangan keluar buck boost converter (V)
Pada Tabel 4.12 dalam perhitungan ini mengambil contoh 2 sample dalam
persamaan (4.6) sebagai berikut :
71
D =
=0.26
PWM = D x 255
= 0.26 x 255
= 66.3
Error% =
x100%
= 1.3%
D =
=0.26
PWM = D x 255
= 0.26 x 255
= 66.3
Error% =
x100% = 1.5%
(4.6)
Pada perhitungan (4.6) ini sudah menunjukan dimana cara menghitung
Duty Cycle dan PWM pada Buck Boost Converter dan dengan data yang diperoleh
pada tabel diatas ini membuktikan tingkat error yang rendah yaitu 1.2 %, bahkan
lebih kecil dari error sebelumnya ini menunjukan nilai duty cycle di arduino ini
sangat penting untuk rangkain buck boost converter. Keseluruhan pada Tabel
(4.12) yang kemudian dipresentasikan kedalam grafik pada gambar 4.44 sebagai
berikut.
72
Gambar 4. 41 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 9 Volt
dan tegangan masukan 24 Volt
Gambar 4.44 menunjukan grafik mempunyai tingkat error yang rendah.
Ini menunjukan PWM sudah sesuai dengan target yang diharapkan.
Pengujian 3 data diambil menggunakan trial and error dengan kondisi set
point awal tegangan pada Buck Boost Converter adalah 24 Volt dengan Kp = 3,
Ki = 0.6 dan Kd = 0.37.
Gambar 4. 42 Parameter Kp3, Ki 0.6, Kd 0.37dengan set point 24 Volt
73
Gambar 4. 43 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 24
volt dan Vin 12 Volt
Tabel 4. 26 Pengujian 3 kontrol PID dengan set point 24 Volt (Boost)
No Kp Ki Kd D PWM SP
(Volt)
Vin
(Volt)
Vout
(Volt)
Kete-
Rangan
Error
1 3 0.6 0.37 0.66 168.3 24 12.09 24.43 Boost 1.7%
2 3 0.6 0.37 0.66 168.3 24 12.06 24.58 Boost 2.4%
3 3 0.6 0.37 0.66 168.3 24 12.09 24.06 Boost 0.25%
4 3 0.6 0.37 0.66 168.3 24 12.12 23.34 Boost 2.7
5 3 0.6 0.37 0.66 168.3 24 12.06 23.01 Boost 4.1%
6 3 0.6 0.37 0.66 168.3 24 12.06 23.16 Boost 3.5%
7 3 0.6 0.37 0.66 168.3 24 12.12 24.66 Boost 2.7%
Rata-rata error 2.4%
Keterangan :
Vin : Tegangan masuk buck boost converter (V)
SP : Setpoint buck boost converter (V)
Vout : Tegangan keluar buck boost converter (V)
Pada Tabel 4.13 dalam perhitungan ini mengambil contoh 2 sample dalam
persamaan (4.7) sebagai berikut :
74
D =
=0.66
PWM = D x 255
= 0.66 x 255
= 168.3
Error% =
x100%
= 1.7%
D =
=0.26
PWM = D x 255
= 0.66 x 255
= 168.3
Error% =
x100% = 0.25%
(4.7)
Pada perhitungan (4.7) ini sudah menunjukan dimana cara menghitung
Duty Cycle dan PWM pada Buck Boost Converter dan dengan data yang diperoleh
pada tabel diatas ini membuktikan tingkat error yang lumayan rendah yaitu 2.4 %,
jadi ini menunjukan nilai duty cycle di arduino ini sangat penting untuk rangkain
buck boost converter. Keseluruhan pada Tabel (4.13) yang kemudian
dipresentasikan kedalam grafik pada gambar 4.47 sebagai berikut.
75
Gambar 4. 44 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 24V
dan tegangan masukan 12 Volt
Gambar 4.47 menunjukan grafik mempunyai tingkat error yang lumayan
rendah. Ini menunjukan PWM sudah sesuai dengan target yang diharapkan.
Pengujian 4 data diambil menggunakan trial and error dengan kondisi set
point awal tegangan pada Buck Boost Converter adalah 9 Volt dengan Kp = 3, Ki
= 0.6 dan Kd = 0.37.
Gambar 4. 45 Parameter Kp3, Ki 0.6, Kd 0.37 dengan set point 9 Volt
76
Gambar 4. 46 Nilai Set point, Vi, dan Vout pada mikrokontroler dengan SP 9 volt
dan Vin 4 Volt
Tabel 4. 27 Pengujian 3 kontrol PID dengan set point 12 Volt (Boost)
No Kp Ki Kd D PWM SP
(Volt)
Vin
(Volt)
Vout
(Volt)
Kete-
rangan
Error
(%)
1 3 0.6 0.37 0.66 168.3 9 4.61 9.59 Boost 6.5
2 3 0.6 0.37 0.66 168.3 9 4.63 9.44 Boost 4.8
3 3 0.6 0.37 0.66 168.3 9 4.63 9.22 Boost 2.4
4 3 0.6 0.37 0.66 168.3 9 4.63 8.92 Boost 0.88
5 3 0.6 0.37 0.66 168.3 9 4.63 7.42 Boost 16.0
6 3 0.6 0.37 0.66 168.3 9 4.63 8.24 Boost 8.3
7 3 0.6 0.37 0.66 168.3 9 4.61 9.59 Boost 6.1
Rata-rata error 6.4
Keterangan :
Vin : Tegangan masuk buck boost converter (V)
SP : Setpoint buck boost converter (V)
Vout : Tegangan keluar buck boost converter (V)
Pada Tabel 4.14 dalam perhitungan ini mengambil contoh 2 sample dalam
persamaan (4.8) sebagai berikut :
77
D =
=0.66
PWM = D x 255
= 0.66 x 255
= 168.3
Error% =
x100%
= 8.2%
D =
=0.66
PWM = D x 255
= 0.66 x 255
= 168.3
Error% =
x100% = 4.8%
(4.8)
Pada perhitungan (4.8) ini sudah menunjukan dimana cara menghitung
Duty Cycle dan PWM pada Buck Boost Converter dan dengan data yang diperoleh
pada tabel diatas ini membuktikan tingkat error yang lumayan rendah yaitu 6.4%,
jadi ini menunjukan nilai duty cycle di arduino ini sangat penting untuk rangkain
buck boost converter. Keseluruhan pada Tabel (4.14) yang kemudian
dipresentasikan kedalam grafik pada gambar 4.50 sebagai berikut.
78
Gambar 4. 47 Grafik hasil keluaran buck boost converter dengan setpoint 9V dan
tegangan masukan 5 Volt
Gambar 4.50 menunjukan grafik mempunyai tingkat error yang lumayan
rendah. Ini menunjukan PWM sudah sesuai dengan target yang diharapkan.
Dari percobaan PID diatas dengan input Kp, Ki, dan Kd berbeda serta
kondisi Buck dan Boost masing-masing 2 percobaan maka didapatkan
perbandingan error sebagai berikut :
Tabel 4. 28 Hasil error dengan nilai Kp=6, Ki=1, dan Kd=1.37
No SP (Volt) Vin (Volt) Vout (Volt) Kondisi Error (%)
1 5 12.31 5.02 Buck 2.4
2 9 24.65 9.26 Buck 1.9
3 24 12.2 23.05 Boost 7
4 12 4.6 9.59 Boost 6.7
Rata-rata error 4.5
79
Tabel 4. 29 Hasil error dengan nilai Kp=3, Ki=0.6, dan Kd=0.37
No SP (Volt) Vin (Volt) Vout (Volt) Kondisi Error (%)
1 5 12.1 5.02 Buck 0.6
2 9 24.50 9.14 Buck 1.2
3 24 12.09 24.02 Boost 2.4
4 12 4.6 9.40 Boost 6.4
Rata-rata error 2.65
Dengan mengacu pada percobaan diatas maka dapat disimpulkan bahwa
nilai Kp, Ki, dan Kd yang efektif untuk sistem Buck Boost Converter dengan
respon error yang mendekati nilai nol adalah Kp=3, Ki=0.6, Kd=0.37 dengan nilai
error yaitu 2.65%.
4.6.1 Pengujian Waktu Transisi Buck Boost Converter menuju Setting Point
Pada pengujian ini akan melakukan percobaan 3 transisi dari tegangan awal
menuju tegangan setting point dan sebagai pembanding penulis menggunakan
Buck Boost Converter yang banyak dijual di pasar elektronik dengan Buck Boost
Converter yang didesain dengan metode PID :
Tabel 4. 30 Pengujian Transisi Waktu Buck Boost Converter dengan PID
No Setting Point
(Volt)
Vin
(Volt)
Kondisi Vout (Volt) Keterangan
Waktu
(Detik) Awal Akhir
1 12 4.69 1.46 12.13 Boost 4.8
2 24 12.20 3.22 24.15 Boost 8.5
3 12 24.72 6.63 12.67 Buck 4.5
Rata-rata 5.9
80
Tabel 4. 31 Pengujian Transisi Waktu Buck Boost Converter Manual
No Setting Point
(Volt)
Vin
(Volt)
Kondisi Vout (Volt) Keterangan
Waktu
(Detik) Awal Akhir
1 12 4.69 1.28 12.22 Boost 32
2 24 12.20 3.12 24.3 Boost 51.5
3 12 24.72 6.1 12.4 Buck 10.8
Rata-rata 94.3
Dari hasil pengujian tabel diatas antara Buck Boost Converter yang banyak
dijual di pasar elektronik dengan Buck Boost Converter yang didesain dengan
metode PID, Buck Boost Converter yang didesain dengan metode PID
mempunyai waktu yang lebih efektif dari pada Buck Boost Converter yang
terdapat dipasar elektronik yang menggunakan cara manual untuk setting
tegangan keluarannya, untuk Buck Boost Converter yang menggunakan metode
PID mempunya waktu rata-rata transisi yaitu 5.9 detik sedangkan Buck Boost
Converter yang manual mempunyai rata-rata waktu yaitu 94.3 detik. Dari hasil
tersebut ini menunjukan respon yang sangat baik dari Buck Boost Converter yang
sudah didesain dengan metode PID.
81
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini merupakan tahapan akhir pada tugas akhir, tahapan ini berisi
tentang kesimpulan dan saran dari penelitian tentang sistem “Rancang Bangun
Auto Buck Boost Converter Menggunakan Metode PID” yang telah di lakukan
dalam topik tugas akhir ini.
5.1 Kesimpulan
Dari pengujian yang telah dilakukan, hasil penelitian ini dapat disimpulkan
bahwa :
1. Pada proses pengujian dengan 4 macam beban sistem Buck Boost Converter
menggunakan metode PID berjalan baik dengan error 2.65% dikarenakan
perhitungan untuk nilai RLC nya hanya digunakan untuk nilai 1 set point
atau beban, sedangkan pada tugas akhir ini menggunakan 4 macam set point
atau beban,
2. Buck Boost Converter dapat mengeluarkan nilai tegangan maksimal yaitu 24
Volt sesuai beban maksimal, jika nilai yang dihasilkan melebihi nilai
maksimal maka resistor pada Buck Boost Converter akan panas dan jika
nilai duty cylce 0.5 maka nilai PWM 128 dan jika nilai duty cylce 1 nilai
PWM adalah 255.
3. Pada sistem ini waktu yang digunakan untuk mencapai nilai set point lebih
efektif dengan waktu transisi 5.9 detik, ini menunjukan respon yang sangat
baik dari Buck Boost Converter dengan desain Metode PID dibandinkan
dengan pengaturan manual Buck Boost Converter pada umunya yang dijual
dipasaran.
5.2 Saran
1. Pada tugas akhir ini perancangan alat atau mekanik dan wiring lebih
diperhatikan lagi agar terlihat rapi.
82
2. Pada sistem Buck Boost Converter ini nilai Kp, Ki, dan Kd kurang
maksimal dengan metode PID trial and error sehingga membuat nilai
tegangan yang dihasilkan kadang tidak stabil.
3. Pada sistem Buck Boost Converter ini mempunyai kendala jaringan internet
yang digunakan untuk melakukan set point harus dalam satu jangkauan
server wifi yang sama antara sistem dengan user.
83
DAFTAR PUSTAKA
Agustina, Sri dan Nalaprana Nugroho.(2015). Analisa Motor DC (Direct Current)
Sebagai Penggerak Mobil Listrik. Universitas Sriwijaya. Palembang.
Curtis D. Johnson.(2000). Process Control Instrumentation Technology, Prentice
Hall, New Jersey.
Davidk.(2017). Pengenalan Android Studio. URL :
https://teknologimodern.com/mengenal-apa-itu-android-studio/. [Accesed
23 Desember 2018].
Duong, M. Q., Nguyen, V. T., Sava, G. N., Scripcariu, M., & Mussetta, M.
(2018). Design and Simulation of PI-Type Control for the Buck Boost
Converter. Proceedings of 8th International Conference on Energy and
Environment: Energy Saved Today Is Asset for Future, CIEM 2017,
2017(11), 79–82. https://doi.org/10.1109/CIEM.2017.8120769
Fachri, Rizal.(2016). Arduino Mengukur Tegangan Dengan Modul Sensor
Tegangan. URL:http://electricityofdream.com/2016/09/tutorial-mengukur-
tegangan-dengan-modul.html. Diakses pada 23 Desember 2018.
Ferdiansyah, Fendy.(2018). Teori Kontrol PID (Proportional-Integral-
Derivative). URL:
http://www.academia.edu/9928544/Teori_Kontrol_PID_Proportional_Integr
al_Derivative. Diakses pada 24 Desember 2018.
Ilearning Media.(2015). Pengertian Arduino UNO. [Online]. URL:
https://ilearning.me/sample-page-162/arduino/pengertian-arduino-uno/.
[Accessed 23 Desember 2018].
Desember 2018.
84
Mochamad, H. S. (2010). Rancang bangun buck boost konverter. Depok:
Universitas Indonesia.
Teknik Elektronika.(2018). Pengertian Boost Converter dan Prinsip Kerjanya.
URL:
https://teknikelektronika.com/pengertian-buckboostconverter-prinsip-kerja-
power-inverter/. Diakses pada 24 Desember 2018.
Segara, P. B. (2015). Desain Dan Implementasi Sistem Monitoring Dan
Manajemen Baterai Mobil Listrik Design and Implementation of Electric Car
Battery, 2(2), 1909–1916.
Saputro, Tedi Tri.(2017). Mengenal NodeMCU:Penemuan pertama.URL:
https://embeddednesia.com/v1/tutorial-nodemcu-pertemuan-pertama/.
Diakses pada 23 Desember 2018
Sinauarduino.(2016). Mengenal Arduino Software (IDE).
URL:https://www.sinauarduino.com/artikel/mengenal-arduino-software-ide/
Diakses pada 23 Desember 2018.
Sitepu, Jimmy.(2018). Macam-macam Arus Pada Rangkaian
Elektronik. URL: https://mikroavr.com/macam-macam-arus/. Diakses pada
23 Desember 2018.
85
RIWAYAT PENULIS
Nama Lengkap : Feru Insan Putrama Ramadhan
Tempat ,Tanggal Lahir : Jombang, 20 Januari 1997
Alamat Asal : Ds Wuluh, Kec Kesamben, Kab Jombang
Alamat di Surabaya : Jl. Keputih Gg. Makam Blok E No.18
Sukolilo Surabaya
Telp/HP : 085655077997
Email : [email protected]
Penulis telah mengikuti Pendidikan formal mulai dari :
1. SDN Wuluh 1
2. SMPN 1 Kesamben Jombang
3. SMKN 1 Gedeg Mojokerto
Selanjutnya pada tahun 2015 penulis mengikuti PMDK-1 di
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya (PPNS) terdaftar sebagai
mahasiswa program studi Teknik Otomasi dengan NRP. 0915040050.
Pada tahun 2019 penulis menyelesaikan Tugas Akhir sebagai syarat
kelulusan mahasiswa PPNS dengan judul “RANCANG BANGUN
AUTO ADJUSMENT BUCK BOOST CONVERTER
MENGGUNAKAN METODE PID”
86
Halaman ini sengaja dikosongkan
87
LAMPIRAN
LAMPIRAN PROGRAM ARDUINO
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#define kp 3
#define ki 0.6
#define kd 0.37
#define ts 10
#define in_pin A1
#define out_pin A0
#define pwm_pin 3
LiquidCrystal_I2C lcd (0x27, 16, 2);
int sp_teg= 5;
int duty;
int last_errorki,last_errorka,last_errordp,error;
int relayPin1 = 6; //This is the Arduino Pin that will control Relay #1
int relayPin2 = 7; //This is the Arduino Pin that will control Relay #2
int relayPin3 = 8; //This is the Arduino Pin that will control Relay #3
int relayPin4 = 9; //This is t
void setup()
lcd.init(); // initialize the lcd
88
lcd.init();
// Print a message to the LCD.
lcd.backlight();
//lcd.begin();
//lcd.clear();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("BUCK BOOST CONV ");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("BASE ON PID");
pinMode(pwm_pin,OUTPUT);
pinMode(relayPin1, OUTPUT);
pinMode(relayPin2, OUTPUT);
pinMode(relayPin3, OUTPUT);
pinMode(relayPin4, OUTPUT);
Serial.begin(115200);
analogWrite(pwm_pin,50);
delay(20);
lcd.clear();
int x=128;
int cc;
89
void loop()
while(Serial.available()>0)
sp_teg = Serial.readStringUntil('\n').toInt();
//sp_teg=Serial.parseInt();
double teg_in = get_in(in_pin);
double teg_out= get_out(out_pin);
error=sp_teg-teg_out;
double out_pid=(kp*error)+((ki/ts)*(error+last_errorki))+((kd/ts)*(error-
last_errorki));
duty=128+out_pid;
if (duty<1)duty=0.5;
else if (duty>128)duty=255;
//=============================================
if (teg_out>sp_teg && teg_in > 0 )//ganti
x-= 5;
if (x<50)x=50;
if (x>255)x=255;
90
analogWrite(pwm_pin,x);
else if (teg_out<sp_teg && teg_in > 0 )
x+= 5;
if (x>50)x>50;
if (x>254)x=254;
analogWrite(pwm_pin,x);
//==========================================
if (teg_out >= 5 && teg_out < 6)
digitalWrite(relayPin1, LOW);
digitalWrite(relayPin2, HIGH);
digitalWrite(relayPin3, HIGH);
digitalWrite(relayPin4, HIGH);
//delay(500);
else if (teg_out >= 9 && teg_out < 10)
digitalWrite(relayPin2, LOW);
digitalWrite(relayPin1, HIGH);
digitalWrite(relayPin3, HIGH);
digitalWrite(relayPin4, HIGH);
//delay(500);
91
else if (teg_out >= 12 && teg_out < 13)
digitalWrite(relayPin3, LOW);
digitalWrite(relayPin2, HIGH);
digitalWrite(relayPin1, HIGH);
digitalWrite(relayPin4, HIGH);
//delay(500);
else if (teg_out >= 24 && teg_out < 25)
digitalWrite(relayPin4, LOW);
digitalWrite(relayPin2, HIGH);
digitalWrite(relayPin3, HIGH);
digitalWrite(relayPin1, HIGH);
//delay(500);
else
digitalWrite(relayPin4, HIGH);
digitalWrite(relayPin2, HIGH);
digitalWrite(relayPin3, HIGH);
digitalWrite(relayPin1, HIGH);
//delay(500);
92
last_errorki = error;
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Kp"+String(kp)+" Ki"+ String(ki)+" Kd"+String(kd))+" ";
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("S");
lcd.print(sp_teg);
lcd.print(" I");
lcd.print(teg_in);
lcd.print(" O");
lcd.print(teg_out);
lcd.print(" ");
Serial.println("SP:"+String(sp_teg)+" Vin:"+String(teg_in)+"
Vout:"+String(teg_out));
93
LAMPIRAN PROGRAM WEMOS D1 R1
#include <FirebaseArduino.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#define WIFI_SSID "insan"
#define WIFI_PASSWORD "alhamdulillah"
//this firebase project was deleted
//you'll need to enter your own firebase info
#define FIREBASE_HOST "planpabrikbotol.firebaseio.com"
#define FIREBASE_AUTH
"G7IvcqcqXH1LdMpqsXZjZKo0kB3VLtEg4F7c1xTS"
int lastVoltage = 0;
int voltage = 0;
void setup()
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(115200);
WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
Serial.print("connecting");
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
94
Serial.print(".");
delay(500);
Serial.println();
Serial.print("connected: ");
Serial.println(WiFi.localIP());
Firebase.begin(FIREBASE_HOST, FIREBASE_AUTH);
void loop()
// put your main code here, to run repeatedly:
voltage = Firebase.getInt("voltage");
if(voltage != lastVoltage)
Serial.println(voltage);
lastVoltage = voltage;
95
1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23,25,27,29,31,33,35,37,39,
41,43,45,47,49,51,53,55,57,59,61,63,65,67,69,71,73,75,7
7,79,81,83,85,87,89,91,93,95,97,99,101,103,105,107,109
2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24,26,28,30,32,34,36,38,40
,42,44,46,48,50,52,54,56,58,60,62,64,66,68,70,72,74,76,
78,80,82,84,86,88,90,92,94,96,98,100,102,104,106,108,1
10