Upload
dinhnga
View
280
Download
11
Embed Size (px)
Citation preview
SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN
PID CONTROLLER PADA EXCAVATOR
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Mencapai Gelar Strata Satu
Program Studi Informatika
Disusun Oleh:
ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI
M0512018
PROGRAM STUDI INFORMATIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
i
SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN
PID CONTROLLER PADA EXCAVATOR
HALAMAN JUDUL
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Mencapai Gelar Strata Satu
Program Studi Informatika
Disusun Oleh:
ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI
M0512018
PROGRAM STUDI INFORMATIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
ii
SKRIPSI
HALAMAN PERSETUJUAN
SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN
PID CONTROLLER PADA EXCAVATOR
Disusun oleh:
ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI
M0512018
Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Dewan Penguji
pada tanggal 20 Juli 2016
Pembimbing I
Drs. Sarngadi Palgunadi Yohanes M.Sc
NIP. 195604071983011004
Pembimbing II
Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc., Ph.D.
NIP. 196211301991031002
iii
‘’SKRIPSI
HALAMAN PENGESAHAN
SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN
PID CONTROLLER PADA EXCAVATOR
HALAMAN PENGESAHAN
Disusun oleh:
ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI
M0512018
Telah dipertahankan di hadapan Dewan Penguji
pada tanggal 20 Juli 2016
Susunan Dewan Penguji
1. Drs. Sarngadi Palgunadi Yohanes M.Sc
NIP. 195604071983011004 ( )
2. Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc.,Ph.D.
NIP. 196211301991031002
( )
3. Ristu Saptono, S.Si., M.T.
NIP. 197902102002121001
( )
4. Dr. Wiranto, M.Cs.
NIP. 196612301993021001
( )
Disahkan oleh
Kepala Program Studi Informatika
Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc., Ph.D.
NIP. 196211301991031002
iv
MOTTO
“Patience”
v
PERSEMBAHAN
Untuk Ayah dan Ibu, saudara-saudaraku,
dan untukmu, Rio Pahlevy Ridlo Yudha Bhakti
vi
SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN
PID CONTROLLER PADA EXCAVATOR
ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI
Program Studi Informatika. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
System control hidrolik telah diaplikasikan dalam berbagai alat, salah
satunya adalah excavator. Parameter kinerja system yang berubah pada kehidupan
sehari-hari menyebabkan respon system juga akan berubah. Perubahan respon
dapat menjadi pengaruh yang buruk bagi kondisi perangkat system. Salah satu
cara untuk mengetahui respon system ketika parameter berubah adalah dengan
memodelkan kemudian mensimulasikan model tersebut.
Model matematis yang berasal dari penelitian sebelumnya mengalami
getaran saat dalam posisi menggali sehingga memerlukan penyesuaian untuk
memperbaiki respon system. Penelitian ini akan melakukan perbaikan respon
model matematis dari system control hidrolik excavator yang berasal dari
penelitian sebelumnya. Perbaikan dilakukan dengan menambahkan P controller,
PD controller, dan PID controller pada model matematis. Hasil simulasi akan
dibandingkan dan didapatkan controller yang paling baik untuk system. Hasil
simulasi model matematis menunjukkan bahwa respon model tidak dapat
diperbaiki dengan controller yang diusulkan.
Kata kunci: Excavator, PID controller, Simulasi, System Control
vii
SIMULATION OF HYDRAULIC CONTROL SYSTEM WITH PID
CONTROLLER ON EXCAVATOR
ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI
Department of Informatic. Mathematic and Science Faculty.
Sebelas Maret University
ABSTRACT
Hydraulic control system has been applied in various tools, one of these
is an excavator. Changing system parameters on daily life caused change in
system response. Changes in response can be a bad influence for the system
condition. The system response can be evaluated by modelling the system then
simulating the model.
A mathematical model derived from previous research sustains vibration
in a digging position so that it requires adjustments to improve the system
response. This study will improve the response through the mathematical model
of the hydraulic excavator control system. Improvements carried out by adding a
P controller, a PD controller, and a PID controller on the mathematical model.
The simulation results will be compared so that the best controller for the system
will be obtained. The simulation results show that the response can not be
improved with the proposed controller.
Keywords: Control System, Excavator, PID controller, Simulation,
viii
KATA PENGANTAR
Segala puji penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala yang
telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis mampu
menyelesaikan skripsi dengan judul Simulasi Sistem Kontrol Hidrolik dengan PID
Controller pada Excavator. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua
pihak yang telah memberikan bantuan, bimbingan, dan motivasi, terutama kepada:
1. Bapak Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc.(Hons), Ph.D. selaku dekan
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret.
2. Bapak Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc., Ph.D. selaku Kepala Program Studi
Informatika dan Dosen Pembimbing II atas saran, masukan, dan koreksinya
selama proses penyelesaian skripsi.
3. Bapak Drs. Sarngadi Palgunadi Yohanes M.Sc selaku Dosen Pembimbing I
dan Dosen Pembimbing Akademik atas bimbingan, masukan, dan koreksinya
selama proses penyelesaian skripsi dan selama masa studi di Informatika.
4. Bapak dan Ibu dosen serta karyawan program studi Informatika yang telah
memberikan ilmu dan membantu penyusunan skripsi.
5. Bapak dan Ibu yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan moral dan
material pada penulis.
6. Rio Pahlevy Ridlo Yudha Bhakti yang senantiasa mendampingi dan menjadi
semangat penulis untuk menyelesaikan skripsi ini
7. Teman-teman Informatika 2012 yang selalu membantu, memotivasi, dan
menemani dalam suka maupun duka.
8. Semua pihak yang telah membantu penyusunan skripsi.
Penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi
semua pihak.
Surakarta, Juli 2016
Ersinta Elfandari H.K.W
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................................ ii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii
MOTTO ................................................................................................................. iv
PERSEMBAHAN ................................................................................................... v
ABSTRAK ............................................................................................................. vi
ABSTRACT .......................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................... 3
1.6 Sistematika Penulisan ............................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 5
2.1 Landasan Teori ......................................................................................... 5
2.1.1 Pemodelan dan Simulasi ................................................................... 5
2.1.1.1 Pemodelan .................................................................................. 5
2.1.1.2 Simulasi ..................................................................................... 5
2.1.2 Sistem Kontrol .................................................................................. 8
2.1.2.1 Sistem Kontrol Hidrolik........................................................... 10
2.1.2.2 Excavator ................................................................................. 11
2.1.2.3 PID Controller.......................................................................... 11
2.1.3 Transformasi Laplace ...................................................................... 15
x
2.2 Penelitian Terkait ................................................................................... 16
2.3 Kerangka Pemikiran ............................................................................... 19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.............................................................. 20
3.1 Pemilihan Model .................................................................................... 20
3.2 Setting Parameter ................................................................................... 20
3.3 Implementasi Model ............................................................................... 21
3.3.1 Error Steady State ........................................................................... 22
3.3.2 Maximum Overshoot ...................................................................... 23
3.3.3 Settling Time ................................................................................... 23
3.3.4 Rise Time ........................................................................................ 24
3.4 Simulasi .................................................................................................. 25
3.4.1 Open Loop System .......................................................................... 25
3.4.2 Penambahan P Controller pada Open Loop System ....................... 26
3.4.3 Penambahan PI Controller pada Open Loop System ...................... 26
3.4.4 Penambahan PD Controller pada Open Loop System .................... 26
3.4.5 Penambahan PID Controller pada Open Loop System ................... 27
3.4.6 Closed Loop System ....................................................................... 27
3.5 Analisa Hasil .......................................................................................... 27
BAB IV PEMBAHASAN ..................................................................................... 28
4.1 Pemilihan Model .................................................................................... 28
4.2 Setting Parameter ................................................................................... 28
4.3 Implemetasi Model ................................................................................. 28
4.3.1 Error Steady State ........................................................................... 30
4.3.2 Maximum Overshoot ...................................................................... 30
4.3.3 Settling Time ................................................................................... 31
4.3.4 Rise Time ........................................................................................ 31
4.4 Simulasi .................................................................................................. 32
4.4.1 Open Loop System .......................................................................... 32
4.4.2 Closed Loop System ....................................................................... 33
4.4.3 Penambahan P Controller pada Open Loop System ....................... 34
4.4.4 Penambahan PI controller pada Open Loop System ....................... 35
xi
4.4.5 Penambahan PD controller pada Open Loop System ..................... 35
4.4.6 Penambahan PID Controller pada Open Loop System ................... 37
4.5 Analisa Hasil .......................................................................................... 37
BAB V PENUTUP ................................................................................................ 40
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 40
5.2 Saran ....................................................................................................... 40
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 41
LAMPIRAN .......................................................................................................... 42
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Operasi transformasi Laplace (Schiff, 2013) ........................................ 16
Tabel 2.2 Penelitian terkait ................................................................................... 18
Tabel 2.3 Kerangka pemikiran .............................................................................. 19
Tabel 4.1 Hasil evaluasi fungsi invers system control open-loop tanpa controller
............................................................................................................................... 29
Tabel 4.2 Nilai maksimum evaluasi fungsi ........................................................... 31
Tabel 4.3 Nilai settling time .................................................................................. 31
Tabel 4.4 Respon mulai mencapai nilai 0.1 .......................................................... 32
Tabel 4.5 Respon mulai mencapai 0.9 .................................................................. 32
Tabel 4.6 Respon system dengan nilai yang berbeda-beda ............................ 38
Tabel 4.7 Respon system dengan nilai dan yang berbeda-beda .............. 39
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Analisa respon system (Ogata, 2010) .................................................. 6
Gambar 2.2 Respon stabil ....................................................................................... 7
Gambar 2.3 Respon cukup stabil ............................................................................ 7
Gambar 2.4 Respon tidak stabil .............................................................................. 8
Gambar 2.5 Skema open loop control system (Dorf dan Bishop, 2011) ................ 8
Gambar 2.6 Skema closed loop control system (Dorf dan Bishop, 2011) .............. 8
Gambar 2.7 Diagram blok system control open-loop ............................................. 9
Gambar 2.8 Diagram blok sistem kontrol open-loop dengan controller ................ 9
Gambar 2.9 Diagram blok sistem kontrol closed-loop ........................................... 9
Gambar 2.10 Diagram blok sistem kontrol closed-loop dengan controller .......... 10
Gambar 2.11 Skema excavator hidrolik (Alaydi, 2009) ....................................... 11
Gambar 2.12 Diagram blok controller proportional ............................................. 12
Gambar 2.13 Diagram blok controller integral ..................................................... 12
Gambar 2.14 Diagram blok controller derivative ................................................. 13
Gambar 3.1 Posisi extreme excavator saat menggali (Alaydi, 2008) ................... 20
Gambar 3.2 Implementasi model .......................................................................... 22
Gambar 3.3 Error steady state pada respon ........................................................... 22
Gambar 3.4 Pseudo code error steady state .......................................................... 22
Gambar 3.5 Maximum overshoot pada respon ..................................................... 23
Gambar 3.6 Pseudo code maximum overshoot ..................................................... 23
Gambar 3.7 Settling time pada respon .................................................................. 24
Gambar 3.8 Pseudo code settling time .................................................................. 24
Gambar 3.9 Rise time pada respon ....................................................................... 24
Gambar 3.10 Pseudo code rise time ...................................................................... 25
Gambar 4.1 Tampilan awal implementasi program .............................................. 29
Gambar 4.2 Plot fungsi dan analisa fungsi............................................................ 30
Gambar 4.3 Respon dari system yang bersifat open-loop tanpa controller .......... 33
Gambar 4.4 Respon system closed-loop memiliki komponen imajiner ............... 33
Gambar 4.5 Respon system dengan nilai = 0.5 ............................................... 34
xiv
Gambar 4.6 Respon system dengan = 1 dan = 0.5 ..................................... 35
Gambar 4.7 Respon system dengan = 1 dan = 0.5 .................................... 36
Gambar 4.8 Respon system dengan = 1 dan = 0.0005 .............................. 36
Gambar 4.9 Respon system dengan = 1, = 0.0004, dan = 0.007 ......... 37
xv
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A: HASIL SIMULASI .................................................................... 42
LAMPIRAN A: HASIL SIMULASI LANJUTAN .............................................. 43
LAMPIRAN B: SISTEM KONTROL OPEN LOOP ........................................... 44
LAMPIRAN C: SISTEM KONTROL OPEN LOOP DENGAN P
CONTROLLER .................................................................................................... 45
LAMPIRAN C: SISTEM KONTROL OPEN LOOP DENGAN P
CONTROLLER LANJUTAN .............................................................................. 46
LAMPIRAN D: SISTEM KONTROL OPEN LOOP DENGAN PI
CONTROLLER .................................................................................................... 47
LAMPIRAN E: SISTEM KONTROL OPEN LOOP DENGAN PD
CONTROLLER .................................................................................................... 48
LAMPIRAN E: SISTEM KONTROL OPEN LOOP DENGAN PD
CONTROLLER LANJUTAN .............................................................................. 49
LAMPIRAN F: SISTEM KONTROL OPEN LOOP DENGAN PID
CONTROLLER .................................................................................................... 50