Perancangan dan realisasi sistem kendali kontinyu & digital pada plant motor dan plant posisi dengan metode ziegler nichols menggunakan matlab dan arduino

Perancangan dan Realisasi Sistem Kendali Kontinyu &

Digital pada Plant Motor dan Plant Posisi dengan Metode

Ziegler-Nichols menggunakan Matlab dan Arduino

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan mata kuliah

Sistem Kendali Digital pada semester IV

DIPLOMA III PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA

Di Jurusan Teknik Elektro

Oleh:

ACHMAD VICKI ALAMSYAH

NIM : 131311032

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2015

ABSTRAK

Achmad Vicki Alamsyah: Sistem Kendali PID pada Modul Kendali Motor dan Posisi.

Laporan Akhir Praktikum Sistem Kendali Digital: Program D3 Teknik Elektronika.

Politeknik Negeri Bandung,2015.

Laporan praktikum ini bertujuan untuk melaporkan hasil penelitian desain kendali dengan

Arduino dan metoda Ziegler-Nichols Tipe 1 dan Tipe 2 menggunakan aplikasi perangkat

lunak Matlab / Simulink. Praktikum ini dibutuhkan untuk mendesain suatu plant agar dapat

mendapatkan kestabilan dengan melakukan tunning. Mendesain dengan menggunakan

metoda Ziegler-Nichols merupakan salah satu metode yang mudah dalam mendesain namun

dibutuhkan keterampilan dan ketelitian agar mendapatkan desain yang baik. Beberapa aspek

yang dapat diatasi dengan menggunakan metode ini adalah memperkecil nilai overshoot dan

rise time. Sistem kendali yang digunakan dalam hal ini adalah kendali motor dan kendali

posisi. .

Kata Kunci : Kendali Motor, Kendali Posisi, Arduino, Matlab, Ziegler-Nichols, overshoot, rise time.

i

ABSTRACT

Achmad Vicki Alamsyah: PID Control System on Motor Control Module and

Position Control Module. The final report of lab work System Control Digital:

D3 Electronics Engineering. Politeknik State of Bandung, 2015.

The lab report aims to report the results of investigation control design with

Arduino and Ziegler-Nichols method of Type 1 and Type 2 using software Matlab

/ Simulink. This Practice is needed to design a plant in order to gain stability with

undertake tunning. Designing using the Ziegler-Nichols method is one method

that is easy to design, but it takes skill and precision in order to get a good design.

Some aspects can be addressed by using this method is to reduce overshoot and

rise time value. Control system used in this case is the control motor and control

position.

Keyword : Control Motor, Control Position, Arduino, Matlab, Ziegler-Nichols, overshoot, rise time

ii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat serta karunia-Nya, sehingga diberikan kesempatan dalam

melaksanakan setiap kegiatan praktikum sistem kendali digital dan dapat

menyelesaikan laporan akhir praktikum ini hingga selesai dengan judul

“Perancangan dan Realisasi Sistem Kendali Kontinyu & Digital pada Plant

Motor dan Posisi dengan Metode Ziegler-Nichols menggunakan Matlab dan

Arduino”. Sholawat dan salam senantiasa tercurah limpahkan kepada Nabi Besar

Muhammad SAW.

Tujuan pembuatan laporan akhir praktikum ini sebagai salah tugas akhir

praktikum pada mata kuliah Sistem Kedali Digital pada semester IV di Program

Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri

Bandung.

Selama pelaksanaan pembuatan laporan, penulis banyak mendapatkan

bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan

banyak terima kasih kepada pihak – pihak berikut :

1. Kedua orang tua dan keluarga yang telah memberikan dukungan

moril maupun materil.

2. Bapak Feriyonika, S.T., MSc.Eng. selaku dosen pembimbing selama

pelaksanaan praktikum Sistem Kendali Digital yang telah

memberikan nasihat dan bimbingan yang sangat bermanfaat kepada

penulis dalam menyeleseikan laporan akhir ini.

3. Rekan-rekan kelas 2B yang selalu memberikan dukungan dan

semangat sehingga penulis termotivasi mengikuti praktikum ini.

4. Seluruh Pihak yang membantu dan mendukung yang tidak dapat

disebutkan satu persatu.

iii

Penulis berharap laporan akhir praktikum ini sesuai dengan yang diharapkan

serta bermanfaat baik untuk diri pribadi maupun pihak kampus. Namun penulis

menyadari dalam penyusunan laporan akhir ini masih jauh dari sempurna, masih

banyak kekurangan yang didasari keterbatasan penulis sendiri. Oleh karena itu,

penulis mohon maaf dan berharap adanya kritik serta saran dari semua pihak

yang dapat membangun demi terciptanya laporan akhir praktikum yang lebih

baik.

Akhir kata penulis berharap, laporan ini dapat memberikan manfaat

khususnya untuk penulis sendiri dan umumnya untuk pembaca guna dapat

membuat tulisan yang lebih baik lagi.

Bandung, Juli 2015

Penulis

iv

DAFTAR ISI

ABSTRAK................................................................................................................i

ABSTRACT.............................................................................................................ii

KATA PENGANTAR............................................................................................iii

DAFTAR ISI............................................................................................................v

DAFTAR GAMBAR.............................................................................................vii

DAFTAR TABEL...................................................................................................ix

BAB I PENDAHULUAN........................................................................................1

BAB II DASAR TEORI..........................................................................................2

2.1 PID Controller..........................................................................................2

2.1.1 Pengontrol Proporsional....................................................................3

2.1.2 Pengontrol Integral............................................................................4

2.1.3 Pengontrol Derivative........................................................................5

2.2 Metoda Tunning PID Ziegler Nichols.......................................................6

2.2.1 Metode ke-1 Ziegler-Nichols.............................................................7

2.2.2 Metode ke-2 Ziegler-Nichols.............................................................7

2.4 Cara Men-Tunning....................................................................................8

2.5 Matlab 2013.............................................................................................11

2.6 Arduino Uno............................................................................................12

BAB III METODELOGI PERANCANGAN........................................................13

3.1 Modul Sistem Pengendalian Motor.........................................................13

3.2 Modul Sistem Pengendalian Posisi.........................................................14

3.3 Spesifikasi Modul Sistem Pengendalian Motor......................................15

v

3.4 Spesifikasi Modul Sistem Pengendalian Posisi.......................................15

3.5 Diagram Blok..........................................................................................15

3.6 Alat dan Bahan yang digunakan..............................................................16

3.7 Perancangan dan Pengujian Perangkat Keras (Hardware).....................17

3.7.1 Modul Catu Daya (Power Supply)..................................................17

3.7.2 Modul Set Point (RVG)..................................................................17

3.7.3 Modul PID.......................................................................................18

3.7.4 Modul Penguat Daya (Power Amplifier)........................................19

3.7.5 Modul Motor Generator..................................................................19

3.7.6 Modul Kendali Posisi (LDM & ODT)............................................19

3.7.7 Multimeter.......................................................................................20

3.7.8 Arduino Uno...................................................................................20

3.8 Langkah Percobaan ( Metodologi Eksperimental )................................21

3.8.1 PID Sistem Pengendalian Motor dengan Simulink Matlab............21

3.8.2 PID Sistem Pengendalian Motor dengan Script Matlab.................24

3.8.3 PID Sistem Pengendalian Posisi dengan Simulink Matlab.............26

3.8.4 PID Sistem Pengendalian Motor dengan Script Arduino...............28

BAB IV DATA PENGUJIAN DAN ANALISA...................................................32

4.1 Data Pengujian.......................................................................................32

4.1.1 Desain Kendali Motor dengan ZN-Tipe 1.......................................32

4.1.2 Desain Kendali Posisi dengan ZN-Tipe 2........................................35

4.2 Analisa Hasil Percobaan..........................................................................38

4.2.1 Analisa Hasil Percobaan Desain Kendali Motor dengan ZN- Tipe 1....38

4.2.2 Analisa Hasil Percobaan Desain Kendali Motor dengan Script Matlab39

4.2.3 Analisa Hasil Percobaan Desain Kendali Posisi dengan ZN- Tipe 2....41

vi

4.2.4 Analisa Hasil Percobaan Desain Kendali Motor dengan Script Arduino

..........................................................................................................42

BAB V....................................................................................................................45

KESIMPULAN DAN SARAN..............................................................................45

5.1 Kesimpulan..............................................................................................45

5.2 Saran........................................................................................................45

DAFTAR PUSTAKA............................................................................................46

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Blok Diagram Kontroler PID Analog..................................................2

Gambar 2.2 Diagram blok kontroler proporsional..................................................3

Gambar 2.3 Proportional band dari pengontrol proporsional tergantung pada

penguatan.................................................................................................................4

Gambar 2.4 Kurva Sinyal Kesalahan E(T) Terhadap T Pada Pembangkit

Kesalahan Nol..........................................................................................................5

Gambar 2.5 Perubahan Keluaran Sebagai Akibat Penguatan Dan Kesalahan.........5

Gambar 2.6 Blok diagram pengontrol Derivative....................................................5

Gambar 2.7 Kurva waktu hubungan input-output pengontrol Derivative...............6

Gambar 2.8 Kurva Tanggapan Berbentuk S............................................................7

Gambar 2.9 Karakteristik Keluaran Suatu Sistem Dengan Penambahan Kp..........8

Gambar 2.10 Gambar 1. Overshoot 25%.................................................................8

Gambar 2.11 Kurva S...............................................................................................9

Gambar 2.12 Penentuan paameter L dan T..............................................................9

Gambar 2.13 Formula PID.......................................................................................9

Gambar 2.14 Sistem Teredam................................................................................10

Gambar 2.15 Sistem Tidak Teredam.....................................................................10

Gambar 2.16 Persamaan ZN-Tipe 2......................................................................11

Gambar 2.17 Osilasi Konsisten..............................................................................11

Gambar 2.18 Matlab 2013.....................................................................................11

Gambar 2.19 Arduino Uno.....................................................................................11

Gambar 3.1 Plant Pengendalian Motor..................................................................13

Gambar 3.2 Plant Pengendalian Motor..................................................................13

Gambar 3.3 Plant Pengendalian Posisi..................................................................14

Gambar 3.4 Diagram blok sistem pengendalian posisi..........................................15

Gambar 3.5 Modul Catu Daya (Power Supply).....................................................17

Gambar 3.6 Modul Set Point (RVG).....................................................................17

Gambar 3.7 Modul PID..........................................................................................18

Gambar 3.8 Modul Penguat Daya (Power Amplifier)...........................................19

Gambar 3.9 Modul Motor Generator.....................................................................19

viii

Gambar 3.10 Modul Kendali Posisi (LDM &........................................................19

Gambar 3.11 Multimeter........................................................................................20

Gambar 3.12 Arduino Uno.....................................................................................20

Gambar 3.13 Sistem Kendali Motor......................................................................21

Gambar 3.14 Simulink pada Matlab.......................................................................22

Gambar 3.15 Pengaturan Lowpass Filter...............................................................22

Gambar 3.16 Modul Controller PID......................................................................23

Gambar 3.17 Sistem Kendali Motor dengan Modul PID.......................................23

Gambar 3.18 Sistem Kendali Motor......................................................................24

Gambar 3.19 Arduino dan Set Point menggunakan potensiometer.......................25

Gambar 3.20 Flowchart Sistem Kendali Motor.....................................................25

Gambar 3.21 Sistem Kendali Posisi.......................................................................26

Gambar 3.22 Simulink pada Matlab......................................................................27

Gambar 3.23 Pengaturan Lowpass Filter...............................................................27

Gambar 3.24 Modul Controller PID......................................................................28

Gambar 3.25 Sistem Kendali Posisi.......................................................................29

Gambar 3.26 Arduino dan Set Point menggunakan potensiometer.......................29

Gambar 3.27 Flowchart Sistem Kendali Posisi.....................................................30

Gambar 3.28 Serial Monitor pada Aplikasi Arduino.............................................30

Gambar 3.29 Shield Arduino.................................................................................31

Gambar 3.30 Shield Arduino dan LCD.................................................................31

Gambar 4.1 Respon Awal Kontrol Motor..............................................................32

Gambar 4.2 Menentukan Nilai x1 dan x2..............................................................32

Gambar 4.3 Respon Gelombang Dari Tunning Hasil Perhitungan........................33

Gambar 4.4 Respon Gelombang Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang... .33

Gambar 4.5 Respon Awal Kontrol Motor dengan Script Matlab..........................34

Gambar 4.6 Respon Kendali dan Tampilan Stopwatch pada Waktu Nyata..........33

Gambar 4.7 Respon Gelombang Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang

(dengan tambahan filter)........................................................................................34

Gambar 4.8 Kurva Set Point Dan Respon (Berosilasi)..........................................35

Gambar 4.9 Menentukan Nilai Pcr (Percobaan 1).................................................35

ix

Gambar 4.10 Menentukan Nilai Pcr (Percobaan 2)...............................................36


(Percobaan 1).........................................................................................................36


(Percobaan 2).........................................................................................................36

Gambar 4.13 Respon Awal Kontrol Posisi dengan Script Arduino.......................37

Gambar 4.14 Kurva Set Point Dan Respon Hasil Manual Tunning Kontrol Posisi

dengan script Arduino ...........................................................................................37

Gambar 4.15 Rangkaian dengan menggunakan Filter...........................................38

x

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Penalaan Ziegler-Nichols metode ke-1.........................................................................7

Tabel 2 Penalaan Ziegler-Nichols metode ke-2.........................................................................8

Tabel 3 Acuan Men-Tunning...................................................................................................11

Tabel 4 Spesifikasi Modul Pengendalian Motor......................................................................15

Tabel 5 Spesifikasi Modul Pengendalian Posisi......................................................................15

Tabel 5 Nilai x1-x2..................................................................................................................32

Tabel 6 Hasil Perhitungan ZN-Tipe 1......................................................................................33

Tabel 7 Hasil Manual Tunning ZN-Tipe 1..............................................................................33

Tabel 8 Hasil Tunning Percobaan............................................................................................34

Tabel 9 Hasil Manual Tunning Percobaan...............................................................................35

Tabel 10 Hasil Perhitungan ZN-Tipe 2 (Percobaan 1).............................................................36

Tabel 11 Hasil Perhitungan ZN-Tipe 2 (Percobaan 2).............................................................36

Tabel 12 Manual Tunning ZN-Tipe 2 (Percobaan 1)...............................................................37

Tabel 13 Manual Tunning ZN-Tipe 2 (Percobaan 2)...............................................................37

Tabel 14 Hasil Tunning Percobaan dengan Script Arduino.....................................................37

Tabel 14 Hasil Manual Tunning dengan Script Arduino.........................................................37

xi

BAB I

PENDAHULUAN

Motor DC merupakan actuator yang sangat lazim digunakan. Ada berbagai macam

alasan mengapa motor DC sangat populer digunakan. Salahsatunya adalah sistem tenaga

listrik DC masih umum digunakan pada industri, automobil, dan robotika. Dan meskipun

tidak ada sumber tegangan listrik DC, rangkaian penyearah dan chopper digunakan untuk

menghasilkan sumber listrik DC yang diinginkan. Motor DC juga digunakan karena

kebutuhan akan variasi kecepatan motor yang lebar.

Dalam dunia industry, pengendalian posisi dan kecepatan motor sangat penting.

Misalnya pada industri plastik. Pada proses penggulungan plastik, kecepatan penggulungan

plastik harus disesuaikan dengan kecepatan mesin pengririm plastik dan juga disesuaikan

dengan jari-jari gulungan. Jika tidak maka hasil gulungan plastik tidak rapi atau kusut.

Pada robotika pengendalian posisi dan kecepatan motor DC juga sangat penting

misalnya dalam Kontes Robot Indonesia (KRI) dan Kontes Robot Cerdas Indonesia (KRCI).

Robot harus dapat bergerak cepat dan tepat, meskipun terdapat berbagai halangan ataupun

gangguan. Karena itu penggerak robot memerlukan pengaturan posisi dan kecepatan motor

yang baik agar tujuan yang diinginkan dapat tercapai.

Karena itulah kendali PID diperlukan disini yaitu untuk mengendalikan posisi dan

kecepatan motor DC.[1] PID ( Proportional-Integral-Derivative controller) merupakan

kontroller untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya

umpan balik pada sistem tersebut [2]. Pengontrol PID adalah pengontrol konvensional yang

banyak dipakai dalam dunia industri. Pemilihan kontroller bergantung pada sistem

instrumentasi yang digunakan. Untuk mendapatkan kontroller yang diingin dapat

disimulasikan dengan menggunakan aplikasi MATLAB[3].

Laporan praktikum Sistem Kendali Digital ini menggunakan algoritma PID untuk

mengontrol sebuah plant kendali kecepatan motor dan posisi. Metoda mendesain kontrol PID

yang digunakan dalam praktikum ini ialah metoda Ziegler Nichols 1 dan 2. Dengan

mendapatkan nilai Kp, Ki, dan Kd, maka didapatkan pula desain dari metoda ZN-1 dan ZN-2.

Desain kontroller dapat dilakukan dengan men-tunning secara manual untuk mendapatkan

hasil yang maksimal dan sesuai dengan plant yang akan di kontrol.

1

BAB II

DASAR TEORI

2.1 PID Controller

PID (dari singkatan bahasa Proportional–Integral–Derivative controller) merupakan

kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya

umpan balik pada sistem tesebut. Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu

Proportional, Integratif dan Derivatif. Masing-masing aksi kontrol ini mempunyai

keunggulan-keunggulan tertentu. Kontrol proportional mempunyai keunggulan rise time

yang cepat, kontrol integral mempunyai keunggulan untuk memperkecil error dan kontrol

derivative memiliki keunggulan untuk memperkecil error atau meredam

overshot/undershoot. Untuk mendapatkan keluaran dengan rise time yang cepat dan error

yang kecil dapat menggabungkan ketika kontroller ini.

Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengontrol P, I dan D dapat

saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi pengontrol

proposional plus integral plus derivative (pengontrol PID). Elemen-elemen pengontrol P, I

dan D masing-masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem,

menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar.

Gambar 2.1 Blok Diagram Kontroler PID Analog

Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari ketiga

parameter P, I dan D. Pengaturan konstanta Kp, Ti, dan Td akan mengakibatkan penonjolan

sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari ketiga konstanta tersebut dapat diatur

lebih menonjol dibanding yang lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan

kontribusi pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan .

2

2.1.1 Pengontrol Proporsional

Pengontrol proposional memiliki keluaran yang sebanding atau proposional

dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang di inginkan dengan

harga aktualnya). Secara lebih sederhana dapat dikatakan bahwa keluaran pengontrol

proporsional merupakan perkalian antara konstanta proposional dengan masukannya.

Perubahan pada sinyal masukan akan segeramenyebabkan sistem secara langsung

mengeluarkan output sinyal sebesar konstanta pengalinya.

Gambar 2.2 menunjukkan blok diagram yang menggambarkan hubungan

antara besaran setting, besaran aktual dengan besaran keluaran pengontrol

proporsional. Sinyal keasalahan (error) merupakan selisih antara besaran setting

dengan besaran aktualnya. Selisih ini akan mempengaruhi pengontrol, untuk

mengeluarkan sinyal positif (mempercepat pencapaian harga setting) atau negatif

(memperlambat tercapainya harga yang diinginkan).

Gambar 2.2 Diagram blok kontroler proporsional

Pengontrol proposional memiliki 2 parameter, pita proposional (propotional

band) dan konstanta proporsional. Daerah kerja kontroler efektif dicerminkan oleh

pita proporsional sedangkan konstanta proporsional menunjukan nilai faktor

penguatan sinyal tehadap sinyal kesalahan Kp.

Hubungan antara pita proporsional (PB) dengan konstanta proporsional (Kp)

ditunjukkan secara persentasi oleh persamaan berikut:

PB= 1Kp

×100 %

menunjukkan grafik hubungan antara PB, keluaran pengontrol dan kesalahan

yang merupakan masukan pengontrol. Ketika konstanta proporsional bertambah

semakin tinggi, pita proporsional menunjukkan penurunan yang semakin kecil,

sehingga lingkup kerja yang dikuatkan akan semakin sempit.

3

Gambar 2.3 Proportional band dari pengontrol proporsional tergantung pada penguatan.

2.1.2 Pengontrol Integral

Pengontrol integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki

kesalahan keadaan stabil nol. Jika sebuah plant tidak memiliki unsur integrator(1/s),

pengontrol proposional tidak akan mampu menjamin keluaran sistemdengan

kesalahan keadaan stabilnya nol. Dengan pengontrol integral, responsistem dapat

diperbaiki, yaitu mempunyai kesalahan keadaan stabilnya nol.

Pengontrol integral memiliki karaktiristik seperti halnya sebuah

integral.Keluaran sangat dipengaruhi oleh perubahan yang sebanding dengan nilai

sinyalkesalahan. Keluaran pengontrol ini merupakan penjumlahan yang terus

menerusdari perubahan masukannya. Kalau sinyal kesalahan tidak mengalami

perubahan,eluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan

masukan.

Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh

kurva kesalahan penggerak. Sinyal keluaran akan berharga sama dengan harga

sebelumnya ketika sinyal kesalahan berharga nol. Gambar 2.4 menunjukkan contoh

sinyal kesalahan yang dimasukan ke dalam pengontrol integral dan keluaran pengontrol

integral terhadap perubahan sinyal kesalahan tersebut.

4

Gambar 2.4 Kurva Sinyal Kesalahan E(T) Terhadap T Pada Pembangkit Kesalahan Nol

Pengaruh perubahan konstanta integral terhadap keluaran integral ditunjukkan

oleh Gambar 2.5. Ketika sinyal kesalahan berlipat ganda, maka nilai laju perubahan

keluaran pengontrol berubah menjadi dua kali dari semula. Jika nilai 10 konstanta

integrator berubah menjadi lebih besar, sinyal kesalahan yang relatif kecil dapat

mengakibatkan laju keluaran menjadi besar .

Gambar 2.5 Perubahan Keluaran Sebagai Akibat Penguatan Dan Kesalahan

2.1.3 Pengontrol Derivative

Keluaran pengontrol Derivative memiliki sifat seperti halnya suatu operasi

differensial. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol, akan mengakibatkan

perubahan yang sangat besar dan cepat. Gambar 2.6 menunjukkan blok diagram yang

menggambarkan hubungan antara sinyalckesalahan dengan keluaran pengontrol.

Gambar 2.6 Blok diagram pengontrol Derivative

5

Gambar 2.7 menyatakan hubungan antara sinyal masukan dengan sinyal

keluaran pengontrol Derivative. 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. Jika sinyal masukan berubah naik secara

perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru merupakan fungsi step yang besar

magnitudnya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsi ramp dan faktor

konstanta diferensialnya.

Gambar 2.7 Kurva waktu hubungan input-output pengontrol Derivative

Berdasarkan karakteristik pengontrol tersebut, pengontrol derivative umumnya

dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil

kesalahan pada keadaan stabilnya. Kerja pengontrol derivative hanyalah efektif pada

lingkup yang sempit, yaitu pada periode peralihan. Oleh sebab itu pengontrol

derivative tidak pernah digunakan tanpa ada pengontrol lain sebuah sistem (Sutrisno,

1990, 102).

2.2 Metoda Tunning PID Ziegler Nichols

Metoda penentuan parameter pengontrol PID Ziegler Nichols memiliki kelebihan

dibandingkan dengan metoda klasik. Salah satu kelebihan tersebut adalah tidak

ditekankannya penurunan model matematik komponen yang akan diatur (plant). Perhitungan

parameter-parameter pengontrol Proportional, Integral, dan Diferential PID hanya dilakukan

untuk menentukan ultimate gain Ku dan ultimate periode Tu dari respon step sebuah plant.

Penalaan parameter kontroller PID selalu didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang

diatur (plant). Metoda ini didasarkan pada reaksi plant yang dikenai seuatu perubahan.

6

2.2.1 Metode ke-1 Ziegler-Nichols

Metode ke-1 didasarkan pada respon plant terhadap masukan tangga dalam

kalang terbuka. Plant yang tidak mempunyai integrator, menghasilkan kurva tanggapan

terhadap masukan tangga seperti kurva huruf S pada Gambar 2. Kurva tanggapan plant

digunakan untuk mencari waktu tunda L dan konstanta waktu T.

Gambar 2.8 Kurva Tanggapan Berbentuk S.

Parameter-parameter yang didapat dari kurva reaksi

digunakan untuk menentukan parameter parameter pengendali PID

berdasarkan tetapan empiris Zielger-Nichols. Rumus-rumus untuk

parameter pengendali menggunakan metode kurva reaksi

ditabelkan pada Tabel 1.

Tabel 1 Penalaan Ziegler-Nichols metode ke-1

Pengendal

i

Kp Ti Td

P 1/a - -

PI 0,9 /a 3L -

PID 1,2 /a 2L L/2

2.2.2 Metode ke-2 Ziegler-Nichols

Pada metode ke-2, penalaan dilakukan dalam kalang tertutup dimana masukan

referensi yang digunakan adalah fungsi tangga (step). Pengendali pada metode ini

hanya pengendali proporsional. Kp, dinaikkan dari 0 hingga nilai kritis Kp, sehingga

diperoleh keluaran yang terus-menerus berosilasi dengan amplitudo yang sama. Nilai

kritis Kp ini disebut sebagai ultimated gain.

Tanggapan keluaran yang dihasilkan pada 3 kondisi penguatan proporsional

ditunjukkan pada Gambar 3. Sistem dapat berosilasi dengan stabil pada saat Kp = Ku.

7

Gambar 2.9 Karakteristik Keluaran Suatu Sistem Dengan Penambahan Kp

Nilai ultimated period, Tu, diperoleh setelah keluaran sistem mencapai kondisi

yang terus menerus berosilasi. Nilai perioda dasar, Tu, dan penguatan dasar, Ku,

digunakan untuk menentukan konstanta-konstanta pengendali sesuai dengan tetapan

empiris Ziegler-Nichols pada Tabel 2.

Tabel 2 Penalaan Ziegler-Nichols metode ke-2

Pengend

ali

Kp Ti Td

P Ku/2 - -

PI 2Ku /5 4Tu / 5 -

PID 3Ku / 5 Tu / 2 3Tu/25

2.3 Cara Men-Tunning

metoda tuning PID controller untuk menentukan nilai proportional gain Kp, integral

time Ti, dan derivative time Td berdasarkan karakteristik respon transient dari sebuah plant

atau sistem. Metoda ini akan memberikan nilai overshoot sebesar 25% pada step response,

seperti gambar di bawah.

Gambar 2.10 Gambar 1. Overshoot 25%

Metoda ini terdiri dari 2 macam :

8

a. Nilai PID diperoleh dari hasil percobaan dengan masukan unit-step, hasilnya nanti

akan terbentuk kurva berbentuk huruf S, lihat gambar 2. Jika kurva ini tidak terbentuk

maka metoda ini tidak bisa diterapkan. Kurva bentuk S memiliki karakteristik dengan

2 buah konstanta, yaitu waktu tunda L dan time constant T. Kedua parameter tersebut

diperoleh dengan menggambar garis tangensial pada titik infleksi kurva S, lihat

gambar 3. Garis tangensial tersebut akan berpotongan dengan garis time axis dan

garis c(t) = K. Dari kurva tersebut kita bisa melakukan pendekatan fungsi transfer

dalam first order sebagai berikut :

Gambar 2.11 Kurva S

Gambar 2.12 Penentuan paameter L dan T

Gambar 2.13 Formula PID

b. Pada metoda kedua ini, percobaan dilakukan dengan menggunakan proportional band

saja. Nilai Kp dinaikkan dari 0 hingga tercapai nilai Kp yang menghasilkan osilasi

yang konsisten. Nilai controller gain ini disebut sebagai critical gain (Kcr). Jika Kp ini

9

terlalu kecil, sinyal output akan teredam mencapai nilai titik keseimbangan setelah

ada gangguan, seperti terlihat di bawah ini.

Gambar 2.14 Sistem Teredam

Sebaliknya, jika Kp-nya terlalu besar, osilasinya akan tidak stabil dan membesar, seperti gambar di bawah

Gambar 2.15 Sistem Tidak Teredam

Jika dengan metoda ini tidak diperoleh osilasi yang konsisten, maka metoda ini tidak

dapat dilakukan. Dari metode ini akan diperoleh nilai critical gain Kcr dan periode kritis Pcr,

lihat gambar 6 dan tabel 2. Berdasarkan nilai ini, kita dapat menentukan nilai parameter Kp,

Ti, dan Td berdasarkan rumus di bawah :

10

Gambar 2.16 Persamaan ZN-Tipe 2

Gambar 2.17 Osilasi Konsisten

Tabel 3 Acuan Men-Tunning

2.4 Matlab 2013

MATLAB (Matrix Laboratory) adalah sebuah program untuk analisis dan komputasi numerik dan merupakan suatu bahasa pemrograman matematika lanjutan yang dibentuk dengan dasar pemikiran menggunkan sifat dan bentuk matriks. Pada awalnya, program ini merupakan interface untuk koleksi rutin-rutin numeric dari proyek LINPACK dan EISPACK, dan dikembangkan menggunkan bahasa FORTRAN namun sekarang merupakan produk komersial dari perusahaan Mathworks, Inc.yang dalam perkembangan selanjutnya dikembangkan menggunakan bahasa C++ dan assembler (utamanya untuk fungsi-fungsi dasar MATLAB).

11

Gambar 2.18 Matlab 2013 [4]

MATLAB telah berkembang menjadi sebuah environment pemrograman yang canggih yang berisi fungsi-fungsi built-in untuk melakukan tugas pengolahan sinyal, aljabar linier, dan kalkulasi matematis lainnya. MATLAB juga berisi toolbox yang berisi fungsi-fungsi tambahan untuk aplikasi khusus. MATLAB bersifat extensible, dalam arti bahwa seorang pengguna dapat menulis fungsi baru untuk ditambahkan pada library ketika fungsi-fungsi built-in yang tersedia tidak dapat melakukan tugas tertentu. Kemampuan pemrograman yang dibutuhkan tidak terlalu sulit bila Anda telah memiliki pengalaman dalam pemrograman bahasa lain seperti C, PASCAL, atau FORTRAN. [5]

2.5 Arduino Uno

Gambar 2.19 Arduino Uno [6]

Feri Djuandi mengatakan bahwa Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory microcontroller. Ada banyak projek dan alat-alat dikembangkan oleh akademisi dan profesional dengan menggunakan Arduino, selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung (sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk bisa disambungkan dengan Arduino. Arduino berevolusi menjadi sebuah platform karena ia menjadi pilihan dan acuan bagi banyak praktisi. [7]

12

BAB III

METODELOGI PERANCANGAN

Bab ini menjelaskan mengenai metode-metode yang digunakan dalam proses penelitian serta hasil pengujian alat-alat yang akan digunakan dalam proses percobaan.

3.1 Modul Sistem Pengendalian Motor

Gambar 3.1 Plant Pengendalian Motor

Gambar 3.2 Plant Pengendalian Motor

13

Modul Sistem Pengendalian Motor merupakan sebuah plant yang terdiri atas

motor dc. Prinsip kerja dari modul ini ialah input didapatkan secara manual dari

potensiometer yang terdapat pada motor driver, atau didapatkan dari setpoint.

Tegangan input akan menggerakkan motor dc. sensor motor yang terdapat pada

modul ini akan mengeluarkan output 1V setiap perubahan 1000rpm maka set point

yang dapat diatur antara 0V sampai 2V.

3.2 Modul Sistem Pengendalian Posisi

Gambar 3.3 Plant Pengendalian Posisi

Modul Sistem Pengendalian Posisi merupakan sebuah plant yang terdiri atas

motor servo. Prinsip kerja dari modul ini ialah input didapatkan secara manual dari

potensiometer yang terdapat pada motor driver, atau didapatkan dari setpoint.

Tegangan input akan menggerakkan motor servo. sensor posisi yang terdapat pada

modul ini akan mengeluarkan output 1V setiap perubahan 1cm.

14

3.3 Spesifikasi Modul Sistem Pengendalian Posisi

Tabel 4 Spesifikasi Modul Pengendalian Posisi

Catu Daya 15 Volt

Aktuator Motor DC

Sensor Sensor Posisi ( 1V / 1000 rpm)

Kecepatan Maksimum 2000 rpm

Kecepatan Minimum 0 rpm

3.4 Spesifikasi Modul Sistem Pengendalian Posisi

Tabel 5 Spesifikasi Modul Pengendalian Posisi

Catu Daya 15 Volt

Aktuator Motor Servo

Sensor Sensor Posisi ( 1V / 1 cm)

Posisi Maksimum 5 cm

Posisi Minimum -5cm

3.5 Diagram Blok

Gambar 3.4 Diagram blok sistem pengendalian motor dan posisi

Keterangan:

1. Blok Input

Blok input terdiri dari modul catu daya dimana catu daya menyuplai tegangan

untuk seluruh modul sebesar +15V.

2. Blok Proses

Blok proses terdiri dari modul Reverence Variabel Generator (setpoint), modul

PID dan modul (penguat daya).

3. Blok Output

Blok output merupakan output dari plant yang merupakan modul level kendali air.

15

3.6 Alat dan Bahan yang digunakan

Modul dan alat yang digunakan untuk melakukan percobaan .. pembentukan sistem

kendali motor dan posisi, yaitu :

1. Power Supply – PS-12

2. Reference Variable Generator – RVG-1

3. Power Amplifier – PA-1

4. PID Controller – PID-1

5. Motor Generator – MGS-1

6. LDM-3

7. ODT-1

8. Multimeter

9. Arduino

10. Laptop

11. Konektor

12. Kabel Penghubung

13. Potensiometer

14. LCD 16X2

15. Shield Arduino

16. Resistor

17. Kapasitor

Sistem dirancang menggunakan beberapa software pendukung seperti berikut:

1. Matlab 2013

2. Arduino

3. Microsoft Excel 2010

16

3.7 Perancangan dan Pengujian Perangkat Keras (Hardware).

3.7.1 Modul Catu Daya (Power Supply) Catu daya akan bekerja sebagai sumber tegangan apabila power ON/OFF

diubah ke posisi ON. Pada catu daya terdapat potensiometer U untuk mengubah

tegangan yang diinginkan. Apabila arah panahnya diputar kekiri maka nilai

tegangannya 0 volt. Sebaliknya apabila diputar kearah yang berlawanan maka harga

tegangannya maksimal. Potensiometer digunakan untuk mengatur besarnya tegangan.

Gambar 3.5 Modul Catu Daya (Power Supply)

Hasil pengujian Power Supply berjalan dengan baik, hal ini dibuktikan dengan

pengetesan menggunakan multimeter. Pada variable maksimal, input +15 V, output

yang dihasilkannya adalah +15V dan tegangan tetap 5V.

3.7.2 Modul Set Point (RVG)

Setpoint berfungsi sebagai input tegangan dengan range (-10) Volt sampai

(+10) Volt atau 0 Volt sampai (+10) Volt. Kedua pilihan ini bisa diatur dengan

memindahkan jumper penghubung.

17

Gambar 3.6 Modul Set Point (RVG)

Setelah melakukan proses pengujian setpoint dinyatakan berjalan dengan baik,

hal ini dibuktikan dengan pengetesan menggunakan multimeter. Setpoint digunakan

untuk menentukan nilai setpoint yang ingin dicapai. Ketika setpoint diberi tegangan,

maka ketika setpoint diatur di 7V maka output nya juga 7V.

3.7.3 Modul PID

Modul PID ini terdiri dari pengaturan parameter Kp, Ti dan Td. Pengaturan

parameter-parameter tersebut dilakukan secara analog. Sehingga pengaturan input

pada modul tidak presisi.

Gambar 3.7 Modul PID

Hasil pengujian menunjukkan bahwa modul PID berjalan dengan baik, hal ini

dibuktikan dengan pengetesan menggunakan multimeter. Ketika PID diberi input

0,5V, harga Kp dikali 1, maka output dari PID = 0,5V.

18

3.7.4 Modul Penguat Daya (Power Amplifier) Power Amplifier atau Penguat Daya, mendapatkan tegangan input dari output

modul PID yang dihubungkan menggunakan konektor yang secara mekanis telah sejajar

dengan channel-channel yang berguna untuk memberikan input pada modul sebelumnya.

Gambar 3.8 Modul Penguat Daya (Power Amplifier)

3.7.5 Modul Motor Generator

Motor Generator berfungsi sebagai output beban yang ingin dikendalikan

dengan kecepatan tertentu yang dikendalikan oleh set point (reference variable

generator) dengan satuan output analog 1V per 1000rpm. Dan ada juga output digital

TTL dengan bentuk gelombang kotak.

Gambar 3.9 Modul Motor Generator

3.7.6 Kendali Posisi (LDM & ODT)

Kendali Posisi ini berfungsi sebagai output beban (plant) yang ingin

dikendalikan dengan posisi tertentu yang dikendalikan oleh set point (reference

variable generator).

19

Gambar 3.10 Modul Kendali Posisi

3.7.7 Multimeter

Sebelum merankai cek terlebih dahulu alat yang digunakan dengan multimeter

seperti power supply, set point(reference variable generator), power amplifier, dan

kendali plant yang akan digunakan, dengan mengukur tegangannya apakah sudah

sesuai atau belum.

Gambar 3.11 Multimeter

3.7.8 Arduino Uno

Arduino digunakan untuk melihat gelombang output sistem kendali pada

Matlab.

Gambar 3.12 Arduino Uno

20

3.8 Langkah Percobaan ( Metodologi Eksperimental )

3.8.1 PID Sistem Pengendalian Motor dengan Simulink Matlab

Berikut langkah percobaan untuk mendesain PID sistem pengendalian motor

menggunakan simulink Matlab :

1. Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.

2. Memeriksa dan memastikan alat dan modul yang digunakan dalam kondisi

baik dengan cara memeriksa menggunakan multimeter. Memeriksa setiap

output dari tiap modul.

3. Merangkai modul berdasarkan gambar. Modul Catu Daya,Modul Set Point,

Modul Penguat Daya, dan Modul Sistem Pengendali Motor.

Gambar 3.13 Sistem Kendali Motor

4. Menyalakan laptop.

5. Menyiapkan program Matlab dan ARDUINO yang sudah diinstal sebelumnya.

6. Menghubungkan Arduino ke laptop/PC.

7. mengupload file adio.pde pada arduino.

8. mengatur agar arduino terhubung pada Matlab.

9. Desain pada simulink Matlab seperti gambar di bawah.

21

Gambar 3.14 Simulink Pada Matlab

10. Pada Lowpass Filter atur seperti pada gambar berikut.

Gambar 3.15 Pengaturan Lowpass Filter

11. Menyambungkan port A0 pada output setpoint dan A5 pada output sistem

kendali posisi.

12. Mengatur set point sesuai dengan yang diinginkan.

13. Menjalankan Simullink dan menjalankan plant.

14. Lihat gelombangnya pada scope.

15. Jika sudah didapat gambar gelombangnya selanjutnya ketikan editscope pada

Matlab lalu enter, lalu pada scope tersebut pilih tab edit dan klik figure

properties.

22

16. Lalu edit warna tampilannya dan buat garis seperti gambar berikut dari situ

akan didapat nilai L dan T

17. Menghitung nilai Kp, Ki, dan Kd.

18. Mengatur pada modul PID sesuai dengan nilai Kp, Ki, dan Kd yang telah

dihitung.

19. Mengamati dan mencatat hasil dari desain ZN tipe 1.

20. Mengatur nilai Kp dan Kd untuk mendapatkan hasil desain yang bagus

(manual tunning).

Gambar 3.16 Modul Controller PID

Gambar 3.17 Sistem Kendali Motor dengan Modul PID

23

Langkah percobaan untuk mendesain dengan menggunakan ZN tipe 2

sama halnya dengan ZN tipe 1, hanya saja pada menentukan niai Kp nya yang

berbeda.

3.8.2 PID Sistem Pengendalian Motor dengan Script Matlab

Berikut langkah percobaan untuk mendesain PID sistem pengendalian motor

menggunakan script Matlab :





3. Merangkai modul berdasarkan gambar. Modul Catu Daya, Modul Penguat

Daya, dan Modul Sistem Pengendali Motor.

Gambar 3.18 Sistem Kendali Motor

4. Set Point menggunakan potensiometer. Potensiometer Kaki 1 dihubungkan ke

pin ground pada Arduino, kaki 2 dihubungkan ke pin Analog Input A0 pada

Arduino, kaki 3 dihubungkan ke pin +5V pada Arduino.

5. Analog output plant motor dihubungkan ke pin Analog Input A5 pada

Arduino. Digital Input (PWM) Pin 6 pada Arduino dihubungkan ke + pada

Modul PID, lalu Digital Input (PWM) Pin 13 dihubungkan ke pin 10 pada

Arduino.

24

Gambar 3.19 Arduino dan Set Point menggunakan potensiometer




9. Mengupload file adio.pde pada arduino.

10. Mengatur agar arduino terhubung pada Matlab.

11. Membuat script program pada Matlab sesuai flow chart berikut.

Gambar 3.20 Flowchart Sistem Kendali Motor

12. Jalankan script program.

25

13. Rangkaian dapat bekerja ketika pin 10 dan pin 13 terhubung, jika ingin

dimatikan lepas pin 13 pada Arduino, jika ingin dijalankan hubungkan

kembali pada pin 13 lalu jalankan kembali script program pada Matlab.


dihitung.



(manual tunning).

3.8.3 PID Sistem Pengendalian Posisi menggunakan Simulink Matlab

Berikut langkah percobaan untuk mendesain PID sistem pengendalian posisi :





3. Merangkai modul berdasarkan gambar. Modul Catu Daya,Modul Set Point,

Modul PID, Modul Penguat Daya, dan Modul Sistem Pengendali Posisi.

Gambar 3.21 Sistem Kendali Posisi




7. mengupload file adio.pde pada arduino.

8. mengatur agar arduino terhubung pada Matlab.

9. Desain pada simulink Matlab seperti gambar di bawah.

26

Gambar 3.22 Simulink Pada Matlab

10. Pada Lowpass Filter atur seperti pada gambar berikut.

Gambar 3.23 Pengaturan Lowpass Filter

11. Menyambungkan port A0 pada output setpoint dan A5 pada output sistem

kendali posisi.


13. Menjalankan Simullink dan menjalankan plant.

14. Lihat gelombangnya pada scope.

15. Jika sudah didapat gambar gelombangnya selanjutnya ketikan editscope pada

Matlab lalu enter, lalu pada scope tersebut pilih tab edit dan klik figure

properties.

16. Lalu edit warna tampilannya dan buat garis seperti gambar berikut dari situ

akan didapat nilai L dan T

27

17. Menghitung nilai Kp, Ki, dan Kd.


dihitung.



(manual tunning).

Gambar 3.24 Modul Controller PID

3.8.4 PID Sistem Pengendalian Posisi dengan Script Arduino

Berikut langkah percobaan untuk mendesain PID sistem pengendalian posisi

menggunakan script Matlab :





3. Merangkai modul berdasarkan gambar. Modul Catu Daya, Modul Set Point,

Modul PID, Modul Penguat Daya, dan Modul Sistem Pengendali Posisi.

28

Gambar 3.25 Sistem Kendali Posisi

4. Mengatur Modul Set Point menjadi 2,5V dan Kp = 4 lalu Matikan (off-kan) Ti

dan Td nya agar pada keluaran menjadi 10V

5. Set Point menggunakan potensiometer. Potensiometer Kaki 1 dihubungkan ke

pin ground pada Arduino, kaki 2 dihubungkan ke pin Analog Input A0 pada

Arduino, kaki 3 dihubungkan ke pin +5V pada Arduino.

Gambar 3.26 Arduino dan Set Point menggunakan potensiometer

6. Analog output plant motor dihubungkan ke pin Analog Input A4, pin Analog

Input A0 dihubungkan ke + pada Modul PID.


8. Menyalakan laptop dan membuka aplikasi arduino.

9. Membuat script program pada Arduino sesuai flow chart berikut.

29

Gambar 3.27 Flowchart Sistem Kendali Posisi

10. Upload program dan jalankan lalu lihat pada serial monitor untuk memastikan

tampilan setpoint dan feedback.

Gambar 3.28 Serial Monitor pada aplikasi Arduino

11. Memasangkan shield Arduino dan menampilkan setpoint dan feedback pada

LCD 16X2.

30

Gambar 3.29 Shield Arduino

Gambar 3.30 Shield Arduino dan LCD

12. Membuat script program untuk ditampilkan pada lcd.

13. Upload program dan jalankan lalu lihat pada lcd untuk memastikan tampilan

setpoint dan feedback.

14. Mengatur nilai Kp, Ki, dan Kd yang telah dihitung pada script program.


16. Mengatur nilai Kp, Ki, dan Kd yang telah dihitung pada script program untuk

mendapatkan hasil desain yang bagus (manual tunning).

31

BAB IV

DATA PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Data Pengujian

4.1.1 Desain Kendali Motor dengan ZN-Tipe 1

Gambar 4.1 Respon Awal Kontrol Motor

Gambar 4.2 Menentukan Nilai x1 dan x2

Tabel 6 Nilai x1-x2

Tabel 7 Hasil Perhitungan ZN-Tipe 1

32

X1 X2

2.6 23.07

L T Kp Ti Td Ki Kd

0.28 2.8 12 0.56 0.14 21.42857 1.68Keterangan : 100 detik di Matlab = 14 detik waktu nyata

Gambar 4.3 Respon Gelombang Dari Tunning Hasil Perhitungan

Gambar 4.4 Respon Gelombang Manual Tunning Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang

Tabel 8 Hasil Manual Tunning ZN-Tipe 1

33

Kp Ti Td Ki Kd

6 2.7 0 2.22 0

Keterangan : 100 detik di Matlab = 14 detik waktu nyata

Gambar 4.5 Respon Awal Kontol Motor dengan Script Matlab.

Gambar 4.6 respon kendali dan tampilan stopwatch pada waktu nyata.

Tabel 9 Hasil Tunning Percobaan

Gambar 4.7 Respon Gelombang Manual Tunning Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang

(dengan tambahan filter )

34

Kp Ti Td Ki Kd

6 2.7 0 2.22 0

Tabel 10 Hasil Manual Tunning

Kp Ti Td Ki Kd

6 4 0 1.5 0

4.1.2 Desain Kendali Posisi dengan ZN-Tipe 2

Gambar 4.8 Kurva Set Point Dan Respon (Berosilasi)

Gambar 4.9 Menentukan Nilai Pcr (Percobaan 1)

35

Gambar 4.10 Menentukan Nilai Pcr (Percobaan 2)

Tabel 11 Hasil Manual Tunning ZN-Tipe 2 (Percobaan 1)

Kcr Pcr Kp Ti Td Ki Kd220 1.932 132 0.966 0.2415 136.646 31.878

Tabel 12 Hasil Manual Tunning ZN-Tipe 2 (Percobaan 2)

Kcr Pcr Kp Ti Td Ki Kd450 7.84 270 3.92 0.98 68.87755 264.6

Gambar 4.11 Respon Gelombang Manual Tunning Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang (Percobaan 1)

Gambar 4.12 Respon Gelombang Manual Tunning Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang (Percobaan 2)

36

Tabel 13 Hasil Manual Tunning (percobaan 1)

Kp Ti Td Ki Kd150 2.7 0.1 55.5556 15

Tabel 14 Hasil Manual Tunning (percobaan 2)

Gambar 4.13 Respon Gelombang Kontrol Posisi menggunakan script Arduino

Tabel 15 Hasil Percobaan dengan Script Arduino

Kp Ti Td Ki Kd150 0 0 0 0

Gambar 4.14 Kurva Set Point dan Respon Hasil Manual Tunning

Kontrol Posisi dengan Script Arduino

Tabel 16 Hasil Manual Tunning menggunakan Script Arduino

Kp Ti Td Ki Kd0,3 2,1 0,525 0,14285714 0,1575

37

Kp Ti Td Ki Kd200 0.57 2.9 350.877 580

4.2 Analisa Hasil Percobaan

4.2.1 Analisa Hasil Percobaan Desain Kendali Motor dengan ZN-Tipe 1

Didapat nilai x1 = 2.6 ; x2 = 23.07

Keterangan : 100 detik di Matlab = 14 detik waktu nyata

Maka nilai x1 dan x2 adalah

x1 = 2.6 x 14100

= 0.364

x2 = 23.07 x 14100

= 3.2298

T = x2 – x1

= 3.2298 – 0.364

= 2.86

L = (2.6 – 0.6) x 14100

= 0.28

Kp = 1.2 x (LT

)

= 1.2 x (0.282.8

)= 12

Ti = 2 x L

= 2 x 0.28 = 0.56

Td = 0.5 x L

= 0.5 x 0.28 = 0.14

Ki = KpTi

= 12

0.56 = 21.42857

Kd = Kp x Td

= 12 x 0.14 = 1.68

Nilai Kp , Ki, dan Kd setelah di Manual Tunning sehingga mendapatkan

respon yang baik adalah sebagai berikut :

KP = 6

Ti = 2.7 ; Ki = 2.22

Td = 0 ; Kd = 0

38

4.2.2 Analisa Hasil Percobaan Desain Kendali Kendali Motor menggunakan script

Matlab

Analisa pada saat mulai percobaan :

KP = 6

Ti = 2.7 ; Ki = 2.22

Td = 0 ; Kd = 0

Analisa pada saat menggunakan filter

Karena pada kendali masih terdapat noise maka di tambahkan komponen

resistor dan kapasitor sebagai penyaringan (filter). Sebelum merangkai lepas

terlebih dahulu usb Arduino pada laptop. Untuk mengetahui nilai R dan C

maka dapat diketahui dengan rumus fc = 1

2 πRC dan telah didapat fc = 3,454

maka dengan mencari nilai R dan C menggunakan permisalan R = 100Ω

maka C = 1

2 π x100 Ω x3.454 maka C = 470µF. Setelah diketahui R dan C

selanjutnya rangkai seperti gambar berikut.

Gambar 4.15 Rangkaian dengan menggunakan filter



KP = 6

39

Ti = 4 ; Ki = 1.5

Td = 0 ; Kd = 0

Berikut ini adalah script program kendali motor dengan Matlab :

40

4.2.3 Analisa Hasil Percobaan Desain Kendali Posisi dengan ZN-Tipe 2

Analisa percobaan 1 pada saat mulai osilasi :

Kp = 0.6 x Kcr = 0.6 x 220 = 132

Ti = 0,5 x Pcr= 0,5 x 1.932= 0.966

Td = 0,125 x Pcr= 0,125 x 1.932= 0.2415

Ki = KpTi

= 132

0.966

41

= 136.646

Kd = Kp x Td= 132 x 0.2415= 31.878



KP = 150

Ti = 2.7 ; Ki = 55.5556

Td = 0.1 ; Kd = 15

Analisa percobaan 2 pada saat mulai osilasi :

Kp = 0.6 x Kcr = 0.6 x 450 = 270

Ti = 0,5 x Pcr= 0,5 x 7.84= 3.92

Td = 0,125 x Pcr= 0,125 x 7.84= 0.98

Ki = KpTi

= 2703.92

= 68.87755

Kd = Kp x Td= 270 x 0.98= 246.6



KP = 200

Ti = 0.57 ; Ki = 350.877

42

Td = 2.9; Kd = 580

4.2.4 Analisa Hasil Percobaan Desain Kendali Kendali Posisi menggunakan script

Arduino

Analisa pada saat mulai percobaan :

KP = 150

Ti = 0; Ki = 0

Td = 0 ; Kd = 0



KP = 0.3

Ti = 2.1 ; Ki = 0.14285714

Td = 0.525; Kd = 0.1575

Berikut ini adalah script program kendali posisi dengan Arduino :

43

Script program dibawah ini untuk menampilkan set point dan respon pada lcd

sebagai berikut :

Pada script paling atas tambahkan :

Pada script Void Setup tambahkan :

Pada script Void Loop tambahkan :

44

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan antara lain :

1. Didapatkan perubahan nilai pada beberapa aspek untuk mendapatkan hasil desain

yang baik pada metoda desain ZN-Tipe 1 pada Kendali Motor. Aspek tersebut

antara lain : a) berkurangnya nilai Kp sebesar 6. b) bertambahnya nilai Td sebesar

2.14. c) dan berkurangnya nilai Td sebesar 0.14 atau nilai Td menjadi 0.

2. Pada metoda desain ZN-Tipe 1, dengan menaikkan nilai Kp, Td, dan Kd maka

dapat menurunkan overshoot dan mengurangi risetime. Terlihat pada gambar

hasil desain yang di tunning secara manual.

3. Pengaturan Set Point menggunakan potensiometer maka di dapatkan noise pada

respon hasil tuning, maka digunakan penyaringan (filter) agar tidak terdapat noise

pada hasil tuning.

4. Pada metoda desain ZN-Tipe 2 Kendali Posisi didapatkan perubahan dalam

beberapa aspek yaitu bertambahnya nilai Kp, bertambahnya nilai Ki dan

berkurangnya nilai Kd.

5. Metoda desain ZN-Tipe 2 berbanding terbalik dengan ZN-Tipe 1. untuk

menghasilkan desain kendali yang baik maka pada ZN-Tipe 2 harus menurunkan

nilai Kp, Ti, dan Kd.

6. Untuk dapat mendesain kendali baik dibutuhkan ketelitian dan kesabaran serta

insting seorang engineer.

6.2 Saran

Beberapa saran dari penulis untuk praktikum sistem kendali yaitu :

1. Setiap modul yang digunakan dirawat dan dijaga kondisinya agar ketika praktikum dapat berjalan dengan lancar.

2. Setiap mahasiswa mempunyai handbook praktikum agar hasil praktikum dapat tersusun rapih.

45

DAFTAR PUSTAKA

[1] Kusuma, Toha. (2008). Perancangan Kendali PID, FT – UI, 2008.

[2]Tama, P. E. (2013). PID (proportional-Integral-Derivative) Controller.

[3]

Ali, M. (2004). Pembelajaran Perancangan Sistem Kontrol PID Dengan Software MATLAB.

[4] “Matlab R2013a”, Dipetik Juli 5, 2015, dari : http://www.behdadsoft.com/Matlab-R2013a.html.

[5]. “Pengantar untuk Pemrograman Matlab”, Dipetik Juli 5, 2015, dari : https://inaseptiana.files.wordpress.com/2014/11/modul-pengantar pemrograman-matlab.pdf.

[6] “Arduino Arts”, Dipetik Juli 5, 2015, dari : http://arduinoarts.com/wp-content/uploads/2011/08/Arduino-callouts1.jpg.

[7]. “Pengenalan Arduino” Dipetik Juli 5, 2015, dari : http://www.tobuku.com/docs/Arduino-Pengenalan.pdf.

Metoda Tunning Ziegler Nichols. (2011, Mei 9). Dipetik Juli 5, 2015, dari Sistem Instrumentasi dan Kontrol: http://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-nichols.html

Wijaya, E. C. (2004). Auto Tuning PID Berbasis Metode Osilasi Ziegler-Nichols Menggunakan Mikrokontroler AT89S52 pada Pengendalian Suhu.

46

Education

Perancangan dan realisasi sistem kendali kontinyu & digital pada plant motor dan plant posisi dengan metode ziegler nichols menggunakan matlab dan arduino