METODE ROOT LOCUS UNTUK MENCARI PARAMETER PID DALAM PENGENDALIAN POSISI STAMPING ROD BERBASIS PNEUMATIC MENGGUNAKAN ARDUINO UNO

Transkripsi

1 METODE ROOT LOCUS UNTUK MENCARI PARAMETER PID DALAM PENGENDALIAN POSISI STAMPING ROD BERBASIS PNEUMATIC MENGGUNAKAN ARDUINO UNO Ade Amruchly Yana, M. Azi Mulim, Erni Yudaningtya Teknik Elektro Univerita Brawijaya Jalan M.T Haryono No.67 Malang Indoneia Abtrak Kemajuan teknologi aat ini emakin peat, begitu pula tingkat konumi mayarakat. Dalam bidang indutri, egalanya dituntut erba cepat untuk memenuhi kebutuhan konumen. Salah atunya proe tamping dalam kemaan produk. Dibutuhkan keefektifan dan keakuraian dalam pelakanaannya. Dengan emakin tingginya permintaan, dibutuhkan ebuah item pneumatic untuk tamping rod yang bia digunakan dalam berbagai macam produk dengan ukuran berbeda ecara otomati. Salah atu olui untuk memecahkannya ialah membuat item pneumatic yang dikendalikan ecara otomati oleh PID menggunakan kontroler arduino uno. Salah atu keunggulan PID adalah reponnya bagu dan cepat apabila perhitungan yang digunakan tepat. Perhitungan parameter PID terebut bia dilakukan dengan banyak metode. Skripi ini menggunakan metode root locu untuk menentukan parameter PID-nya ehingga hitungan berifat akurat dan dapat meningkatkan efiieni dan keefektifan item. Keyword Metode Root Locu, Pneumatik, Arduino Uno, Poii Silinder. S I. PENDAHULUAN aat ini dunia indutri memiliki peran yang angat bear di kehidupan ehari - hari. Kebutuhan mayarakat meningkat peat dibanding ebelum terjadi revolui indutri. Hal ini mengakibatkan dunia indutri dituntut untuk meningkatkan hail produki ebanyak-banyaknya dalam waktu eingkat mungkin dengan nilai error yang ekecil mungkin.dengan demikian perkembangan teknologi tinggi mutlak diperlukan guna mengimbangi kebutuhan terebut.dalam indutri yang membutuhkan akurai output pemakaian aki kontrol angat diperlukan. Hal ekecil apapun dalam proe indutri haru diperhitungkan guna meminimaliir kemungkinan error yang terjadi ehingga proe produki dapat berjalan dengan optimal. Silinder banyak digunakan ebagai aktuator dalam pabrik baik kala kecil maupun bear. umumnya ilinder terebut bergerak menggunakan item pneumatik. keunggulan item ini adalah aktuator dapat bergerak dengan cepat tanpa menimbulkan pana. Salah atu aplikainya yaitu dalamtamping rod. Stamping rod adalah peralatan mekani yang bergerak ecara tranlaidan berfungi untuk menandai/cap uatu produk. Dalam atu pabrik produk yang dihailkan tidak hanya atu ukuran aja. Hal ini dapat menimbulkan permaalahan mengingat ilinder pneumatik yang digunakan dalamtamping rod umumnya hanya bia bergerak maju ecara penuh mundur ecara penuh, tidak dapat berhenti di tengah - tengah. Sehingga untuk melakukan tamping dalam dua kemaan produk yang berbeda haru digunakan dua ilinder dengan ukuran troke yang berbeda. Dengan alaan terebut maka dirancanglah pengendalian poii ilinder agar dapat mengoptimalkanpenggunaan ilinder. Prinipnya adalah dengan cara menabrakkan udara bertekanan dalam kedua ii ilinder double acting ehingga piton dapat bergerak euai dengan etpoint. PID adalah kontroler yang merupakan gabungan dari kontroler propoional, kontroler integral dan kontroler differenial. Gabungan dari ketiga kontroler ini diharapkan agar mendapat keluaran item yang tabil karena bia aling menutupi kekurangan. Parameter yang digunakan untuk menentukan Kp, Ki dan Kd akan menggunakan metode root locu kemudian dimaukkan ke dalam program arduino uno.metode root locu merupakan cara perhitungan metode untuk mencari parameter PID. Metode ini eringkali diterapkan yakni dengan mencari fungi alih uatu item langung dari perhitungan peifik dari aktuator dan enornya ehingga hailnya akurat dibandingkan dengan yang lain. Harapannya hail yang diperoleh mendekati empurna, e-efektif dan e-efiien mungkin. A. Kompreor II. STUDI LITERATUR Kompreor adalah alat mekanik yang berfungi untuk meningkatkan tekanan fluida, dalam hal ini udara ga. Tujuan meningkatkan tekanan agar dapat untuk mengalirkan gaya dalam uatu item proe. Penelitian ini menggunakan kompreor bertipe rotary vane dari hydrovaneerperti yang tampak dalam Gambar dengan output tekanan ebear 7, bar. Gambar. Kompreor Hydrovanetipe hv Makalah Seminar Hail Ade Amruchly Yana NIM. 633

2 B. Electro Pneumatic Regulator Alat ini digunakan untuk mengatur tekanan udara berdaarkan aru litrik yang mauk bia juga diebut eebagai I/P converter. Tipe yang digunakan adalahitv3-3bl dari SMC Pneumatic. Perangkat ini mengubah inyal aru 4-mA menjadi tekanan - 9bar. Namun dalam penelitian ini ITV3-3BL dietting edemikian rupa ehingga range keluarannya menjadi -7bar.Electro pneumatic regulator ditunjukkan oleh Gambar. Gambar. Electro pneumatic regulator[] C. Air Preure Regulator Air Preure Regulator adalah alat yang digunakan untuk mengatur tekanan udara. Pengaturannya dilakukan ecara manual dengan cara memutar tua. Udara bertekanan yang mauk makimal ebear bar dan range pengaturan udaranya berkiar,7-3, bar. Gambar 3 menampilkan air preure regulator ecara fiik. F = m. a... (3) F = m. x... (4) Dari peramaan (4)didapat : P. A F. Cx = m. x... () Dengan tranformai Laplace diubah menjadi : P()A FX() = M X()... (6) P()A = X()(M + F)... (7) Sehingga didapatkan fungi alih : X() = A P() M +F X() = A... () P()... (9) M +F [4] dimana : A = lua penampang piton M = maa troke F = tekanan udara dari port P = tekanan dalam penampang piton X = poii piton Diameter piton =. 3 m =,cm A = 4 πd...() jadi A = π(. 4 3 ) = 4,96. 4 m...() A = 4,96cm maa troke = M =. 3 kg = g F =, bar = 4 pi nilai di ata dimaukkan dalam peramaan ehingga didapat: X() = 4,96 +4 P()... () D. Silinder Pneumatik Gambar 3. Air preure regulator.[] Silinder Pneumatik adalah ilinder yang bergerak maju pun mundur euai dengan arah mauknya udara bertekanan. Silinder pneumatik yang digunakan bertipe double acting, memiliki panjang troke 3, dan diameter bore mm. Tekanan makimal yang dapat diberikan ebear bar. Analogi ilinder pneumatik ditunjukkan dalam Gambar 4. E. Arduino Uno Arduino uno adalah ebuah board mikrokontroler yang didaarkan dalam ATmega3. Arduino uno mempunyai 4 pin digital input dan output, 6 di antaranya dapat digunakan ebagai output PWM. 6 input analog, ebuah oilator Krital 6 MHz, ebuah koneki USB, ebuah power jack, ebuah ICSP header, dan ebuat tombol reet. Arduino uno memuat emua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke ebuah komputer dengan ebuah kabel USB menuplainya dengan ebuah adaptor AC ke DC menggunakan baterai untuk memulainya. Gambar menampilkan arduino uno ecara fiik. Gambar 4. Analogi ilinder pneumatik.[3] Tekanan (P) adalah uatu gaya yang bekerja merata dalam permukaan bidang, dirumukan dengan : P = F...() A ehingga F = P. A... () Analogi dalamgambar 4 euai dengan hukum kedua Newton, yaitu : Makalah Seminar Hail Ade Amruchly Yana NIM. 633 Gambar. Arduino uno

3 3 F. Senor PING))) Senor jarak ultraonik PING))) adalah enor 4 KHz produki parallax yang banyak digunakan untuk aplikai konte robot cerda untuk mendeteki jarak uatu objek. Senor PING))) mendeteki jarak objek dengan cara memancarkan gelombang ultraonik ( 4 KHz ) elama t = μ kemudian mendeteki pantulannya. Tampilan fiik enor PING))) ditunjukkan dalam Gambar 6. Gambar 6. Senor Ultraonik PING))) G. V/I Converter Diebabkan electro pneumatic regulatoryang digunakan hanya dapat menerima aru 4-mA maka dibutuhkan converter untuk merubah keluaran tegangan hail pengolahan kontroler menjadi inyal aru 4-mA. Converter yang digunakan adalah IC keluaran SHENZHEN SUNYUAN TECHNOLOGY CO., dengan kode eri ISO-U-P3-O eperti dalam Gambar 7. Gambar 7. IC V/I Converter IC ini mampu mengubah inyal tegangan -V menjadi inyal aru 4-mA. Sebagai umber dayanya dibutuhkan tegangan ebear V. H. Perancangan PID dan Root Locu Rancangan item kendali loop tertutup dengan metoderoot locudimungkinkan untuk mengatur ekurang-kurangnya beberapa letak pole item loop tertutup ehingga dapat diatur tanggapan tranientdalam tingkat tertentu dan pengaruhnya terhadap tanggapan keadaan mantap [4]. Proedur analiti perancangan kontroler PID menggunakan metode root locu dapat dilihat dalam Gambar. Sehingga dari peramaan diata didapatkan Gc( ) = Gp( ) Kd Dengan Maka Kd j( ) e...(7) j( ) e Kp Ki...() Gp j e... (9) jin Kp co jin Ki Gp co co( ) j in( ) () Menyamakan real dengan real dan imajiner dengan imajiner, didapat co( ) Ki co Kd Gp () in Kp in( ) Gp co( ) Ki co Kd Gp () in Kp in( ) Gp Dari peramaan diaata dapat dilihat bahwa untuk perancangan kontroler PID, atu dari tiga penguatan Kp. Ki, Kd, haru ditentukan dahulu. Sedangkan untuk perancangan PI PD, penguatan yang euai dalam peramaan diata dibuat ama dengan nol. Kau adalah imajiner, peramaan diata akan menghailkan dua peramaan dalam Kp dan Kd erta bear Ki haru ditentukan terlebih dahulu. I. Konveyor Konveyor adalah uatu item mekanik yang mempunyai fungi memindahkan barang dari atu tempat ke tempat yang lain. Konveyor banyak dipakai di indutri untuk tranportai barang. Konveyor di ini beertipe belt, yang dikontrol ecara on/off oleh arduino. Gambar 9 menampilkan belt conveyor ecara fiik. Gambar. Sitem Kendali Berdaarkan item terebut, peramaan karakteritik diberikan oleh: + Gc()Gp() =...(3) Mialkan diinginkan loku akar melalui =, maka Gc( )Gp( ) =...(4) Gc( ) Gp( ) e j j = e...() Fungi alih kontroler PID etelah ditranformai laplace dinyatakan oleh Gc() = Kp + Ki + Kd.... (6) Gambar 9. Belt conveyor Makalah Seminar Hail Ade Amruchly Yana NIM. 633

4 Tekanan (bar) Maukan (Volt) 4 III. PERANCANGAN ALAT Perancangan ini meliputi pembuatan perangkat kera dan perangkat lunak, perangkat kera meliputi perancangan rangkaian pneumatik dan perancangan rangkaian elektrik. Perancangan perangkat lunak meliputi pembuatan program dalamarduino uno. A. Rangkaian Perangkat Pneumatik Sitem pneumatik angat penting untuk menjalankan item ecara keeluruhan. Penyuunan rangkaian mengacu dalam kema dalam Gambar. Komponen pneumatik yang digunakan antara lain terdiri dari Kompreor, buffer accumulator, air filter andregulator, I/P converter, dan ilinder double acting. Gambar. Skema rancangan item keeluruhan B. Rangkaian Elektrik Dalam penelitian ini dibutuhkan V/I converter untuk mengubah hail olahan kontroler berupa tegangan keluaran menjadi inyal aru agar dapat diproe oleh Electro pneumatic regulator.. C. Perancangan Perangkat Lunak Dalam penelitian ini pemrograman keeluruhan item menggunakan bahaa C++oftwareArduino ERW.. IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS DATA Pengujian ini meliputi pengujiani/p converter, enor jarak, dan V/I converter dengan tujuan memperoleh karakteritik dari tiap alat. Dengan begitu dapat dilakukan penyeuaian dalam item. A. Pengujian Digital Analog Converter PCF 9 Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui bear kecilnya output tegangan yang dikeluarkan oleh arduino uno dengan mengatur PWM dengan range -.B Hail pengujian dapat dilihat dalam Tabel. Tabel. Hail Pengujian Digital Analog Converter PCF 9 No PWM Tegangan (volt) Berdaarkan hail pengujian, dapat diimpulkan bahwa DAC mampu bekerja dengan baik. B. Pengujian V/I Converter Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui aru output V/I converter apabila diberi tegangan input yang berbeda-beda. Berdaarkan Gambar di bawah ini, dapat diimpulkan bahwa V/I converter mampu bekerja dengan baik.,7,4,,,,,9,6,3 3,7,4,,,,,9,6, Keluaran (ma) Gambar. Grafik Hubungan Tegangan dan Aru C. Pengujian Electro Pneumatic Regulator Pengujian dilakukan untuk mengetahui bear tekanan apabila electro pneumatic regulator diberi aru maukan yang berbeda-beda. Berdaarkan Gambar di bawah ini, dapat diimpulkan bahwa electro pneumatic regulator bekerja dengan baik Aru (ma) Gambar. Grafik hubungan tekanan dan aru. D. Pengujian Senor Jarak PING))) Pengujian dilakukan untuk mengetahui eberapa bear error pembacaan jarak yang dilakukan oleh enor PING))) dengan jarak ebenarnya dengan alat ukur, Makalah Seminar Hail Ade Amruchly Yana NIM. 633

5 Jarak (Cm) Jarak (cm) dalam hal ini menggunakan penggari. Hail pengujian enor ditunjukkan dalam Tabel. Tabel. Hail pengujian enor PING))) No Pembacaan Senor (cm) E. Penentuan Parameter PID Jarak Sebenarnya (cm) 3 3 3, 3 4 4,3 4, ,3 7, 9 9 9,,,3 3 3, 3 4 4, 4, ,9 9 9, 9 9,9,9, 3 3, 3 4 3,9 4 4,9 6, , Untuk mendapatkan parameter PID yang yang diinginkan terlebih dahulu ditentukan pole yang dinginkan berdaarkan grafik root locu dari item. Dari grafik root locu dapat dilihat bahwa emua akar berada dalam ii kiri bidang, dapat diimpulkan bahwa item tabil dalam nilai manapun, dalam penelitian ini dipilih pole = -.. Root locu fungi alih item dan pemilihan pole dapat dilihat dalam Gambar 3. dibutuhkanlah kontroler PID untuk mengatur panjang ilinder yang keluar ,,4,6,,,4,6, 3 3, 3,4 Tekanan (bar) Gambar 4. Grafik repon item tanpa kontroler Dari Gambar 4 dapat diketahui bahwa repon item tanpa menggunakan kontroler berupa PID tidak euai dengan yang diinginkan. Dengan digunankannya parameter PID hail tuning didapatkan repon yang lebih cepat dan euai tujuam penelitian. jeni parameter PID hail perhitungan root locu ditunjukkan dalam Tabel 3 di bawah ini. Tabel 3. Parameter PID No. Kp Ki Kd Pole Pole Pole i i i i i i i i i i Dari kelima parameter terebut, didapatkan repon terbaik dengan parameter : Kp=.6, Ki=. dan Kd=.. F. Pengujian Sitem Keeluruhan Pengujian item ecara keelurahan ini dilakukan untuk mengetahui kinerja perangkat kera dan perangkat lunak erta mengetahui repon keeluruhan item dengan PID. Implementai nilai parameter PID yang telah dihitung yaitu Kp=.6, Ki=. dan Kd=..Pengujian ini dilakukan dengan 4 macam etpoint dengan tujuan mengetahui bahwa item ini bia digunakan ketika mempunyai etpoint yang berbeda-beda. Pengujian pertama etpoint cm, dilihat dalam Gambar. hailnya bia Cm Gambar 3. Root Locu Fungi Alih item dan Pemilihan Pole Selanjutnya dilakukan perthitungan untuk menetukan parameter PID euai dengan kriteria yang diinginkan dalam hal ini menggunakan metode root locu yang diimplementaikan dalam program MATLAB. Seuai dengan Peramaan. Grafik repon item tanpa kontroler dapat dilihat dalam Gambar 4, oleh karena Gambar. Hail repon dengan etpoint cm. Makalah Seminar Hail Ade Amruchly Yana NIM. 633

6 Jarak (Cm) Jarak (Cm) Jarak (Cm) Pengujian kedua etpoint cm, hailnya bia dilihat dalam Gambar 6. Gambar 6. Hail repon dengan etpoint cm. Pengujian ketiga etpoint cm, hailnya bia dilihat dalam Gambar 7. Gambar 7. Hail repon dengan etpoint cm. Pengujian keempat etpoint cm, hailnya bia dilihat dalam Gambar. 3 Cm Cm Cm V. KESIMPULAN DAN PROSPEK Dari perancangan parameter PID mengunakan metode root locu dengan nilai pole = -, didapatakan nilai Kp=.6, Ki=. dan Kd=..Berdaarkan hail pengujian dengan 4 macam etpoint yang berbeda-beda (cm, cm, cm, dan cm) diperoleh ettling time (t) rata-rata ebear,7 detik dan error teady tate (e) rata-rata ebear,%. Hail pengujian terhadap kontroler PID berbai arduino uno menunjukkan bahwa hail pencarian parameter PID menggunakan root locudalam pengendalian poii tamping rod berbai pneumatic menggunakan arduino uno euai dengan tujuan penelitian. Sitem ini menghailkan repon euai dengan yang diharapkan dan dapat dilakanakan dalam etiap ukuran ilinder dengan repon yang cepat dan errorteady tate yang angat kecil ebear,%. DAFTAR PUSTAKA [] Zen, Ahmad D. 3. Pengendalian Poii Stamping Rod Berbai Pneumatic Menggunakan DCS Centum VP. Univerita Brawijaya. [] Praetyo, Dima B. 3. Aplikai Kontroler Pid Dalam Pengendalian Poii Stamping Rod Berbai Pneumatic Menggunakan Arduino Uno. Univerita Brawijaya. [3] Palinggi, Wido S. 6. Kontrol poii ilinder linear pneumatik dengan katup on/off menggunakan kontoller Proportional Integral Derivative (PID). Univerita Kriten Petra. [4] SMC Corporation.. CM dataheet manual.pdf [] P. Croer, F. Ebel.. Pneumatic Baic Level. Feto Didactic GmbH. Gambar. Hail repon dengan etpoint cm. Dari keempat pengujian keeluruhan item di ata, dapat dibuat tabel hailnya dalam tabel 4 di bawah ini. Tabel 4. Hail pengujian Pengujian Settling Error teady time (t) tate (e) cm,6 detik % cm,7 detik,667% 3 cm,7 detik,% 4 cm detik,4% Berdaarkan tabel di ata, ettling time rata-rata dari item adalah ebear,7 detik dan error teady tate rata-rata ebear,%. Makalah Seminar Hail Ade Amruchly Yana NIM. 633