Sistem Kontrol Digital

Transkripsi

1 Sistem Kontrol Digital Kuliah 1 Kontrol Digital Bab 13 buku-ajar Agus Arif 1

2 Materi Tujuan, Bahan & Buku-ajar Kuliah Definisi Sistem Kontrol Digital Kelebihan Komputer Digital Contoh Sistem Kontrol Digital Posisi Komputer Digital Konversi Digital-ke-Analog rangk resistor berbobot, rangk tangga R-2R Konversi Analog-ke-Digital counter ramp, tracking, successive-approximat, single-ramp, dual-ramp, parallel/flash Agus Arif 2

3 Tujuan & Bahan Kuliah {1} Tujuan: setelah mengikuti kuliah ini mhs memiliki kompetensi memodelkan, menganalisis & mendesain sistem kontrol digital. Bahan kuliah: Konversi A/D & D/A Pemodelan komputer digital Transformasi-z Agus Arif 3

4 Tujuan & Bahan Kuliah {2} Bahan kuliah (lanjutan): Fungsi transfer Reduksi diagram blok Kestabilan Ralat keadaan-ajeg Tanggapan transien Desain pelipatan (gain) Kompensasi berjenjang (cascade) Agus Arif 4

5 Buku-ajar Nise, Norman S., 2000, Control Systems Engineering, ed. 3, John Wiley & Sons Situs web pendukung: HigherEdTitle/productCd html Phillips, Charles L & Nagle, H. Troy, 1995, Digital Control System Analysis & Design, ed. 3, Prentice Hall Agus Arif 5

6 Definisi Sistem Kontrol Digital Sistem kontrol otomatis yang menggunakan komputer digital sebagai pengontrol Sistem kontrol digital = sistem kontrol datatercuplik = sistem terkontrol-komputer Fungsi komputer digital: Supervisory : penjadwalan, pemantauan prmtr & variabel yg bernilai di luar rentang kerja, pengawalan shutdown yg aman Direct control sbg bagian dr kalang kontrol Agus Arif 6

7 Kelebihan Komputer Digital Hemat biaya: Satu komputer mampu mengendalikan banyak kalang kontrol secara sekaligus Lentur menanggapi perubahan desain: Stp perubahan/modifikasi dpt dilakukan sbg perubahan perangkat-lunak Kebal derau: Sistem digital memiliki ketahanan derau yg lebih baik drpd sistem analog Agus Arif 7

8 Contoh Sistem Kontrol Digital Agus Arif 8

9 Posisi Komputer Digital {1} Agus Arif 9

10 Posisi Komputer Digital {2} Kalang yg mengandung sinyal analog & digital hrs melakukan proses konversi A/D atau ADC (Analog-to-Digital Converter) D/A atau DAC (Digital-to-Analog Converter) Sinyal analog pd output plant (c) & input sistem (r) A/D harus ada pada sisi input komputer digital Sinyal analog pd input plant (f) D/A hrs ada pada sisi output komputer digital Agus Arif 10

11 Konversi D/A {1} Konversi D/A: sederhana & seketika Contoh D/A 3-bit: Agus Arif 11

12 Konversi D/A {2} Output tegangan D/A: V ( 1 2 n ) A 2 + A = V 2 o fs 1 2 A n V fs : tegangan skala-penuh sbg rujukan A 1 : most significant bit (MSB) V fs /2 A n : least significant bit (LSB) V fs /2 n Resolusi: perubahan analog terkecil yg dpt dihasilkan konverter = LSB dlm volt Agus Arif 12

13 Rangk Resistor Berbobot {1} Agus Arif 13

14 Rangk Resistor Berbobot {2} D/A sederhana: penguat penjumlah + resist dgn nilai bobot faktor 2 yg meningkat Kelemahan: Butuh nilai resistor yg tepat pd rentang yg lebar (1024 ~ 1 pd D/A 10-bit) Saklar dgn resistans yg rendah & dgn tegangan offset nol Kelemahan tsb diatasi dgn D/A dgn rangk tangga (ladder) R-2R Agus Arif 14

15 Rangk Tangga R-2R {1} Agus Arif 15

16 Rangk Tangga R-2R {2} Rangk ini hanya butuh 2 nilai: R & 2R sesuai utk diterapkan dlm keping terpadu Nilai R: 2,5 hingga 10 kω & Thevenin berturutan: tegangan input tereduksi sebesar faktor 2 dari MSB sampai LSB Kelemahan: Arus tangga, disipasi & pemanasan tergantung pd input digital non-linearitas Beban pd tegangan rujukan tergantung pd input digital diatasi dgn rangk R-2R terbalik Agus Arif 16

17 Rang Tangga R-2R Terbalik {1} Agus Arif 17

18 Rang Tangga R-2R Terbalik {2} Arus mengaliri tangga scr konstan & input digital mengarahkannya ke ground (bit 0) atau konverter arus-ke-tegangan (bit 1) Konfigurasi D/A yg populer Implementasi pd keping terpadu CMOS Saklar hrs dgn resistans rendah MOS/J-FET Resolusi hingga 12-bit Agus Arif 18

19 Konversi A/D {1} Konversi A/D: proses 2-langkah & tidak seketika tundaan di antara input-output Sinyal analog dicuplik scr periodik & dipegang selama selang pencuplikan Sinyal tercuplik diubah mjd sinyal digital Laju pencuplikan paling sedikit 2 kali lebarpita sinyal analog (laju Nyquist) Langkah kerja: Agus Arif 19

20 Konversi A/D {2} Agus Arif 20

21 Konversi A/D {3} Agus Arif 21

22 Konversi A/D {4} Agus Arif 22

23 Counter Ramp {1} Agus Arif 23

24 Counter Ramp {2} Agus Arif 24

25 Tracking ADC {1} Agus Arif 25

26 Tracking ADC {2} Agus Arif 26

27 Successive Approximation {1} Agus Arif 27

28 Successive Approximation {2} Agus Arif 28

29 Single Ramp Converter {1} Agus Arif 29

30 Single Ramp Converter {2} Agus Arif 30

31 Single Ramp Converter {3} Agus Arif 31

32 Dual Ramp Converter {1} Agus Arif 32

33 Dual Ramp Converter {2} Agus Arif 33

34 Parallel Converter/Flash Agus Arif 34