Kontrol Kecepatan Motor DC Dengan Metode PID Menggunakan Visual Basic 6.0 Dan Mikrokontroler ATmega 16

Transkripsi

1 Kontrol Kecepatan Motor DC Dengan Metode PID Menggunakan Viual Baic 6.0 Dan Mikrokontroler ATmega 6 Muhammad Rizki Setiawan, M. Aziz Mulim dan Goegoe Dwi Nuantoro Abtrak Dalam penelitian ini telah diimplementaikan uatu item kontrol motor DC dengan kontroler PID menggunakan mikrokontroler ATmega6. Interface item kontrol ini menggunakan Viual Baic 6.0 ehingga memudahkan untuk pengembangan lebih lanjut. Proe identifikai item dilakukan dengan menggunakan inyal input Peudo Random Binary Sequence (PRBS 0 bit dengan variai inyal acak ebanyak 0 data. Dari hail identifikai diperoleh fungi alih model ytem adalah Selanjutnya dilakukan proe penentuan parameter PID dengan menggunakan metode root locu, yang hailnya menunjukkan bahwa emua akar berada diebelah kiri bidang. Sehingga repon yang didapat dari emua pole tabil. Hail perhitungan parameter PID dengan pole = j. didapatkan nilai parameter PID terbaik yaitu K P =.6805, K I =0 dan K D =0.06. Kata Kunci identifikai item, root locu, PID. K I. PENDAHULUAN EBUTUHAN akan item kontrol yang lebih efektif dan efiien di era modern ini emakin meningkat, mengingat bahwa jumlah plant yang akan dikontrol emakin banyak dan memiliki truktur yang emakin komplek. Maka dari itu item kontrol yang dapat dikendalikan melalui perangkat komputer mutlak diperlukan. Selain dapat melakukan item monitoring ecara real time dengan menggunakan penyajian data yang lebih bagu, perangkat komputer dapat dengan mudah melakukan proe pengiriman et point yang dikehendaki.. Salah atu jeni kontroler yang banyak digunakan aat ini adalah kontroler PID (Proporional Integral Diferenial karena kontroler ini ederhana dan relatif mudah dalam pengaplikaiannya. Pada umumnya PID Muhammad Rizki Setiawan adalah mahaiwa Juruan Teknik Elektro Fakulta Teknik Univerita Brawijaya Malang Indoneia (Korepondeni penuli melalui HP ; penx@yahoo.com M. Aziz Mulim adalah doen Juruan Teknik Elektro Fakulta Teknik Univerita Brawijaya Malang Indoneia. Goegoe Dwi Nuantoro adalah doen Juruan Teknik Elektro Fakulta Teknik Univerita Brawijaya Malang Indoneia (Korepondeni penuli melalui HP ; goegoedn@ub.ac..id, goegoedn@yahoo.com diimplementaikan menggunakan rangkaian analog bahkan ada yang menggunakan komponen mekani dalam penentuan et point, etting parameter. Berdaarkan permaalahan terebut maka dalam kripi ini akan dirancang ebuah alat dengan piranti lunak yang mampu mengendalikan kecepatan motor DC dengan item monitoring ecara real time ehingga memudahkan untuk mengetahui perubahan data yang terjadi. Data yang diajikan langung dirubah menjadi bentuk grafik upaya dapat dimengerti dengan baik, hal terebut dapat dilakukan mengingat pembuatan perangkat lunak dalam kripi ini dilakukan menggunakan program Viual Baic 6.0 yang dapat menyajikan data dalam bentuk grafik ecara real time. Sedangkan untuk perangkat keranya menggunakan Mikrokontroler ATMega6 dan perantara port erial dalam komunikai datanya. Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah terbuatnya perangkat lunak yang mampu melakukan monitoring, pengiriman et point dan parameter PID pada Mikrokontroler untuk menjalankan driver. II. RANCANGAN PENELITIAN A. Blok Diagram Keeluruhan Sitem Gambar. Blok Diagram Keeluruhan Sitem Blok diagram keeluruhan item dari penelitian ini eperti pada Gambar, dimana Max ebagai penghubbung antara viual baic dan mikrokontroler edangkan driver merupakan penghubung antara mikrokontroler dengan motor DC. B. Viual Baic 6.0 Merupakan bahaa pemrograman berbai viual dengan dukungan berbagai fitur yang bia digunakan dalam pembuatan perangkat lunak yang dinami. Dalam penelitian ini perangkat lunak yang dibuat haru mampu mengirim dan menerima data dari erial port dan menggambarkan grafik kecepatan motor ecara Jurnal EECCIS Vol. 6, No., Deember 0

2 real time. Hal terebetut dapat dilakukan mengingat Viul Baic 6.0 memiliki fitur-fitur terebut. C. Motor DC Motor yang digunakan dalam peneltian kali ini merupakan motor DC magnet permanen eperti pada Gambar. Untuk melakukan perubahan kecepatan dari motor ini adalah dengan diaturnya tegangan yang mauk ke dalam motor. D. Rotary Encoder Gambar. Motor DC Senor rotary encoder yang digunakan dalam penelitan ini terhubung langung dengan motor DC dapat dilihat pada Gambar, memiliki keluaran 5 V. akan tetapi dalam penelitan kali ini yang digunakan hanya keluaran karena dalam penelitian ini lebih ditekankan untuk pembacaan kecepatan motor. Senor rotary encoder ini memiliki reolui ebear 00 pula etiap kali putaran inyal kotak yang termodulai pada lebarnya dan berlangung ecara ekuenial. Sinyal ini biaanya dibangkitkan menggunakan Linear Feedback Shift Regiter (LFSR. Pada LFSR memiliki parameter daar yang menentukan ifat ekuenial yang dihailkan, yaitu: panjang dari hift regiter dan uunan umpan balik. PRBS memiliki variai panjang ekuenialnya, tergantung dari panjangnya hift regiter eperti ditunjukkan Tabel Panjang dari hift regiter menentukan periode makimum yang dapat dihailkan dari ekuenial PRBS dan tidak berulang yang dapat dinyatakan dengan peramaan: ( Dimana n adalah panjang dari regiter LFSR (jumlah bit. Panjang makimum dari PRBS diebut M- equence. TABEL TABEL VARIASI PANJANG SEKUENSIAL PRBS Panjang Regiter Panjang Sekuenial Poii Tap (N L=N- Umpan Balik dan 7 dan 5 dan 5 dan dan dan ,,, dan dan dan 0 Gambar. Senor Rotary Encoder E. Miktrokontroler ATmega6 [] Mikrokontroler berfungi ebagai puat pengolahan data dan pengendali bagi perangkat lain eperti enor SHT- dan modul GPS EG-T0. Untuk memenuhi kebutuhan memori program yang cukup bear, maka digunakan mikrokontroler ATmega6. ATmega6 memiliki pin yang digunakan untuk input/output, pin-pin terebut terdiri dari 8 pin ebagai port A. 8 pin ebagai port B. 8 pin ebagai port C. 8 pin ebagai port D. Dalam komunikai erial, maka hanya port D yang dapat digunakan kerena fungi khuu yang dimilikinya. F. Pengambilan Data Input-Output[] Pengujian ini tentu memerlukan inyal uji tertentu yang akan diberikan kepada item fiik yang akan diidentifikai. Agar diperoleh model yang tepat maka dalam pemilihan inyal uji ini tidak boleh embarangan. Syarat pemilihannya adalah uatu inyal uji haru memiliki cakupan frekueni yang lebar dan tandard yang digunakan adalah inyal Peudo Random Binary Sequence (PRBS[]. Peudo Random Binary Sequence (PRBS adalah G. Perancangan PID dengan Root Locu[] Rancangan item kendali loop tertutup dengan metode root locu dimungkinkan untuk mengatur ekurang-kurangnya beberapa letak pole item loop tertutup ehingga dapat diatur tanggapan tranient pada tingkat tertentu dan pengaruhnya terhadap tanggapan keadaan mantap [5]. Proedur analiti perancangan kontroler PID menggunakan metode root locu yang dijelakan dalam Feedback Control Sytem oleh Charle L. Philip dan Royce D. Harbour dapat dilihat dalam Gambar berikut. Untuk item terebut, peramaan karakteritik diberikan oleh ( Mialkan diinginkan root locu melalui, maka Gambar. Sitem Kendali Gc( Gp( Gc( Gp( e j e Fungi alih kontroler PID etelah ditranformai laplace dinyatakan oleh Gc ( Kp Kd j Jurnal EECCIS Vol. 6, No., Deember 0

3 Sehingga dari peramaan diata didapatkan j( Gc ( e Gp atau Dengan Maka, Kd Kd Gp Kp j e j( e Gp co j in Kp co co( j in( j in Menyamakan real dengan real dan imajiner dengan imajiner, didapat atau co in Kd Kp Gp Gp co( in( co( co Kd Gp ( in Kp in( Gp Dari peramaan diaata dapat dilihat bahwa untuk perancangan kontroler PID, atu dari tiga penguatan Kp., Kd, haru ditentukan dahulu. Sedangkan untuk perancangan PI atau PD, penguatan yang euai pada peramaan diata dibuat ama dengan nol. Untuk kau adalah imajiner, peramaan diata akan menghailkan dua peramaan dalam Kp dan Kd erta bear haru ditentukan terlebih dahulu []. ( A. Rangkaian Max IC MAX dari Maxim Incoporation adalah IC Gambar 5. Rangkaian Minimum Sitem ATmega6 pengubah level TTL menjadi RS- atau ebaliknya, yang memiliki ebuah charge pump tegangan yang dihailkan +0V dan -0V dari tegangan catu daya 5V. Tegangan-tegangan ini dihailkan dengan proe pengiian dan pembuangan empat kapaitor luar yang dihubungkan dengan rangkaian pengganda tegangan internal yang dimiliki IC ini. Rangkaian Max eperti pada gambar 6. III. PERANCANGAN MODUL Perancangan ini meliputi pembuatan perangkat kera dan perangkat lunak, perangkat kera meliputi perancangan Minimum item ATmega6 dan rangakaian Max ebagai penghubung komputer dengan miktrokontroler, untuk perangkat lunak meliputi pembuatan program pada mikrokontroler untuk keperluan analii item yaitu dengan membangkitkan inya PRBS dan program kontrol PWM. Sedangkan pada viual baic 6.0 dibuat program untuk menerima dan mengirim data ekaligu membuatnya dalam bentuk grafik. A. Minimum Sitem ATmega6 Dalam penelitian ini mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega6 untuk penghitungan nilai RPM motor ekaligu pengiriman nilai RPM kepada program Viual Baic 6.0 dan pengiriman inyal PWM kepada driver. Krital yang digunakan ebear.059 MHz. Rangkaian minimum item ATmega6 eperti pada Gambar 5. Gambar 6. Rangkaian Max B. Pemprograman Viual Baic 6.0 Gambar 7. Tampilan Program Pengontrol Kecepatan Komunikai antara mikrokontroler dengan komputer Jurnal EECCIS Vol. 6, No., Deember 0

4 dapat dilakukan dengan memanfaatkan fitur active MSCOMM pada viual baic 6.0 [6], edangakan untuk membuat grafik dari data kecepatan maka fitur timer dapat digunakan, pemrograman ini juga dibuat untuk melakukan proe log data kecepatan dari waktu ke waktu. Interface dari program yang dibuat diperlihatkan pada Gambar 7. duty cycle diperoleh repon kecepatan motor eperti Gambar 0. IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS DATA Pengujian ini meliputi pengujian perangkat kera dalam hal ini driver dan hubungan PWM dengan kecepatan motor diterukan dengan pengambilan data input-output dengan penggunaan inyal PRBS, kemudian data tereebut dianalia dengan MATLAB dengan failtia ident yang teredia. A. Pengujian Driver Motor Pengujian ini dilakukan dengan diberikan nilai PWM dari 0%-00% duty cycle, pengujian ini dilakukan dengan keadaan yaitu pengujian driver tanpa motor dan pengujian driver menggunakan motor. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui hubungan antara nilai PWM dengan tegangan keluaran driver. Gambar 0. Grafik Hubungan PWM dan Kecepatan Motor Dari grafik diata motor mulai berputar di kiaran PWM 5%-0% duty cycle, kecepatan motor mengalami perubahan yang bear dalam kiaran 0%-0% duty cycle edangkan 0%-00% duty cycle perubahan kecepatan tidak begitu bear. C. Pengambilan data Input-Output Pengambilan data input-output dengan cara dijalankannya program yang membangkitkan inyal PRBS dari mikrokontroler. Hail dari pengambilan data ditunjukkan pada Gambar. Gambar 8. Grafik PWM dan Tegangan Keluaran Driver tanpa Motor Dari Gambar 8 dapat diketahui bahwa keluar driver udah memiliki nilai tegangan mekipun PWM maih 0. Grafik hubungan diata menunjukkan grafik yang linier. Gambar. Grafik Hubungan Sinyal PRBS dengan Kecepatan Gambar 9. Grafik PWM dan Tegangan Keluaran Driver Menggunakan Motor Pada Gambar 9 dapat diketahui bahwa motor maih dalam kedaan berhenti mekipun udah diberi nilai PWM ebear 5% duty cycle, dan motor mulai bergerak pada kiaran 5%-0% duty cycle. B. Pengujian Kecepatan Motor Dengan memberikan nilai PWM ebear 0% - 00% Gambar. Identifikai Menggunakan Ident MATLAB D. Identifikai Mengunakan MATLAB Identifikai item bertujuan didapatkannya fungi Jurnal EECCIS Vol. 6, No., Deember 0

5 5 alih dari keeluruhan item, pengujian dilakukan mengunakan oftware MATLAB dengan fungi ident yang dimilikinya. Data identifikai yang digunakan, PRBS ebagai input edangan kecepatan ebagai output. truktur model yang digunakan adalah Auto Regreive with Exogenou input (ARX dengan etimai parameter. Dapat dilihat pada Gambar dan Gambar. Dari jeni parameter PID yang didapat dipilih nilai PID yang memiliki repon terbaik yaitu : KP =.6805 KI = 0 KD = 0.06 Gambar5. Grafik Repon item tanpa PID dan Dengan PID Gambar. Bet Fit Sitem Dengan memaukkan nilai parameter PID kedalam fungi alih item, maka fungi alih item berubah menjadi: ( F Gambar root locu dari fungi alih plant ditambah PID diperlihatkan pada Gambar 6. Dari hail diata didapatkan bet fit terbaik yaitu 9.5 % dengan fungi alih dikrit A(q = ( q^ ( q^- B(q = ( q^ ( q^- Dari data diata bia didapatakan fungi alih dalam bentuk nya: F ( E. Penentuan Parameter PID Gambar. Root Locu Fungi Alih item dan Pemilihan Pole Untuk mendapatkan parameter PID yang yang diinginkan terlebih dahulu ditentukan pole yang dinginkan berdaarkan grafik root locu dari item. Dari grafik root locu pada Gambar dapat dilihat bahwa emua akar berada pada ii kira bidang, dapat diimpulkan bahwa item tabil dalam nilai manapun, dalam penelitian ini dipilih pole = j.6. Selanjutnya dilakukan perthitungan untuk menentukan parameter PID euai dengan kriteria yang diinginkan dalam hal ini menggunakan metode root locu yang diimplementaikan dalam program MATLAB. Seuai dengan peramaan. [5] hailnya eperti yag ditunjukkan pada Gambar 5. Gambar 6. Root Locu Sitem Keeluruhan F. Pengujian Sitem keeluruhan Pengujian item ecara keelurahan ini dilakukan untuk mengetahui kinerja perangkat kera dan perangkat lunak erta mengetahui repon motor tanpa PID dan dengan PID. Dengan dilakukannya implementai nilai parameter PID yang telah dihitung yaitu KP=.680, KI=0 dan KD=0.06 ke dalam rangkaian keeluruhan item. Dari proe implentai terebut dihailkan repon eperti pada Gambar 7 dan Gambar 8. Gambar 7. Grafik Repon Motor Tanpa PID dengan Viual Baic Jurnal EECCIS Vol. 6, No., Deember 0

6 6 Dari Gambar 7 dapat diketahui bahwa repon motor tanpa menggunakan PID membutuhkan waktu yang lebih lama untuk mencapai Steady State. Gambar 8. Grafik Repon Motor Menggunakan PID dengan Viual Baic Dengan digunakannya parameter PID hail tuning didapatkan repon yang lebih cepat dari pada repon tanpa menggunakan PID. V. KESIMPULAN DAN PROSPEK Berdaarkan dari erangkaian pengujian yang telah dilakukan didapatakan fungi alih keeluruhan item dengan parameter PID adalah ( F, hail pengujian keakuraian menggunakan inyal uji PRBS ebear 9.5 %, edangkan perancangan parameter PID mengunakan metode root locu dengan nilai pole = j.6 didapatakan nilai K P =.6805, K I =0 dan K D =0.06. Program pada viual baic dapat mengirim et point, parameter PID ke dalam mikrokontroler erta mampu membuat grafik dari nilai kecepatan ecara real time. Untuk membuat item kontrol kecepatan motor DC yang lebih flekibel penggunaan USB lebih efektif karena port erial udah jarang digunakan oleh mayarakat, edang untuk penentuan parameter PID bia menambahakan metode lain ebagai pembanding. Ditambah dengan modifikai hardware dan oftware untuk mengetahui karakteritik ketika motor diberi beban. DAFTAR PUSTAKA [] ATMEL.007.ATmega6/ATmega6L, 8-bit AVR Microcontroller with 6K Byte In-Sytem Programmable Flah. [] Wibowo, Teguh Budi Pemodelan Sitem Plant Suhu Dengan Metode Identifikai Recurive Leat Square. Laporan Skripi, Teknik Elektro Brawijaya [] Landau, Ioan dan Gianluca Zito Digital Control Sytem Deign, Identification and Implementation. Germany: Springer- Verlag London Limited [] Ikrom, Haanal Perancangan Kontroler Pid-Kakade Dengan Metode Root locu Untuk Kontrol Temperatur Dan Tekanan Pada Proe Evaporator. Laporan Skripi, Teknik Elektro Brawijaya [5] Philip, C. L. & Harbor, R. D Feedback Control Sytem. Prentice Hall. New Jerey [6] Praetia, Retna.dkk.00. interfacing port pararel dan port erial computer dengan viual baic 6.0.Andi Yogyakarta Jurnal EECCIS Vol. 6, No., Deember 0