Kendali Perancangan Kontroler PID dengan Metode Root Locus Mencari PD Kontroler Mencari PI dan PID kontroler...

Transkripsi

1 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN DOSEN PEMBIMBING... i LEMBAR PENGESAHAN DOSEN PENGUJI... ii HALAMAN PERSEMBAHAN... iii HALAMAN MOTTO... iv KATA PENGANTAR... v ABSTRAK... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii NOMENKLATUR... xiiv BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian dan Perancangan Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Kajian Pustaka Dasar Teori Motor DC Sistem Kendali Open-loop Sistem Kendali Close-Loop Metode Root Locus Kendali Umpan-Balik PID Arduino Arduino Uno Komunikasi Serial PWM (Pulse Widht Modulation) EncoderLinier Aktuator Ballscrew Matlab Simulink Arduino BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN Diagram Alir Penelitian Perangkat yang Digunakan Perangkat Keras Perangkat Lunak Perancangan Perangkat Sistem Kendali Posisi Linier Instalasi Perangkat Lunak Instalasi Perangkat Keras Mengidentifikasi Fungsi Transfer pada Obyek Kendali dengan Metode Respon Waktu Orde Pengujian dan Perbandingan Respon Open-Loop Model Obyek ix

2 Kendali Perancangan Kontroler PID dengan Metode Root Locus Mencari PD Kontroler Mencari PI dan PID kontroler BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN Hasil Perancangan Hasil Perancangan Perangkat Lunak Hasil Perancangan Perangkat Keras Hasil Perancangan Kontroler Pengujian Sistem Pengujian Respon Sistem pada saat Open-Loop tanpa Kontroler Pengujian Respon Sistem pada saat Close-Loop tanpa Kontroler Pengujian Respon Sistem dengan Kontroler PID pada Posisi 0.5 cm Pengujian Respon Sistem dengan Kontroler PID pada Posisi 1 cm Pengujian Respon Sistem dengan Kontroler PID pada Posisi 1.5 cm Pengujian Respon Sistem dengan Kontroler PID pada Posisi 2 cm Pengujian Respon Sistem dengan Kontroler PID pada Posisi 2.5 cm Perbandingan Pengujian Respon Sistem pada Seluruh Set Point Analisis dan Pembahasan Analisis Sistem secara Keseluruhan Analisis Kontroler Analisis Pengujian Respon Sistem secara Keseluruhan BAB 5 PENUTUP Kesimpulan Saran Daftar Pustaka x

3 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Parameter pembeda penelitian sebelumnya & yang akan dilakukan... 7 Tabel 3.1 Pin pada encoder linier Tabel 3.2 Encoder pin ke SN75175 pin Tabel 3.3 SN75175 pin ke Arduino pin Tabel 3.4 Data-data uncompensated system Tabel 3.5 Data-data proportional compensated system Tabel 3.6 Data-data PD compensated system Tabel 3.7 Data-data PID compensated system Tabel 3.8 Perbandingan data-data P, PD & PID Tabel 4.1 Perbandingan data-data P, PD & PID Tabel 4.2 Nilai error steady state pada posisi 0.5 cm Tabel 4.3 Nilai settling time pada posisi 0.5 cm Tabel 4.4 Nilai error steady state pada posisi 1 cm Tabel 4.5 Nilai settling time pada posisi 1 cm Tabel 4.6 Nilai error steady state pada posisi 1.5 cm Tabel 4.7 Nilai settling time pada posisi 1.5 cm Tabel 4.8 Nilai error steady state pada posisi 2 cm Tabel 4.9 Nilai settling time pada posisi 2 cm Tabel 4.10 Nilai error steady state pada posisi 2.5 cm Tabel 4.11 Nilai settling time pada posisi 2.5 cm Tabel 4.12 Perbandingan nilai error steady state pada semua set point Tabel 4.13 Perbandingan nilai settling time pada semua setpoint xi

4 DAFTAR GAMBAR Gambar 1-1 Skema sistem kendali... 1 Gambar 2-1 Simulator sistem kendali motor DC... 6 Gambar 2-2 Motor DC sederhana... 8 Gambar 2-3 Prinsip kerja motor DC... 8 Gambar 2-4 Sistem kendali open-loop... 9 Gambar 2-5 Elemen-elemen dasar sistem kendali Gambar 2-6 Diagram blok sistem kendali dengan umpan balik Gambar 2-7 PID kontroler Gambar 2-8 Diagram blok pengendali PID Gambar 2-9 Arduino Uno Gambar 2-10 Ilustrasi komunikasi serial pada Arduino dan komputer Gambar 2-11 Sinyal dengan variasi duty cycle Gambar 2-12 Encoder linier yang sudah terpasang pada aktuator Gambar 2-13 Ballscrew Gambar 2-14 Contoh jendela Matlab Simulink Gambar 3-1 Diagram alir penelitian Gambar 3-2 Setting peralatan yang digunakan Gambar 3-3 Motor DC Maxon Gambar 3-4 Arduino Uno DFRobot Gambar 3-5 Kabel USB Gambar 3-6 Motor shield Adafruit Gambar 3-7 Ballscrew THK KR Gambar 3-8 Logic diagram IC SN Gambar 3-9 Modul IC SN Gambar 3-10 Encoder linier Gambar 3-11 Adaptor 12V Gambar 3-12 Coupling oldham SOH 20 6*6mm Gambar 3-13 Kabel jumper warna-warni Gambar 3-14 Jendela Matlab 2013b Gambar 3-15 Jendela Matlab Simulink Gambar 3-16 Tampilan Arduino IDE Gambar 3-17 Tahapan proses instalasi perangkat lunak Gambar 3-18 Blok kendali open-loop Gambar 3-19 Blok kendali close-loop Gambar 3-20 Alur instalasi perangkat keras Gambar 3-21 Motor shield yang sudah terpasang pada Arduino Gambar 3-22 Installasi motor DC ke ballscrew Gambar 3-23 Perangkaian kabel motor DC ke motor shield Gambar 3-24 Pin pada IC SN Gambar 3-25 Rangkaian dari modul SN75175 ke Arduino Gambar 3-26 Blok open-loop untuk mengidentifikasi fungsi transfer Gambar 3-27 Grafik eksperimen open-loop Gambar 3-28 Hasil nilai pada grafik open-loop Gambar 3-29 Blok open-loop obyek kendali xii

5 Gambar 3-30 Grafik perbandingan hasil simulasi & eksperimen Gambar 3-31 Grafik root locus uncompensated untuk mencari n Gambar 3-32 Root locus uncompensated system Gambar 3-33 Step response uncompensated Gambar 3-34 Root locus proportional compensated system Gambar 3-35 Step response proportional compensated system Gambar 3-36 Grafik root locus PD compensated Gambar 3-37 Step response PD compensated Gambar 3-38 Root locus PID compensated system Gambar 3-39 Step response PID compensated Gambar 3-40 Simulasi PID kontroler Gambar 4-1 Blok kendali open-loop Gambar 4-2 Blok kendali close-loop Gambar 4-3 Hasil perancangan perangkat keras Gambar 4-4 Grafik perbandingan respon open-loop tanpa kontroler secara eksperimen & simulasi Gambar 4-5 Grafik hasil eksperimen 1,2 & 3 tanpa kontroler close-loop set point 0.5 cm Gambar 4-6 Grafik hasil pengujian pada posisi 0.5 cm Gambar 4-7 Grafik hasil pengujian pada posisi 1 cm Gambar 4-8 Grafik hasil pengujian pada posisi 1.5 cm Gambar 4-9 Grafik hasil pengujian pada posisi 2 cm Gambar 4-10 Grafik hasil pengujian pada posisi 2.5 cm Gambar 4-11 Sistem secara keseluruhan Gambar 4-12 Kontroler PID pada blok close-loop Matlab Simulink xiii

6 NOMENKLATUR K P = Konstanta proporsional [-] T I = Waktu integral [Detik] T D = Waktu turunan [Detik] K I = Konstanta integral [-] K D = Konstanta turunan [-] k m = Gain constant [-] m = Konstanta Waktu [-] a = Tegangan [volt] v( ) = Final Speed [Cm/detik] t 0 = 63.2% dari steady state/ final speed [Detik] = Rasio Redaman [-] n = Frekuensi Tak Teredam [-] d = Frekuensi Teredam [-] v (s) = Output [-] u (s) = Input [-] xiv