PERANCANGAN SISTEM PENGENDALI PID DENGAN BANTUAN METODE SIMULASI SOFTWARE MATLAB

Transkripsi

1 Jurnal Reaki (Journal of Science and Technology) Juruan Teknik imia oliteknik Negeri Lhokeumawe Vol.6 No.11, Juni 008 SSN X ERANCANGAN SSTEM ENGENDAL D DENGAN BANTUAN METODE SMULAS SOFTWARE MATLAB Harunyah Juruan Teknik imia oliteknik Negeri Lhokeumawe Abtrak Metode ytem pengendali yang elama ini kebanyakan maih menggunakan metode analii trial and erroe dengan perhitungan manual. Metode emacam ini mempunyai kelemahan yaitu memerlukan waktu yang lama dan mempunyai tingkat keulitan yang tinggi. Metode perancangan item kendali perbantuan computer berupa oftware Matlab yang dilengkapi Control Toolbox angat membantu dalam merancang item pengendalian diantara, dan D untuk melihat tanggapan (repon) berbagai kombinai parameter dengan variai maukan yang berbeda dalam merancang ytem pengendali yang ederhana dan baik.. ata unci : Deign pengendali, Metode Simulation, engendali D Abtract n D Controller deign, deigner ued trial and error method to obtain the optimum reult. However, thi method need more time and higher mathematic computation. MatLab with Control Toolbox help them to ee repone of the ytem, in many combination and input variety. Thi oftware i very helpful to determine which controller hould chooe, to get the implet and bet control ytem. eyword : Deign controller, Simulation Method, D Controller ENDAHULUAN engendali D (D Controller) merupakan alah atu jeni pengatur yang banyak digunakan. Selain itu item ini mudah digabungkan dengan metoda pengaturan yang lain eperti Fuzzy dan Robut. Sehingga akan menjadi uatu item pengatur yang emakin baik Tulian ini dibatai pada item dengan item pengendali umpan balik (Unity Feedback Sytem) yang gambarnya ebagai berikut: engendali D memiliki tranfer function ebagai ebagai berikut : H ( ) D 3 D engendali D ebenarnya terdiri dari 3 jeni cara pengaturan yang aling dikombinaikan, yaitu (roportional) Controller, D (Derivative) Controller, dan (ntegral) Controller. Maing-maing memiliki parameter tertentu yang haru diet untuk dapat beroperai dengan baik, yang diebut ebagai kontanta. Fungi alih H() pada item pengendali D merupakan bearan yang nilainya tergantung pada nilai kontanta dari item 37

2 Jurnal Reaki (Journal of Science and Technology) Juruan Teknik imia oliteknik Negeri Lhokeumawe Vol.6 No.11, Juni 008 SSN X, dan D. Setiap jeninya memiliki kelebihan dan kekurangan maing-maing. Dahulu untuk melihat repon uatu item dengan berbagai macam kombinai inyal input dan aki pengontrolan merupakan hal yang ulit dan memboankan. Adapun proedur yang haru dilalui adalah ebagai berikut: 1) Mendapatkan tranfer function item (dalam -domain) dengan Laplace Tranform; ) Menentukan jeni aki pengontrolan beerta dengan kontantanya; 3) Menggabungkan tranfer function yang udah didapatkan dengan jeni aki pengontrolan; 4) Menentukan inyal input yang akan dimaukkan (biaanya fungi tep, fungi ramp dan pule) dan menggabungannya ke dalam tranfer function yang baru. Untuk merancang item pengendali D, kebanyakan dilakukan dengan metoda coba-coba atau (trial & error). Hal ini diebabkan karena parameter p, i dan d tidak independent. Untuk mendapatkan aki pengendali yang baik diperlukan langkah coba-coba dengan kombinai antara, dan D ampai ditemukan nilai p, i dan d eperti yang diiginkan. Namun ekarang dengan perkembangan teknologi komputer baik hardware maupun oftware teru berkembang eiring perkembangan teknologi elektronika yang emakin maju, demikian juga teknologi pengendali yang mengalami banyak kemajuan dari pengendali konvenional ke pengendali otomatik ampai ke pengendali cerda. Dalam perancangan item pengendali ini diperlukan gambaran tanggapan item dengan inyal maukan dan aki pengontrolan yang meliputi : (1)Tanggapan item terhadap maukan yang dapat berupa fungi langkah, fungi undak, fungi impul atau fungi lainnya, () etabilan item yang dirancang, (3)Tanggapan item terhadap berbagai jeni aki pengontrolan. ermaalahan yang dihadapi dalam perancangan item pengendali adalah mendapatkan fungi alih dari item terebut. Setelah fungi alih didapatkan permaalahan elanjutnya adalah menganaliinya apakah item yang dibuat udah baik atau belum. Diini jela dalam item konvenional untuk melihat tanggapan uatu item dengan berbagai macam kombinai inyal maukan dan aki pengontrolan merupakan hal yang ulit, diperlukan keabaran dan ketelitian untuk mendapatkan hail penggambaran yang baik dan hailnyapun eringkali kurang akurat. Hal ini menjadikan kita meraa bahwa materi perancangan item control angat ulit yang berdampak pada keengganan untuk mempelajari lebih jauh tentang materi item pengendali. METODE Dalam merancang item pengendali tentu aja terlebih dahulu mencari fungi alih item dengan pendekatan model matematik. Tetapi etelah mendapatkan model fungi alihnya, eringkali kita mengalami keulitan dalam menganali item karena kerumitannya. Dengan adanya Software Matlab proe analii fungi alih akan menjadi jauh lebih mudah dan cepat ehingga akan memudahkan dalam merancang item pengendalinya. Software ini juga dilengkapi dengan berbagai toolbox yang memudahkan pemakai untuk melakukan perhitunganperhitungan tertentu. Bahkan aat ini udah dikembangkan toolbox khuu untuk imulai yang diberi nama Simulink. Beberapa fungi pendukung yang ering dipergunakan untuk menganalia uatu item adalah : feedback, tep, rlocu, erie, dll. Untuk menganalia uatu item, oftware hanya memerlukan maukan berupa tranfer function yang dituli dalam 38

3 Jurnal Reaki (Journal of Science and Technology) Juruan Teknik imia oliteknik Negeri Lhokeumawe Vol.6 No.11, Juni 008 SSN X Laplace Tranform (dalam -domain) atau matrik. Untuk elanjutnya, pemakai tinggal memilih analia yang akan dipergunakan. Tulian ini akan membaha penggunaannya ecara khuu untuk merancang D Controller pada uatu item. Sebagai contoh, uatu item kontrol memiliki tranfer function ebagai berikut : H( ) Sitem pada gambar 1ini memiliki teady tate error yang tinggi, yaitu 0,95. Sebab repon tertinggi hanya didapatkan pada amplitudo 0,05. Selain itu, ytem terebut memiliki rie time (waktu naik) yang cukup bear (ekitar 1,5 detik). Hal terebut jela tidak menguntungkan. Untuk menghailkan item pengendali yang baik, diperlukan ytem yang tertutup (cloe loop ytem). Sitem ini memiliki feedback, yang akan membandingkan kondii eungguhnya dengan eting poin yang diberikan. Dengan kriteria perancangan ebagai berikut : 1. memiliki rie time yang cepat. overhoot ekecil mungkin 3. tidak memiliki teady tate error. Dari fungi di ata, maka parameterparameter yang dimaukkan berupa koefiien pembilang dan penyebutnya. Biaanya dipergunakan variabel num untuk pembilang dan den untuk penyebut. edua nama variabel terebut tidak mutlak, jadi penggunaan nama variabel yang lain juga diperbolehkan. Setelah itu komputer udah iap untuk menganalia item kontrol. Langkah kedua yang perlu dilakukan adalah memilih jeni input yang akan dimaukkan ke dalam item. nput ini bia berupa tep, pule, ramp, inu, dan ebagainya. Sebagai daar analia akan diperlunakan fungi tep. Fungi daar yang akan ering dipergunakan adalah tep, dengan yntax : tep(num,den,t) untuk -domain atau tep(a,b,c,d) untuk tate pace. Fungi ini menghailkan gambar repon item bila diberi input unit tep dalam t-domain. num = [1]; den = [1 10 0]; tep(num,den) title( Open Loop Repone ) Repon item terbuka (open loop repone) dapat dilihat pada gambar 1. Gambar 1. Repon Sitem Dengan nput Fungi Step a) engendali roporional engendali roporional ini memiliki fungi tranfer ebagai berikut: H ( ) 10 (0 Mial, diambil kontanta p = 300, maka : p = 300; num = [p]; den = [ p]; t = 0 : 0.01 : ; tep(num,den) title( Cloed-Loop Step p = 300 ) ) 39

4 Jurnal Reaki (Journal of Science and Technology) Juruan Teknik imia oliteknik Negeri Lhokeumawe Vol.6 No.11, Juni 008 SSN X Repon itemyan dapat dilihat pada gambar. enambahan variabel t=0:0.01: dimakudkan untuk melihat repon item dari t=0 /d t=, dengan tep 0,01 detik. Dari gambar di ata, dapat dilihat bahwa penambahan pengendali ini mengurangi rie time dan teady tate error, tetapi menambah overhoot. Namun, overhoot yang terjadi maih terlalu bear. p = 300; d = 10; num = [d p]; den = [1 10+d 0+p]; t = 0 : 0.01 : ; tep(num,den) title( Cloed-Loop Step p=300 d=10 ) Repon item tergambar eperti gambar 3 di bawah ini. Gambar. Repon Sitem Tertutup Menggunakan engendali roporional Jika kontanta p diperbear, maka overhoot yang terjadi juga emakin bear, ettling time juga emakin bear, tetapi rie timenya menjadi kecil. ebalikan dari keadaan itu terjadi jika kontanta p diperkecil. b) engendali roporional Derevative (D Controller) Fungi tranfer pengendali ini dapat dituli ebagai berikut : H ( ) D (10 ) (0 D ) Gambar 3. Repon Sitem Tertutup Menggunakan D Controller Berdaarkan gambar 3 di ata, penggunaan pengendali proporional derevative (D Controller) dapat mengurangi overhoot dan ettling time, tetapi tidak memberikan dampat apa pun terhadap teady tate error. c) engendali roportional-ntegral ( Controller) Fungi tranfer pengendali ini dapat dituli ebagai berikut: H ) ( 3 10 (0 ) Mial, p = 300 dan d = 10, maka : Mial, p = 30 dan i = 70, maka : 40

5 Jurnal Reaki (Journal of Science and Technology) Juruan Teknik imia oliteknik Negeri Lhokeumawe Vol.6 No.11, Juni 008 SSN X p = 300; i = 70; num = [p i]; den = [ p i]; t = 0 : 0.01 : ; tep(num,den) title( Cloed-Loop Step p=30 i=70 ) Repon pada pengendali ini dapat dilihat pada gambar 4 dibawah ini bb: d) engendali roportional-ntegral- Derivative (D Controller) Bagian akhir dari imulai ini adalah D Controller, yang memiliki tranfer function untuk item ini adalah : H D ( ) 3 (10 D) (0 p = 350; i = 300; d = 50; num = [p i d]; den = [1 10+kd 0+p i]; t = 0 : 0.01 : ; tep(num,den) title( Cloed-Loop Step p=350 i=300 d=50 ) ) Repon pada pengendali ini dapat dilihat pada gambar 5 dibawah ini bb: Gambar 4. Repon Sitem Tertutup Menggunakan Controller Dari gambar 4. di ata terlihat bahwa rie time item menurun, dengan overhoot yang kecil, erta teady tate errornya dapat dihilangkan. engendali dan memiliki karakteritik yang ama dalam hal rie time dan overhoot. Oleh karena itu, nilai p haru dikurangi untuk menghindari overhoot yang berlebihan. Nilai i diambil lebih bear dari p, karena diinginkan untuk meniadakan teady tate error. Jika p > i, maka teady tate errornya tidak dapat dihilangkan. Gambar 5. Repon Sitem Tertutup Menggunakan D Controller Dari hail yang terlihat pada gambar 5 di ata terlihat bahwa kriteria item yang diinginkan udah terpenuhi, yaitu tidak memiliki overhoot, rie time yang cepat, dan tidak memiliki teady tate error. 41

6 Jurnal Reaki (Journal of Science and Technology) Juruan Teknik imia oliteknik Negeri Lhokeumawe Vol.6 No.11, Juni 008 SSN X Nilai-nilai kontanta yang terdapat pada tulian ini diperoleh dari percobaan (trial and error dengan imulai matlab). Sehingga perancang yang berbeda akan mendapatkan nilai yang berlainan untuk memenuhi kriteria di ata. Hal itu terjadi karena perubahan pada alah atu kontanta akan berpengaruh pada kontanta yang lain. 5. MatLab High erformance Numeric Computation and Viualization Software. The Mathwork, nc Stanley M. Shinner, (1998), MATLAB & Simulink Baed Book. Modern Control Sytem Theory and Deign, ed. New York: John Wiley & Son, nc. ESMULAN Dalam mengimplementaikan item pengendali, ebenarnya tidak perlu menggunakan pengendali D (D Controller). Jika item udah memberikan reponyang cukup baik hanya dengan Controller, maka tidak perlu menambahkan D Controller ke dalamnya. Sehingga item menjadi lebih ederhana (kombinai yang makin banyak membuat item menjadi makin komplek). Merancang uatu D Controller memang tidak mudah, ebab penentuan kontantanya dilakukan ecara trial and error. Selain itu perubahan alah atu kontanta akan berpengaruh terhadap parameter yang lain. Namun demikian, keulitan terebut udah edikit teratai dengan bantuan komputer. Sebab repon dapat langung dilihat tanpa melakukan perhitungan yang rumit dan memakan waktu panjang. DAFTAR USTAA 1. Mener, William and Dawn Tilbury. Control Tutorial for MatLab and Simulink. A Web Baed Approach. Addion Weley, nc Ogata, atuhiko. Modern Control Engineering. 3 rd ed. rentice Hall nternational Ogata, atuhiko. Solving Control Engineering roblem with MatLab. Englewood Cliff, New Jerey : rentice Hall nc