Auto Tuning PID Berbasis Metode Osilasi Ziegler-Nichols Menggunakan Mikrokontroler AT89S52 pada Pengendalian Suhu

Transkripsi

1 Ato nng PID Berbass Metode Oslas Zegler-Ncols Menggnaan Mroontroler A89S5 ada Pengendalan S Ea Candra Wjaya 1, Iwan Setawan,S. M., Wayd,S. M. Jrsan en Eletro, Faltas en, Unverstas Donegoro, Jl. Prof. Sdarto, embalang, Semarang, Indonesa Abstra Metode ontrol Proorsonal-Integral-Dervatve (PID) banya dteraan d bdang ndstr. ontroler n meml arameter-arameter engontrol, yat,, dan d. etga arameter tersebt dtrnan dar ertngan matemats ada metode PID onvensonal. esltan tmbl bla lant yang dendalan adala sstem dengan orde tngg. Maa dar t, derlan metode tnng PID yang daat dteraan dalam sstem orde tngg. Metode oslas Zegler-Ncols meraan seba metode enalaan PID yang daat dlaan secara otomats tana memodelan sstem. Pada metode n berlangsng da taa ada awal alasnya, yat taa enalaan nt menentan arameter-arameter ontrol dan taa engontrolan dengan meneraan arameterarameter tersebt. eda taa tersebt dteraan dalam seba modl menggnaan mroontroler A89S5. Plant engatran s meraan lant j nt modl enalaan dan engendalan PID. Plant tersebt tda meml wat tnda yang sesa dengan ersyaratan metode Zegler-Ncols, namn enalaan teta daat dlaan. arena wat tnda yang terlal ecl bla dbandngan dengan onstanta wat sstem, onstanta roorsonal yang daslan dar roses enalaan terlal besar. Parameter-arameter PID yang tda sembang n mengabatan lonjaan masmm tanggaan s yang besar. ata nc : PID, Oslas Zegler-Ncols, Mroontroler A89S5, Wat nda I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belaang en endal PID meraan ten endal yang banya dteraan d bdang ndstr ada saat n. Reson sat lant daat datr sedeman ba melal emlan arameter-arameter endal yang teat. Penentan arameter-arameter endal melal ertngan secara matemats membtan engetaan model matemats lant. Pemodelan sat lant tda slt dlaan selama lant tersebt berorde renda. esltan aan tmbl saat lant yang dmodelan berorde tngg. arena t, enalaan arameter-arameter PID rang efetf bla dlaan melal ertngan matemats. Sala sat sols esltan tersebt adala dengan enalaan PID secara otomat nt lant yang aan dendalan. Metode enalaan PID berman bal dengan engendal relay, engembangan metode Zegler- Ncols, meraan metode enalaan PID otomats yang jga banya dgnaan ada bdang ndstr. Parameter-arameter PID dtentan berdasaran oslas sstem saat dendalan dengan man bal relay dan tetaan arameter-arameter yang tela dtetaan Zegler-Ncols secara emrs. Pada eneraannya d bdang ndstr, enalaan dan endal yang dssn dalam erangat lna tda efsen bla dendalan menggnaan omter. Mroontroler A89S5 meraan meda enymanan erangat lna dan engendal yang ba nt enalaan dan endal PID tersebt. Sala sat lant dengan orde tngg adala lant emanas dara dengan tndaan anas yang drasaan sensor. Unj erja enalaan dan 1) Maasswa Jrsan en Eletro UNDIP ) Staf Pengajar Jrsan en Eletro UNDIP 1 engendalan PID berdasaran arameter-arameter yang ddaat dar enalaan, aan dj menggnaan lant emanas dara. 1. jan jan yang ngn dcaa adala membat alat bera erangat eras dan erangat lna berbass mroontroler gna meneraan metode enalaan relay Zegler-Ncols ada engendalan s dara dengan engendal PID. 1.3 Batasan Masala Permasalaan yang dbaas terbatas ada beberaa embatasan masala bert n. 1. Plant yang dendalan adala lant engatran s dara dengan PWM Drver.. Proses yang dlaan anyala emanasan dan s lant dangga merata d daera yang datr snya. 3. S yang djadan referens ertngan adala s asl embacaan dar sensor s LM Jangaan engatran s dara adala 30 o C sama 40 o C dengan ste sebesar 0,01 o C, sedangan jangaan engran s adala 5 o C sama 45 o C. 5. Pengendal PID dteraan menggnaan mroontroler A89S5. 6. Metode enalaan PID yang dgnaan adala metode enalaan Zegler-Ncols berdasaran engendal relay. 7. Antarma melal omnas seral, ADC 0804, dan DAC da membaas andsang omnas seral.

2 II. DASAR EORI.1 Pengendal PID Pengendal PID adala sstem engendal gabngan antara engendal roorsonal, ntegral, dan trnan (dervatve). Dalam wat ontny, snyal elaran engendal PID drmsan sebaga: 1 de t...(1) ( t) e t e t dt ³ t d 0 dengan (t) = snyal elaran engendal PID = onstanta roorsonal = wat ntegral d = wat trnan = onstanta ntegral d = onstanta trnan e(t) = snyal esalaan Jad, fngs al engendal PID (dalam doman s) daat dnyataan sebaga bert. Gc s d s...() s Dagram blo engendal PID daat dlat ada Gambar 1. masan E(s) s + d - s Y(s) dt U(s) Gambar 1 Dagram blo engendal PID.. Penalaan Pengendal PID Penalaan engendal PID adala mencar nla,, dan d. Ada beberaa metode enalaan yang daat dgnaan, sala satnya adala metode Zegler-Ncols. Metode dasar enalaan Zegler- Ncols daat dbedaan menjad, yat: A. Metode e-1 Zegler-Ncols Metode e-1 ddasaran ada reson lant terada masan tangga dalam alang terba. Plant yang tda memnya ntegrator, mengaslan rva tanggaan terada masan tangga seert rva rf S ada Gambar. rva tanggaan lant dgnaan nt mencar wat tnda L dan onstanta wat. a 0,63 L Gambar rva tanggaan berbent S. me Parameter-arameter yang ddaat dar rva reas dgnaan nt menentan arameterarameter engendal PID berdasaran tetaan emrs Zelger-Ncols. Rms-rms nt arameter engendal menggnaan metode rva reas dtabelan ada abel 1. abel 1 Penalaan Zegler-Ncols metode e-1. Pengendal d P PI PID 1 a - - 0,9 a 3L - 1, a L L B. Metode e- Zegler-Ncols Pada metode e-, enalaan dlaan dalam alang tertt dmana masan referens yang dgnaan adala fngs tangga (ste). Pengendal ada metode n anya engendal roorsonal., dnaan dar 0 ngga nla rts, sengga derole elaran yang ters-meners beroslas dengan amltdo yang sama. Nla rts n dsebt sebaga ltmated gan. anggaan elaran yang daslan ada 3 onds engatan roorsonal dtnjan ada Gambar 3. Sstem daat beroslas dengan stabl ada saat =. (a) Nla = 1. (b) Nla : 1< <. (c) Nla =. Gambar 3 araterst elaran sat sstem dengan enambaan. Nla ltmated erod,, derole setela elaran sstem mencaa onds yang tersmeners beroslas. Nla eroda dasar,, dan engatan dasar,, dgnaan nt menentan onstanta-onstanta engendal sesa dengan tetaan emrs Zegler-Ncols ada abel. abel Penalaan Zegler-Ncols metode e-. Pengendal d P - - PI PID Pengembangan Metode Penalaan eda Zegler- Ncols Metode enalaan eda Zegler-Ncols dembangan dengan relay sebaga engendal sstem. Relay dangga menggantan fngs engendal roorsonal yang dgnaan ada metode enalaan eda Zegler-Ncols. Dagram blo sstem man bal dengan relay sebaga engendal dtnjan Gambar 4. +d G s -d Gambar 4 Dagram blo sstem man bal dengan endal relay. Prns dasar metode n adala adanya batas nla eroda roses oslas, ja dendalan 1 y

3 menggnaan metode alang tertt dengan relay sebaga engendal. Snyal masan dan elaran yang derole dengan snyal endal,, dtnjan ole Gambar 5. Gambar 5 Masan dan elaran sstem dengan man bal relay. Proses oslas tersebt daat djelasan sebaga bert. Snyal masan bera gelombang erseg dengan freens Z. Snyal masan daat djabaran menggnaan deret Forer melal enjmlaan gelombang sns dengan freens Z,3 Z, dan setersnya. arena bent gelombang snyal elaran mendeat snyal snsoda, maa roses tersebt melemaan armon-armon snyal masan. Bla amltdo gelombang erseg, d, maa omonen dasar gelombang meml amltdo sebesar 4 d S. Pendeatan bawa armon-armon yang leb tngg dar armon dasar daat dabaan, menyebaban elaran roses bera gelombang snsoda dengan freens Z dan amltdo sebesar d a 4 G Z...(3) S Oslas daat terjad bla snyal elaran melal tt nol saat relay bernda oss. Selan t, omonen dasar dar snyal elaran dan masan ars meml fase yang berlawanan, sengga onds yang ars den agar oslas daat terjad adala sebaga bert. arg GZ S...(4) dan as 1 GZ...(5) 4d dmana sebaga engatan evalen dar relay selama engrman snyal snsoda dengan amltdo, a. Parameter dsebt jga ltmate gan. Pengatan n membawa sstem dengan fngs al G(s) e dalam batas establan d bawa endal roorsonal mrn. Peroda / mmnya dsebt sebaga eroda dasar. Parameter-arameter PID derole dengan mengoerasan nla-nla yang tela ddaat dar roses enalaan dengan tetaan-tetaan emrs Zegler-Ncols ada metode enalaan e- Zegler- Ncols yang dtnjan abel..3 Mroontroler A89S5 A89S5 meraan mroontroler yang mengonsms daya renda dengan CMOS 8 bt dan 3 memor flas nternal sebesar 8 byte. Perangat eras n omatbel dengan n-n elaran dan nstrs-nstrs standar ndstr 80C51. Flas nternal memngnan memor rogram drogram lang dalam sstem rangaan ata dengan memor emrogram non volatle onvensonal. Mroontroler A89S5 meml sejmla estmewaan sebaga bert: a. omatbel dengan rod MCS51. b. Memor Flas nternal sebesar 8 byte. c. Beroeras dalam jangaan 4 sama 5,5 volt. d. Oeras stats ada jangaan freens 0 sama 33 MHz. e. Protes memor rogram sebanya tga tngat. f. RAM nternal sebesar 56 x 8 bt. g. ga l da ba I/O yang daat drogram.. ga ba tmer/conter 16 bt.. Delaan smber nters. j. Salran seral UAR (Unversal Asyncronos Recever/ransmtter).. Mode straat saat tda menjalanan nstrs (low ower dle) dan enrnan onsms daya (ower down). l. Seba nters yang mengembalan onds dar mode ower-down. m. Fasltas watcdog tmer. n. Seasang data onter. Gambar 6 Ssnan a A89S5. Ssnan a-a mroontroler A89S5 derlatan ada Gambar 6. Penjelasan dar masng-masng a adala sebaga bert: a. VCC sebaga smber tegangan. b. GND dgnaan sebaga entanaan. c. Port 0, ort 1, ort, dan ort 3 meraan ort masan dan elaran da ara 8 bt. d. Reset meraan masan reset. Snyal berloga 1 ada n n selama sls mesn saat oslator beerja membat erangat reset. e. XAL1 masan nt engat membal oslator dan masan bag rangaan oeras deta nternal. f. XAL elaran engat membal oslator. g. EA /VPP adala n nt mengatfan engasesan esternal.. PSEN (Program Store Enable) adala snyal baca nt memor rogram esternal.. ALE/ PROG adala seba lsa elaran nt mengnc alamat byte renda selama mengases memor esternal.

4 .4 Penaml rstal Car (LCD) Penaml rstal Car ata Lqd Crystal Dslay (LCD) adala eralatan yang terdr dar rstal car dan c memor engola tamlan nt menamlan arater. LCD yang dgnaan adala M163 yang mam menamlan data sebanya 16 arater dalam bars, seert yang dtnjan ada Gambar 7. Gambar 7 LCD M163 tama atas. LCD M163 meml termnal masan dan elaran sebanya 16 ba. ga ba termnal ertama terdr dar termnal cat daya dan engendal tamlan. ga ba termnal bertnya meraan termnal-termnal engatr engrman dan engamblan data e modl LCD. Delaan termnal bertnya, yat mla termnal etj sama eemat belas, meraan termnal yang dgnaan nt bs data. Da termnal terar dgnaan nt cat daya layar LCD..5 onverter Dgtal e Analog (DAC) onverter dgtal e analog adala sat erangat yang berfngs nt mengola masan dgtal dan mengbanya, sengga mengaslan tegangan ata ars yang sebandng dengan nla dgtal masannya. egangan elaran DAC dnyataan sebaga: 1 n V0 Vref > A1 A... A dmana V ref tegangan referens MSB (Most Sgnfcant Bt) A 1 A 0 LSB (Least Sgnfcant Bt) Nla A 1 sama dengan A 0 aan bernla 1 ja bt yang bersangtan atf (on), dan aan bernla 0 ja bt yang bersangtan tda atf (off). Dengan deman, n bt DAC memnya jangaan tegangan yang terleta antara 0 sama n 1 V. n ref.6 onverter Analog e Dgtal (ADC) onverter analog e dgtal berfngs mengba masan yang bera besaran analog menjad sat nla dgtal yang sesa. Proses n c omles dan membtan wat leb lama dar roses onvers dar dgtal e analog. Secara mm, roses ada ADC dmla dengan mengatfan snyal mla onvers (start converson). emdan dlaan roses onvers dengan cara membandngan masan analog, V A, dengan tegangan analog yang daslan ole ADC, V AX. Ja V A z V AX, anga bner d dalam regster aan dmodfas dan roses onvers dmla lag. Ja V AX sda sama dengan V A ata leb tngg sebesar tegangan ambang (tresold voltage), maa ADC aan mengelaran snyal ar onvers (end converson). Nla dgtal yang daslan sama dengan nla dgtal ada saat V AX. Resols ADC berbngan erat dengan jmla bt yang dgnaan. Seman banya jmla bt, maa seman ecl resolsnya. Dengan deman ADC 1 bt memnya resols yang leb ba darada ADC 8 bt..7 Pengat Oerasonal Pengat oerasonal adala rangaan terad (IC) dengan 5 termnal dasar. Da termnal nt cat daya, yang lan dgnaan nt masan membal (-) dan masan ta membal (+) serta 1 termnal elaran..7.1 Pengat a Membal Pengat ta membal meraan engat dmana tegangan elarannya memnya olartas sama dengan tegangan masan. Rangaan engat ta membal dtnjan Gambar 8. Gambar 8 Pengat ta membal. Ars mengalr e R arena medans masan o-am sangat besar, sengga tda ada ars yang mengalr ada eda termnal masannya. egangan ada R sama dengan V arena erbedaan tegangan ada eda termnal masannya mendeat 0 V. V =...(7) R egangan ada R f daat dnyataan sebaga R f V Rf = I R f = xv...(8) R egangan elaran V o ddaat dengan menambaan tegangan ada R, yat V dengan tegangan ada R f, yat V Rf. R f V o = V + x V...(9) R V V o R f 1...(10) R ¹.7. Pengat Sels (Dfferental Amlfer) Pengat sels meraan sat engat dmana tegangan elarannya meraan sels dar tegangan masan yang dmasan e eda termnal masannya. Rangaan engat sels dtnjan ada Gambar 9. V V 1 R R a R b _ R f + V o Gambar 9 Pengat sels. 4

5 Nla tegangan elaran Vo daat dtng dengan teor seross sebaga bert : 1. Saat V dtanaan, tegangan yang mas e termnal ta-membalnya meraan tegangan yang terbag, yat Rb V V 1...(11) Ra Rb egangan n mengalam engatan sebesar R f ( +1), sengga elaran abat V dtanaan R (V o1 ) adala R f Rb Vo1 ( 1) V1...(1) Ra Ra Rb. Saat V 1 dtanaan, terbent engat membal dengan engatan sebesar R R. egangan elaran abat V 1 dtanaan (V o ) adala R f V o = - V....(13) R egangan elaran dar engat sels adala enjmlaan dar tegangan V o1 dan V o. V V V o o1 o R f R R b f Vo ( 1) V1 V Ra Ra Rb R Unt nla R f = R = R a = R b = R maa : V o V 1 V...(14).8 Sensor S LM35 Sensor s dgnaan nt mengeta besar s dalam lant emanas dara. Sensor s yang dgnaan adala IC LM35. IC n mengba nla s menjad tegangan. Caan s yang mam drasaan LM35 adala -55 o C sama 150 o C. egangan elaran sensor mengalam erbaan 10 mv seta erbaan temeratr 1 qc ata V ot = 10 mv [...(15) dengan adala temeratr dalam derajat Celcs. Sensor s LM35 dtnjan Gambar 10. IC n tda membtan albras dalam emaaannya arena tela dalbras langsng dalam derajat Celcs. Dalam jangaan erjanya, yat -55 o C sama 150 o C, eteatan engran meml tolerans sebesar ¼ o C, sedangan dlar jangaan s tersebt, eteatan engran meml tolerans sebesar ¾ o C. LM35 daat beerja dengan tegangan cat antara 4 sama 30 YROW,PSHGDQVL,& LQL UHQGD \DLWX XQWXN beban ars sebesar 1 ma. (a) ama bawa (b) ama dean Gambar 10 Sensor s IC LM35. f 5 III. PERANCANGAN Perancangan yang dlaan, melt erangat eras dan erangat lna. Perancangan erangat eras membaas sema erangat eras yang dgnaan dalam engendal s dara dan lant s, sedangan erancangan erangat lna membaas enysnan rogram engendalan. 3.1 Perancangan Perangat eras Perangat eras drancang seert ada Gambar 11. Mroontroler dgnaan sebaga engola data nt mengaslan snyal endal dan selama enalaan engendal PID. Mroontroler jga dbngan dengan omter nt omnas seral. omter dgnaan sebaga emanta snyal elaran lant nt eerlan analsa. Mroontroler jga dbngan dengan LCD dan 3 tombol. LCD dgnaan sebaga emanta roses dalam mroontroler dan etga tombol yang terbng e mroontroler berfngs dalam enalaan dan engendalan PID. Gambar 11 Dagram blo erangat eras engatran s dara Mroontroler A89S5 Mroontroler dalam sstem engendal n dbat sesa dengan sstem mnmmnya. Adan rangaan sstem mnmm mroontroler A89S5 sesa dengan Gambar Gambar 1 Sstem mnmm mroontroler A89S5. Pada erancangan sstem engatran n, ort 0 sebaga ort embaca data dar ADC 0804, ort 1 sebaga ort engrman data e DAC 0808, dan ort sebaga ort engrman data e LCD. Port 3 dgnaan nt beberaa eerlan, yat nt omnas seral (P3.0 dan P3.1), engendal ernta e LCD (3.6 dan 3.7), dan tombol engatran (n 3.3, n 3.4, dan 3.5). Gambar 1 mennjan 4 ba tombol yang dbngan dengan mroontroler. Seba tombol nt reset mroontroler, sedangan 3

6 tombol lannya nt melaan engatran selama modl djalanan onverter Dgtal e Analog (DAC 0808) Rangaan DAC 0808 dbat sesa dengan Gambar 13. Rangaan mendaat masan bera snyal endal yang drm mroontroler dengan bent data bner 8 bt. Data dgtal dar mroontroler aan dba e dalam besaran ars. PWM drver derole dengan mengomaras elaran embangt gelombang segtga dengan tegangan masan melal rangan embandng. Desan rangaannya dtnjan ada Gambar 16. 0,1 Gambar 13 Rangaan DAC Pengonds Snyal I Rangaan engonds snyal yang ertama dgnaan nt mengba tegangan elaran DAC sebesar 0 sama 5 volt menjad -5 sama 5 volt. Level tegangan -5 volt sama 5 volt dgnaan sebaga masan PWM drver. Rangaan engonds snyal n dtnjan ada Gambar 14. Gambar 14 Rangaan engonds snyal I Plant Pengatr S dengan PWM Drver PWM drver dgnaan nt mengendalan emanasan yang dlaan ole elemen emanas. Sema lant engatr s dtnjan ada Gambar 15. Drver emanas mengendalan tegangan DC yang dmanan e elemen emanas. Gambar 15 Sema lant engatr s dengan PWM drver. egangan AC elaran dar trafo (30 Vac) dsearaan dengan enyeara jembatan sengga daslan tegangan DC ± 45 Vdc. erjad enaan tegangan arena efe aastor yang menaan tegangan masannya. MOSFE IRFP150 dgnaan nt drver tegangan DC tngg n. elaran PWM dgnaan nt menggeraan MOSFE, sengga tegangan elaran MOSFE adala tegangan DC ± 45 Vdc dengan freens dan dty cycle sesa dengan elaran PWM drver. 6 Gambar 16 Rangaan PWM drver nt emanas Sensor dan Pengonds Snyal II Jangaan engran sstem antara 5 o C sama 45 o C, sengga tegangan yang delaran sensor LM35 berada dalam jangaan 0,5 volt sama 0,45 volt. egangan elaran sensor s aan dbaca ole mrorosesor melal ADC, sedangan tegangan masan ADC berada dalam jangaan 0 volt sama 5 volt. arena t, snyal elaran sensor dengan jangaan 0,1 volt sama 0,6 volt ars dondsan menjad tegangan dengan jangaan 0 volt sama 5 volt. Rangaan engonds snyal yang sesa adala engat sels, seert dtnjan ada Gambar 17. Gambar 17 Rangaan engonds snyal II onverter Analog e Dgtal (ADC 0804) ADC 0804 dgnaan nt mengba tegangan sensor menjad data dgtal yang dola dalam mroontroler. Jangaan nla tegangan masan ADC 0804 sebesar 0 sama 5 volt, yat jangaan nla tegangan erja sensor setela datan ole engonds snyal. Mode erja ADC yang dgnaan adala free rnnng. Mode n tda membtan engontrolan erja ADC. Rangaan ADC dtnjan ada Gambar ,1 0,1 Gambar 18 Rangaan ADC Penaml rstal Car (LCD) M163 LCD M163 dgnaan sebaga emanta roses yang sedang dlaan ole mroontroler. 10

7 Rangaan nt mengoerasan LCD dtnjan ada Gambar 19. Gambar 19 Rangaan LCD M Perancangan Perangat Lna Perancangan erangat lna dlaan nt da eerlan, yat engontrolan dan engamatan elaran lant. Pengontrolan dengan mroontroler menggnaan baasa assembler sebaga erangat lnanya, sedangan engamatan dgnaan Del 6.0 yang terbng e mroontroler melal ort omnas seral. Bagan enalaan dan engendalan meraan da bagan yang tersa, namn teta terntegras dalam seerangat rogram endal PID yang sesa dengan dagram alr ada Gambar 0. Penalaan melaan engatran arameter-arameter PID sesa dengan lant yang aan dendalan. Ja enalaan tda dlaan, endal PID melaan engendalan dengan arameter-arameter dengan nla defalt. Pengendalan melt bagan engatran nla referens dan engoerasan endal PID terada lant. Gambar 0 Dagram alr rogram secara mm Penalaan Parameter-arameter PID Proses enalaan PID bertjan nt mendaatan arameter-arameter PID sesa dengan metode man bal relay Zegler-Ncols. Berdasaran ersamaan (1) nt endal PID dan tetaan Zegler-Ncols ada abel, maa roses enalaan yang dlaan ada mroontroler sesa dengan dagram alr ada Gambar 1. Data yang dambl dar roses enalaan adala data amltdo dan eroda tanggaan s dengan endal relay. Gambar 1 Dagram alr enalaan arameter-arameter endal PID. Bagan A menjelasan roses engendalan relay terada lant. Pengendalan relay dlaan dengan nla referens sebesar 60 ata 3,5 o C. Ja nla elaran leb ecl darada nla referens, maa snyal endal sebesar C0, sedangan bla snyal elaran leb besar darada nla referens, maa snyal endal adala 00. Penetaan nla tersebt mengabatan nla amltdo snyal endal, d, ddaatan sebesar 60. Pengendalan relay dlaan sama ddaatan oslas snyal yang stabl. Penentan stablnya snyal oslas adala dengan membandngan eroda oslas snyal searang dan sebelmnya. Bagan B menjelasan engamblan data amltdo. Nla ADC dsman dan dbandngan dengan nla embacaan ADC bertnya. Saat elaran lant leb besar dar referens, nla yang dsman adala nla tertngg dar snyal tersebt. Saat elaran lant leb ecl dar referens, nla yang dsman adala nla terenda dar snyal elaran lant selama sat sls. Bagan C menjelasan ertngan d ar enalaan. Pertngan n dlaan nt mencar onstanta-onstanta engal error yang dbtan ada saat engendalan dlaan. Pengolaan arameter-arameter menjad onstanta-onstanta engendalan PID secara dsrt sesa dengan enjelasan ertngan bert. 7

8 1 & ). & ) * ( 3. ' * - +, + & ) & * "! ' - +, + & ' ) "! Berdasaran ersamaan (1) dengan menggnaan transformas Lalace, ddaatan ersamaan PID dalam awasan s bert. U ( s) E s Es ses s su ( s) d ses Es s Es...(16) d Persamaan (16) dba embal e awasan wat, sengga menjad: d( t) det d e t e t...(17) d dt dt dt Unt mengba ersamaan (17) e dalam bent dsrt, dgnaan ersamaan bacward dfference, dmana: dy ( t) y( ) y( 1) dan dt d y( t) dt y( ) y( 1) y( Sengga ersamaan (17) menjad: ( ) 1 $#% e e & 1 e ( ) ) e 1 e $#% e & d d 1 e /.0 * /.0 * d d 1 e e 1 e e 1 e d...(18) ( ) (19) dengan 1...(0) (1) () 3.. Pengendalan PID A. Pengatran Nla Referens Pengatran nla referens dlaan sebelm engendalan PID djalanan. Nla referens dbandngan dengan nla elaran lant yang dterma mroontroler melal ADC. ADC mengr elaran lant dalam jangaan s 5 o C sama 45 o C. egangan yang daslan sensor ada s 5 o C setara dengan tegangan 0 volt ada ADC dan tegangan yang daslan sensor ada s 45 o C setara dengan tegangan 5 volt ada ADC. Penetaan batas bawa engran dlaan dengan ertmbangan bawa s dara normal adala setar 5 o C sama dengan 8 o C, Penetaan batas atas engran dlaan dengan ertmbangan s tertngg yang dterma sensor dengan adanya tndaan ada lant emanas. Nla referens dtetaan dalam jangaan 30 o C sama dengan 40 o C. Penetaan batas bawa engesetan dlaan dengan ertmbangan s ar sebelm dlaan emanasan berada d bawa 30 o C. Batas atas engesetan dtetaan sebesar 40 o C agar lonjaan s yang terjad tda mencaa s 45 o C (batas atas engran). ga anga yang datr menyataan nla s dalam satan derajat Celcs. etga anga n dtnjan Gambar sebaga x. Bagan n melbatan 3 tombol yang terbng P3.5, P3.4, dan P3.3 ada mroontroler dan LCD sebaga enaml nla referens. Masng-masng dar etga tombol dber tanda X, Y, dan Z. Fngs masngmasng tombol adala sebaga bert. x ombol X berfngs sebaga enggeser crsor. x x ombol Y berfngs sebaga engatr nla. ombol Z berfngs nt menyman nla yang tela datr. Gambar amlan LCD saat engatran nla referens engendalan. Nla referens engatran donvers menjad bent bner standar ata esadesmal sesa dengan ersamaan (3), dengan X 1 X sebaga anga d dean oma dan X 3 sebaga d belaang oma. (Hasl) =(X 1 [7,F80 )+(X [0,CC0 )+(X 3 [0,147 )...(3) arena data yang dbaca mroontroler dar ADC bera blangan bner tana ecaan, maa nla asl onvers aan dblatan e atas bla nla d belaang oma leb besar dar 80. Dagram alr engatran nla referens menggnaan 3 ba tombol engatran dtnjan ada Gambar 3. Gambar tersebt menjelasan erja dar masng-masng tombol selama roses engatran nla referens. onvers nla referens dlaan ada ar roses ata setela tombol Z dtean. Gambar 3 Dagram alr engatran nla referens. 8

9 B. Pengoerasan Pengendal PID Pengendal PID doerasan sesa dengan ersamaan (19). Pada engendalan n, snyal masan yang dola ole mroontroler adala snyal yang ddaat dar ADC. Sels antara snyal referens dengan snyal ADC dertngan sebaga snyal esalaan (error) yang menjad nla varabel dalam engendal PID. Dagram alr engendalan PID dtnjan ada Gambar 4. nla snyal esalaan n dgeser, sengga snyal esalaan searang, e(), menjad snyal esalaan sebelmnya, e(-1), dan snyal esalaan searang aan derbaar ada ertngan bertnya. Nla snyal endal yang tela delaran jga dsman nt ertngan bertnya. Nla snyal endal sebelmnya, (-1), aan derbaar setela snyal endal searang, (), delaran. Daat dataan bawa (-1) adala snyal endal searang nt ertngan bertnya. IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS 4.1 Pengjan alang erba Pada engjan n, lant dber masan bera tegangan yang dberan e DAC sebesar 5 volt. anggaan s dtnjan ada Gambar 5. Gambar 5 anggaan lant s nt alang terba. anggaan lant s mennjan adanya sedt wat tnda (delay tme). Besarnya wat tnda (L) sebesar 19 det dan onstanta wat () sebesar 45 det. Perbandngan wat tnda terada onstanta wat (L/) sebesar 0,078. Pengjan n mengaslan tanggaan lant stabl ada s 40,1 o C. Aan teta, s yang drasaan sensor tda daat teta ada nla 40,1 o C. Hal n dsebaban s lngngan yang berengar besar ada sstem lant emanas. 4. Pengjan Penalaan PID Plant emanas memberan tanggaan s seert dtnjan ada Gambar 6 saat enalaan PID. Referens yang dberan adala sebesar 3,5 o C yang setara dengan 60 saat dola mroontroler dan snyal endal relay yang dberan e DAC adala sebesar 0 volt dan 3,76 volt. Gambar 4 Dagram alr engendalan PID. Mroontroler A89S5 anya daat melaan oeras artmata antara 8 bt data dengan 8 bt data lannya. arena t, ertngan snyal endal dlaan secara bertaa. Snyal esalaan selama engendalan berjalan dsman sama snyal esalaan eda, e(-), sebelm snyal esalaan searang. Pada ar ertngan, Gambar 6 anggaan lant s saat dlaan enalaan arameter-arameter PID. anggaan s lant daat stabl beroslas antara 3,3 o C sama 3,7 o C. S masmal 3,3 o C dan s mnmal 3,7 o C. arena engolaan dlaan dalam mroontroler dengan blangan 9

10 ; = 9 ;? B 9 : 9 B 8 > B < 9 = B 9 9 < B < ;? A B < < A sat byte, nla amltdo oslas, a, ddaatan sebesar. Oslas s lant emanas daat mencaa establan dengan nla eroda,, 100 det. Nla n setara dengan 64 dalam mroontroler. Nla amltdo dan eroda dola leb lanjt nt mengaslan onstanta-onstanta engendalan. Sesa dengan ersamaan engendal PID bert n, () = (-1) + 3 e() - 4 e(-1) + e(-) maa ddaatan onstanta-onstanta engendal: d : 8 P 5, a 10 d 5 64 d ; 0, E 8 8 5,00 0, E 6, C4 4 = 3 5,00 0, E 5, ,5C Ja dlat masng-masng arameter engendal PID, maa ddaat nla arameter engendal PID sebaga bert. = 5,00 = 37,00 d = 0,E = 0,88 = 0,BD = 0,74 Dar etga arameter engendal tersebt, terlat bawa nla onstanta engendal roorsonal,, nlanya sangat besar bla dbandngan onstanta engendal trnan, d, dan onstanta engendal ntegral,. Perbedaan nla onstanta engendal yang sangat besar n terjad abat wat tnda sstem terlal ecl, sengga erbandngan wat tnda dan onstanta wat sstem sebesar 0,078. Wat tnda sstem (L) menentan besarnya amltdo oslas saat enalaan arameter-arameter PID dlaan. Seman ecl wat tnda sstem, seman ceat reas yang drasaan sensor terada erbaan emanas. arena t, amltdo oslas yang terjad jga seman ecl. Besarnya nla amltdo oslas berdama ada onstanta roorsonal dan eroda oslas. Ja amltdo yang terjad besar, maa onstanta roorsonal ecl, ta eroda oslas aan besar jga. arena oslas yang terjad sangat ecl, yat sebesar, onstanta roorsonal memnya nla yang ja leb besar dar onstanta ntegral,, dan onstanta trnan, d. 4.3 Pengjan Pengendalan PID Pengendalan PID ada engjan n dlaan dengan meneraan arameter-arameter yang ddaat dar engjan enalaan. anggaan s lant emanas dara dtnjan ada Gambar 7, Gambar 8, dan Gambar 9. Gambar 7 anggaan lant s ada referens 33 o C. Gambar 8 anggaan lant s ada referens 35 o C. Gambar 9 anggaan lant s ada referens 36 o C. Dar etga gambar tanggaan lant terada endal PID, daat deta beberaa araterst sstem lant emanas. araterst sstem dtabelan dalam abel 3. Lewatan masmm etga tanggaan sstem terlat sangat besar, tertama tanggaan dengan nla referens 35 o C. Persentase lewatan masmm yang c besar terjad abat onstanta roorsonal yang besar. Besarnya nla onstanta roorsonal membat snyal endal memnya nla masmm selama tanggaan eralan sstem, baan sama beberaa saat setela melewat s referens. abel 3 araterst tanggaan sstem. S Referens t ( o awal d t r t C ) ( o ( s ) ( s) ( s) C ) t s ( s) M (%) 33,0 30,1 59, 66,8 164, 38,6 48,7 35,0 30, 84,6 116, ,0 36,0 9,9 93,6 160, 44,8 53,6 34,7 Lonjaan masmm nt referens 36 o C terlat ecl dbandngan da referens lannya. Hal n terjad arena terbatasnya emaman emanas nt memanasan sstem. erbatasnya emaman emanas sesa dengan tanggaan dar engjan alang terba, dmana enngatan s berrang setela melewat s setar 35 o C. Snyal endal berba dengan ceat ada onds nca dar tanggaan. Penrnan snyal endal terjad sangat besar dan mengabatan enrnan s yang lner. Penrnan s mennjan bawa snyal endal dalam eadaan mnmm, sengga enrnan s terjad secara alam. Perbaan snyal endal yang ceat n terjad abat yang sangat besar. 10

11 Selan lonjaan masmm, engar etdasesaan erbandngan wat tnda dengan onstanta wat ( L/ ) terada ersyaratan Zegler-Ncols, terjad jga ada wat enetaan. Wat enetaan daat leb ceat, ja onstanta roorsonal tda terlal besar dbandngan dengan onstanta trnan. Peranan onstanta roorsonal n mendomnas endal PID dan mengrang eranan endal ole onstanta trnan. Dengan onstanta trnan yang bermbang dengan onstanta roorsonal aan memerceat enngatan embal nla snyal endal setela tanggaan s berada d bawa nla referens. anggaan sstem mencaa establan ada s referens dengan tolerans sebesar %. ealsan tanggaan sstem dalam onds stabl jga dengar onstanta roorsonal. eadaan n mengrang eranan onstanta ntegral dan onstanta trnan sebaga omonen-omonen engendal. Peranan onstanta ntegral sebaga engendal yang mendal menjad berrang dalam memerals tanggaan terada erbaan snyal endal yang dabatan onstanta roorsonal. 4.4 Unj erja Pengendal PID erada Ganggan Ganggan yang dberan ada engendal dlaan dengan varas, yat ganggan yang bersfat sesaat dan ganggan yang ters-meners. Penyembran dara lngngan ada sensor selama lma det dberan sebaga ganggan sesaat, sedangan ganggan yang ters-meners dberan dengan melaan enyedotan energ anas e ara yang berlawanan dengan ara emanas terada sensor Pengendal PID dengan Ganggan Sesaat Ganggan sesaat dberan terada tanggaan s sstem yang tela stabl ada referens s 33 o C. Pengar ganggan n daat dlat ada Gambar 30. Gambar 30 anggaan lant s nt engendal PID dengan ganggan sesaat. Pemberan ganggan dlaan ada det e 386 dan s trn sebesar 0,6 o C dar referens. Pemberan ganggan n memengar engendalan PID dan tanggaan s sstem teta ada s terenda selama 6 det. anggaan s mencaa nca tertnggnya, yat sebesar 33,4 o C dalam wat 3 det. Dar s tertngg n, sstem daat embal mencaa establan dalam wat 46 det. Jad, wat yang dbtan endal PID nt mengembalan tanggaan s e referens yang dngnan setela dber ganggan sesaat adala sebesar 75 det. Lonjaan s setela sstem dber ganggan terjad c tngg, yat sebesar 0,4 o C. Lonjaan n adala sebesar 66,67 % dr dar s terenda, yat sebesar 3,4 o C. Persentase lonjaan yang c tngg t terjad abat onstanta roorsonal yang besar. entngan dar besarnya onstanta roorsonal n memerceat tanggaan s embal e referensnya. Aan teta, snyal endal mas c besar nt memanasan sstem setela s embal mencaa referens, sengga terjad lonjaan yang besar bla dbandngan dengan enrnan s abat ganggan Pengendalan PID dengan Ganggan ers-meners Ganggan yang ters-meners n dlaan dengan menyedot dara anas elar dar sstem dmana ara enyedotannya berlawanan dengan oss sensor terada elemen emanas. Ganggan n dlaan nt mengj emaman engendal PID beerja ada sstem dengan ganggan yang ontny. anggaan sstem terada ganggan n dtnjan ada Gambar 31. Gambar 31 anggaan lant s nt engendal PID dengan ganggan ters-meners. Ganggan mla dberan ada sstem setela stabl ada s 34 o C. Pemberan ganggan dmla ada det e 618. S sstem ters menrn dalam wat 4 det sama 33,6 o C. anggaan s teta ada 33,6 o C selama 44 det. S na embal sama s tertnggnya sebesar 34,4 o C dalam wat 88 det. Setela mencaa nla tertnggnya, tanggaan s menj e establan tanggaan dalam wat 74 det. Jad, emaman PID nt mengembalan eadaan sstem e onds stabl adala sebesar 30 det. Saat tanggaan s mla berba abat ganggan, nla endal PID yang semla ecl mla membesar. Walan deman, emanasan yang dberan belm begt berengar terada s yang dterma ole sensor. arena t, s ters menrn sama s terenda. anggaan s teta berada ada s terenda selama beberaa saat arena emanasan yang dberan belm c besar dengan adanya ganggan yang 11

12 dberan. Setela emanasan mla membesar dan menyebaban s menngat, snyal endal teta dalam nla yang besar la arena amlas dar nla endal sebelmnya. Hal tersebt jga mengabatan terjadnya lonjaan tanggaan s yang mencaa 100 % dtng dar s terenda yang dcaa setela emberan ganggan. Jad, wat emlan nt ganggan ontny n leb besar dar wat emlan nt ganggan sesaat. V. PENUUP 5.1 esmlan Berdasaran asl engjan dan analsa yang tela dlaan, ddaatan beberaa esmlan sebaga bert. 1. Perbandngan wat tnda dengan onstanta wat (L/) berengar terada asl engendalan bla menggnaan metode Zegler-Ncols sebaga enala arameterarameter engendal yang dgnaan.. Nla erbandngan wat tnda dengan onstanta wat (L/) tanggaan s d bawa 0,1, yat sebesar 0,078, mengabatan onstanta roorsonal yang daslan ja leb besar darada arameter-arameter engendal lannya, dan d. 3. onstanta roorsonal yang terlal besar menyebaban terjadnya lonjaan masmm (oversoot) yang sangat besar. 4. Perbaan nla referens engendalan berengar ecl terada besarnya lonjaan masmm yang terjad selama enaan s yang dsebaban ole elemen emanas ada snyal endal masmm, mas teta lner. 5. Parameter-arameter engendalan PID asl enalaan mam mengembalan establan tanggaan s ada referens yang tela dtentan setela dber ganggan, ba ganggan yang bersfat sementara man yang bersfat ters-meners, walan terjad oversoot yang sangat besar. 5. Saran 1. Pengatran lamanya wat tnda dar tanggaan sstem daat dlaan dengan mengatr eceatan alran dara antara blo emanas dengan blo sensor.. Unt mendaatan anas yang leb tngg, erl dtambaan elemen emanas. Penambaan emanas n erl dmbang dengan enggantan temat (box) nt elemen emanas dengan baan yang taan anas. DAFAR PUSAA (1) Astrom, Jon and Bjorn Wttenmar, Adatve Control, Addson-Wesley Pblsng Comany, Inc. () Bennett, Start, Real-tme Comter Control An Introdcton, Prentce Hall Inc, (3) Cogln, Robert and Federc Drscoll, Pengat Oerasonal dan Rangaan erad Lner, Jaarta : Erlangga, (4) Garland, Harry, al baasa Barmaw dan ja M.O, Pengantar Mrorosesor, Jaarta : Erlangga, (5) arl Joan Astrom and Bjorn Wtternmar, Adatve Control Second Edton, Addson- Wesley Pblsng Comany Inc, (6) Nalwan, Pals And, Pandan Prats en Antarma dan Pemrograman Mroontroler A89C51. Jaarta ; P Elex Meda omtndo (7) Ogata, atso, Modern Control Engneerng, Prentce-Hall, Englewood Clffs, NJ. (8) Ogata, atso, en ontrol Otomat, Jld 1, Jaarta : Erlangga, (9) Ogata, atso, en ontrol Otomat, Jld, Jaarta : Erlangga, (10) Ptra, Afganto Eo, Belajar Mroontroller A89C51/5/55, Eds Pertama, Yogyaarta : Gava Meda, 00. (11)...,tt://alds.stts.ed/DIGIAL/Interrt.tm (1)...,tt://alds.stts.ed/DIGIAL/mer.tm (13)...,tt:// (14)...,tt:// atmel/at89s5_ds.df (15)...,tt:// BIOGRAFI Ea Candra W (LF000596) ercatat sebaga maasswa Jrsan en Eletro, Faltas en Unverstas Donegoro Semarang seja tan 000. Saat n sedang menyelesaan enddan S-1 ada jrsan yang sama dengan onsentras yang dambl adala ontrol.emal: ea_candra_w@yaoo.co.d Mengeta/Mengesaan, Pembmbng I, Pembmbng II, Wayd, S. M. Iwan Setawan,S.M. NIP NIP