Bab IV. Pemodelan, Pengujian dan Analisa. Sistem Steel Ball Magnetic Levitation

Transkripsi

1 Bab IV Peodelan, Pengujian dan Analisa Siste Steel Ball Magnetic Levitation Pada bab IV ini akan dijelaskan engenai peodelan, pengujian dari siste yang tela dibuat dan penganalisaan asil pengujian tersebut. 4.1 Peodelan Siste Steel Ball Magnetic Levitation Deskripsi Siste Diagra blok dari siste yang dibuat dapat diliat pada gabar 4.6 i Elektroagnet & Bola Baja (cela) Gabar 4.1 Diagra blok siste Steel Ball Magnetic Levitation Siste yang diaksud adala elektroagnet dan bola baja. Masukan ke dala siste adala arus, keluaran siste adala cela () antara bola baja dan ujung inti elektroagnet. Model fisiknya dapat diliat pada Bab II gabar 2.12 Persaaan gerak yang berlaku adala: M & = Mg (4.1) F M = assa bola baja (gra) g = percepatan gravitasi bui (/s 2 ) F = gaya agnet (N)

2 4.1.2 Model Mateatis Gaya Magnet Seperti yang tela dibaas pada bab 2, odel ateatis yang ada enunjukkan bawa gaya agnet yang diasilkan ole elektroagnet dipengarui ole arus dan jarak. Untuk engetaui ubungan antara gaya, arus dan jarak untuk elektroagnet yang dipakai aka dilakukan pengujian. Pengujian ini akan dijelaskan lebi lanjut pada bab 4.2 Data asil pengujian diola dengan enggunakan etode statistik regresi. Di antara regresi linear, logaritik, dan pangkat, regresi pangkat engasilkan R kuadrat paling endekati satu. Regresi pangkat juga didukung ole odel-odel ateatis persaaan 2.9, 2.1, dan Berdasarkan pengolaan asil percobaan, odel yang akan dipakai pada penelitian ini adala: pwri pwr F = K i (4.2) dengan nilai pwri = dan pwr = , yang didapat dari asil pengujian gaya agnet. K ditentukan untuk i dan terpili. Ruus ini diterapkan pada odel fisik yang digabarkan pada gabar Linearisasi Linearisasi dilakukan karena etode perancangan siste kendali yang dipakai adala penepatan pole dengan odel state-space, yang ensyaratkan siste berperilaku linear dan tidak beruba teradap waktu. Langka-langka linearisasi odel adala sebagai berikut: M& = Mg K i pwri pwr Mδ&& = Mg K pwri i pwr pada kondisi setibang berlaku Mg = K (pwri 1) pwr pwri (pwr 1) ( pwri) K i δi ( pwr) K i δ pwri i pwr

3 aka Mδ& = δ& = (pwri 1) pwr pwri (pwr 1) ( pwri) K i δi ( pwr) K i δ (pwri 1) pwr ( pwri) K i δi ( pwr) M K pwri i (pwr 1) δ dengan easukkan K aka = Mg i pwri pwr 1 1 ( pwri) g i δi ( pwr) g δ& = (4.3) δ Model ini anya eperitungkan pengaru percepatan gravitasi, titik linearisasi, pangkat arus dan pangkat jarak. Massa dan diensi bola baja tidak terodelkan secara eksplisit elainkan terkandung dala pangkat arus dan jarak, seingga odel ini anya sesuai untuk pasangan elektroagnet dan bola baja tertentu. Hal lain yang tidak terodelkan adala efek teral, redaan akibat gesekan udara, redaan akibat arus eddy, reanensi agnet dan asi banyak lagi. Peodelan state-space, keterkendalian dan evaluasi asil peodelan akan di lakukan ole peneliti yang lain. 4.2 Pengujian Besar Gaya Magnet Tujuan dari pengujian ini adala encari ubungan antara gaya, arus dan jarak dari elektroagnet yang digunakan. Hasil pengujian ini akan digunakan dala elakukan peodelan siste Alat-alat Yang Dipakai Dala Pengujian Alat-alat yang digunakan dala elakukan pengukuran gaya agnet ini adala tibangan elektronik Lutron, ubin keraik (sebagai dasar), ala (lilin), dan le Cyaroacrylate. Penepelan bola baja dengan ubin enggunakan ala, setela

4 tetap, digunakan le cyaroacrylate untuk engakukannya. Skea alat pengujian dapat diliat pada gabar 4.2 Gabar 4.2 Skea pengujian gaya tarik agnet Langka-langka Pengujian Bola baja dan ala yang enepel pada ubin diletakkan di bawa aktuator. Keudian aktuator dialiri arus yang bervariasi. Gaya agnet yang dirasakan ole bola baja dapat diliat dari perubaan berat pada tibangan. Sedangkan peberian variasi pada ketinggian dilakukan dengan cara eutar inti solenoid yang berupa baut. Satu putaran baut saa dengan 1,56. Dala pengujian ini arus yang di berikan berkisar antara,12,9 Apere. Dan variasi ketinggiannya Data asil pengujian diberikan pada tabel 4.1. Hubungan antara gaya agnet dan gap dapat diliat pada grafik gabar 4.3 dan ubungan antara gaya agnet dengan arus dapat diliat pada gabar 4.4

5 Tabel 4.1 Data asil pengujian gaya agnet Gaya Tarik Magnet i [A] [gra-force] [] x x catatan: x = gaya tarik agnet suda elebii batas ukur alat uji Gabar 4.3 Hubungan antara gaya agnet dan gap

6 Gabar 4.4 Hubungan antara gaya agnet dan arus Dari asil penganalisaan teradap data asil percobaan didapat nilai dari pwri = dan pwr = Pengujian Sensor Pengujian Daera Kerja Sensor Tujuan dari pengujian ini adala untuk engetaui batasan daera kerja sensor seingga dapat diketaui nilai oversoot yang asi dapat dibaca sensor. Dala pengujian ini dicari ubungan antara nilai tegangan sensor dengan cela/gap. Pada pengujian ini elektroagnet tela terpasang pada dudukannya. Alat yang digunakan dala pengujian adala bola baja, tibangan, kertas dan ala. Bola baja ditepelkan pada ala keudian diletakkan di atas tibangan dengan alas kertas. Alat ini diletakkan di bawa sensor. Sensor digerakkan dengan eutar ur yang enggantungkan elektroagnet pada dudukan. Pengabilan data dilakukan beberapa kali. Data asil pengujian yang tela diola dapat diliat pada tabel 4.2

7 Tabel 4.2 Data asil pengujian daera kerja sensor No gap () Vsensor (Volt) Gabar 4.5 Hubungan tegangan sensor dengan cela () Pada grafik, garis linearisasi enyentu titik terjau Dari asil pengujian dapat diliat bawa daera kerja sensor adala saat = s/d = 2.6. Maka nilai oversoot yang asi dapat dibaca sensor adala ( ax - o ) (4.4) o untuk titik linearisasi o = 1.56, nilai oversoot yang didapat adala.67 atau 67%.

8 4.3.2 Pengujian Tegangan Sensor Tegangan sensor ketika tidak teralang bernilai 4.75V. Tegangan ini diatur dengan enggunakan potensioeter 1kΩ. Nilai 4.75V dipili untuk endekati nilai tegangan referensi ADC, yaitu 5.V, al ini juga eberikan arti kepada lebi banyak nilai keluaran ADC yang tersedia. Sedangkan tegangan sensor ketika teralang total bernilai.v. Pada saat bola baja dala keadaan terangkat setibang tegangan sensornya bernilai 1.15V. 4.4 Pengujian DAC dan Aplifier Pengujian DAC dan aplifier dilakukan secara bersaaan karena kedua koponen elektronik ini sangat berkaitan. Tujuan pengujian ini adala untuk encari ubungan antara nilai DAC 8 bit dengan besar arus yang engalir pada elektroagnet. Akan tetapi untuk eudakan pengukuran, besaran yang diukur adala tegangan di ujung-ujung elektroagnet. Pengabilan data dilakukan dengan cara evariasikan nilai bit DAC elalui penekanan tobol input yang terubung dengan ikrokontroler dan dilakukan regresi pada data-data yang tela didapat. Data asil pengujian dapat diliat pada tabel 4.3 Tabel 4.3 Data asil pengujian DAC dan Aplifier Bit Dec Vout 1 Vout 2 Vout_rata

9 Gabar 4.6 Keluaran Aplifier Dapat diliat bawa tegangan yang engalir pada kawat elektroagnet berkisar antara.3 s/d 13.5 Volt. Dengan resistansi lilitan sebesar 1.6 Ω, aka variasi arus yang engalir pada kawat juga dapat diketaui yaitu sebesar.28 s/d 1.27 A. Arus yang engalir tersebut asi di bawa arus aksiu yang diijinkan pada kawat elektroagnet. Data arus aksiu diabil dari katalog dala bentuk perangkat lunak Wiretronic for Windows (t) yaitu sebesar 3.4 A. Keluaran aktuator aksiu yang terukur pada DAC aksiu 254 adala sebesar Volt. Dari data-data diatas dapat diketaui resolusi dari apilifier adala (13.495/1.6) =.5 A 254 Nilai resolusi ini dipakai pada siulasi siste jerat tertutup. 4.5 Penentuan Titik Linearisasi (i dan ) Titik Linearisasi Titik yang dipili adala = Dasar peilian titik linearisasi : 1. Dari pengujian yang tela dilakukan diketaui bawa pasangan sensor infra era dan potodiode bekerja pada cela antara

10 Cela adala jarak antara ujung inti elektroagnet ke perukaan bola baja. 2. Posisi 1.56 dipili karena berada di sekitar pertengaan daera kerja sensor. Dan pada posisi ini tersedianya data kalibrasi kekuatan agnet (tabel 4.1) dan posisi ini tidak terlalu dekat dengan ujung inti Titik Linearisasi i Titik yang dipili adala i =.26 A. Dasar peilian titik linearisasi i : Besar arus i yang dipili sedikit lebi besar daripada data kalibrasi yaitu.24 A (tabel 4.1). Arus sebesar.26 A dipili berdasarkan asil eksperien pengujian akir. Pada pengujian akir, jika titik linearisasi dipili.24 A, aka bola baja akan selalu jatu. Ole karena itu, asil eksperien enunjukkan bawa untuk enjaga agar bola baja tidak jatu, perlu eberikan arus yang dapat engangkat beban 2% lebi berat. Pada tabel 4.1 dapat diliat besar arus yang diperlukan untuk engasilkan gaya angkat sebesar 9 gra-gaya, pada cela 1.56 adala.24a. Melalui peritungan, arus.26 A akan engasilkan gaya angkat 9.15 gra-gaya. Akan tetapi, perlu diingat bawa arus i yang terlalu besar dapat enyebabkan bola baja terlalu dekat dengan inti dan enepel pada agnet. Arus i yang dapat ebuat bola engabang adala arus yang dapat engangkat beban 2% - 1% lebi berat dari beban yang terukur ole tibangan yang dipakai. Sebenarnya arus.24 A atau arus.26 A akan engasilkan gaya terukur yang saa, karena skala terkecil tibangan yang dipakai adala 1 gragaya.

11 4.6 Pengujian Siste Keseluruan Dala pengujian siste kali ini, dilakukan dua aca kondisi awal peletakkan bola baja pada elektroagnet. Pada gabar 4.7 (a) bola baja diletakkan enepel pada elektroagnet. Keudian bola baja diberi gangguan seingga bola terlepas dari elektroagnet. Setela diberi gangguan bola baja terjatu ke bawa dan siste kontrol apu enyeibangkan bola tersebut, seperti terliat pada gabar 4.7 (c). Kondisi awal yang kedua (gabar 4.7 (b)), bola baja diletakkan di bawa elektroagnet dengan tangan. Bola baja tertarik ole gaya agnet dan siste kontrol apu enyeibangkan bola tersebut. Akan tetapi, ketika tangan asi berada disekitar sensor bola baja bergerak naik turun (tidak stabil). Hal ini disebabkan ole adanya listrik statis yang terdapat pada tangan dan enjadi sinyal penganggu (noise) yang diteria ole sensor. (a) (b) (c) Gabar 4.7 (a) Kondisi awal ke-1: bola baja enepel pada elektroagnet, (b) Kondisi awal ke-2: bola baja diletakkan di bawa elektroagnet (c) Bola baja berasil disetibangkan ole siste kontrol

12 Kondisi pada saat bola baja dala keadaan setibang: Jarak ujung bola baja ke ujung elektroagnet ( ) adala Persentase perbedaan terukur dengan yang dipili adala ( )/1.56 =.13 atau 1.3 %. Arus yang engalir pada elektroagnet saat bola baja terangkat setibang (i ) adala.25 A. Persentase perbedaan i terukur dengan i yang dipili adala ( )/.26 =.38 atau 3.8 % Titik linearisasi yang dipili dala perancangan ternyata endekati kondisi yang sebenarnya pada saat pengujian. Ini ebuktikan bawa perancangan yang tela dilakukan suda tepat.