PERANCANGAN KONTROLER PI ANTI-WINDUP BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 32 PADA KONTROL KECEPATAN MOTOR DC

Transkripsi

1 Presentasi Tugas Akhir 5 Juli 2011 PERANCANGAN KONTROLER PI ANTI-WINDUP BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 32 PADA KONTROL KECEPATAN MOTOR DC Pembimbing: Dr.Ir. Moch. Rameli Ir. Ali Fatoni, MT Dwitama Aryana Surya

2 AGENDA PENDAHULUAN DASAR TEORI PERANCANGAN SISTEM IMPLEMENTASI DAN ANALISA KESIMPULAN

3 PENDAHULUAN

4 Latar belakang Setiap aktuator merupakan subyek saturasi karena memiliki batasan kinerja. Saturasi pada aktuator merupakan kondisi dimana sistem bekerja pada daerah nonlinier. Fenomena yang dikenal dengan efek Windup ini merupakan salah satu penyebab menurunnya performa sistem.

5 Perumusan masalah Permasalahan yang menjadi topik bahasan Tugas Akhir ini adalah membuat bagaimana agar kontroler PI Anti-Windup mampu mengatasi masalah saturasi pada kontrol kecepatan putaran motor dc dan melakukan pengujian kemampuan hasil implementasi dengan membandingkannya dengan hasil simulasi

6 Batasan masalah Fungsi alih dari kontroler didapat dari penggunaan perangkat toolbox ident pada perangkat lunak Matlab. Anti-Windup dengan tipe Anti-Reset Windup atau sering direferensikan dengan nama Astrom Back Calculation And Tracking. Analisa kemampuan pengontrol dan pengaruh saturasi ditinjau bukan dari aspek teoritis mengenai non linearitas melainkan lebih kepada aspek perbandingan dari dampak efek Windup tersebut.

7 Tujuan Merancang, mengimplementasi dan menguji kontroler PI Anti-Windup pada mikrokontroler AVR ATmega 32.

8 DASAR TEORI

9 Mikrokontroler AVR ATmega 32 Mikrokontroler bertindak sebagai kontroler pada kontrol kecepatan motor dc. Secara garis besar pemanfaatan Mikrokontroler pada penelitian ini yaitu pada penggunaan modul Pulse Width Modulation (PWM) dan ADC. Untuk pengimplementasian digunakan bahasa pemrograman C dengan software compiler Codevision AVR. Konfigurasi pin ATmega32

10 EMS 5 A H-Bridge Embedded Module Series (EMS) 5 A H-Bridge merupakan driver H-Bridge yang didesain untuk menghasilkan drive 2 arah dengan arus kontinyu sampai dengan 5 A pada tegangan 5 Volt sampai 40 Volt. Modul ini terpasang IC MC33887 produksi freescale semiconductor yang tidak lain merupakan komponen utama dari H-bridge. Modul ini mampu men-drive bebanbeban induktif seperti misalnya relay, solenoida, motor DC, motor stepper, dan berbagai macam beban lainnya. Konfigurasi pin IC MC33887

11 Motor DC 24 V 5 A Motor dc yang digunakan memiliki spesifikasi tegangan nominal 24 V 5 A dan percepatan 375 rpm buatan perusahaan Indiana General di Mexico. Pada konsep perancangan awal motor dc yang digunakan telah terintegrasi langsung dengan sensor Tachogenerator. Tachogenerator yang digunakan sebenarnya merupakan motor dc 12 V A, berfungsi sebagai umpan balik ke kontroler. Untuk mekanisme peralatan yang terpasang poros motor utama terkopel dengan poros Tachogenerator. Motor DC 24 V 5 A

12 Struktur kontroler PI Kontroler PI memiliki dua struktur yaitu struktur seri dan paralel. Struktur Kontroler PI Seri Struktur Kontroler PI Paralel

13 Untuk kontroler PI struktur paralel : Untuk kontroler PI struktur seri : penggunaan metode Anti-Reset Windup sebagai solusi permasalahan Windup digunakan struktur seri. Dengan mempresentasikan ulang bentuk struktur seri.

14 Windup Efek Windup atau biasa dikenal sebagai integral Windup adalah suatu keadaan pengendali PI atau PID dimana elemen integral membesar atau dapat dikatakan Winds up. Hal ini terjadi apabila aktuator mengalami saturasi. Saturasi pada aktuator terjadi bila output pada kontroler melewati atau melebihi batas kemampuan aktuator. Model linear plant dengan saturasi pada aktuator.

15 Anti-Reset Windup Bentuk ini sama dengan memodelkan saturasi kedalam loop integrator pada struktur PI seri. Skema Anti-Reset Windup pada gambar didapat dari perhitungan :

16 Diskritisasi karena mikrokontroler hanya dapat mengolah sinyal digital yang tidak lain merupakan transformasi domain kontinyu ke diskrit. Proses diskritisasi yang digunakan adalah dengan menggunakan metode Bilinear transform atau metode Tustin. Proses diskritisasi dibantu menggunakan software Matlab.

17 Analisa Kestabilan Kestabilan merupakan hal penting dalam sistem kontrol linear. Kestabilan sebuah sistem ditentukan oleh tanggapannya terhadap input atau gangguan. Sistem dikatakan stabil apabila diberi gangguan tertentu maka mampu mengatasi gangguan tersebut hingga dapat bekerja pada keadaan semula. o Routh Hurwitz o Jury s Test

18 PERANCANGAN SISTEM

19 Mikrokontroler H-Bridge Motor dc dan Tachogenerator Input Output Umpan balik Gambar 6. Blok diagram hardware

20 Identifikasi plant Blok Diagram Identifikasi Plant x(t) input kontroler aktuator plant y(t) output Respon Open Loop Plant Tidak Berbeban Terhadap Sinyal Uji Step Respon Open Loop Plant Berbeban Terhadap Sinyal Uji Step

21 Model Plant Tak Berbeban : Model Plant Berbeban :

22 Karakteristik output yang diinginkan Karakteristik Output Waktu tunak (settling time) < 10 detik Waktu naik (rise time) < 5 detik Simpangan maksimum (Overshoot maximum) < 10%

23 Simulasi kontroler Blok diagram sistem menggunakan kontroler PI Anti-Windup Blok diagram sistem menggunakan kontroler PI

24 Respon waktu sistem dengan menggunakan kontroler PI Anti-Windup Respon waktu sistem dengan menggunakan kontroler PI

25 IMPLEMENTASI DAN ANALISA

26 Flowchart START TIMER 0 5ms (Ts) Kp,Ki, Error=0 Error_sblm_I=0 Error_I=0 Out_OCR B A Interrupt reset Baca Setpoint= OCR1A=0 TIDAK TIDAK Apakah Ingin berhenti Baca ADC(0) YA Error = setpoint Y Error_I = (error+error_sblm_i) * ts Error_sblm_I = error_i B END U_PI_AntiWindup = Kp * error + KI/1+KI *error_i * ts OCR1A = U_PI Perhitungan C(k) C(k)=E(k)+E(k-1) Pembatasan nilai C(k) dari -1 sampai 1 D(k)=1jika C(k)<-1 dan C(k)=1 atau D(k)=C(k) Perhitungan E(k) E(k)=a*D(K-1)+b*D(k)-c*E(k-1) Pengiriman sinyal kontrol D(k) ke plant Simpan nilai D(k) dan E(k) D(k)=D(k-1) E(k)=E(k-1) A

27 Tampilan aplikasi

28 Respon plant hasil implementasi Respon waktu sistem dengan menggunakan kontroler PI Respon waktu sistem dengan menggunakan kontroler PI Anti Windup

29 Routh Hurwitz Jury s Test Persamaan karakteristik Persamaan karakteristik Respon dikatakan stabil apabila Respon dikatakan stabil apabila

30 KESIMPULAN Respon plant pada implementasi sistem riil berbeban memberikan perbedaan yang signifikan terhadap hasil simulasi pada software Matlab. Pembebanan pada plant tidak memberikan pengaruh pada plant motor dc. Sehingga dapat disimpulkan bahwa kontroler PI Anti-Windup mampu memperbaiki performa sistem.

31