PERANCANGAN SISTEM KENDALI PADA KENDALIAN YANG DISERTAI KETIDAK PASTIAN

Transkripsi

1 PERANCANGAN SISTEM KENDALI PADA KENDALIAN YANG DISERTAI KETIDAK PASTIAN Rudy S. Wahjudi Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti Abstrak Dalam merancang sistem kendali, karakteristik kendalian harus ditemukan terlebih dahulu.apabila karakteristik kendalian tidak sesuai dengan yang dibutuhkanmaka perlu dipertimbangkan untuk membuat atau merancang pengendali. Pengendaliyang diperoleh dari hasil rancangan beserta kendalian kemudian dirangkai menjadi suatu sistem kendali yang mempunyai karakteristik sama seperti yang diinginkan. Dalam kenyataannya kendalian seringkali terganggu yang mengakibatkan karakteristiknya berubah sehingga sistem kendali secara keseluruhan juga menjadi berubah, sehingga tidak sesuai lagi dengan karakteristik yang kita harapkan. Oleh karena ituperlu dirancang sistem kendali yang sudah mempertimbangkan adanya kemungkinan perubahan parameter parameter penentu karakteristik kendalian. Dalam makalah ini akan dibuat perancangan sistem kendali yang dalam perancangannya sudah mempertimbangkan adanya kemungkinan perubahan parameter parameter penentu karakteristik kendalian. Hasil perancangan kemudian disimulasikan ke komputer. Simulasi dilakukan dengan mencoba pengendali hasil perancangan dengan beberapa kendalian yang mempunyai karakteristik berbeda secara bergantian. Hasil simulasi menunjukkan bahwa karakteristik sistem kendali dimana kendalian yang digunakan terdiri dari beberapa kendalian yang berkarakteristik berbeda, namun menghasilkan respon yang sama. Kata kunci: pengendali, kendalian, simulasi, karakteristik sistem kendali. Pendahuluan Sebagian besar proses dalam kendalian tidak tetap (tidak ada kepastian) bahkan dalam beberapa aspek bersifat nonlinier. Prosesnya bervariasi dengan beban atau bisa berubah seiring berjalannya waktu, yaitu non-stasioner. Aspek ini memerlukan penalaan pengendali yang direvisi. Suatu mekanisme pengendali dibutuhkan untuk memperbaiki respon yang terkena beberapa gangguan. Dalam perkembangan akhir akhir ini, perkembangan yang luas telah dilakukan di bidang teknik kendali adaptif. Dua pendekatan penting yang dibuat untuk merancang struktur kendali adalah PID Konvensional, dan MRAC (Missula Jagath Vallabhai,2012). Masalah utama dalam perancangan sistem dengan PID adalah menemukan parameter-parameter pengendali agar karakteristik sistem kendali dapat diperoleh. Hal ini biasanya dilakukan berdasarkan penalaanpada pengendali. Sangat sulit menjamin stabilitas karena nilai parameter bisa berubah akibat dinamika proses. Selanjutnya akan ditunjukkakan suatu metode yang disebut kendali adaptive. Metode ini secara otomatis mendeteksi perubahan karena kondisi lingkungan dan menyesuaikan kembali pengaturan mode kendali, sehingga mengoptimalkan respons loop kendali. Dalam hal itu, MRAC digunakan untuk menjaga putaran pada motor DC. Model referensi adaptive control (MRAC) awalnya diusulkan oleh Whitaker di MIT. Ia menilai masalah dimana spesifikasi diberikan dalam bentuk 399

2 model referensi yang menceritakan bagaimana proses output idealnya harus merespon sinyal perintah. Studi Pustaka Perancangan sistem kendali dengan mempetimbangkan perubahan beberapa parameter pada kendalian sudah sering dibahas namun dengan berbagai istilah diantaranya sistem kendali swatala ada juga menggunakan perancangan sistem kendali dengan memanfaatkan metode pada jaring syaraf tiruan atau fuzy. (Adel A. Ghandakly, 2013), (Fatima Tahri, Ali Tahri, Ahmed Allali and Samir Flazi, 2012), (K. Prabhu and V. Murali Bhaskaran PhD,2013), (P. Ramanathan, 2014), ( P. Singhala, D. N. Shah, B. Patel, 2014), (Qing-zhao Yang, 2015), (Ritu Shakya, Kritika Rajanwal, Sanskriti Patel and SmitaDinkar, 2014). Semua metode perancangan sistem kendali yang disebutkan di atas prinsipnya adalah strategi pengendalinya berdasarkan pemodelan kendalian yang dilakukan secara terus menerus sehingga model kendalian selalu terbarukan sesuai dengan keadaan yang ada. Selanjutnya penalaan pengendali berdasarkan model yang terbaru. Jadi pengendali ditala berdasarkan model kendali yang terbaru, sehingga tanggapan sistem yang diinginkan tetap terjaga meskipun parameter kendalian berubah. Secara ringkas metode perancangan sistem kendali tersebut di atas memerlukan proses identifikasi yang memerlukan pengukuran masukan dan keluaran yang adakalanya tidak mudah dibangkitkan. Pada makalah ini dibahas perancangan sistem kendali mirip dengan sistem kendali swatala namun proses identifikasi tidak dilakukan secara terus menerus. Identifikakasi hanya kalau ada perubahan parameter, sehingga tidak diperlukan pebangkit sinyal masukan dan keluaran untuk proses identifikasi. Metodologi Penelitian Penelitian ini dimulai dengan membuat model motor DC sebagai kendalian dalam bentuk fungsi alih motor DC. Selanjutnya dari fungsi alih yang diperoleh dapat diketahui persamaan karakteristik dari motor DC sehingga karakteristik motor DC sebagai kendalian dapat diketahui.selanjutnya menentukan karakteristik sistem kendali yang diinginkan. Untuk mencapai karakteristik yang diinginkan kemudian menentukan pengendalinya yang dalam makalah ini dipilih pengendali PID.Seterusnya menala parameter pengendali PID yaitu P, I dan D sedemikian rupa sampai karakterik sistem dapat dicapai. Pemodelan Kendalian motor DC Dalam makalah ini perancangan sistem menggunakan kendalian motor DC. Model motor DC yang akan dikendalikan ditunjukkan seperti pada gambar 1 di bawah ini Keterangan: :tahanan kumparan jangkar :induktor kumparan jangkar :arus jangkar :tegangan induksi akibat putaran rotor. : tegangan motor :kecepatan motor :torsi, :beban inersia dan Gambar 1. Motor DC :redaman 400

3 Dari gambar 1 dapat diturunkan persamaan diferensial sistem (motor DC)bagian elektriknyasebagai berikut: ; ; :konstanta = Dari gambar 1 dapat diturunkan persamaan diferensial sistem bagian mekanik sebagai berikut: = =, maka Akhirnya dapat diperoleh fungsi alih sebagai berikut Persamaan di atas merupakan persamaan karakteristik, dari persamaan karakteristik tersebut tampak jelas sekali bahwa karakteristik sistem tergantung dari parameter parameter seperti,,,, dan. Untuk memudahkan dalam pelaksanaan simulasi komputer maka parameter-parameter dalam fungsi alih motor DC tersebut diberikan nilai sebagai berikut : parameter besaran 0,05 H 0,1 0,1 1 dan 1 Dengan memasukkan semua parameter kedalam fungsi alih maka dapat diperoleh fungsi alih motor DC sebagai berikut : Perancangan Sistem Kendali (parameter kendalian tetap) Dalam makalah ini pengendali yang digunakan adalah pengendali PID. Pengendali PID dipilih karena memiliki 3 parameter penalaan yang cukup baik untuk sistem kendali 401

4 motor DC. Diagram blok yang menunjukkan hubungan antara pengendali PID dengan kendalian motor DC dapat ditunjukkan pada gambar 2. Acuan error Masukan Keluaran - Gambar 2. Diagram blok Sistem Kendali dengan parameter kendali tetap Perancangan sistem kendali pada kendalian yang disertai ketidakpastian. (parameter kendalian tidak tetap). Diagram blok sistem kendali dapat ditunjukkan seperti pada gambar 3 di bawah ini Proses pembaruan parameter pengendali Acuan Masukan Keluaran - Gambar 3. Diagram blok sistem kendali dengan parameter kendali tidak tetap (berubahubah) Dalam perancangan sistem kendali padakendalian yang disertaiketidakpastian(parameter kendalian tidak tetap) sama dengan sistem kendali untuk kendalian tetap namun perlu ditambah dengan satu blok fungsi yang fungsinya adalah mendeteksi parameter parameter yang diduga bisa berubah untuk digunakan sebagai data untuk menghitung kembali parameter parameter pengendali yang dalam hal ini parameter P, I dan D. Hasil dan Pembahasan Hasil Simulasi Perancangan sistem kendali dapat ditunjukkan pada gambar 4 di bawah ini: 402

5 Gambar 4.Simulasi komputer hasil perancangansistemkendalipadakendalian yang disertai ketidakpastian. Kesimpulan Dalam makalah ini pengendali yang digunakan adalah pengendali PID (Proposional Integral Deferensial) dengan parameter parameter pengendali P, I dan D. Dari simulasi hasil perancangan sistem kendali dengan kendalian yang disertai ketidak pastian(ditunjukkan dengan fungsi alih yang berbeda grafik 3, 4 dan 5 dihitung dari atas) seperti yang ditunjukkan pada gambar 4, dapat disimpulkan bahwa karakteristik sistem kendali dapat dipertahankan meskipun karakteristik kendalian berubah ubah asal dimungkinkan untuk mengkoreksi parameter parameter pengendali sesuai keadaan. Daftar pustaka Missula Jagath Vallabhai, Pankaj Swarnkar, D.M. Deshpande, 2012, Comparative Analysis of PI Control and Model Reference Adaptive Control Based Vector Control Strategy for Induction Motor Drive, International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA), Vol. 2, Issue 3, pp Adel A. Ghandakly, 2013,An Adaptive Self Tuning Regulator with Genetic Controller Tuning, Universal Journal of Control and Automation 1(3): Fatima Tahri, Ali Tahri, Ahmed Allali and Samir Flazi, 2012, The Digital Self-Tuning Control of Step a DownDC-DC Converter, Acta PolytechnicaHungarica Karl Johan Astr om and Richard Murray, 2006, Feedback Systems-An Introduction for Scientists and Engineers, p K. Prabhu and V. Murali BhaskaranPhD,2013, Optimization of a Temperature Control Loop usingself Tuning Regulator, International Journal of Computer Applications P. Ramanathan, 2014, Fuzzy Logic Controller for Temperature Regulation Process, Middle- East Journal of Scientific Research. p P. Singhala, D. N. Shah, B. Patel, 2014,Temperature Control using Fuzzy Logic, International Journal of Instrumentation and Control Systems (IJICS) Vol.4, No.1 403

6 Qing-zhao Yang,2015, Simulation of adaptive control strategy for electrical discharge machining process, J. Shanghai Jiaotong Univ. (Sci.), Ritu Shakya, Kritika Rajanwal, Sanskriti Patel and SmitaDinkar, 2014, Design and Simulation of PD, PID and Fuzzy Logic Controller for Industrial Application, International Journal of Information and Computation Technology. ISSN Volume 4, Number 4, pp