SISTEM KENDALI KECEPATAN MOTOR DC Oleh: Ahmad Riyad Firdaus Politeknik Batam

Transkripsi

1 SSTEM ENDAL ECEATAN MOTOR DC Oleh: Ahmad Riyad Firdau oliteknik Batam. Tujuan 1. Memahami kelebihan dan kekurangan item kendali lingkar tertutup (cloe-loop) dibandingkan item kendali terbuka (open-loop). Mampu melakukan analia kinerja uatu item kendali. 3. Mengetahui pengaruh pengendali proporional, pengendali integral, pengendali derivatif pada item kendali. 4. Memahami item kendali kecepatan ederhana. Daar Teori Banyak ekali alat atau proe yang bergantung pada kecepatan putar ebuah motor litrik, mialnya mixer yang ering digunakan oleh ibu rumah tangga, mein bor di bengkel eorang montir, abuk berjalan di indutri perakitan mobil, bahkan juga pembangkitan tegangan di LTA 1. engaturan kecepatan motor, dengan demikian, menjadi angat penting. Untuk kepentingan kendali kecepatan, uatu motor litrik dapat direpreentaikan ebagai item dengan atu maukan dan atu keluaran : Maukan Energi Elektrik (tegangan, V) MOTOR eluaran Energi Mekanik (putaran, ω) Agar dapat mengendalikan putaran motor, ditambahkan uatu komponen lain yang mengendalikan bear maukan energi (dikenal ecara umum dalam item kontrol ebagai ekuator, dalam kau motor litrik, komponen ini berupa rangkaian penguat dengan tranitor ataupun rangkaian penggerak dengan thyritor dan lain-lain) : 1 Di ebuah LTA yang umum : air menggerakkan turbin, turbin digunakan untuk menggerakkan generator dan motor aru earah ini kemudian digunakan memutar uatu alternator tiga faa. 1

2 Energi Elektrik, terkendali (ebanding dengan inyal atur) Energi Elektrik enguat MOTOR ω Sinyal ontrol (ebanding dengan ω yang diinginkan) Sitem kendali eperti di ata, dengan maukan plant yang tidak tergantung dari keluaran, dikenal dengan item kontrol lingkar terbuka (open - loop control ytem) Agar keluaran item tidak mudah terganggu, dapat ditambahkan komponen lain yang mengukur keluaran item dan kemudian membandingkannya dengan keluaran yang diinginkan ( maukan acuan). nilah yang diebut item kontrol lingkar tertutup (cloed - loop control ytem), Error detector + Vref (t) Σ maukan acuan - ontroler ( Aktuator A motor M( ω (t) S Senor A. Motor DC Motor DC bekerja berdaarkan prinip gaya elektromagnetik ehingga apabila motor terebut diberi catu daya, aru akan mengalir ke dalam motor kemudian menghailkan tori putar yang ebanding dengan aru terebut. emodelan Rangkaian internal Motor DC ecara ederhana dan analiinya adalah ebagai berikut : Untuk diketahui, kata loop dalam open-loop atau cloed-loop ering diterjemahkan menjadi lingkar atau engkelit ataupun dengan hanya penyeuaian ejaan, menjadi lup.

3 eramaan tori yang dibangkitkan oleh Motor DC dapat didekati ecara linear menurut peramaan berikut ini : T a i...(1) dimana a dalah kontanta jangkar motor yang bergantung pada banyaknya lilitan pada jangkar, jumlah kutub medan, tipe belitan dan penampang jangkarnya. Adapun bearnya tegangan ggl induki lawan yang dibangkitkan motor ketika berputar adalah ebanding dengan kontanta motor b dan kecepatan udut putaran motor ω: e b ω...() Dengan menggunakan hukum newton, bahwa peramaan tori yang terkait dengan momen ineria dan raio redaman dari motor adalah: dω T J + bω...(3) dt dari peramaan (1) dan (3) diperoleh: i dω J + bω dt a...(4) Sedangkan bearnya tegangan V menurut hukum kirchoff adalah: di V ir + L + e...(5) dt di V ir + L + b ω...(6) dt 3

4 Dengan me-laplace-kan peramaan (3) dan (6) dan menubtituikannya, maka diperoleh fungi tranfer antara kecepatan udut motor ω terhadap tegangan armature V dimana a b ω( V ( LJ + ( JR + Lb) + br +...(7) eramaan (7) diata memiliki 5 kontanta yang belum diketahui. Nilai-nilai terebut pada daarnya bia diperoleh dari percobaan identifikai plant. ada prakitum aat ini kami tidak melakukan proe identifikai terebut. ami langung menggunakan kontanta yang biaa dipakai dalam analii motor DC. ontanta terebut didapatkan dari itu internet. Adapun kontanta terebut adalah ebagai berikut : 1. moment of inertia of the rotor (J) 0.1 kg.m^/^. damping ratio of the mechanical ytem (b) 0.01 N/m 3. electromotive force contant ( b a ) 0.3 Nm/Amp 4. electric reitance (R) ohm 5. electric inductance (L) 0.1 H ehingga diperoleh fungi tranfer ebagai berikut: ω( V ( (8) B. engendali D engontrol D adalah jeni pengontrol yang banyak diaplikaikan dalam kontrol proe indutri karena keederhanaan trukturnya, lebih tahan terhadap gangguan luar erta dapat diterapkan dalam kondii operai yang bervariai. Tetapi pengontrol D perlu ditala ecara benar yaitu menentukan harga kontanta pengontrol proporional, integral dan derivatif yang mengoptimalkan kinerja item. Setelah tiga parameter terebut ditala, maka nilai parameter pengontrol terebut pada D biaanya dipertahankan tetap elama proe pengontrolan. 4

5 Sebuah item kendali cloe-loop yang daar, diperlihatkan pada gambar 1 terdiri dari ebuah pengendali dan ebuah plant. ada makalah ini D digunakan ebagai pengendali. engendali D ini terdiri dari tiga buah komponen: bagian proportional, bagian integral dan bagian derivative. engendali D menggunakan peramaan kendali ebagai berikut: C ( 1+ + Td Ti dimana d p i... (9) adalah parameter proporional, i p Ti adalah parameter integral dan d p Td adalah parameter derivatif. Dalam perancangan pengendali D, ketiga kontata terebut haru dipilih agar item cloe-loop memberikan repon yang diinginkan. Repon yang diinginkan harulah memiliki ettling time yang minimal dengan overhoot yang kecil atau tanpa overhoot dari repon tep item cloe-loop. Gambar 1. Sitem cloe-loop D Controller 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. Setiap jeni, memiliki kelebihan dan kekurangan maing-maing, hal ini dapat dilihat pada tabel di bawah ini : 5

6 Tabel 1 Repon D Controller Terhadap erubahan ontanta[1] Cloed-Loop Repone Rie Time Overhoot Settling Time SS Error p Decreae ncreae Small change Decreae i Decreae ncreae ncreae Eliminate d Small change Decreae Decreae Small change 1. roportional Controller Dari tabel 1 diketahui bahwa Controller dapat mengurangi rie time, menambah overhoot, dan mengurangi teady tate error. Diagram blok item pengendali adalah ebagai berikut: Jika fungi tranfer motor DC eperti pada peramaan (8), maka cloed-loop fungi tranfer item di ata dengan menggunakan Controller adalah ebagai berikut : C( R( ( (10) ). roportional-derivative Controller Diagram blok item pengendali adalah ebagai berikut: 6

7 Cloed-Loop tranfer function item di ata dengan D Controller adalah : C( R( 30 D + ( D ) + ( (11) ) 3. roportional-ntegral Controller Diagram blok item pengendali adalah ebagai berikut: + Cloed-Loop tranfer function item di ata dengan Controller adalah : C( R( ( ) (1) ) 4. roportional-ntegral-derivative Controller Diagram blok item pengendali adalah ebagai berikut: + + D Cloed-Loop tranfer function item di ata dengan D Controller adalah : C( 30 D (1) 3 R( + ( ) + ( ) + 30 ) D 7

8 . Alat dan Bahan 1. C (eronal Computer). MATLAB 6.1 V. roedur raktikum A. Repon motor DC tanpa pengendali (open repon) Buat imulai dengan menggunakan MATLAB. Berikan maukan STE (ebagai repreentai tegangan maukan 1 volt) num[0 0 30]; den[ ]; Gtf(num,den); tep(g); title('step Repon Open-Loop Sytem'); 3. Amati keluarannya: 3 Step Repone.5 Sytem: G eak amplitude >.7 Overhoot (%): 0 At time (ec) > 10 Amplitude Time (ec) 8

9 4. Dari grafik diperlihatkan, ketika motor DC diberikan maukan ebear 1 volt maka motor DC akan mengalami perputaran dengan kecepatan ebear,7 rad/. Artinya ketika tanpa pengendali, antara maukan dengan keluaran memiliki atuan yang berbeda. Dengan pengendali, diinginkan nilai refereni maukannya adalah kecepatan motor yang diinginkan, bukan ebuah tegangan. B. roportional Controller Diketahui fungi tranfer cloe loop adalah ebagai berikut: C( R( ( ) 1. Ambil nilai adalah 300, kemudian maukannya R( adalah 1 atuan kecepatan putaran motor ebagai refereni (1 rad/ (fungi STE). Buatlah imulai dengan menggunakan matlab. p 300; num[0 0 30*p]; den[1 0.1 (11+30*p)]; Gtf(num,den); tep(g); title('step Repon engendali dengan p 300'); 3. eluaran dari item etelah menggunakan pengendali (proporional) adalah: 9

10 1.8 Step Repone Sytem: G eak amplitude: 1.71 Overhoot (%): 71.5 At time (ec): Amplitude Sytem: G Settling Time (ec): Sytem: G Rie Time (ec): Sytem: G Final Value: Time (ec) 4. Amati grafik terebut, dan jelakan!!! TUGAS 1. Buatlah imulai untuk roportional-derivative (D) controller, roportional- ntegral () controller, roportional-ntegral-derivative (D) controller dengan menggunakan intak MATLAB. Amati keluaran grafiknya, dan jelakan!! 10