LAPORAN AKHIR PENELITIAN DOSEN PEMULA

Transkripsi

1 Kode/ Nama Rumpun Ilmu :455/ Teknik Kendali (Atau Instrumentasi dan Kontrol) LAPORAN AKHIR PENELITIAN DOSEN PEMULA DESAIN DAN IMPLEMENTASI TANGGAPAN SISTEM KONTROL PROPORTIONAL,INTEGRAL, DIFERENSIAL (PID) PADA PEMBEBANAN KOMPLEKS MENGGUNAKAN METODE ZIEGLER-NICHOLS Tahun ke-1 dari rencana 1 tahun Dibiayai Oleh: Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat Direktorat jenderal Penguatan Riset dan Pengembangan Kementerian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi Sesuai dengan Surat Perjanjian Penungasan Pelaksanaan Program Penelitian Nomor: 095/SP2H/LT/DRPM/II/2016, Tanggal 17 Februari 2016 Oleh : Kartika Dewi, S.T, M.T. NIDN (Ketua) Muhammad Ilyas Syarif, S.ST.MT NIDN (Anggota) POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG MAKASSAR 2016 i

2 ii

3 RINGKASAN Tujuan Penelitian ini adalah mendesain tanggapan sistem kendali Pengendali Proporsional, Integral, Diferensial (PID) terhadap plant yang mengalami suatu perubahan atau di istilahkan dengan pembebanan kompleks agar mendapatkan tanggapan sistem (keluaran) yang stabil. Ketidakstabilan suatu sistem merupakan keadaan yang tidak menguntungkan bagi sistem untain tertutup selain untuk memperoleh manfaat praktis. Untuk Memperoleh Penalaan Parameter Kontrol PID yang tepat sehingga menghasilkan sinyal kontrol yang mampu mengatasi reaksi plant yang mengalami suatu perubahan digunakan metode Ziegler-Nichlos. Pemilihan Metode Ziegler-Nichlos karena metode ini tidak menekankan pada penurunan model matematik komponen yang akan diatur. Perhitungan parameter-parameter pengontrolannya hanya dilakukan untuk menentukan ultimate gain K u dan ultimate period T u dari tanggapan Tangga (Step) sebuah plant. Desain dan implementasi dari penelitian ini diharapkan menjadi salah satu referensi Praktikum Sistem Pengaturan pada Program Studi Elektronika Politeknik Negeri UjungPandang (PNUP). iii

4 PRAKATA Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta karunia-nya kepada kami sehingga kami berhasil menyelesaikan laporan kemajuan ini. Kami menyadari, dalam penyusun laporan ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karenanya, kami mohon saran dan kritik yang sifatnya membangun dari rekan-rekan dan semua pihak yang terkait. Terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu terlaksananya penelitian dan penyusuan laporan ini sehingga bisa terselesaikan. Akhirnya, kami berharap semoga laporan kemajuan penelitian dosen pemula tahun 2016 membawa banyak manfaat bagi kita semua. Makassar, 24 November 2016 Tim Peneliti Dosen Pemula iv

5 DAFTAR ISI Sampul i Lembar Pengesahan ii Ringkasan iii Prakata iv Daftar isi v Daftar Tabel vi Daftar Gambar vii Bab 1. Pendahuluan 1 Bab 2. Tinjauan Pustaka 4 Bab 3. Tujuan dan Manfaat Penelitian 19 Bab 4. Metodologi Penelitian 20 Bab 5. Hasil dan Luaran yang dicapai 24 Bab 6. Kesimpulan dan Saran 41 Daftar Pustaka 42 Lampiran-Lampiran 43 Lampiran 1 Biodata I Lampiran 2 Artikel Ilmiah II Lampiran 3 Berita Acara Seminar Hasil III Lampiran 4 Daftar Hadir Seminar Hasil IV v

6 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Penalaan parameter PID dengan metode kurva reaksi 15 Tabel 2.2 Penalaan parameter PID dengan metode Osilasi 17 Tabel 5.1 Impedansi Hambatan (R) terhadap frekuensi 27 Tabel 5.2 Impedansi Induktor (L) terhadap frekuensi 27 Tabel 5.3 Impedansi Kapasitor (C) terhadap frekuensi 28 Tabel 5.4 Parameter Tuning Kontroler PID sesuai dengan aturan I tuning Ziegler Nichols 30 vi

7 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram kotak Sistem kontrol Industri 4 Gambar 2.2 Diagram kotak Kontrol Proporsional 7 Gambar 2.3 Grafik output input untuk kontrol proporsional 8 Gambar 2.4 Diagram kotak kontrol integral 9 Gambar 2.5 Kurva sinyal kesalahan e(t) terhadap t pada pembangkit 9 kesalahan nol Gambar 2.6 Alat kontrol Elektronik mode Integral 10 Gambar 2.7 Kurva waktu hubungan input-output pengontrol derivative 11 Gambar 2.8 Diagram Blok Kontrol Proporsional+integral+Diferensial 12 Gambar 2.9 Kontrol Proporsional ditambah integral diferensial 13 elektronik Gambar 2.10 Kurva respon tangga satuan yang memperlihatkan 25% 14 loncatan maksimum Gambar 2.11 Respon Tangga satuan sistem 15 Gambar 2.12 Kurva Respon Berbentuk S 15 Gambar 2.13 Sistem Untaian tertutup dengan alat kontrol Proporsional 16 Gambar 2.14 Kurva Respon Sustain Oscilation 16 Gambar 2.15 Domain atau kawasan tanggapan sistem 17 Gambar 2.16 Tanggapan sistem dengan respon waktu 18 Gambar 3.1 Blok Diagram PID dengan aturan kurva reaksi dari Ziegler 21 Nichols Gambar 3.2 Blok Diagram PID dengan aturan osilasi dari Ziegler 21 Nichols Gambar 5.1 Diagram Blok kontrol PID 25 Gambar 5.2 Rangkaian listrik RLC 25 Gambar 5.3 Modul percobaan rangkaian listrik RLC 26 Gambar 5.4 Blok diagram simulasi plant dengan simulink 29 Gambar 5.5 Hasil simulasi plant dengan simulink 30 Gambar 5.6 Blok diagram kontrol PID dengan plant 32 vii

8 Gambar 5.7 Blok diagram simulasi pada matlab 32 Gambar 5.8 Hasil Simulasi kontrol PID dengan nilai Kp=5,55; 33 Kd=0,222; Ki=34,69 Gambar 5.9 Hasil Simulasi kontrol PID dengan nilai Kp=5,55; Kd=1; 33 Ki=34,69 Gambar 5.10 Hasil Simulasi kontrol PID dengan nilai Kp=4; Kd=0,222; Ki=1 34 Gambar 5.11 Implementasi kontrol PID pada ACS-1000 dengan nilai 34 Kp=5,55; Kd=0,222; Ki=34,69 Gambar 5.12 Diagram blok simulink metode Osilasi tanpa kontroler 35 dengan nilai K=10 Gambar 5.13 Hasil simulasi simulink metode Osilasi tanpa kontroler 35 dengan nilai K=10, osilasi convergent Gambar 5.14 Diagram blok simulink metode Osilasi tanpa kontroler 37 dengan nilai K=12 Gambar 5.15 Hasil simulasi simulink metode Osilasi tanpa kontroler 37 dengan nilai K=12, osilasi divergent Gambar 5.16 Hasil simulasi simulink metode Osilasi tanpa kontroler 38 dengan nilai K=11,5, diperoleh osilasi Amplitudo Konstan Gambar 5.17 Blok Diagram dengan Kontrol PID metode Osilaso 39 Gambar 5.18 Hasil Simulasi Simulink dengan nilai Ki=47,6; Kd=0,25; 39 Kp=6,9 dengan metode Osilasi Gambar 5.19 Implementasi Kontrol PID pada ACS-1000 dengan nilai Ki=47,6; Kd=0,25; Kp=6,9 dengan metode Osilasi 40 viii

9 BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Sistem pengendalian menjadi bagian yang tidak bisa terpisahkan dalam proses kehidupan ini khususnya dalam bidang rekayasa industri, karena dengan bantuan sistem pengendalian maka hasil yang diinginkan dapat terwujud. Intrumentasi dan kontrol industri tentu tidak lepas dari sistem instrumentasi sebagai pengontrol yang digunakan dalam keperluan pabrik. Sistem kontrol pada pabrik tidak lagi manual seperti dahulu, tetapi saat ini telah dibantu dengan perangkat kontroler sehingga dalam proses produksinya suatu pabrik bisa lebih efisien dan efektif. Kontroler juga berfungsi untuk memastikan bahwa setiap proses produksi terjadi dengan baik. PID (Proportional Integral Derivative controller) merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut. PID adalah pengontrol konvensional yang banyak dipakai dalam dunia industri. Kestabilan dari sistem instrumentasi yang digunakan menjadi harga mutlak untuk mendukung efektifitas produksi yang berdampak pada nilai ekonomis perusahaan. Salah satu penyebab ketidak stabilan sistem yang umum ditemukan dalam dunia industri adalah factor daya dari beban yang dikendalikan yang mana hal tersebut mempengaruhi arus beban. Beban yang memiliki karakteristik tersebut diwakili oleh beban resistif (R), induktif(l), kapasitif(c) dan kombinasi ketiganya (RLC), yang mana ketiga beban tersebut memiliki faktor daya yang berbeda sehingga mampu mempengaruhi respon tegangan dan frekuensi(waktu) dari sistem yang dikendalikan. Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari ketiga parameter P, I dan D. Penyetelan konstanta Kp, Ki dan Kd akan mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari ketiga konstanta tersebut dapat disetel lebih menonjol dibanding yang lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan. Penalaan parameter kontroler PID (Proporsional Integral Diferensial) selalu didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang diatur (Plant). Dengan demikian betapapun rumitnya suatu plant, perilaku plant tersebut harus diketahui 1

10 terlebih dahulu sebelum penalaan parameter PID itu dilakukan. Karena penyusunan model matematik plant tidak mudah, maka dikembangkan suatu metode eksperimental, yaitu Ziegler-Nichols. Metode Ziegler-Nichols didasarkan pada reaksi plant yang dikenai suatu perubahan. Dengan menggunakan metode ini model matematik perilaku plant tidak diperlukan lagi, karena dengan menggunakan data yang berupa kurva keluaran, penalaan kontroler PID telah dapat dilakukan. Untuk itu Perlu dilakukan Perancangan dan implentasi nilai penalaan parameter kontroler PID untuk menangani perubahan beban sehingga diperoleh tanggapan waktu yang baik terhadap sinyal masukan yang beragam Rumusan Masalah Rumusan masalah dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mendesain Nilai K p, K i, dan K d pada Sistem Kendali Proporsional, Integral, Diferensial (PID) untuk mendapatkan tangapan sistem yang diinginkan Menggunakan Metode Ziegler-Nichlos 2. Implementasi Nilai Penalaan K p, K i, dan K d terhadap Beban yang berubah-ubah (Kompleks) dalam sistem sehingga dihasilkan tanggapan waktu yang diinginkan Tujuan Adapun tujuan Penelitian ini adalah sebagai berikut 1. Merancang Sistem Kendali Proporsional, Integral, Diferensial (PID) untuk perubahan arus beban (beban resistif, induktif, kapasitif dan kombinasi R L C) dengan menentukan Nilai K p, K i, dan K d yang tepat sehingga dihasilkan sebuah kestabilan sistem pada pembebanan kompleks. 2. Mengimplentasikan hasil penalaan kontrol PID untuk mendapat respon waktu sistem kendali ideal Target Luaran Target Luaran Yang Diharapkan adalah: 2

11 1. Memperoleh Rekomendasi nilai penalaan parameter K p, K i, dan K d yang tepat agar diperoleh kestabilan sistem terhadap perubahan beban dalam sistem. 2. Sebuah Prototype Plant dengan beban beban resistif, induktif, kapasitif dan kombinasi R L C. 3

12 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kontroler Kontroler merupakan salah satu bagian yang penting dalam sistem pengaturan. Masukan ke kontroler adalah indikasi terukur dari variabel yang dikontrol dan set-point yang merepresentasikan harga yang diinginkan dari variabel yang dinyatakan dalam bentuk yang sama dengan pengukuran, sedangkan output kontroler adalah sebuah sinyal yang merepresentasikan tindakan yang harus diambil ketika harga variabel yang dikontrol mengalami penyimpangan. Cara bagaimana kontroler tersebut menghasilkan sinyal kontrol dinamakan aksi kontrol. Pengetahuan tentang jenis alat kontrol sangat penting dalam penentuan jenis kontroler yang sesuai untuk mengendalikan suatu sistem atau proses Prinsip Kerja Kontroler Gambar 2.1 memperlihatkan diagram kotak dari sistem kontrol industri, yang terdiri dari kontroler otomatis, aktuator, plant, dan sensor (elemen pengukur). Gambar 2.1. Diagram kotak sistem kontrol industri Kontroler mendeteksi sinyal kesalahan aktuasi, yang biasanya mempunyai tingkat daya sangat rendah, dan memperkuatnya menjadi tingkat yang tingginya mencukupi. Jadi kontroler otomatis terdiri dari detektor kesalahan dan penguat atau amplifier. Seringkali rangkaian umpan balik yang sesuai, bersama dengan penguat, digunakan untuk mengubah sinyal kesalah aktuasi dengan memperkuat dan kadang-kadang 4

13 dengan diferensiasi dan atau integrasi untuk menghasilkan sinyal kontrol yang lebih baik. Aktuator adalah alat daya yang menghasilkan masukan ke plant sesuai dengan sinyal kontrol sedemikian sehingga sinyal umpan balik akan berkaitan dengan sinyal masukan acuan. Keluaran dari kontroler otomatis dimasukkan ke aktuator. Sensor atau elemen pengukur adalah alat yang mengubah variabel keluaran menjadi variabel yang sesuai, seperti perpindahan, tekanan, atau tegangan, yang dapat digunakan untuk membandingkan keluaran dengan sinyalmasukan acuan. Elemen ini berada pada jalur umpan balik dari sistem loop tertutup. Titik set dari kontroler harus diubah ke masukan acuan dengan unit yang sama dengan sinyal umpan balik dari sensor atau elemen pengukur. Menurut Ogata (1997), berdasarkan aksi pengontrolannya, kontroler analog industri dapat diklasifikasikan sebagai berikut: a. Kontroler dua posisi atau on-off b. Kontroler P (proporsional) c. Kontroler I (integral) d. Kontroler PI (proporsional-integral) e. Kontroler PD (proporsional-derivatif) f. Kontroler PID (proporsional-integral-derivatif) Elemen Kontrol Automatik Di Industri Alat-alat kontrol menghasilkan konfigurasi bertingkat, yakni dengan menyisip-kannya pada lup yang sudah ada, sehingga merupakan bagian dari penguatan dalam arah maju. Kontroler automatik harus dapat mendeteksi sinyal kesalahan penggerak e(t) yang pada umumnya mempunyai tingkat daya yang sangat kecil, sehingga kontroler memerlukan suatu penguat, dimana alat kontrol tersebut bisa terdiri dari PI, PD, PID atau alat kontrol lainnya (Fuzzy dll). Penguat memperkuat daya sinyal e(t) yang selanjutnya akan menggerakkan actuator atau m(t). Aktuator atau sinyal penggerak (actuating sinyal) ini merupakan masukan untuk G(t) atau plant. Dengan 5

14 mengatur alat kontrol maka m(t) dapat dimodifikasi sehingga menghasilkan respon sistem yang diinginkan Kontrol Proportional Integral Derivative controller (PID) Didalam suatu sistem kontrol kita mengenal adanya beberapa macam aksi kontrol, diantaranya yaitu aksi kontrol proporsional, aksi kontrol integral dan aksi kontrol derivative. Masing-masing aksi kontrol ini mempunyai keunggulan- keunggulan tertentu, dimana aksi kontrol proporsional mempunyai keunggulan rise time yang cepat, aksi kontrol integral mempunyai keunggulan untuk memperkecil error,dan aksi kontrol derivative mempunyai keunggulan untuk memperkecil error atau meredam overshot/undershot. Untuk itu agar kita dapat menghasilkan output dengan risetime yang cepat dan error yang kecil kita dapat menggabungkan ketiga aksi kontrol ini menjadi aksi kontrol PID. Parameter pengontrol Proporsional Integral derivative (PID) selalu didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang di atur (plant). Dengan demikian bagaimanapun rumitnya suatu plant, prilaku plant tersebut harus di ketahui terlabih dahulu sebelum pencarian parameter PID itu dilakukan Aksi Kontrol Proporsional (P) Untuk kontroler dengan aksi kontrol Proporsional, hubungan antara keluaran kontroller m(t) dan sinyal kesalahan penggerak e(t) adalah : (2.1) dimana K adalah konstanta kesebandingan, sedangkan adalah kepekaan Proporsional atau penguatan. P K Pertambahan harga K akan menaikkan penguatan sistem, sehingga dapat digu-nakan untuk memperbesar kecepatan respons dan mengurangi e ss (penyimpangan dalam keadaan mantap). Pemakaian alat kontrol jenis ini tidak memuaskan, karena semakin besar K selain akan membuat sistem lebih sensitive, juga akan cenderung mengakibatkan ke tidakstabilan, 6

15 disamping itu penambahan K terbatas dan tidak cukup untuk mencapai respon sampai suatu harga yang diingini. Dalam besaran Transformasi Laplace, adalah : (2.2) Diagram kotak kontroler proporsional, diperlihatkan pada Gambar 2.2. Gambar 2.2. Diagram kotak kontroler proporsional Apapun bentuk wujud mekanisme yang sebenarnya dan apapun bentuk daya penggeraknya, kontroler proporsional pada dasarnya merupakan penguat dengan penguatan yang dapat diatur. Grafik output input untuk kontroler Proposrsional diperlihatkan pada gambar 2.3. Gambar 2.3. Grafik Output Input untuk kontroler proporsional Kontroler proporsional memberi pengaruh langsung (sebanding) pada error. Semakin besar error, semakin besar sinyal control yang dihasilkan kontroler. Pengaruh kontroler proporsional pada sistem: Menambah atau mengurangi kestabilan. Dapat memeperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time. Mengurangi (tetapi bukan menghilangkan) error steady state (kesalahan keadaan mantap/tunak). Untuk menghilangkan error steady state dibutuhkan Kp yang besar, tetapi membuat sistem lebih tidak stabil. 7

16 Realisasi kontroler proporsional dengan rangkaian elektronika dapat dibuat dengan menggunakan operasional amplifier. Gambar 2.3 Contoh kontroler proporsional elektronik. Jika keluaran kontroler dan eror dinyatakan dalam tegangan, dari rangkaian op amp pada Gambar 2.3. diperoleh: R2/R1 merupakan penguatan proporsional, Kp. (2.3) Kontrol Integral (I) Pengontrol integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki kesalahan keadaan stabil nol. Jika sebuah plant tidak memiliki unsur integrator (1/s), pengontrol proposional tidak akan mampu menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan stabilnya nol. Dengan pengontrol integral, respon sistem dapat diperbaiki, yaitu mempunyai kesalahan keadaan stabilnya nol. Pengontrol integral memiliki karaktiristik seperti halnya sebuah integral. Keluaran sangat dipengaruhi oleh perubahan yang sebanding dengan nilai sinyal kesalahan. Keluaran pengontrol ini merupakan penjumlahan yang terus menerus dari perubahan masukannya. Kalau sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan. 8

17 Atau m(t) = K i (2.4) t e () t dt, dimana K i adalah konstanta yang dapat diatur. Fungsi 0 Alih Kontrol Integral adalah: M() s Ki E() s S (2.5) 1 M () s Ki S Diagram kotak kontroler Integral, diperlihatkan pada Gambar 2.4. Gambar 2.4. Diagram kotak kontroler Integral Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh kurva kesalahan penggerak. Sinyal keluaran akan berharga sama dengan harga sebelumnya ketika sinyal kesalahan berharga nol. Gambar 2.5 menunjukkan contoh sinyal kesalahan yang dimasukan ke dalam pengontrol integral dan keluaran pengontrol integral terhadap perubahan sinyal kesalahan tersebut. Gambar 2.5 Kurva sinyal kesalahan e(t) terhadap t pada pembangkit kesalahan nol. 9

18 Perubahan sinyal kontrol sebanding dengan perubahan eror. Semakin besar eror, semakin cepat sinyal kontrol bertambah/berubah. Pengaruh kontroler integral pada sistem: - Menghilangkan eror steady state. - Respon lebih lambat (dibanding P). - Dapat menimbulkan ketidakstabilan (karena menambah orde sistem). Gambar 2.6 memperlihatkan contoh kontroler integral elektronik. Gambar 2.6. Alat kontrol elektronik mode integral. Persamaan yang menghubungkan masukan dengan keluaran adalah: (2.6) 1/RC = Ki merupakan penguatan integral. Jika Ki terlalu besar, keluaran naik dengan cepat sehingga terjadi overshoot dari penyetelan maksimum dan dihasilkan sikling Kontrol Derivatif Keluaran pengontrol Derivative memiliki sifat seperti halnya suatu operasi differensial. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol, akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Gambar 2.7 menyatakan hubungan antara sinyal masukan dengan sinyal keluaran pengontrol Derivative. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan menaik (berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru merupakan 10

19 fungsi step yang besar magnitudnya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsi ramp dan faktor konstanta diferensialnya. Gambar 2.7 Kurva waktu hubungan input-output pengontrol Derivative Karakteristik pengontrol derivative adalah sebagai berikut: 1. Pengontrol ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada perubahan pada masukannya (berupa sinyal kesalahan). 2. pengontrol derivative mempunyai suatu karakter untuk mendahului, sehingga pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum pembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrol derivative dapat mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif, dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem. Berdasarkan karakteristik pengontrol tersebut, pengontrol derivative umumnya dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil kesalahan pada keadaan stabilnya. Kerja pengontrol derivative hanyalah efektif pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode peralihan. Oleh sebab itu pengontrol derivative tidak pernah digunakan tanpa ada pengontrol lain sebuah sistem (Thomas, 2005, 127) Kontrol Proporsional, Integral, Derivatif (PID) Untuk kontroler proporsional ditambah integral ditambah differensial, sinyal kesalahan e(t) merupakan masukan kontroler sedangkan keluaran kontroler adalah sinyal kontrol u(t). Hubungan antara masukan kontroler e(t) dan keluaran kontroler u(t) adalah (2.8) 11

20 atau dalam besaran transformasi Laplace (2.9) dimana Kp adalah penguatan proporsional dan τi adalah waktu integral dan τd adalah waktu differensial. Parameter Kp, τi, dan τd ketiganya dapat ditentukan. Sehingga fungsi alih kontroler proporsional ditambah integral ditambah differensial adalah (2.10) Diagram blok kontroler proporsional ditambah integral dan differensial diperlihatkan pada gambar 2.8. Gambar 2.8 Diagram Blok Kontroler Proporsional+Integral+Diferensial Realisasi kontroler proporsional ditambah integral ditambah differensial dengan rangkaian elektronika dapat dibuat dengan menggunakan operasional amplifier jenis inverting amplifier. 12

21 Gambar 2.9. Kontroler proporsional ditambah integral ditambah differensial elektronik 2.3. Metode Ziegler-Nichols Penalaan parameter kontroller PID selalu didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang diatur (Plant). Dengan demikian betapapun rumitnya suatu plant, perilaku plant tersebut harus diketahui terlebih dahulu sebelum penalaan parameter PID itu dilakukan. Karena penyusunan model matematik plant tidak mudah, maka dikembangkan suatu metode eksperimental. Metode ini didasarkan pada reaksi plant yang dikenai suatu perubahan. Dengan menggunakan metode itu model matematik perilaku plant tidak diperlukan lagi, karena dengan menggunakan data yang berupa kurva krluaran, penalaan kontroler PID telah dapat dilakukan. Penalaan bertujuan untuk mendapatkan kinerja sistem sesuai spesifikasi perancangan. Ogata menyatakan hal itu sebagai alat control (controller tuning) (Ogata, 2003, 168, Jilid 2). Metode pendekatan eksperimen tersebut adalah Ziegler- Nichols 13

22 Ziegler-Nichols pertama kali memperkenalkan metodenya pada tahun Metode ini memiliki dua cara, metode osilasi dan kurva reaksi. Kedua metode ditujukan untuk menghasilkan respon sistem dengan lonjakan maksimum sebesar 25%. Gambar 11 memperlihatkan kurva dengan lonjakan 25%. Gambar Kurva respons tangga satuan yang memperlihatkan 25 % lonjakan maksimum Metode Kurva Reaksi Metode ini didasarkan terhadap reaksi sistem untaian terbuka. Plant sebagai untaian terbuka dikenai sinyal fungsi tangga satuan (gambar 2.11). Kalau plant minimal tidak mengandung unsur integrator ataupun pole-pole kompleks, reaksi sistem akan berbentuk S. Gambar 2.11 Respon tangga satuan sistem Gambar 2.12 menunjukkan kurva berbentuk S tersebut. Kelemahan metode ini terletak pada ketidakmampuannya untuk plant integrator maupun plantt yang memiliki pole kompleks. 14

23 Gambar 2.12 Kurva Respons berbentuk S. Kurva berbentuk-s mempunyai dua konstanta, waktu mati (dead time) L dan waktu tunda T. Dari gambar 13 terlihat bahwa kurva reaksi berubah naik, setelah selang waktu L. Sedangkan waktu tunda menggambarkan perubahan kurva setelah mencapai 66% dari keadaan mantapnya. Pada kurva dibuat suatu garis yang bersinggungan dengan garis kurva. Garis singgung itu akan memotong dengan sumbu absis dan garis maksimum. Perpotongan garis singgung dengan sumbu absis merupakan ukuran waktu mati, dan perpotongan dengan garis maksimum merupakan waktu tunda yang diukur dari titik waktu L. Penalaan parameter PID didasarkan perolehan kedua konstanta itu. Zeigler dan Nichols melakukan eksperimen dan menyarankan parameter penyetelan nilai Kp, Ti, dan Td dengan didasarkan pada kedua parameter tersebut. Tabel 2.1 merupakan rumusan penalaan parameter PID berdasarkan cara kurva reaksi. Tabel 2.1 Penalaan paramater PID dengan metode kurva reaksi Tipe K p T i T d Kontrole r P T/L ~ 0 PI 0,9 T/L L/0.3 0 PID 1,2 T/L 2L 0,5L Metode Isolasi Metode ini didasarkan pada reaksi sistem untaian tertutup. Plant disusun serial dengan kontroller PID. Semula parameter parameter 15

24 integrator disetel tak berhingga dan parameter diferensial disetel nol (T i = ~ ;T d = 0). Parameter proporsional kemudian dinaikkan bertahap. Mulai dari nol sampai mencapai harga yang mengakibatkan reaksi sistem berosilasi. Reaksi sistem harus berosilasi dengan magnitud tetap(sustain oscillation) (Guterus, 2004, 9-9). Gambar 2.13 menunjukkan rangkaian untaian tertutup pada cara osilasi. Gambar 2.13 Sistem untaian tertutup dengan alat kontrol proporsional Nilai penguatan proportional pada saat sistem mencapai kondisi sustain oscillation disebut ultimate gain K u. Periode dari sustained oscillation disebut ultimate period T u. Gambar 2.14 menggambarkan kurva reaksi untaian terttutup ketika berosilasi. Gambar 2.14 Kurva respon sustain oscillation Penalaan parameter PID didasarkan terhadap kedua konstanta hasil eksperimen, Ku dan Pu. Ziegler dan Nichols menyarankan penyetelan nilai parameter K p, T i, dan T d berdasarkan rumus yang diperlihatkan pada Tabel

25 Tabel 2.2 Penalaan paramater PID dengan metode osilasi Tipe Kontrole r K p Ti Td P 0,5.K u PI 0,45.K u 1/2 P u PID 0,6.K u 0,5 P u 0,125 P u 2.4. Tanggapan Sistem Respon sistem atau tanggapan sistem adalah perubahan perilaku output terhadap perubahan sinyal input. Respon sistem berupa kurva akan menjadi dasar untuk menganalisa karakteristik system selain menggunakan persamaan/model matematika. Salah satu cara untuk menguji dan menganalisis suatu sistem adalah dengan memberikan suatu sinyal uji (test signal) sebagai masukan dan mengamati serta menganalisis keluarannya. Berbagai sinyal masukan dapat digunakan untuk keperluan analisis yang berbeda-beda. Jika sistem yang digunakan untuk keperluan masukan dengan kenaikan gradual sepanjang waktu, maka digunakan sinyal uji fungsi ramp. Sinyal fungsi step digunakan untuk menguji keandalan terhadap gangguan luar. Respon sistem atau tanggapan sistem terbagi dalam dua domain, yakni domain waktu (time response) dan domain frekuensi (frequency response) yang ditunjukkan pada diagram dibawah. Gambar Domain atau Kawasan Tanggapan Sistem 17

26 Untuk Domain waktu, tanggapan waktu dari suatu sistem kontrol terdiri atas tanggapan transien (transient response) dan tanggapan keadaan tunak (steady-state response). Tanggapan transien berlangsung saat start hingga tanggapan sistem mencapai nilai akhir yang diinginkan (final state). Tanggapan keadaan tunak dimulai saat tanggapan pertama kali mendekati nilai akhir hingga waktu yang tak terhingga. Gambar 2.16 mendeskripsikan kedua jenis tanggapan waktu tersebut. Tanggapan transien digunakan untuk menganalisis sifat naik atau permulaan dari suatu sistem bila diberikan sinyal uji. Sedangkan tanggapan keadaan tunak digunakan untuk menganalisis karakteristik sistem pada saat mencapai harga akhirnya. Gambar 2.16 Tanggapan sistem dengan respon waktu 18

27 BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN Adapun tujuan Penelitian ini adalah sebagai berikut 1. Merancang Sistem Kendali Proporsional, Integral, Diferensial (PID) untuk perubahan arus beban (beban resistif, induktif, kapasitif dan kombinasi R L C) dengan menentukan K p, K i, dan K d yang tepat sehingga dihasilkan sebuah kestabilan sistem pada pembebanan kompleks. 2. Mengimplentasikan hasil penalaan kontrol PID untuk mendapat respon waktu sistem kendali ideal. Dengan tercapainya tujuan diatas, maka maafaat yang bisa dirasakan dari kegiatan penelitian ini adanya modul pembebanan yang berfungsi sebagai Plant dan bahan ajar pada mata kuliah sistem pengaturan dan Praktikum Sistem Pengaturan pada Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Ujung Pandang. 19

28 BAB 4. METODOLOGI PENELITIAN 4.1. Tahapan-tahapan penelitian Tahapan-tahapan penelitian yang direncanakan adalah sebagai berikut: 1. Kajian pustaka dan pengumpulan data pada sistem kerja dan karakteristik modular Analog Control System (ACS-1000). 2. Pemodelan matematis dari sistem yang akan dibuat dan diamati berdasarkan kajian pustaka yang telah diperoleh. 3. Mendesain unit beban 4. Perancangan unit beban 5. Penalaan Nilai K p, K i, dan K d pada Sistem Kendali Proporsional, Integral, Diferensial (PID) untuk mendapatkan tangapan sistem yang diinginkan Menggunakan Metode Ziegler-Nichlos. 6. Melakukan ujicoba sistem bagian perbagian (blok perblok) 7. Melakukan ujicoba dan evaluasi terhadap unjuk kerja sistem yang telah terintegrasi. 8. Membuat kesimpulan terhadap hasil penelitian dan pengembangan. Sinyal uji yang menjadi input pada penelitian yaitu sinyal uji tangga (step. Langkah berikutnya adalah melakukan penalaan Parameter dari Kontroler PID menggunakan metode pertama dari Ziegler-Nichlos pertama yakni menggunakan kurva reaksi dengan acuan kurva respon berbentuk S untuk mendapatkan nilai K p, K i, dan K d. Selanjutnya Menyempurnakan sistem Kontroler dengan melakukan lup tertutup dengan menghubungkan pada beban resistif, induktif, kapasitif dan kombinasi RLC. kemudian parameter penalaan PID akan mengalami pengulangan sampai spesifikasi respon ditemukan. Spsesifikasi Respon Yang di inginkan adalah waktu naik yang cepat, minimum overshoot dan kesalaan keadaan tunak sama dengan nol(0). Blok Diagram Matematis Untuk perancangan sistem PID menggunakan aturan kurva reaksi pada gambar

29 Gambar 3.1. Blok Diagram PID dengan Aturan Metode Kurva reaksi dari Ziegler-Nichols Dalam pengaturan untuk mementukan parameter pengontrol PID menggunakan metode Ziegler-Nichols metode osilasi. Langkah-langkah yang dilakukan sama seperti menentukan parameter pengontrol PID menggunakan metode Ziegler-Nichols metode kurva reaksi tetapi terlebih dahulu kita menentukan dua koefisien ultimate gain (K U ) dan ultimate period (P U ). Diagram blok sistem loop tertutup terlihat pada gambar 3.2. Gambar 3.2. Blok Diagram PID dengan Aturan Metode Osilasi dari Ziegler-Nichols Desain dari Sistem ini memiliki spesifikasi alat yang direncanakan sebagai berikut : 1. Satu Unit Komputer dengan spesifikasi minimal: a. Processor Intel(R) Core(TM) i3-3110m, CPU2.40 GHz b. Memory 1 GB 21

30 c. Operating Sisstem Windows 7 Ultimate 64 bit. 2. Satu Set Modul Analog Contro System (ACS-1000). 3. Osiloskop 1 unit. 4. Function Generator 1 Unit. 5. Multimeter 1 Buah. 6. Modul Beban Resistif, Kapasisti, dan Induktif Prosedur Desain(Perancangan) dan Implementasi Prosedur perancangan yang dilakukan didasarkan pada metode perancangan yang diambil yaitu metode desain, yaitu : 1. Proses pengumpulan data (instrument) 2. Proses perancangan desain 3. Proses pembuatan/ perakitan 4. Proses pengetesan, merupakan tahap terakhir yang dilakukan, berupa pengetesan sistem. Pengetesan yang dilakukan masing-masing pada setiap blok dan sistem secara keseluruhan Lokasi Penelitian Penelitian akan dilakukan di Laboratorium Sistem Pengaturan dan Perancangan Elektronika Politeknik Negeri Ujung Pandang Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Makassar, Sulawesi-Selatan Teknik Pengumpulan dan Analisa Data Metode Pengumpulan data yang digunakan adalah dengan melalui ujicoba sistem melalui dua langkah, yakni: 1. Ujicoba blok per-blok dari sistem yang dibuat. Pengambilan data dengan metode ini adalah untuk mengetahui performasi setiap bagian dari sistem apakah bekerja sesuai dengan fungsinya. Hal ini akan memudahkan dalam proses troubleshooting. 2. Ujicoba Sistem secara utuh. Pengujian sistem secara keseluruhan bertujuan untuk mengetahui hasil perancangan sistem sudah sesuai dengan target yang direncanakan. 22

31 Adapun analisis dari data yang diperoleh di dasarkan pada teori, bahan penelitian yang menjadi rujukan dalam kajian pustaka. 23

32 BAB 5 HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI A. Pemodelan Sistem Fisis Persoalan mendasar dalam mendesain suatu sistem kontrol adalah mengetahui karakteristik dari setiap bagian yang dirancang. Deskripsi matematik dari karakteristik dinamik suatu sistem disebut model matematik. Langkah pertama dalam analisis suatu sistem dinamik adalah memperoleh modelnya. Dari sistem dinamik ini dapat diketahui indeks performansi dan dinamika sistem tersebut. 1. Fungsi Alih PID Untuk kontroler proporsional ditambah integral ditambah differensial, sinyal kesalahan e(t) merupakan masukan kontroler sedangkan keluaran kontroler adalah sinyal kontrol u(t). Hubungan antara masukan kontroler e(t) dan keluaran kontroler u(t) adalah atau dalam besaran transformasi Laplace (5.1) (5.2) dimana Kp adalah penguatan proporsional dan τi adalah waktu integral dan τd adalah waktu differensial. Parameter Kp, τi, dan τd ketiganya dapat ditentukan. Sehingga fungsi alih kontroler proporsional ditambah integral ditambah differensial adalah (5.3) Diagram blok kontroler proporsional ditambah integral dan differensial diperlihatkan pada gambar

33 Gambar 5.1 Diagram Blok Kontroler Proporsional+Integral+Diferensial 2. Fungsi Alih Rangkaian R-L-C Gambar 5.2 Rangkaian R-L-C Tinjau rangkaian listrik yang ditunjukkan pada gambar 5.2. Rangkaian tersebut terdiri dari suatu Induktansi L (henry), suatu tahanan R(ohm(, dan suatu Kapasitansi C (farad). Dengan menerapkan hukum Kirchoff pada sistem yang sedang ditinjau, kita peroleh persamaan berikut: di 1 L Ri idt V () t dt C 1 C (5.4) idt V0 () t (5.5) Dengan mencari Transformasi Laplace dari persamaan 5.4 dan 5.5, dengan mengganggap syarat awal nol, kita peroleh: 25

34 11 LsI( s) RI( s) I( s) E( s) Cs 11 I ( s ) E0 ( s ) Cs Jika V(t) kita anggap masukan dan Vo(t) sebagai Keluaran, maka Fungsi Alih dari sistem ini diperoleh sebagai berikut: Es ( ) 1 E s LCs RCs 2 0( ) 1 B. Eksperimen Rangkaian RLC sebagai Impedanzi Kompleks Eksperimen rangkaian seri RLC menggunakan papan Protoboard, Multimeter, resistor, induktor, kapasitor, Function Generator, dan kabel penghubung. Gambar 5.3 Modul Percobaan Rangkaian R-L-C Rangkaian R-L-C terdiri dari R= 47, C = 10 F dan Induktor 500 Lilitan. Tujuan dari Ekdperimen ini adalah menentukan karakteristik Impendasi hambatan terhadap frekuensi, menentukan karakteristik Impendasi induktor terhadap frekuensi, menentukan karakteristik Impendasi Kapasitor terhadap frekuensi, dan menentukan karakteristik rangkaian R-L-C sebagai Impedansi Kompleks yang akan menjadi Plant dalam penelitian ini. Dari hasil percobaan ini diperoleh hubungan antara 26

35 tegangan, arus dan impedansi dari setiap komponen listrik resistor,induktro, dan kapasitor sebagai berikut: Tabel 5.1 Impedansi Hambatan (R) terhadap frekuensi F(Hz) V(Volt) I (Amp ere) Tabel 5.2 Impedansi Induktor (L) terhadap frekuensi F(Hz) V(Volt) I (Amp ere)

36 Tabel 5.3 Impedansi Kapasitor (C) terhadap frekuensi F(Hz) V(Volt) I (Ampere) Dari hasil percobaan ini diketahui bahwa tegangan yang melalui resistor adalah sama dengan tegangan masukan sehingga menyebabkan fase arus dan tegangan sama pada resistor. Sedangkan pada hubungan antara impedansi induktor terhadap frekuensi berbanding lurus, jika frekuensi meningkat maka reaktansi induktif juga akan meningkat dan demikian pula sebaliknya. Pada percobaan impedansi kapasitor terhadap frekuensi diperoleh hasil reaktansi kapasitif berbanding terbalik terhadap frekuensi, jika freunsi meningkat maka arus kapasitif akan menurun. C. Penalaan Nilai Kp, Kd dan Ki dengan Metode Ziegler-Nicholes Untuk mendesain sebuah kontroler PID menggunakan metode trial-anderror., terlebih dahulu harus diketahui effect kontroler individual pada system loop tertutup, kemudian menyesuaikan parameter kontroler P, I, dan D menurut respon yang aktual pada sistem loop tertutup, pada percobaan s untuk kontroler P, I, dan D dan efek kontroler P, I, dan D diimplementasikan pada sistem Orde dua dengan fungsi sebagai berikut: 1. Kontroler P dapat membuat respon sistem loop tertutup cepat, tapi hal tersebut dapat membuat sistem overshoot atau membuat overshoot lebih besar. 2. Kontroler I dapat memperbaiki respon steady-state, tapi hal tersebut membuat respon transient memburuk. 28

37 3. Kontroler D dapat menurunkan overshoot, tapi hal tersebut membuat respon steady-state memburuk. Untuk menyempuranakan parameter kontroler PID yang digunakan untuk kontrol sistem orde dua dilakukanlah tahapan-tahapan sebagai berikut: 1. Mengaturtur K I dan K D = 0, kemudian menyempurnakan K P untuk membuat overshoot 15% - 25%. 2. Meningkatkan K D untuk menghilangkan overshoot. 3. Untuk kondisi tanpa overshoot, mengulangi step 1 dan 2 untuk mengatur K P sebesar mungkin. 4. Meningkatkan K I untuk memperbaiki respon steady-state. 5. Mengulangi-Ulangi step 1 sampai 4 sampai semua persyaratan terpenuhi. Pada Penalaan Nilai Kp, Kd dan Ki dengan aturan Ziegler-Nichols, kami menggunakan dan membandingkan dua aturan Ziegler-Nichols yakni metode Kurva Reaksi (aturan 1) dan metode Osilasi (Aturan 2) C.1. Metode Kurva Rekasi Simulasi Simulink 1. Dimisalkan plant adalah : 2. Menentukan K, τ dan τd 1000 s s s Gambar 5.4 Blok diagram simulasi Plant dengan simulink 3. Mensimulasikan dan diperoleh hasil seperti pada gambar

38 input output garis singgung Gambar 5.5 hasil simulasi Plant simulink PID K = 1 Dari gambar di 5.5, kita mendapatkan : τ d 0.08 τ 0.37 Menurut aturan Ziegler Nichols I sesuaikan parameter kontrol K P =1.2 τ Kτd = 5.55 T I = 2 τ d = 0.16 T D = 0.5 τ d = 0.04 Menurut teorinya kita dapat menjabarkan rumusnya sebagai berikut : Tabel 5.4 Parameter tuning kontroler PID sesuai dengan atuaran I tuning Zieger dan Nichols Kontroller K P T 1 T D PID 1.2(τ/Kτ d ) 2τ d 0.5 τ d 30

39 Untuk nilai K P : K P = 1.2 τ Kτd = 1.2 = = Untuk nilai T I : T I = 2 τ d = = 0.16 Untuk nilai T D : T D = 0.5 τ d = = 0.04 Umumnya kontrol PID dinyatakan sebagai berikut : Kp + K I s + K D Menghitung KI dan KD K I = K P T I = K D = K P T D = Berikut ini adalah penjabaran dari rumus di atas : Untuk rumus K I : K I = K P T I = = Untuk rumus K D : 31

40 K D = K P T D = = Setelah melakukan simulasi Plant tanpa kontroler selanjutnya akan melakukan simulasi dengan memasukkan kontrol PID k edalam sistem, blok diagram dari sistem loop tertutup dapat dilihat pada gambar 5.6. Gambar 5.6 Diagram Blok Kontrol PID dengan plant Gambar 5.7 Blok diagram simulasi pada matlab Dari blok diagram simulasi simulink di atas, diperoleh hasil simulasi yang ditunjukkan pada gambar

41 input output Gambar 5.8 Hasil Simulasi kontrol PID K P = 5.55, K D = 0.222, K I = Overshoot yang diperlihatkan gambar 5.8 adalah 50%, jadi kontrol sistem kontrol PID sebaiknya melakukan proses perbaikan untuk mendapatkan hasil yang lebih baik. Untuk melakukan hal tersebut, kita menyesuaikan berulangkali parameter kontrol PID sampai semua spesifikasi terpenuhi. Pada gambar 5.9 lihat respon dengan KD = 1 (KD tetap KI tidak berubah). input output Gambar 5.9 Hasil Simulasi kontrol K P = 5.55, K D = 1, K I = Untuk Gambar 5.10 memperlihatkan respon dari sistem kontrol PID dengan KD = 1, KP = 4, KI =

42 input output Gambar 5.10 Hasil Simulasi kontrol PID K P = 4, K I = 20, K D = 1 Setelah memperoleh hasil penalaan dengan menggunakan simulasi simulink maka langkah berikutnya adalah melakukan implementasi nilai tersebut pada modul trainer Analog Control System (ACS-1000). Adapun hasil implementasi dengan menggunakan metode kurva reaksi ditunjukkan pada gambar Gambar 5.11 Implementasi kontrol PID pada ACS-1000 dengan nilai K P = 5.55, K D = 0.222, K I =

43 C.2. Metode Kurva Rekasi Simualasi Simulink 1. Dimisalkan plant adalah : 2. Menentukan K U dan P U 1000 s s s Gambar 5.12 Diagram blok simulink metode Osilasi tanpa Kontroler dengan K=10 Selanjutnya melakukan simulasi dengan nilai K=10 dan diperoleh hasil simulasi yang ditunjukkan pada Gambar Gambar 5.13 Simulasi Simulink metode osilasi tanpa kontroler dengan nilai K = 10, osilasi convergent 35

44 Dari gambar 22-11(a), kita memperoleh K U = 10. Menurut dari aturan kedua Ziegler-Nichols, parameter control PID di kalkulasikan dan diperoleh : K P = 0.45 T I = 0.8 T D = 0 Pu adalah ultimate amplitude, pada ujicoba ini memiliki nilai P U karena sinyal dalam keadaan tidak berosilasi konstan. mencari nilai K I dan K D dengan persamaan rumus di bawah ini : K I = K P T I K I = = K D = K P T D K D = 0.45 x 0 = 0 Sehingga kita dapat Dari semua nilai yang diperoleh maka dapat di tarik suatu kesimpulan bahwa, nilai K I yang kecil akan membuat respon melambat untuk menuju keadaan steadystate, namun tidak menimbulkan osilasi yang cukup untuk mencapai tujuan sinyal osilasi yang konstan. Dan nilai K D yang bernilai 0, tidak mempengaruhi sinyal output, ini karena karakteristik dari Kontrol D itu sendiri, yaitu pengontrol ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada perubahan pada masukannya (berupa sinyal kesalahan). Sehingga pada hasil dari percobaan itu menghasilkan sinyal output yang menuju keadaan steady-state.sedangkan nilai K P berfunsi sebagai Gain, dan nilai K P membuat respon system menjadi cepat. Selanjutnya nilai gain (K) dinaikkan menjadi 12 dan diperoleh hasil seperti gambar

45 Gambar 5.14 Blok Simulasi Simulink metode osilasi tanpa kontroler dengan nilai K = 12 Gambar 5.15 Blok Simulasi Simulink metode osilasi tanpa kontroler dengan nilai K = 12, Osilasi Divergent Dari gambar 5.15, kita memperoleh K U = 12 Menurut dari aturan kedua Ziegler-Nichols, parameter control PID dikalkulasikan oleh K P = 0.5 T I = T D = 0 Pada ujicoba ini belum didapatkan nilai P U karena sinyal yang dihasilkan belum dalam keadaan osilasi konstan. Sehingga kita memperoleh nilai dari semua parameter adalah. K I = K P T I 37

46 K I = 05 = - K D = K P T D K D = 0.5 x 0 = 0 Dari perhitungan parameter diatas dapat di analisis bahwa, nilai T I diatur menjadi nilai yang sangat besar, sehingga sesuai dengan sifat dari control I sendiri bahwa semakin besar nilai K I maka osilasi yang ditimbulkan pada pada sinyal output semakin membesar. Namun hal ini tidak membuat osilasinya menjadi konstan, melainkan semakin besar disetiap waktunya. Dan nilai K D yang bernilai 0, tidak mempengaruhi sinyal output, ini karena karakteristik dari Kontrol D itu sendiri, yaitu pengontrol ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada perubahan pada masukannya (berupa sinyal kesalahan). Sehingga hasil dari percobaan ini nilai K P dan nilai K I sangat berpengaruh secara signifikan. Sedangkan nilai K P berfungsi sebagai Gain, dan nilai K P membuat respon sistem menjadi cepat. Untuk mendapat sinyal yang beraturan, selanjutnya mengatur kembali nilai gain (K) menjadi 11.5 yang hasilnya ditunjukkan pada gambar Gambar 5.16 Hasil Simulasi dengan nilai K = 11.5 diperoleh osilasi amplitudo-konstan Berdasarkan gambar 5.16, kita dapatkan K U = 11.5, P U = Menurut dari aturan kedua Ziegler-Nichols, parameter kontrol PID dikalkulasikan oleh 38

47 K P = 0.6, K U = 6.9 T I = 0.5, P U = T D = 0.125, P U = Umumnya kontrol PID dinyatakan oleh K P + K I s + K D Kemudian K I dan K D dapat dikalkulasikan oleh K I = K P T I = 47.6 dan K D = K P T D = Pada hasil percobaan kali ini kita telah memperoleh sinyal output dengan osilasi yang konstan. Sehingga parameter PID yang diperoleh telah sesuai dengan table Ziegler-nichols II.nilai ini adalah nilai yang digunakan untuk mengatur control PID menjadi konstan, sebelum ditambahkan dengan plant. Setelah melakukan simulasi Plant tanpa kontroler selanjutnya akan melakukan simulasi dengan memasukkan kontrol PID ke dalam sistem, blok diagram dari sistem loop tertutup dapat dilihat pada gambar Gambar 5.17 Blok Diagram dengan kontrol PID dengan metode Osilasi Dengan menggunakan nilai K I = 47.6, K D = 0.25, dan K P = 6.9 dan mensimulasikan pada simulink matlab diperleh hasil seperti pada gambar Gambar 5.18 Hasil Simulasi simulink dengan nilai kontrol K I = 47.6, K D = 0.25, dan K P = 6.9 dengan metode osilasi 39

48 Untuk ujicoba kali ini telah diperoleh hasil sinyal output sesuai dengan gambar Hasil sinyal ini adalah hasil dari parameter PID ditambahkan dengan plant. Sehingga osilasi yang ditimbulkan oleh control PID akan menyesuaikan dengan Plant. Namun dengan metode Ziegler-nichols II setiap perubahan fasa pada plant, maka akan menimbulkan kerusakan sebesar 25% (overshoot 25%) pada sinyal output sebelum sinyal menuju keadaan steady-state. Ini disebabkan karena planyt tidak dapat menahan osilasi dari sinyal output PID, sehingga hal ini menyebabkan quarter amplitude-decay. Metode/teori ini adalah perwujudan dari penyempurnaan dari metode osilasi pada aturan kedua Ziegler-Nichols control PID. Setelah memperoleh hasil penalaan dengan menggunakan simulasi simulink maka langkah berikutnya adalah melakukan implementasi nilai tersebut pada modul trainer Analog Control System (ACS-1000). Adapun hasil implementasi dengan menggunakan metode kurva reaksi ditunjukkan pada gambar Gambar 5.19 Implementasi kontrol PID pada ACS-1000 dengan nilai K I = 47.6, K D = 0.25, dan K P =

49 BAB 6 KESIMPULAN 1. Hubungan antara impedansi hambatan terhadap frekuensi konstan, pada imduktor impedansi berbanding lurus terhadap frekuensi, dan pada kapasitor impendansi berbanding terbalik terhadap frekuensi. 2. Dari percobaan karakteristik R-L-C diperoleh sistem yang bukan linear dan membuat proses penalaan tuning PID lebih kompleks. 3. Tanggapan sistem Metode Kurva reaksi dan metode Osilasi memiliki waktu respon dan nilai yang sama. Tetapi Nilai Penalaan Kp,Ki dan Kd pada metode Kurva reaksi lebih kecil dibandingkan metode Osilasi dan waktu penentuan parameter lebih efisien. 41

50 Daftar Pustaka Dharma Aryani Modul Ajar Sistem Pengaturan II. PNUP. Makassar Frans Gunterus. Falsafah Dasar: Sistem Pengendalian Proses, jakarta: PT. Elex Media Komputindo, Jakarta, 2004 Gamayanti, Nurlita, Desain Kontroler PID Modifikasi,Diktat Kuliah Dasar Sistem Pegaturan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Katsuhiko Ogata. Teknik Kontrol Automatik terjemahan: Ir. Edi Laksono, Erlangga, Jakarta, 2000 Kuo, Benjamin C Automatic Control System. Prentice Hall. Maeda, Y, dkk Kontrol Automatik. Surabaya. PENS ITS. JICA Nur Aminah Bahan Ajar Sistem Pengaturan II. PNUP. Makassar Sutrisno, 2001, Elektronika Teori dasar dan penerapannya, Bandung, ITB. Thomas Wahyu Dwi Hartanto. Analisis dan Desain Sistem Kontrol dengan MATLAB, Andi Yogyakarta, Yogyakarta,

51 L A M P I R A N L A M P I R A N Lampiran 1. Biodata Peneliti Lampiran 2 Artikel Ilmiah Lampiran 3 Poster Lampiran 4 Profil 43

52 Lampiran 1. Biodata Peneliti/Pelaksana KETUA PENELITI Nama Lengkap (dengan gelar) Kartika Dewi, S.T., M.T Jabatan Fungsional Asisten Ahli Jabatan Struktural Dosen NIP NIDN Tempat dan Tanggal Lahir Ujung Pandang, 24 Maret 1984 Alamat Rumah Pesona Prima Griya G/10, Antang-Makassar Nomor Telepon/HP Alamat Kantor Jl. Perintis Kemerdekaan KM. 10 Tamalanrea, Makassar, Nomor Telepon/Faks ,585356,585368/ Alamat Lulusan yang Telah Dihasilkan D3 = 200 orang Mata Kuliah yg Diampu 1. Sistem Pengaturan I 2. Sistem Pengaturan II 3. Mikroprosesor 4. Elektronika Digital 5. Pengantar Robotika 6. Mekatronika 7. Bengkel Elektronika 8. Fisika Teknik A. Riwayat Pendidikan S1 S2 Nama Perguruan Tinggi Universitas Hasanuddin (UNHAS), Makassar Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya Bidang ilmu Teknik Elektro (Elektronika dan Teknik Teknik Elektro (Sistem Pengaturan) Kendali) Tahun Masuk-Lulus Judul Skripsi/Tesis Implementasi Sistem Perancangan dan Simulasi Kendali Kecepatan Kontrol Slip Pada Electrical Putaran Motor DC Wheel Haul Truck berdasarkan berbasis AT89c51 Kontrol Traksi menggunakan Dosen Pembimbing 1. Dr. Ir. H. Rhiza S. Sadjad, M.S.E.E 2. Muhammad Anshar, S.T, M.Eng. Fuzzy-Adaptif 1. DR. Ir. Mochammad Rameli 2. Ir. Rusdhianto Effendi Ak, MT

53 B. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir No Tahun Judul Perancangan dan Simulasi Kontrol Slip Pada Electrical Wheel Haul Truck berdasarkan Kontrol Traksi menggunakan Fuzzy-Adaptif Media Pembelajaran Model Sistem Dinamik Dengan Metode Transfer Fuction Menggunakan Matlab Pendanaan Jumlah Sumber (Rp.) Pribadi & ,- BPPS (S2) Pribadi C. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir Pendanaan No Tahun Judul Jumlah Sumber (Rp.) D. PengalamanPenulisan Artikel Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir Judul Artikel Volume/Nomor/ Nama Jurnal Ilmiah Tahun 1 Metode Penentuan Jalur Tercepat pada Robot Line Volume 1, Nomor, 5, Desember 2011/ISSN Inspiration Follower Menggunakan /2011 Metode Blood Field 2 Media Pembelajaran Volume 6, Nomor 3, ILKOM Model Sistem Dinamik Desember 2014 /ISSN Dengan Metode /2012 Transfer Fuction Menggunakan Matlab

54 E. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar Ilmiah No Nama Pertemuan Ilmiah/Seminar Judul Artikel Ilmiah Waktu dan Tempat 1 Seminar Nasional Perancangan dan 15 Januari 2011, Teknik Elektro Simulasi Kontrol Universitas GajahMada Universitas Gajah Slip Pada Electrical (UGM), Yogyakarta Mada Wheel Haul Truck berdasarkan Kontrol Traksi menggunakan Fuzzy-Adaptif 2 Pelatihan Mikcrochip Perancangan Sistem Nopember 2014, Digital Berbasis Politeknik Negeri Ujung FPGA Pandang 3 Seminar Nasional Teknik Elektro dan Informatika (SNTEI) 2015, Politeknik Negeri UjungPandang Pemodelan dan Simulasi Penalaan Parameter PID pada Analog Control System Menggunakan Metode Ziegler- Nichols 11 Juni 2015, Politeknik Negeri Ujung Pandang F. Pengalaman Penulisan buku dalam 5 tahun terakhir No Judul Buku Ajar Tahun Jumlah Halaman Penerbit 1 Sistem Pengaturan II Politeknik Negeri Ujung Pandang G. Pengalaman Perolehan HKI Dalam 5 10 Tahun Terakhir No Judul / Tema HKI Tahun Jenis Nomor P/ID H. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya 5 tahun Terakhir Judul / Tema/Jenis Rekayasa Tempat Respon No Sosial Lainnya yang Telah Tahun Penerapan Masyarakat Diterapkan

55 I. Penghargaan yang Pernah Diraih dalam 10 Tahun Terakhir (dari pemerintah, asosiasi atau institusi lainnya) No Jenis Penghargaan Institusi Pemberi Penghargaan Tahun Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidak- sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima risikonya. Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan Hibah Peneliti Dosen Pemula.

56 A. Identitas Diri ANGGOTA PENELITI 1 Nama Lengkap Muhammad Ilyas Syarif,S.ST.,M.T. 2 Jenis Kelamin L 3 Jabatan Fungsional Lektor 4 NIP NIDN Tempat dan Tanggal Lahir Bonto tene 05 Mei E- mail ilyasy.ifqi@gmail.com 8 Alamat Rumah 9 Nomor Telepon/HP Alamat Kantor Jl. Malino Bontomanai No. 5 Kec. Bontomarannu Jl. Perintis Kemerdekaan KM 10 Makassar Nomor Telepon/Fax (0411) / (0411) Lulusan yang telah dihasilkan D3 = 20 orang 13. Mata Kuliah yang diampu B. Riwayat Pendidikan 1. Algoritma dan Pemrograman 2. Interfacing 3. Gambar Teknik 4. Bengkel Industri Konvensional D-4 S-2 Nama Perguruan Tinggi ITS ITS Bidang Ilmu Teknik Elektro Teknik Elektro Tahun Masuk-Lulus Judul Skripsi/Thesis/Disertasi Nama Pembimbing/Promotor Expert diagnosa penyakit system awal Anang Cahyono dan Edy Satrianto Resource Aware Data Stream Clustering Dan Frequent Item Dengan Distance Vector Routing Pada Wireless Sensor Networks Supeno Djanali dan Ary Mazharuddin Shiddiqi

57 C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir No. Tahun Judul Penelitian Pendanaan Sumber Jml (Juta Rp) Rancang Bangun Alat Ukur Uji RUTIN 5 Performansi Pengasutan Motor Induksi Berbasis Komputertufasa Berbasis Komputer Pembuatan Sistem Informasi Rapor Mahasiswa Jurusan Teknik ElektroBerbasis web RUTIN A Distance Vector Routing Mandiri Algorithm for Wireless Sensor Networks by Combining Resource-Aware Frameworks Performance Analysis of Mandiri Resource-Aware Framework Calssification, Clustering and Frequent Items in Wireless Sensor Networks Analisa Pengujian Material Isolasi Tegangan Tinggi Berbasis Plc Mandiri D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir No. Tahun Judul Pengabdian Kepada Masyarakat IbM Peternak ayam di Maros Pendanaan Sumber Jml (Juta Rp) Penerapan Ipteks Dikti 50 1 E. Publikasi Artikel Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir No. Judul Artikel Ilmiah Analysis Resource Aware Framework By Combining Sunspot And Imote2 Platform Wireless Sensor Networks Using Distance Vector Algorithm Volume/Nomor/Tahu n Volume 5/Nomor 2/ 2012 Nama Jurnal Jurnal JIKI UI

58 F. Pemakalah Seminar Ilmiah (Oral Presentation) dalam 5 Tahun Terakhir No. Nama Pertemuan Judul Artikel Ilmiah Waktu dan Ilmiah/Seminar tempat 1 Advanced Computer Science and Information System (ICACSIS) A Distance Vector Algorithm for Wireless Sensor Networks by combining Resource- Aware framework Desember 2011 G. Karya Buku dalam 5 Tahun Terakhir No. Judul Buku Tahun Jumlah Halaman Penerbit H. Perolehan HKI dalam 5 10 Tahun Terakhir No. Judul/ Tema HKI Tahun Jenis Nomor P/ID I. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya Dalam 5 Tahun Terakhir No. udul/tema/jenis Rekayasa Sosial Lainnya yang Telah Diterapkan Tahun Tempat Penerapan Respons Masyarakat

59 J. Penghargaan Yang Pernah Diraih Dalam 10 Tahun Terakhir (dari pemerintah, asosiasi atau institusi lainnya) No. Jenis Penghargaan Institusi Pemberi Penghargaan Tahun Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidak-sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan Hibah Peneliti Dosen Pemula. Makassar, 28 April 2015

60 Lampiran 2 Artikel Ilmiah

61

62

63

64

65