SKRIPSI DESAIN DAN IMPLEMENTASI KONTROL SIMULATOR MESIN HYBRID MENGGUNAKAN KONTROL PID (HARDWARE)

Transkripsi

1 SKRIPSI DESAIN DAN IMPLEMENTASI KONTROL SIMULATOR MESIN HYBRID MENGGUNAKAN KONTROL PID (HARDWARE) Disusun Oleh: MUHAMMAD FADLI RAHMANI JURUSAN ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2015 i

2 ii

3 iii

4 iv

5 KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr. Wb. Syukur Alhamdulillah saya panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala nikmat dan kesempatan yang telah dilimpahkan-nya sehingga dapat terselesaikannya skripsi ini. Dalam usaha membantu para mahasiswa untuk memenuhi persyaratan kelulusan, maka disusunlah skripsi ini yang berjudul DESAIN DAN IMPLEMENTASI KONTROL SIMULATOR MESIN HYBRID MENGGUNAKAN KONTROL PID (HARDWARE). Kehadiran skripsi ini kurang lebih akan mewujudkan tingkat pemahaman dan pengertian yang lebih bagi kalangan mahasiswa, khususnya Jurusan Elektro. Akhirnya semoga skripsi ini dapat bermanfaat tidak hanya bagi para mahasiswa Jurusan Elektro, tetapi juga kepada para mahasiswa lain yang ingin mengetahui dan belajar tentang skripsi ini lebih dalam. Selama proses pelaksanaan dan pengerjaan skripsi ini, penulis banyak menerima bimbingan, pengarahan, bantuan, dan motivasi dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang terhormat: 1. Kedua orang tua tercinta Bapak Abdullah Kurnain dan Ibu Juhairiah yang telah membesarkan, memelihara dan mendidik penulis selama ini serta kakak dan adik yang telah memberikan segala dukungan, nasihat baik dalam bantuan materi, bantuan langsung maupun do anya. 2. Bapak Ir. Diding Suhardi, MT. selaku dosen pembimbing I dan Ibu Dr. Ir. Lailis Syafa ah, MT selaku dosen pembimbing II yang terus memberi masukan dan dukungan dalam penyelesaian skripsi ini. 3. Bapak Ir. M. Irfan, MT selaku penguji I dan Bapak Ir. Nur Kasan, MT selaku penguji II yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis. 4. Seluruh Bapak dan Ibu dosen di Jurusan Elektro atas ilmu yang telah diberikan selama penulis belajar di Universitas Muhammadiyah Malang. 5. Seluruh staf administrasi di lingkungan Jurusan Elektro, Fakultas Teknik, dan Universitas Muhammadiyah Malang. 6. Teman teman seperjuangan lenny farida, tata, ahmad dan iwan yang telah banyak membantu dalam proses penyelesaian skripsi ini. 7. Kepada semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu oleh penulis, terima kasih atas dukungan serta do anya, semoga Allah SWT membalas semua kebaikan kepada kalian semua. Aamiin Yaa Rabbal Alaamiin. v

6 Materi skripsi ini telah mengalami revisi dan pengujian simulasi. Sekalipun demikian tidak menutup kemungkinan ada beberapa bagian yang masih kurang terpenuhi kelengkapan dan kesempurnannya. Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi pengembangan teknologi pada saat ini hingga teknologi yang akan datang, dan tidak lupa juga penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang sifatnya membangun guna kesempurnaan skripsi ini. Billahi fii sabililhaq, fastabiqul khairat... Wassalamu alaikum Wr. Wb. Malang, 2 Februari 2015 Penulis vi

7 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii LEMBAR PERNYATAAN... iv ABSTRAKSI... v ABSTRACT... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Pembatasan Masalah Metodologi Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Mesin Motor Energi Konvensional (Motor Bakar) Motor Pembakaran Dalam Bagian-bagian Motor Bakar Bagian Kepala Silinder Bagian Blok Silinder Bagian Rumah Mesin Karburator Prinsip Kerja Motor 4 Tak (Four Stroke Engine) Over Laping Mesin Motor Energi Elektrik Mesin Motor Energy Hybrid vii

8 2.3.1 Hybrid Seri Cara Kerja Mobil Hybrid Paralel Motor DC (Direct Current) Prinsip Dasar Cara Kerja Motor Mengatur Kecepatan Motor DC Mengatur Kecepatan Pada Armature Mengatur Kecepatan Dengan Field Generator Sinkron 3 Phase Kecepatan Putar Generator Sinkron Alternator Tanpa Beban Alternator Berbeban Rangkaian Ekuivalen Generator Sinkron Sensor Suhu LM Photointerrupter Operational Amplifier (Op-Amp) Implementasi Penguat Operasional Transistor Bipolar (TIP41) Mikrokontroller ATmega Program Memori SRAM Data Memori EEPROM Data Memori Interrupsi I/O Port Clear Timer on Compare Match (CTC) LCD (Liquid Crystal Display) M Kontrol Proportional Integral Derivative (PID) Penalaan Parameter Kontroler PID Metode Ziegler-Nichols Metode Kurva Reaksi BAB III PERANCANGAN SISTEM Sensor Rpm Mesin Sensor Tegangan Battery viii

9 3.3 Sensor Suhu Rangkaian Kontrol PID ( Minimum Sistem Mikrokontroller ) Rangkaian DAC R-2R Ladder Rangkaian Driver Motor DC Rangkaian Driver Buzzer Rangkaian Display ( LCD 16 x 2 ) BAB IV PENGUJIAN SISTEM Sensor Suhu LM Hasil Pengujian Sensor LM Sensor Rpm Hasil Pengujian Sensor Rpm Sensor Tegangan Hasil Pengujian Sensor Tegangan Rangkaian Driver Hasil Pengujian Rangkaian Driver Sistem Keseluruhan Hasil Pengujian Keseluruhan BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran ix

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Motor pembakaran dalam... 6 Gambar 2.2 Kepala silinder 4 Tak... 7 Gambar 2.3 Blok silinder 4 Tak... 8 Gambar 2.4 Rumah Mesin... 8 Gambar 2.5 Proses langkah menghisap Gambar 2.6 Proses langkah kompresi Gambar 2.7 Proses langkah tenaga Gambar 2.8 Proses langkah gas buang Gambar 2.9 Proses over laping Gambar 2.10 Bagian-bagian motor elektrik Gamabr 2.11 Struktur diagram mobil hybrid Gambar 2.12 Diagram sederhana motor DC Gambar 2.13 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor Gambar 2.14 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor Gambar 2.15 Medan magnet mengelilingi konduktor dan di antara kutub Gambar 2.16 Reaksi garis fluks Gambar 2.17 Prinsip kerja motor DC Gambar 2.18 Pengaturan motor pada armature Gambar 2.19 Penempatan rheostat seri dengan armature Gambar 2.20 Penempatan rheostat seri dengan field Gambar 2.21 Rangkaian mekanik dalam generator Gambar 2.22 Rangkaian ekuivalen generator sinkron perphase Gambar 2.23 Deskripsi pin LM Gambar 2.24 Komponen dalam photointerrupter Gambar 2.25 Photointerrupter/optocoupler sebagai sensor Gambar 2.26 Penguat diferensial sederhana Gambar 2.27 Simbol sebuah operational amplifier Gambar 2.28 Op-amp sebagai penguat non-inverting Gambar 2.29 Op-amp sebagai penguat inverting Gambar 2.30 Pengendalian transistor sebagai penguat arus x

11 Gambar 2.31 Titik potong antara garis beban dan arus basis Gambar 2.32 Deskripsi pin ATmega Gambar 2.33 Register-register pada EEPROM (a). Register EEAR ; (b). Register EEDR ; (c). Register EECR Gambar 2.34 Deskripsi pin pada LCD tipe M Gambar 2.35 Kendali PID Gambar 2.36 Kurva proses respon Gambar 3.1 Diagram blok sistem kontrol PID mesin hybrid Gambar 3.2 Rangkaian LED infra red (transmitter) Gambar 3.3 Rangkaian phototransistor (receiver) Gambar 3.4 Rangkaian pembagi tegangan Gambar 3.5 Rangkaian sensor suhu dengan LM Gambar 3.6 Rangkaian minimum sistem mikrokontroller ATmega Gambar 3.7 Rangkaian DAC 8 bit R-2R ladder Gambar 3.8 Rangkaian ekuivalen DAC R-2R ladder Gambar 3.9 Rangkaian driver motor DC Gambar 3.10 Rangkaian driver buzzer Gambar 3.11 Rangkaian display (LCD 16x2) Gambar 4.1 Blok diagram pengujian sensor suhu pada mesin konvensional Gambar 4.2 Blok diagram pengujian sensor rpm Gambar 4.3 Blok diagram pengujian sensor tegangan Gambar 4.4 Blok diagram pengujian rangkaian driver buzzer Gambar 4.5 Blok diagram pengujian rangkaian driver motor DC Gambar 4.6 Blok diagram pengujian secara keseluruhan xi

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pemilihan register pada LCD M Tabel 2.2 Parameter PID Tabel 3.1 Data untuk 10 perhitungan Tabel 4.1 Data hasil pengukuran sensor suhu LM Tabel 4.2 Data hasil pengujian elektrik sensor rpm Tabel 4.3 Data hasil pengujian sensor tegangan Tabel 4.4 Data hasil pengukuran rangkaian driver buzzer Tabel 4.5 Data hasil pengukuran rangkaian motor DC Tabel 4.6 Pengukuran daya Tabel 4.7 Pengukuran suhu mesin Tabel 4.8 Pengujian keseluruhan xii

13 DAFTAR PUSTAKA [1]. Arif, S., Uji Karakteristik Sepeda Motor Berteknologi Hybrid (Motor Bensin-motor Listrik). [2]. Berahim, Hamzah., 1991, Pengantar Teknik Tenaga Listrik. [3]. Coughlin, Robert, F., Driscoll, Frederick F., Soemitro Herman W., Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linier. [4]. H. Hyatt, Jr, William, E. Kemmerly, Jack, Silaban P., Rangkaian Listrik Jilid I. [5]. Joseph A. Admenester., Electric Circuits. [6]. Ogata, Katsuhiko., Teknik Kontrol Automatik Jilid Satu. Edisi Kedua. Jakarta:Erlangga. [7]. Schuler. Charles A., Mc. William L., Industrial Electronics and Robotics. [8]. Surya Johanes Drs., S. MIA P., Ananta., Fisika 3. [9]. Tocci, Ronald J., Digital System. [10]. Toyota_Surabaya_https//: Hybrid Sebagai Mobil Masa Depan. [11]. Wasito S., Vademakum Elektronika. [12]. Zuhal., Dasar Teknik Tenaga Listrik Listrik dan Elektronika Daya. [13] National Data Acquition Data Book. xiii