ISSN : 1979-6870 PERANCANGAN PEMBUATAN PROGRAMABLE SWITCHING POWER SUPPLY UNTUK MENGATUR KECEPATAN MOTOR DC Budi Guawa 1 ABSTRACT I a cotrol o the idustry eeded a certai performace specificatios i accordace with eeds. To defed agaist the iterferece or oise from outside, so desperately eeded a cotrol system which cotiually bee able to maitai its performace remais as desired. System performace icludig stability, overshoot, risetime, ad setlig time depedig o the locatio of the pole-pole system. Therefore the adaptive cotrol system is basically happeig coercio cotiuous pole-pole (each o chages) to stay at a locatio that has the performace. Please ote that i the field of regulatory system there is a cotroller that fuctios as a cotroller of a plat for plat performace ca be maitaied. Keywords: overshoot, risetime, pole, cotiuous, cotroller ABSTRAK Dalam suatu pegedalia pada idustri diperluka spesifikasi performasi tertetu sesuai dega kebutuha. Utuk mempertahakaya terhadap gaggua atau oise dari luar, maka sagat dibutuhka suatu sistem pegedalia yag secara kotiyu mampu mempertahaka performasiya tetap seperti yag diigika. Performasi sistem yag meliputi kestabila, overshoot, risetime, da setlig time tergatug pada letak pole-pole sistem. Oleh karea itu pada sistem pegatura adaptif ii pada dasarya terjadi pemaksaa pole-pole secara kotiyu (setiap ada perubaha) agar tetap pada lokasi yag mempuyai performasi. Perlu diketahui bahwa dalam bidag sistem pegatura terdapat suatu cotroller yag berfugsi sebagai pegedali suatu plat agar performasi plat dapat tetap terjaga. Kata kuci: overshoot, risetime, pole, kotiyu, kotroller PENDAHULUAN Perkembaga dalam bidag pegatura, dalam dasawarsa terakhir ii begitu pesatya, hal ii dikareaka adaya tututa utuk memperoleh suatu hasil produksi sesuai dega yag diigika. Demikia juga selaras dega pesatya perkembaga aplikasi komputer dalam berbagai bidag, maka tidak ketiggala pula computer diguaka sebagai saraa peujag dalam bidag pegatura utuk memeuhi tututa yag igi dicapai. Sebagia besar sistem pegatura umpa balik, perubaha parameter yag terjadi pada plat tidak bayak meimbulka masalah dega syarat perubaha-perubaha yag terjadi pada 1 Staf Pegajar Fakultas Tekik Uiversitas Muria Kudus PERANCANGAN PEMBUATAN PROGRAMABLE SWITCHING POWER SUPPLY Veroica UNTUK 1 Budi Guawa
plat tidak bayak meimbulka masalah dega syarat perubaha yag terjadi masih dapat ditolerir (perubahaya kecil). Namu jika parameter plat perubahaya cukup besar, akibat perubaha kodisi ligkuga, maka sistem pegatura umpa balik tidak lagi mampu meghasilka kierja yag baik. Pada kasus tertetu, variasi yag cukup besar dari plat dapat meyebabka ketidakstabila sistem, kejadia semacam ii tidak diigika. Utuk meghidari hal tersebut, maka perlu diracag sistem pegatura yag mampu beradaptasi dega perubaha ligkuga. Jika perubaha parameter dapat diidetifikasika secara terus meerus, maka diusahaka dega megkompesasi perubaha parameter dega cara megatur parameter pegatur secara terus meerus pula, sehigga diharapka kierja dapat dijaga selalu dalam keadaa baik meskipu terjadi perubaha kodisi ligkuga. TEORI DASAR PENGENDALI Pegatur yag terletak di atara trasmitter da eleme pegatur akhir berfugsi utuk meghasilka siyal, yaitu dega cara melakuka perbadiga atara siyal proses yag dihasilka trasmitter dega suatu harga referesi. Siyal yag dihasilka oleh pegatur ii aka meggerakka eleme pegatur akhir dega tujua meghasilka output proses seperti yag diigika. Pegatura otomatis membadigka harga yag sebearya dari keluara plat harga yag diigika, meetuka deviasi, da meghasilka suatu siyal kedali yag aka memperkecil deviasi sampai ol atau sampai suatu harga yag terkecil. Ditijau dari wawasa pegatur dapat diklasifikasika mejadi : Pegatur aalog (domai s) Pegatur digital (domai z) Jika ditijau dari respo pegatur dapat pula pegatur diklasifikasika sebagai berikut : Cotrol o-off Cotrol Proporsioal (P) Cotrol Proportioal dega Derivatif (P + D) Cotrol Proportioal dega Itegral dega Derivatif (P + I + D)
2.1. Pegatur 2 posisi atau o-off Dalam sistem cotrol 2 posisi, eleme peggerak haya mempuyai 2 posisi tetap. Kotrol 2 posisi relatif sederhaa da murah. Misal siyal keluara adalah y( da siyal kesalaha peggerak e(. Pada cotrol 2 posisi, siyal y( aka tetap pada harga maksimum atau miimumya, bergatug pada tada siyal peggerak, positif atau egatif sedemikia higga : Y( = M 1 utuk e(>0 = M 2 utuk e(>0 dimaa M 1 da M 2 adalah costata, diagram blok cotrol 2 posisi ditujukka pada gambar 2.1 + E( M M Y( Gambar 2.1 Pegatur 2 posisi 2.2. Pegatur Proporsioal Utuk megatur dega aksi proporsioal, hubuga atara keluara pegatur y( da siyal kesalaha peggerak e( adalah : Y( = K p e( di maa K p adalah kepekaa proporsioal atau peguata. Mekaisme yag sebearya da daya peggerakya pegatur proporsioal pada dasarya merupaka peguat dega peguata yag dapat diukur. Diagram blok kotrol proporsioal ditujukka pada gambar 2.2 berikut : + E( Kp M( - Gambar 2.2. Pegedali Proporsioal PERANCANGAN PEMBUATAN PROGRAMABLE SWITCHING POWER SUPPLY Veroica UNTUK 3 Budi Guawa
2.3. Pegatur Itegral Pada pegatur dega aksi cotrol Itegral, harga keluara pegatur y( diubah dega laju yag sebadig dega siyal kesalaha peggerak e(. Jadi Atau dy( K ie( dt t y( = K i e(dt o Jika harga e( diduakalika, maka harga m( berubah dega laju perubaha mejadi 2 kali semula. Gambar 2.3 meujukka diagram blok kotrol itegral. Κi S M(s Gambar 2.3 Pegedali Itegral 2.4. Pegatur Proporsioal + Itegral Aksi cotrol proporsioal + itegral didefiisika dega persamaa berikut : Kp m( = Kp. e( + e( dt Ti Atau fugsi alih pegatur adalah M(s) 1 = Kp 1 + Ti.s Di maa Kp meyataka kepekaa pegata proporsioal, da Ti meyataka waktu itegral. Gambar 2. meujukka diagram blok pegatur proporsioal plus itegral. t o +aa Kp.( 1+ Ti. s) M(s Ti. s Gambar 2.4. Pegedali Proporsioal + Itegral 2.5. Pegatur proporsioal + turua Aksi kotrol dega kotrol proporsioal plus turua didefiisika dega persamaa berikut : m( = Kp.e( + Kp.Td. de( dt
Da fugsi alihya adalah di maa Kp meyataka kepekaa proporsioal da Td meyataka waktu turua. Aksi cotrol turua, serig disebut cotrol laju (rate cotrol) karea besar alira pegatur sebadig dega laju perubaha siyal kesalaha peggerak. Di sampig mempuyai keuggula dalam medahului aksi kotrol turua mempuyai kelemaha dalam memperkuat siyal desig (oise) sehiga dapat meimbulka saturasi pada aktuator. Blok diagram pegatur proporsioal + turua ditujukka pada gambar 2.5 berikut : M(s) = Kp ( 1+ Td. s) Kp.(1+Td.s) M(s Gambar 2.5 Pegedali proporsioal plus turua 2.6. Pegatur proporsioal + turua + itegral Gabuga aksi kotrol proporsioal, aksi kotrol turua, aksi cotrol itegral membetuk aksi kotrol proporsioal plus itegral plus turua. Gabuga ii mempuyai keuggula dibadigka dega masig-masig ketiga aksi pegotrola tersebut. pegatur dega aksi gabuga ii diberika oleh persamaa : Atau fugsi alihya adalah de( m( : Kp.e( + Kp.Td. + dt M(s) 1 = Kp. 1+ Td. s+ E( s) Ti. s dimaa Kp meyataka kepekaa proporsioal, Td meyataka waktu turua, da Ti meyataka waktu itegral. Diagram blok pegatur proporsioal + itegral + turua ditujukka pada gambar 2.6 berikut : Kp Ti t o e( + - Kp(1+Ti.s+Ti.Td.s 2 ) Ti.s Gambar M(s) 2.6 Pegedali Proporsioal, itegral da turua PERANCANGAN PEMBUATAN PROGRAMABLE SWITCHING POWER SUPPLY Veroica UNTUK 5 Budi Guawa
KESTABILAN SISTEM Kriteria kestabila sistem pegatura dapat dituruka dari bidag S, dimaa sistem dikataka stabil jika akar-akar persamaa karakteristik sistem terletak di sebelah sumbu khayal bidag S. Sedagka utuk sistem yag bekerja dalam bidag Z, sistem dikataka stabil bila akar-akar persamaa karakteristik terletak dalam ligkara satua, yag dituliska sebagai berikut : Z i < 1 Di maa Zi adalah akar-akar karakteristik dari sistem Tabel 1.1 Periode Pecacaha Tipe plat Flow rate Level Tekaa Temperature Distilasi Servo mekais Reaktor Katalistik Plat Seme Dryers Periode Pecacaha 1 3 5 10 1 5 10 45 10 180 0,001 0,1 10 45 20 45 20-45
SPESIFIKASI SISTEM Kierja sistem utai tertutup yag meliputi kestabila sistem, sesitivitas da koefisie redamaya sagat tergatug pada letak pole-pole sistem. Pegaruh letak pole pada kierja sistem dapat dilihat pada gambar 2.7 dapat dibadigka kierja sistem utuk tempat pole-pole yag berbeda. Sistem aka stabil jika berada di ligkara satua. Imagiasi axis J Z-plae -1 1 Real axis Gambar 2.7 Kestabila dalam bidag Z Berdasarka permasalaha di atas, maka dalam melakuka peracaga suatu sistem pegatura utai tertutup harus diusahaka agar pole-pole berada pada tempat dega spesifikasi yag diigika. Karakteristik diamis sistem dapat diketahui dari taggapa peraliha atau taggapa diamisya. Taggapa peraliha suatu sistem meujukka kemampua suatu sistem utuk mecapai keadaa matap yag baru dalam waktu tertetu. sistem yag baik memiliki waktu peraliha yag relatif pedek. Spesifikasi kerja trasiet meliputi: 1. Waktu tuda (delay), td: yaitu yag dibutuhka respo utuk mecapai setegah ilai akhir yag pertama kali. 2. Waktu aik (rise time), trasistor: yaitu waktu yag dibutuhka respo utuk aik dari 10% sampai 90%, 5% sampai 95% atau 0 sampai 100% dari harga akhirya. 3. Waktu pucak, tp: yaitu waktu yag diperluka utuk mecapai lewata pertama kali. 4. Maximum Overshoot (%), Mempuyai: yaitu ilai pucak maximum da curva respo yag diukur dari satu. Jika ilai keadaa tuak tidak sama dega satu, dipakai perse lewata maximum yag didefiisika: c(tp) - c( Perse lewata max= x 100% c( Besarya perse lewata maximum secara lagsug meetuka kestabila relatif sistem. PERANCANGAN PEMBUATAN PROGRAMABLE SWITCHING POWER SUPPLY Veroica UNTUK 7 Budi Guawa
5. Time Costat, yaitu waktu yag dibutuhka utuk mecapai 63% dari harga akhir. Maximum overshoot dipegaruhi oleh costat redama. Hubuga atara perse overshoot da coefisie redama diyataka dalam persamaa berikut: % overshoot 100 (1-ς/0,6) Dega demikia koefisie redama sistem ξ Rise time aka mejadi lebih kecil jika ω semaki besar. Besarya rise time iberika oleh pedekata sebagai berikut: % overshoot 0,6 1-100 2,5 tr ω Utuk sistem orde 2 peyelesaia dalam domai waktu adalah : -ξ Y ( = 1- tω e cos ( ξ ω d t + φ) 2 Dega ω = ω ν 1 -ξ siyal y( aka berada evelope, dega t,dega -ξω merupaka bagia real dari lokasi pole, oleh karea itu dega meetuka ξω dapat ditetuka bad tolerasi error. Harga tolerasi error diambil 1% dega demikia persamaa evelopeya. e t -ξωts ξω t s s 4,6 ξω 0,01 4,6 Pole-pole sistem diyataka dalam persamaa: Z = exp T(-ξω1 ± jω 1 2 1,2 ξ ) e ξω KESIMPULAN Dalam peelitia ii telah dibahas peracaga sistem pegatura PID. Dari hasil pegujia implemetasi dapat diambil kesimpula sebagai berikut: 1. Bagia sekuder megeluarka tegag stabil +5V da ± 12V, serta tegaga 0 sampai dega 24V yag dapat diatur. 2. Pada bagia sekuder ii juga ada tegaga referesi / tegaga feedback misalya dari opto coupler sebagai stabilizer, sehigga mempuyai tegaga output selalu tetap stabil
walaupu terjadi variasi beba atau varuiasi tegaga AC iput yag dikotrol pada pi 7 da pi 9 IC TDA 8380. 3. Metode pegatura PID sagat cocok utuk meracag siyal redah apabila diigika sistem pegatura mempuyai karakteristik diamika terteu. Dega dampig ratio q = 0,5, frekuesi atural W = 3,33 rad / detik da waktu pecacaha Ts = 0,1 detik, siyal kedali yag diracag memberika kierja yag lebih baik. DAFTAR PUSTAKA Astrom, Karl.j. da Bjor Writtemark, Adaptive Cotrol, Addie- Wesley Publishig Compay, USA, 1989. Coughi, Robert F. ad Frederick F Dricscoll, Peguat Operasioal da Ragkaia Terpadu Liier, Edisi Kedua, Erlagga, Jakarta, 1994. Eykhoff, Pieter, System Idetificatio Parameter da State Estimatio, Jho Wiley da Sos, Toroto, 1974. George Chryssis, High-Frequecy Switchig Power Supply, Theory ad Desig, Secod Editio. Kadir Abdul, Mesi Arus Searah, PT. Djambata, Jakarta, 1980 Kuo, C. Bejami, Tekik Kotrol Automatik Edisi Bahasa Idoesia Jilid 1, PT. Prehallido, Jakarta, 1998. Ogata, Katsuhito, Tekik Kotrol Automatik Jilid 1 Edisi Kedua, Peerbit erlagga, 1997. Ogata, Katsuhito, Ir. Edi Laksoo, Tekik Kotrol Automatik Jilid 2, Peerbit Erlagga, 1991. Raffel, Vermeer ad Chi, Simulatio ad Implemetatio of Self-Tuig Cotroller, Pretice Hall Ic, 1989. PERANCANGAN PEMBUATAN PROGRAMABLE SWITCHING POWER SUPPLY Veroica UNTUK 9 Budi Guawa