TE Dasar Sistem Pengaturan

dokumen-dokumen yang mirip
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Model Matematik Sistem Elektromekanik

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Model Matematik Sistem Mekanik

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Model Matematik Sistem Elektrik

Pemodelan Sistem Dinamik. Desmas A Patriawan.

BAB 4 MODEL RUANG KEADAAN (STATE SPACE)

PETA MATERI FISIKA SMA UN 2015

ANALISIS SISTEM KENDALI

KINEMATIKA. Fisika. Tim Dosen Fisika 1, ganjil 2016/2017 Program Studi S1 - Teknik Telekomunikasi Fakultas Teknik Elektro - Universitas Telkom

BAB 7 INDUKSI ELEKTROMAGNET

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

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

BAB II DASAR TEORI. maka dari hukum Newton diatas dapat dirumuskan menjadi: = besar dari gaya Gravitasi antara kedua massa titik tersebut;

Simulasi Sederhana tentang Energy Harvesting pada Sistem Suspensi

Contoh Soal dan Pembahasan Dinamika Rotasi, Materi Fisika kelas 2 SMA. Pembahasan. a) percepatan gerak turunnya benda m.

BAHAN AJAR FISIKA KELAS XI IPA SEMESTER GENAP MATERI : DINAMIKA ROTASI

Supervisory Control and Data Acquisition. Karakteristik Dasar Sensor

ARUS BOLAK-BALIK Pertemuan 13/14 Fisika 2

FISIKA XI SMA 3

Kumpulan Soal Fisika Dasar II. Universitas Pertamina ( , 2 jam)

SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik

Pengenalan SCADA. Karakteristik Dasar Sensor

Telemetri dan Pengaturan Remote

Gerak Gaya Listrik (GGL) Electromotive Force (EMF)

Catatan Kuliah FI1101 Fisika Dasar IA Pekan #8: Osilasi

LEMBAR KERJA SISWA (LKS) /TUGAS TERSTRUKTUR - - INDUKSI ELEKTROMAGNET - INDUKSI FARADAY DAN ARUS

Soal-Jawab Fisika Teori OSN 2013 Bandung, 4 September 2013

BAB II LANDASAN SISTEM

KISI KISI SOAL UJIAN AKHIR MADRASAH TAHUN PELAJARAN 2013/2014

K13 Revisi Antiremed Kelas 12 Fisika

DEPARTMEN IKA ITB Jurusan Fisika-Unej BENDA TEGAR. MS Bab 6-1

TUGAS XIII LISTRIK DAN MAGNET

BAB II LANDASAN TEORI

BAB 2 PEMODELAN SISTEM

Momen inersia yaitu ukuran kelembapan suatu benda untuk berputar. Rumusannya yaitu sebagai berikut:

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT Flow Chart Perancangan dan Pembuatan Alat. Mulai. Tinjauan pustaka

MODUL 3 TEKNIK TENAGA LISTRIK PRODUKSI ENERGI LISTRIK (1)

ULANGAN AKHIR SEMESTER GANJIL 2015 KELAS XII. Medan Magnet

menganalisis suatu gerak periodik tertentu

LVDT (Linear Variable Differensial Transformer)

BAB II MOTOR ARUS SEARAH

Module : Sistem Pengaturan Kecepatan Motor DC

BAB III PERANCANGAN SISTEM

AKTUATOR. Aktuator C(s) Sensor / Tranduser

Rangkaian Arus Bolak Balik. Rudi Susanto

STUDI PENGARUH JUMLAH LILITAN DAN PANJANG KUMPARAN TERHADAP VOLTASE DAN ARUS BANGKITAN PADA MEKANISME PEMANEN ENERGI GETARAN

BAB III PERANCANGAN SISTEM

Instrumentasi Sistem Pengaturan

RANCANG BANGUN GENERATOR ELEKTRIK PADA SPEED BUMP PENGHASIL ENERGI LISTRIK DENGAN SISTEM PEGAS TORSIONAL

DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBANGAN BENDA TEGAR

ANALISIS RANGKAIAN. Oleh: Pujiono. Edisi Pertama Cetakan Pertama, 2013

SNMPTN 2011 Fisika KODE: 559

Bahan 2 Transmisi, Tipe, dan Spesifikasi Filter

GERAK BENDA TEGAR. Kinematika Rotasi

BAB II LANDASAN TEORI

Menganalisis rangkaian listrik. Mendeskripsikan konsep rangkaian listrik

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT

1. Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi

2. Sebuah partikel bergerak lurus ke timur sejauh 3 cm kemudian belok ke utara dengan sudut 37 o dari arah timur sejauh 5 cm. Jika sin 37 o = 3 5

INFORMASI PENTING Massa electron NAMA:.. ID PESERTA:.. m e = 9, kg Besar muatan electron. e = 1, C Bilangan Avogadro

Induksi elektromagnetik

LATIHAN UAS 2012 LISTRIK STATIS

BAB III METODA PENELITIAN

AKTUATOR AKTUATOR 02/10/2016. Rian Rahmanda Putra Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indo Global Mandiri

Bab 6 Momentum Sudut dan Rotasi Benda Tegar

Gerak rotasi: besaran-besaran sudut

KHAIRUL MUKMIN LUBIS IK 13

Simulasi Control System Design dengan Scilab dan Scicos

DAYA ELEKTRIK ARUS BOLAK-BALIK (AC)

GERAK HARMONIK SEDERHANA

BAB II MOTOR ARUS SEARAH. searah menjadi energi mekanis yang berupa putaran. Pada prinsip

D. I, U, X E. X, I, U. D. 5,59 x J E. 6,21 x J

dan penggunaan angka penting ( pembacaan jangka sorong / mikrometer sekrup ) 2. Operasi vektor ( penjumlahan / pengurangan vektor )

MESIN SINKRON ( MESIN SEREMPAK )

Transformator (trafo)

Studi Pengaruh Diameter Kawat dan Susunan Kumparan Terhadap Voltase Bangkitan pada mekanisme Pemanen Energi Getaran

SCADA dalam Sistem Tenaga Listrik

05 Pengukuran Besaran Listrik INSTRUMEN PENUNJUK ARUS BOLAK BALIK

Dinamika Rotasi, Statika dan Titik Berat 1 MOMEN GAYA DAN MOMEN INERSIA

SILABUS MATA KULIAH FISIKA DASAR

SASARAN PEMBELAJARAN

CIRCUIT DASAR DAN PERHITUNGAN

Bab 3. Teknik Tenaga Listrik

INSTRUMENTASI INDUSTRI (NEKA421) JOBSHEET 2 (PENGUAT INVERTING)

Osilasi Harmonis Sederhana: Beban Massa pada Pegas

Dari gamabar diatas dapat dinyatakan hubungan sebagai berikut.

PRINSIP KERJA ALAT UKUR GAYA, TORSI, DAN DAYA

LEMBAR DISKUSI SISWA MATER : INDUKSI ELEKTROMAGNETIK IPA TERPADU KELAS 9 SEMESTER 2

2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB 2 LANDASAN TEORI. Metode ini digunakan untuk menyelesaikan permasalahan yang terjadi pada

GAYA GERAK LISTRIK KELOMPOK 5

BENDA TEGAR FISIKA DASAR (TEKNIK SISPIL) Mirza Satriawan. menu. Physics Dept. Gadjah Mada University Bulaksumur, Yogyakarta

Mesin Arus Bolak Balik

Keep running VEKTOR. 3/8/2007 Fisika I 1

dengan g adalah percepatan gravitasi bumi, yang nilainya pada permukaan bumi sekitar 9, 8 m/s².

DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBANGAN

4 I :0 1 a :4 9 1 isik F I S A T O R A IK M A IN D

K13 Revisi Antiremed Kelas 12 Fisika

Gambar 3. (a) Diagram fasor arus (b) Diagram fasor tegangan

Rancang Bangun Robot Self Balancing Berbasis Mikrokontroler ATmega328P Dengan Kendali PID

FISIKA DASAR II & PRAKTIKUM

Transkripsi:

TE4345 Dasar Sistem Pengaturan Model Matematik Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng. Jurusan Teknik Elektro FTI ITS Telp. 5947302 Fax.593237 Email: pramudijanto@gmail.com

Objektif: Penyajian Model Matematik Model Sistem Mekanik Model Sistem Elektrik Model Sistem Mekatronika (Elektromekanik) 2

Model Matematik Sistem Fisik Model matematik adalah deskripsi matematik dari sistem yang dinyatakan dalam bentuk hubungan matematik dari Input dan Output sistem. 3

Penyajian Model Matematik Dalam bentuk Persamaan Matematik Pers.Differensial, untuk sistem kontinyu Pers.Beda, untuk sistem diskrit Dalam bentuk Fungsi Alih (Transfer Function) TF dalam fungsi s, untuk sistem kontinyu TF dalam fungsi z, untuk sistem diskrit Dalam bentuk Persamaan State State kontinyu State diskrit Dalam bentuk Polinomial Polinomial dalam s, untuk sistem kontinyu Polinomial dalam q, untuk sistem diskrit Dalam bentuk Diagram Diagram Blok Signal Flow Graph 4

Hubungan Penyelesaian Model Matematik Persamaan Deferensial x(t) penyelesaian langsung (analitik) Penyelesaian x(t) transformasi laplace invers transformasi laplace Persamaan Aljabar Operator s perhitungan aljabar Penyelesaian Aljabar X(s) 5

Model Matematik dalam bentuk PD Hubungan Input-Output sistem dapat dituliskan sebagai: x(t) f(, ) y(t) f(, ) = weighting function d Atau dalam bentuk PD dapat pula ditulis sebagai berikut (*): n d y n dt t y( t) = f ( t) x( t τ ) dτ 0 y ( t) = f ( t) x( t) n m m d y dy d x d x dx + dn +... + d d y cm cm c c n + 0 = + m +... + m + dt dt dt dt dt n 0 x 6

7 Model Matematik dalam bentuk TF Transfer Function: hubungan Input-Output sistem yang berasal dari TL bentuk PD dengan asumsi semua kondisi awal=0. TL dari persamaan di atas (*) dengan semua kondisi awal=0, menjadi: Transfer Function: [ ] [ ] ) (... ) (... 0 0 s X c s c s c s c s Y d s d s d s d m m m m n n n n + + + + = + + + + 0 0...... ) ( ) ( ) ( d s d s d s d c s c s c s c s X s Y s G n n n n m m m m + + + + + + + + = =

Model Matematik Sistem Mekanik Pada sistem mekanik untuk mencari persamaan dinamik sistem banyak menggunakan Hukum Newton. Gerakan Translasi: Gerakan Rotasi: ΣF = m a Στ = J α di mana : F = gaya yang bekerja pada massa m m = massa benda a = percepatan benda τ = torsi yang bekerja pada benda J = momen inersia benda α = percepatan sudut 8

Sistem Mekanik Massa Translasi: Rotasi: x, v, a τ(t) m f(t) J θ, ω, α Persamaan dinamik: f(t) = m a(t) τ(t) = J α(t) f ( t) = f ( t) = dv( t) m dt 2 d x( t) m 2 dt τ ( t) = J τ ( t) = J dω( t) dt 2 d θ ( t) 2 dt 9

Sistem Mekanik Pegas Translasi: Rotasi: k x f k Persamaan dinamik: τ θ f ( t) = kx( t) τ ( t ) = kθ ( t) 0

Sistem Mekanik- Rodagigi Rodagigi n diputar oleh torsi Τ, menghasilkan torsi Τ 2 pada rodagigi n 2 : di mana: r = jari-jari roda ω = kecepatan sudut roda α = percepatan sudut roda Τ = torsi n = jumlah gigi

Sistem Mekanik Pengungkit Suatu gaya F diberikan pada batang yang mempunyai panjang l, akan diteruskan oleh batang m sebesar F 2 : Persamaan dinamik: m x 2( t) = x( t) l m v 2( t) = v ( t) l F = l m 2 F l m x 2 F 2 m a 2 ( t) = a( t) l F x 2

Sistem Mekanik- Daspot/Damper Translasi: f Rotasi: B f x,y τ θ B fluida/ gas Persamaan dinamik: f ( t) = B dx( t) dt τ ( t) = B dθ ( t) dt f ( t) = B dy( t) dt 3

Translasi pada Accelerometer Hukum Newton II m x y = ky ( 2 ' ' s + b s + k ) Y + b k y+ y+ y = m m Bentuk Laplace b y x = U = X 4

Sistem Suspensi Kendaraan 5

Model Sistem Suspensi 6

Contoh: Sistem Mekanik Sistem mekanik seperti gambar berikut: di mana: f(t) = gaya yang bekerja pada massa m K = konstanta pegas B = konstanta daspot (peredam viscos) y(t) = simpangan pegas f(t) m K Carilah model dinamik sistem mekanik tersebut dengan y(t) sebagai output dan f(t) sebagai input. Carilah transfer function sistem mekanik tersebut dengan y(t) sebagai output dan f(t) sebagai input. B y(t) 7

Model Matematik Sistem Elektrik Pada sistem elektrik untuk mencari persamaan dinamik sistem banyak menggunakan Hukum-hukum pada rangkaian listrik. persamaan tegangan Kirchoff, dan arus Mesh I in = I out ; V = 0 i i 8

i R R Komponen Pasif: R-L-C Resistor: Kapasitor: Induktor: i C C i L L v R v C Model Dinamik vr ( t) = RiR ( t) v t = C ( ) ic ( t) dt C TL: VR ( s) = RI R ( s) VC ( s) = IC ( s) Cs v V L v L dil ( t) ( t) = L dt ( s) LsI ( s) L = L 9

Contoh: Sistem Elektrik R-L-C Suatu Filter yang terdiri dari komponen RLC. Tegangan input v i (t) dan tegangan output v o (t). R L v i C v o Carilah model dinamik sistem elektrik tersebut Carilah transfer function sistem elektrik tersebut 20

Komponen Pasif: Transformator Ideal i i 2 v n n 2 v 2 Model Dinamik n v ( t) = 2 v ( t) 2 n Transformasi Laplace n V ( s) = 2 V ( s) 2 n 2

Transformator tidak ideal i i 2 v n n 2 v 2 M Ada pengaruh induktansi gandeng (M) Titik menandakan awal lilitan v = tegangan input v 2 = tegangan output i = arus kumparan primer i 2 = arus kumparan sekunder n = jumlah lilitan kumparan n 2 = jumlah lilitan kumparan 2 22

Trafo tidak ideal (sisi primer) v i di M 2 dt L v L Persamaan Dinamik v di ( t) di2( t) ( t) L M dt dt = Transformasi Laplace V I 2 ( s) L si ( s) = Ms ( s) { V ( s) L si ( s) } MsI 2 0 ( s) = 0 23

Trafo tidak ideal (sisi sekunder) Persamaan Dinamik i 2 v Transformasi Laplace V V 2 2 di2( t) di ( t) ( t) + L2 + M dt dt 2 = ( s) + ( s) L 2 si = L 2 2 si ( s) + 2 MsI ( s) MsI ( s) ( s) 0 = 0 L 2 v L2 di M dt v 2 24

Contoh: Sistem Elektrik - Trafo Rangkaian input transformator (trafo) dihubungkan seri oleh kapasitor C, dan rangkaian output diberi beban R dan R 2 secara seri-paralel. i i 2 v C R n n R v 2 2 2 M Carilah transfer function sistem elektrik tersebut 25

Komponen Aktif: Operational Amplifier Sifat sifat Operasional Amplifier:. Gain sangat besar K= 0 5 sampai dengan 0 6 kali. 2. Mempunyai dua masukan yaitu masukan positif (v) dan masukan negatif (v2). 3. Mempunyai impedansi masukan yang sangat besar sehingga arus input pada masukan positif atau masukan negatif kecil sekali 0 4. Mempunyai keluaran vo = K (v v2) 26

Non Inverting Amplifier 27

Inverting Amplifier 28

Pendekatan Impedansi (Inverting Amplifier) 29

Tabel Variasi Impedansi 30

Tabel Variasi Impedansi 2 3

Contoh: Operational Amplifier Rangkaian Operational Amplifier dikonfigurasi dengan rangkaian pasif R-C untuk menjadi filter Carilah transfer function rangkaian Operational Amplifier tersebut. 32

Model Sistem Mekatronik Untuk mencari persamaan dinamik sistem berikut, digunakan persamaan-persamaan sistem elektrik pada motor dan selenoid (plunger). motor DC, AC, selenoid 33

Motor DC penguat medan tetap 34

Rangkaian Kumparan Jangkar Motor DC 35

Torsi pada Motor DC () 36

Torsi pada Motor DC (2) 37

Tegangan GGL Motor DC 38

Blok Diagram Motor DC Gambar yang pertama Ω(s) output dan gambar kedua θ(s) output. E a (s) + - E ggl ----------- L a s + R a I a (s) T(s) K TM ----------- Js + B K g Ω(s) atau E a (s) + I a (s) T(s) ----------- L a s + R a K TM ----------- Js 2 + Bs - E ggl Ω(s) K g s θ(s) 39

Penyederhanaan Blok Diagram Motor DC E a (s) input dan Ω(s) output: E a (s) input dan θ(s) output: 40

Motor AC-Servo Motor AC-Servo pada prinsipnya dapat berupa sebuah motor induksi dengan 2-kutub/dua-fasa Fasa ref. e c(t) τ e c θ J b Fasa kontrol (a) 4

Arsitektur Motor AC-Servo Salah satu dari kumparan medan sebagai lilitan referensi (fase reference) dan kumparan medan yang lainnya sebagai lilitan kontrol (fase control) dengan tegangan AC yang berbeda 90 listrik terhadap tegangan referensi. Hal ini didasarkan bahwa torsi yang dihasilkan pada poros, paling efisien jika sumbu-sumbu kumparan fasa saling tegak lurus dan tegangan kedua fasa tersebut mempunyai beda fasa 90. 42

Persamaan Torsi Motor AC-servo Torsi τ yang dibangkitkan merupakan fungsi dari kecepatan sudut poros motor dan. tegangan kontrol EC, adalah: τ = K nθ + K di mana: K n dan K C konstanta positif. Kesetimbangan torsi. untuk motor servo dua-fasa adalah: τ = J θ + bθ c di mana: J = momen inersia motor dan beban pada poros motor b = koefisien gesekan viskos motor dan beban poros motor E c Gabungan kedua persamaan. di atas diperoleh: J θ + ( b + Kn) θ = KcEc 43

Fungsi Alih Motor AC-servo Tegangan kontrol E C adalah input dan perpindahan poros motor adalah output, maka fungsi alih (transfer-function) sistem ini diberikan: θ ( s) E ( s) c di mana : = Js K m = K C /( b + K n ) = konstanta penguatan motor T m = J /( b + K n ) K c m 2 + ( b + Kn )s s( Tms + = = konstanta waktu motor K ) 44

Diagram Kotak Motor AC-servo Fungsi alih didasarkan pada anggapan bahwa motor servo linier. Namun dalam praktek, motor servo tidak benar-benar linier. Karena kurva torsi-kecepatan tidak benar-benar sejajar dan berjarak sama, maka harga K n tidak konstan. Sehingga harga K m dan T m juga tidak konstan, harga-harga tersebut berubah terhadap tegangan kontrol. Diagram blok dari motor Servo dua-fasa di atas sebagai berikut : E c (s) K m ------------ s(t m s +) θ(s) 45

Model Matematik Selenoid (Plungger) Suatu kumparan yang dililitkan pada media isolator yang mempunyai inti besi yang bebas bergerak. Tegangan v p (t) sebagai input dan x(t) sebagai output. Kp = konstanta plungger i p = arus yang mengalir pada plungger. L p ; R p x (t) Plunger v v p (t) dip ( t) ( t) = Lp + Rpip ( t) dan x( t) K pip ( t) dt p = 46

Contoh: Sistem Elektromekanik Consider the temperature control system shown in figure. It is assume that the heat q pumped into the chamber is proportional to the valve opening x and the temperatur y inside the chamber related to q by the differential equation dy/dt = -cy + k c q. Compute transfer function of each blok. dy = cy + k q dt c 47