MODUL 3 SISTEM KENDALI POSISI

MODUL 3 SISTEM KENDALI POSISI Muhaad Aldo Aditiya Nugroho (13213108) Asisten: Dede Irawan (23214031) Tanggal Percobaan: 29/03/16 EL3215 Praktiku Siste Kendali Laboratoriu Siste Kendali dan Koputer - Sekolah Teknik Elektro dan Inforatika ITB Abstrak Pada praktiku kali ini akan dilakukan pengendalian terhadap posisi otor DC. Praktiku kali ini dilakukan enggunakan kit DCMCT Quanser, ultieter, osiloskop, dan juper. Percobaan yang akan dilakukan pada praktiku kali ini yaitu engendalikan posisi otor lingkar tertutup enggunakan rangkaian op-ap. Kata kunci: otor, DCMCT Quanser, Op-Ap, Posisi, Proporsional. 1. PENDAHULUAN Praktiku kali ini diadakan dengan tujuan agar praktikan eahai konsep siste pengendalian posisi otor DC, eahai siste pengendali PID (terutaa proporsional) serta karakteristiknya untuk engendalikan posisi otor DC, dan dapat engipleentasikan siste pengendali otor DC enggunakan koponen analog. Pada praktiku kali ini, kai elakukan 1 buah percobaan, yaitu engaati dan engendalikan posisi otor DC lingkar tertutup enggunakan rangkaian op-ap. Pada laporan ini akan dipaparkan tata cara secara singkat untuk elakukan percobaanpercobaan pada praktiku kali ini dan juga hasil yang kai dapat beserta analisisnya. 2. STUDI PUSTAKA Siste pengendalian loop terbuka rentan terhadap error dan noise karena tidak adanya pebandingan terhadap referensi. Gabar 2-1 Diagra Blok Siste Loop Terbuka Pada pengendalian loop tertutup output dari siste diupan balikkan untuk dibandingkan dengan sinyal referensi. Siste pengendalian loop tertutup lebih tahan terhadap error dibandingkan dengan siste loop terbuka 2.2 PENGENDALI PID Siste pengendali PID adalah siste yang digunakan secara luas pada berbagai bidang industri. Pengendali PID terdiri dari 3 koponen, yaitu proporsional, integral, dan derivatif. 2.2.1 PROPORSIONAL u (t )=Kpe (t ) Koponen proporsional digunakan untuk eningkatkan penguatan dan epercepat respon transien. 2.1 PENGENDALIAN POSISI Hubungan antara tegangan input otor V dengan posisi sudut otor θ adalah sebagai berikut: θ V = K τ s 2 +s Pada dasarnya ada dua jenis siste pengendalian, yaitu pengendalian loop terbuka dan pengendalian loop tertutup. Pada pengendalian loop terbuka output dari siste tidak di upan balikkan untuk dibandingkan dengan sinyal referensi. 2.2.2 INTEGRAL t u (t )=Ki e (t )dt 0 Koponen integral digunakan untuk enghilangkan steady state error, walaupun enghasilkan overshoot sehingga keadaan steady state lebih laa dicapai Laporan Praktiku - Laboratoriu Siste Kendali dan Koputer STEI ITB 1

2.2.3 DERIVATIF u (t )=Kd de(t ) dt Koponen derivatif digunakan untuk epercepat respon transien, walaupun koponen ini akan eningkatkan derau pada siste. 2.3 DCMCT QUANSER DCMCT (Direct Current Motor Control Trainer) Quanser adalah suatu kit berupa siste otor DC dengan spesifikasi berikut: Gabar 2-3 LM741 Pinout Diagra 3. HASIL DAN ANALISIS Berikut adalah percobaan beserta langkahlangkah yang praktikan lakukan ketika praktiku Motor DC Optical Encoder Penguat Daya Linier Breadboard Tachoeter dan Potensioeter Sensor Arus Analog Mikrokontroler PIC Konektor Serial 3.1 PENGENDALIAN POSISI LINGKAR TERTUTUP MENGGUNAKAN RANGKAIAN OP-AMP Pada percobaan ini akan dilakukan pengaatan dan pengipleentasian siste pengendalian posisi otor.siste pengendalian posisi ini diipleentasikan enggunakan rangkaian Op-ap yang bisa dilihat pada gabar di bawah ini: Berikut adalah gabar DCMCT Quanser. Gabar 3-1 Rangkaian Pengendali Proporsional Gabar 2-2 DCMCT Quanser 2.4 OP-AMP LM741 Op-Ap digunakan untuk elakukan ipleentasi siste pengendali analog. Untuk engipleentasikan siste kendali otor DC, diperlukan rangkaian penguat, penjulah (suer), penyelisih (difference), pebalik, integrator, dan diferensiator. Blok difference digunakan untuk penyelisih antara input dengan output. Blok proporsional, integral, dan diferensiator diipleentasikan enggunakan inverter, integrator, dan diferensiator. Ketiga sinyal ini dijulahkan enggunakan suing aplifier. Praktikan akan evariasikan nilai pada potensio SP sehingga engerakkan otor ke posisi tertentu. Setelah itu, praktikan juga akan everiasikan nilai R2 untuk endapatkan beberapa nilai Kp yang berbeda beda. Dari tugas pendahuluan, terbukti bahwa persaaan untuk encari Kp adalah sebagai berikut: Kp= R 2 R1 Nilai R1 yang praktikan gunakan adalah R1 = 1.08, sehingga nilai Kp sepenuhnya bergantung pada nilai R2. Untuk variasi nilai tegangan SP, praktikan endapatkan data sebagai berikut: Laporan Praktiku - Laboratoriu Siste Kendali dan Koputer STEI ITB 2

Tabel 3-1 Data Variasi Tegangan SP Tegangan SP (V) Perubahan Sudut ( 0 ) 0.5 15 CW 1 45 CW 1.5 75 CW Perubahan sudut dihitung dari posisi awal, yaitu saat tegangan SP = 0. Bisa dilihat bahwa seakin naiknya tegangan, posisi otor akan bergerak searah jaru ja. Untuk pertabahan tegangan sebesar 0.5 V, terjadi perubahan sudut sebesar 30 0, kecuali untuk perubahan dari 0 0.5 V. Hal ini keungkinan karena siste eiliki threshold tegangan diana siste ulai bekerja. Untuk perubahan nilai R2, data yang praktikan dapatkan adalah sebagai berikut: Tabel 3-2 Data Untuk Variasi R2 R2 Kp Tp Tss Tr Vos Vss 1.1 k 1.4 5k 1.0 1 1.3 4 2k 1.8 5 2.5 k 2.3 1 3k 2.7 7 4k 3.7 0 100 130 100 145 130 95 380 430 510 425 545 485 85 110 90 376 549 801 391 639 711 1507 1269 1467 1287 1386 1400 Sedangkan berikut ini adalah nilai %OS untuk asing-asing variasi R2: Tabel 3-3 %OS Untuk Variasi R2 R2 () %OS 1.1 75.05 % 1.45 56.73 % 2 45.39 % 2.5 69.58 % 3 53.89 % 4 49.21 % Persaaan fungsi transfer lingkar tertutup siste ini adalah sebagai berikut: C (s) R (s) = R 2 K R 1 τ s 2 + 1 τ s+ R 2 K K pot R 1 τ Apabila kita bandingkan persaaan di atas dengan persaaan uu fungs transfer, yaitu: Kita bisa endapatkan hubungan antara ω n dan R2 adalah sebagai berikut: ω n= R 2 K K pot R 1 τ Perubahan nilai ω n berbanding lurus dengan perubahan nilai R2, sehingga seakin tinggi nilai R2, nilai ω n juga ω n akan seakin tinggi. Sedangkan nilai berpengaruh terhadap bentuk respon siste, yang bisa kita lihat pada persaaan berikut: 2ξ ω n = 1 τ Dengan nilai τ yang konstan, apabila kita erubah nilai ω n nilai daping ratio ξ akan berubah, dan perubahannya berbanding terbalik dengan perubahan ω n. Sehingga apabila kita enaikkan nilai R2, nilai daping ratio nya akan seakin kecil, yang enyebabkan siste seakin asuk ke dala keadaan underdaped. Hal ini bisa terlihat pada gabar-gabar grafik osiloskop di bawah, diana dengan naiknya nilai R2, siste akan seakin banyak osilasi sebelu encapai keadaan steady state, suatu efek underdaping. Nilai Overshoot yang didapatkan juga sesuai, yaitu dengan naiknya nilai daping ratio, nilai presentase overshootnya cenderung akin kecil. Selain itu, didapatkan pula bahwa untuk nilai R2 yang naik, respon transien dari siste cenderung elabat (Tss naik dan turun, tetapi tidak lebih cepat dari nilai awal). Hal ini tidak sesuai dengan harapan, Laporan Praktiku - Laboratoriu Siste Kendali dan Koputer STEI ITB 3

yaitu seakin besar nilai konstanta proporsionalitasnya, seakin cepat respon transien yang terjadi (sehingga lebih cepat encapai steady state). Hal ini keungkinan terjadi karena kesalahan pebacaan dan pengaatan oleh praktikan. Berikut adalah hasil pebacaan osiloskop untuk variasi nilai R2 yang saa seperti tabel di atas: Gabar 3-5 Grafik Osiloskop Untuk R2 = 2.5 Gabar 3-2 Grafik Osiloskop Untuk R2 = 1.1 Gabar 3-6 Grafik Osiloskop Untuk R2 = 3 Gabar 3-3 Grafik Osiloskop Untuk R2 = 1.45 Gabar 3-4 Grafik Osiloskop Untuk R2 = 2 Gabar 3-7 Grafik Osiloskop Untuk R2 = 4 Apabila kita lihat data Tr pada tabel di atas, didapat bahwa nilai Tr tidak enentu. Hal ini keungkinan diakibatkan oleh pengukuran praktikan yang kurang akurat, karena elakukan pengaatan dengan terburu-buru. Nilai yang diharapkan yaitu nilai Tr seakin kecil untuk seakin besarnya nilai R2, karena seakin besarnya nilai Kp seakin cepat pula respon transiennya. Selanjutnya, praktikan encoba engubah posisi dari otor secara anual dan Laporan Praktiku - Laboratoriu Siste Kendali dan Koputer STEI ITB 4

elihat apa yang terjadi seiring kenaikan R2. Seakin tingginya nilai R2 yang digunakan, otor akan eberikan perlawanan yang seakin besar terhadap penggerakan secara anual oleh praktikan. Selain itu, setelah praktikan elepaskan otor, otor akan kebali ke posisi seula dengan waktu yang berbeda-beda untuk nilai R2 yang berbeda-beda. Pengebalian posisi otor ke seula ini cenderung seakin cepat seiring naiknya nilai R2. Hal ini sesuai harapan, yaitu seakin tingginya nilai Kp yang digunakan, seakin cepat respon transien terjadi. Tetapi, hal ini tidak saa seperti yang teraati pada osiloskop. Keungkinan hal ini terjadi karena praktikan tidak elepaskan otor pada posisi yang saa (untuk nilai-nilai R2 yang berbeda-beda). Praktikan juga engetes nilai R2 diana tidak terjadi overshoot. Nilai R2 yang didapatkan adalah R2 = 330Ω. Berikut adalah respon siste pada saat nilai R2 tersebut. Gabar 3-8 Grafik Osiloskop Untuk R2 = 330 Ω Paraeter paraeter yang didapatkan adalah sebagai berikut: Tabel 3-34 Paraeter Paraeter untuk R2 = 330 Ω Terlihat bahwa nilai Tss seakin cepat. Hal ini dikarenakan sedikitnya overshoot, sehingga respon transien lebih singkat. 4. KESIMPULAN Kesipulan yang saya dapatkan setelah elewati odul 3 ini adalah sebagai berikut: Kita bisa engendalikan posisi dari sebuah otor DC dengan enggunakan rangkaian kendali proporsional yang disabungkan dengan potensioeter Koponen pengendali proporsional bisa kita gunakan untuk engendalikan posisi sebuah otor DC Dengan enaikkan Kp dari pengendali proporsional, respon transien otor DC akan seakin cepat (encapai steady state dengan lebih cepat) Kita bisa engipleentasikan siste pengendali posisi otor DC dengan enggunakan op-ap Seakin tinggi nilai Kp, seakin berat posisi otor untuk berubah karena efek luar (efek fisik, isalnya digerakkan secara anual oleh tangan) Seakin tinggi nilai Kp, tipe respon siste akan seakin enuju underdaped Daftar Pustaka [1] Modul Praktiku Siste Kendali EL3215, Laboratoriu Siste Kendali dan Koputer, ITB, 2016. Variabel Tp Tss Tr Vss Vos Nilai 265 s 335 s 165 s 15 V 36 V %OS 97.007 % Laporan Praktiku - Laboratoriu Siste Kendali dan Koputer STEI ITB 5