BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Motor listrik adalah mesin listrik yang mengubah energi listrik ke energi mekanik. Motor listrik merupakan salah satu realisasi dari kaidah gaya Lorentz. Apabila muatan listrik bergerak menembus medan listrik, maka akan timbul gaya yang dinamakan dengan gaya Lorentz. [1] Gaya inilah yang dimanfaatkan untuk menjalankan motor yang kemudian digunakan untuk beberapa keperluan, seperti pada pompa, menggerakkan kompresor, bor listrik dan sebagainya. Dalam dunia industri, motor memegang peranan yang sangat penting, bahkan motor disebut kuda kerja nya industri karena diperkirakan bahwa motormotor menggunakan sekitar 70% beban listrik total industri. [2] Berdasarkan sumber tegangan yang digunakan, motor listrik dibedakan menjadi dua jenis, yakni motor listrik AC (Alternating Current) dan motor listrik DC (Direct Current). Karena karakteristik pengendalian kecepatan motor DC yang bagus, maka motor DC banyak digunakan dalam dunia industri. [3] Contohnya adalah untuk menggerakkan konveyor, lengan robot, lift, pengeboran dan sebagainya. Prosesproses dalam industri yang melibatkan motor DC memerlukan variasi nilai kecepatan, ketepatan dan efisisensi daya yang digunakan. [4] Misalnya untuk menjalankan konveyor dalam proses produksi. Dalam dunia industri, beban kerja motor DC tidak selalu tetap, sehingga akan mempengaruhi kecepatan putar awal. Semakin besar beban yang diberikan, 1
2 maka kecepatan putar motor DC akan berkurang, dan sebaliknya. Kondisi lingkungan juga berpengaruh terhadap kerja motor DC, seperti kelembapan udara, dan suhu lingkungan. Padahal yang dibutuhkan adalah kecepatan yang konstan. Seiring dengan berkembangnya dunia industri, kestabilan kecepatan motor DC yang menyokong kinerja industri menjadi sangat penting. Pengendalian kecepatan motor bisa dilakukan dengan mengubah besaran nilai tegangan masukannya. Misalnya jika beban bertambah yang mengakibatkan pada berkurangnya kecepatan putar motor DC, maka untuk menaikkan kecepatannya kembali bisa dilakukan dengan menaikkan nilai tegangan input. Oleh karena itu diperlukan sebuah sistem kontrol untuk mendapatkan kestabilan kecepatan motor. Penelitian ini merancang sistem pengendalian kecepatan motor DC menggunakan sitem kendali PID (Proportional Integral Derivatif) dan kendali adaptif yang dirancang secara terpisah. Sistem pengendalian yang dibuat memanfaatkan hardware PLC (Programmable Logic Controller) dengan alasan banyak digunakan di dunia industri. Untuk memperoleh respon motor DC yang bagus menggunakan pengendali PID, diperlukan penentuan (tuning) parameter Kp, Ki dan Kd tepat. Proses tuning parameter-parameter ini bukanlah hal yang mudah. Beberapa metode telah diusulkan, seperti metode Ziegler-Nichols yang diusulkan pada tahun 1942. [5] Selain itu juga ada metode lain seperti metode Cohen and Coon, Tyreus-Luyben, Gain Phase Margin [6] dan lain sebagainya. Pada penelitian ini, penentuan parameter PID dilakukan dengan menggunakan metode Ziegler-Nichols.
3 Selain pengendali PID, pada penelitian ini juga dirancang pengendali adaptif sebagai pembanding. Sistem kendali adaptif dipilih karena sistem kendali ini sedang banyak diteliti dan dikembangkan. [7] Apapun sistem kendali adaptif yang digunakan adalah Model Reference Adaptif Control (MRAC). 1.2. Rumusan Masalah Motor DC bisa diatur kecepatan putarnya dengan cara mengubah tegangan input ke motor. Pada tegangan tertentu, motor DC berputar dengan kecepatan tertentu. Akan tetapi pada kondisi berbeban atau adanya gangguan, maka dengan besar tegangan input yang sama tadi tidak bisa menghasilkan kecepatan putar yang sama lagi. Padahal dalam proses yang melibatkan motor DC dibutuhkan variasi dan kestabilan kecepatan putar, sedangkan pada kenyataannya motor DC beroperasi dengan variasi beban dan hadirnya gangguan. Oleh karena itu diperlukan sebuah sistem kendali kecepatan motor DC. 1.3. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah untuk : a. Merancang sistem kendali PID untuk kendali kecepatan motor DC b. Menerapkan metode Ziegler-Nichols untuk melakukan tuning parameter PID c. Merancang sistem kendali adaptif untuk kendali kecepatan motor DC d. Mengimplimentasikan sitem kendali PID dan adaptif pada PLC
4 1.4. Batasan Masalah Latar Belakang Ruang lingkup pembahasan dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut. a. Jenis motor yang dipakai adalah motor DC permanent magnet coil dan sensor yang dipakai adalah incremental encoder dalam kesatuan blok ES151 Servo System. b. PLC yang dipakai adalah TSX 3722 kelas Micro produksi Schneider Electric. c. Software yang dipakai untuk pemrograman adalah PL7 Pro versi 4.0 yang dioperasikan pada windows XP. d. Metode tuning PID yang digunakan adalah metode kedua Ziegler- Nichols yang juga sering disebut dengan metode Ultimate Cycle dan metode Quarter Decay yang merupakan modifikasi dari metode Ultimate Cycle. e. Sistem kendali adaptif yang digunakan adalah Model Reference Adaptive Control (MRAC) dengan satu parameter yang tidak diketahui (unknown parameter) dan menggunakan MIT rule. Sistem ini melakukan adaptasi terhadap model reference dengan mengendalikan feedforward gain. f. Jenis kendali yang dilakukan adalah kendali kecepatan tanpa kendali posisi. 1.5. Sistematika Penulisan Untuk memudahkan penyajian penulisan laporan tugas akhir ini, maka pembahasan dibagi menjadi beberapa pokok masalah :
5 BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang, tujuan penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan. BAB II DASAR TEORI Bab ini berisi teori-teori tentang motor DC, incremental encoder, blok ES151 Servo System, PLC, software PL7 Pro. Selain itu juga akan dibahas teori kendali seperti sistem kendali kalang terbuka (open loop), sistem kendali kalang tertutup (closed loop), tanggapan sistem, kendali PID dan metode tuning PID. Setelah itu akan dibahas juga mengenai teori sistem adaptif menggunakan MRAC. BAB III PERANCANGAN SISTEM Pada bab ini diuraikan perancangan sistem mulai dari metode penelitian, perancangan plant, kalibrasi sensor, konfigurasi software dilanjutkan dengan perancangan PID, tuning parameter PID dan perancangan kendali adaptif menggunakan MRAC. Terakhir diuraikan parameter analisa yang digunakan dalam penelitian ini. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi hasil pengujian dan pembahasan yang terdiri dari tanggapan open loop, tanggapan closed loop, pengujian metode tuning parameter PID baik Ultimate Cycle maupun Quarter Decay serta kendali adaptif menggunakan MRAC. Selanjutnya akan
6 dibandingkan performa hasil tanggapan sistem kendali PID dan adaptif. BAB V PENUTUP Bab penutup ini berisi kesimpulan dan saran untuk penelitian selanjutnya.