Oleh : Dia Putranto Harmay 2105.100.145 Dosen Pembimbing : Ir. Witantyo, M.Eng. Sc
Latar Belakang
Usman Awan dkk, 2001 Merancang dan membuat dynamometer jenis prony brake dengan menggunakan strain gauge sebagai sensor Menggunakan mikrokontroler sebagai sistem akuisisi data
Penelitian Austin Schmitt dan Roy Duberrfuhl (2002) Melakukan pengontrolan pada pembebanan water brake dynamometer dengan menambahkan valve aktuator Menggunakan DAQ untuk memonitor besarnya torsi dan putaran engine. Hasil yang didapatkan bahwa perubahan pembacaan torsi lebih halus dibandingkan dengan perubahan pembacaan torsi pada pembebanan yang dilakukan secara manual.
Penelitian Philip Harrison (2004) Membuat akuisisi data pada inertia dynamometer dengan menggunakan CAN (Controller Area Network) Sensor yang digunakan : encoder dan sensor kelembaban Hasil dari penelitian adalah peneliti dapat membandingkan hasil pengujian pada engine yang sama dengan pengujian sebelumnya
Penelitian Joel Jagodinsky, Luke Mechior, Jesse Smith, dan Andy Van Hoorn (2010) Melakukan pengembangan pada dynamometer dengan menggunakan disk brake sebagai pembebanan digunakan NI SCXI-1120/D dan Lab View sebagai akuisisi data Hasil yang didapatkan pengontrolan pembebanan pada dynamometer lebih baik menggunakan sistem komputerisasi agar mengurangi kesalahan dari operator
Rumusan Masalah Bagaimana rancangan sistem akuisisi data pada water brake dynamometer yang berbasis komputer dengan menggunakan NI USB 6251? Bagaimana rancangan sistem pengendalian beban close loop pada water brake dynamometer yang berbasis komputer dengan menggunakan NI USB 6251? Bagaimana bentuk program kerja (task program) sistem akuisisi data yang digunakan untuk mengolah dan menampilkan hasil pengukuran pada komputer dengan menggunakan software LabVIEW? Bagaimana cara mendapatkan parameter control PID? Bagaimana bentuk program kerja (task program) pengaturan pembebanan pada water brake dynamometer secara close loop dengan menggunakan software LabVIEW?
Tujuan Membuat sebuah sistem akuisisi data dan pengendalian beban pada water brake dynamometer berbasis komputer. Membuat program kerja (task program) dengan menggunakan software Lab VIEW untuk mengolah dan menampilkan hasil pengukuran pada komputer. Mendapatkan parameter kontrol PID dengan mensimulasikan metode Ziegler Nichols pada software Matlab. Membuat program kerja (task program) pengaturan pembebanan pada water brake dynamometer secara close loop dengan menggunakan software LabVIEW..
Batasan Masalah Perancangan sistem kontroler difokuskan pada pengaturan jumlah putaran pompa untuk mengatur pembebanan pada water brake dynamometer. Strain gauges secara sempurna terpasang pada lengan torsi sehingga regangan permukaan lengan torsi diasumsikan sama dengan regangan strain gauges. Pengukuran diasumsikan dilakukan pada daerah standart. Parameter input berupa Settling time (waktu selesai), peak time (waktu puncak), over shoot (melampaui), rise time (waktu naik), dan steady state error (kesalahan keadaan tunak) ditentukan lebih awal sebagai parameter yang ingin dicapai.
Manfaat Hasil dari proyek tugas akhir ini dapat diaplikasikan pada laboratorium motor bakar Jurusan Teknik Mesin ITS, yaitu untuk mempermudah dan mempercepat proses pengukuran peforma suatu engine.
Metodologi Tugas Akhir START STUDI LITERATUR PERUMUSAN MASALAH PERANCANGAN PERANGKAT KERAS (HARDWARE) PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK (SOFTWARE) PENGGABUNGAN PERANGKAT KERAS DAN LUNAK SIMULASI ANALISA DAN KESIMPULAN FINISH
Perancangan Perangkat Keras 6 1. Rangkaian power supply dan Amplifier. 5 2. Absorber dan lengan torsi DYNOmite. 3. Pompa Air Shimizu 8 7 4. Siemens Sinamics Inverter. G110. 5. Variable Reluctor Sensor (sensor putaran) 6. Strain gauge 7. NI USB 6251. 4 8. Mesin PEX 01. RANCANGAN SISTEM AKUISISI DATA PADA WATERBRAKE DYNAMOMETER 1 2 3
Perancangan Perangkat Lunak GUI dibuat dengan menggunakan Software LabVIEW 2009 1. GUI untuk pengambilan data 2. GUI sistem akuisisi data dan pengaturan pembebanan pada water brake dynamometer
Tahap Simulasi Program START Studi Litelatur Model Matematis Open Loop Menentukan : 1. Set point / input 2. Desain karakteristik: Settling time, peak time, rise time, overshoot, steady state error. Mencari parameter karakteristik : K proportional, K integral, K derivative Closed Loop Syarat Set point dan desain karakteristik terpenuhi Tidak Sesuai Sesuai END
Analisa dan Pembahasan Hasil Identifikasi Sistem didapatkan : Mode Kontrol Konstan Torsi Mode Kontrol Konstan Putaran Hasil identifikasi dengan software matlab dengan menggunakan pendekatan ARX
Hasil Open Loop Test Mode Kontrol Konstan Torsi
Mode Kontrol Konstan Putaran
Desain Karakteristik yang diinginkan Desain Karakteritik Mode Kontrol Konstan Torsi Mode Kontrol Konstan Putaran Nilai Nilai Nilai Nilai Rise Time Peak Time Settling Time Overshoot Steady State Error 3.13 s <3.13 s 21.3 s <21.3 s 5 s <5 s 60 s <60 s 1.76 s <1.76 s 37.9 s <37.9 s 2.22 x 10-14 % <10% 0 <10% 0.763 0-16.2 0
Penentuan Parameter PID Dengan menggunakan metode Ziegler Nichols didapatkan: Mode Kontrol Konstan Torsi
Mode Kontrol Konstan Putaran
Konstanta Mode Kontrol Konstan Torsi Mode Kontrol Konstan Putaran K (process gain) 0.236201 17.1341 L (time constant) 0.819091 9.93078 T (time delay) 0 0 Kontroler Kc Ti Td P inf PI inf 0 PID inf 0 0 Kontroler Kc Ti Td P inf PI inf 0 PID inf 0 0 Mode Kontrol Konstan Torsi Mode Kontrol Konstan Putaran
Tuning ulang dengan Simulink Mode Kontrol Konstan Torsi Mode Kontrol Konstan Putaran
Hasil Tuning Ulang Mode Kontrol Konstan Torsi Mode Kontrol Konstan Putaran
Konstanta PID dan Perbandingan Karakteristik Kontroler sebelum dan sesudah penambahan kontroler Konstanta Mode Kontrol Konstan Torsi Mode Kontrol Konstan Putaran P (Proportional) 41.7210146793262 0.575144093767501 I (Integral) 48.6544686929498 0.0553214034036821 D (Derivative) -1.68207313215904-0.28113701136029 Konstanta PID Desain Karakteristik Mode Kontrol Konstan Torsi Mode Kontrol Konstan Putaran Sebelum Sesudah Sebelum Sesudah Rise Time 3.13 s 0.119 s 21.3 s 1.44 s Peak Time 5 s 1.04 s 60 s 1.04 s Settling Time 1.76 s 0.31 s 37.9 s 3.76 s Overshoot 2.22 x 10-14 % 3.92 % 0 3.92 % Steady State Error 0.763 0-16.2 0 Perbandingan karakteristik sebelum dan sesudah penambahan kontroler
Simulasi dengan nilai set point yang berbeda-beda dengan simulink Set point = 2 Set point = -3 Mode Kontrol Konstan Torsi Set point = 4
Set point = 1000 Set point = - 2000 Mode Kontrol Konstan Putaran Set point = 3000
Kesimpulan 1. Peralatan yang digunakan dalam sistem akuisisi data pada water brake dynamometer antara lain: a. Personal Computer (PC). b. NI USB 6251 sebagai DAQ card c. Inverter Siemens Sinamics G110 d. Pompa Air Shimizu PS-121 BIT e. Sensor torsi, terdiri dari dua strain gauge yang memiliki hambatan sebesar 350 ohm terpasang pada Half Brigde tipe II.. f. Sensor putaran, menggunakan jenis VariableReluctor (pulser) g. Rangkaian catu daya yang menghasilkan tegangan ± 5 V, 8 V, dan 12 V 2. Software yang digunakan untuk mendukung sistem akuisisi data adalah LabView 2009
3. Berdasarkan proses identifikasi sistem yang telah dilakukan dengan menggunakan software matlab didapatkan duatransfer functiondari plantyaitu: Mode Kontrol Konstan Torsi dengan pendekatan ARX 83.08 % Mode Kontrol Konstan Putaran dengan pendekatan ARX 81.47 % 4. Nilai Konstanta PID yang didapatkan dari simulasi: Konstanta Mode Kontrol Konstan Torsi Mode Kontrol Konstan Putaran P (Proportional) 41.7210146793262 0.575144093767501 I (Integral) 48.6544686929498 0.0553214034036821 D (Derivative) -1.68207313215904-0.28113701136029
5. Pengujian simulasi untuk mendapatkan desain karakteristik kontroler PID yang diinginkan pada mode kontrol konstan torsi menghasilkan overshoot maksimum 3.92%, rise time 0.119 s, peak time 1.04 s, dan settling time 0.31 s. 6. Pengujian simulasi untuk mendapatkan desain karakteristik kontroler PID yang diinginkan pada mode kontrol konstan putaran menghasilkan overshoot maksimum 3.92%, rise time 1.14 s, peak time 1.04 s, dan settling time 3.76 s. 7. Penentuan parameter kontroler PID menggunakan metode Zeigler Nichols sesuai dengan desain karakteristik yang diinginkan relative susah untuk dilakukan, perlu dilakukan penentuan parameter kontroler PID dengan menggunakan metode yang lain guna mendapatkan desain karakteristik yang diinginkan.
Saran 1. Hasil penelitian ini diharapkan mampu diterapkan dalam proses implementasi pada peralatan yang akan dikontrol. 2. Dalam penelitian selanjutnya, perlu dipertimbangkan pemilihan metode untuk menentukan parameter kontroler PID yang lain guna mendapatkan desain karakteristik yang diinginkan. 3. Pada penelitian selanjutnya, perlu dilakukan perbaikan ulang padadesain pengondisi sinyal pada masing-masing sensor, sehingga dapat mengurangi error yang terjadi akibat adanya noise. 4. Perlu dilakukan perbaikan dalam desain konektor kabel penghubung agar aman, terutama pada koneksi inverter dengan DAQ card/pompa air, serta grounding system. 5. Pada penelitian selanjutnya, perlu dilakukan pemasangan sensor untuk menganalisa konsumsi bahan, temperatur mesin, dan gas buang agar karakteristik mesin dapat diketahui, serta mempermudah dalam perhitungan sfc mesin.
Terima kasih Mohon saran dan masukan