SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN PID CONTROLLER PADA EXCAVATOR SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Mencapai Gelar Strata Satu Program Studi Informatika Disusun Oleh: ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI M0512018 PROGRAM STUDI INFORMATIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016
SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN PID CONTROLLER PADA EXCAVATOR HALAMAN JUDUL SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Mencapai Gelar Strata Satu Program Studi Informatika Disusun Oleh: ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI M0512018 PROGRAM STUDI INFORMATIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016 i
SKRIPSI HALAMAN PERSETUJUAN SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN PID CONTROLLER PADA EXCAVATOR Disusun oleh: ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI M0512018 Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Dewan Penguji pada tanggal 20 Juli 2016 Pembimbing I Pembimbing II Drs. Sarngadi Palgunadi Yohanes M.Sc NIP. 195604071983011004 Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc., Ph.D. NIP. 196211301991031002 ii
SKRIPSI HALAMAN PENGESAHAN SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN PID CONTROLLER PADA EXCAVATOR HALAMAN PENGESAHAN Disusun oleh: ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI M0512018 Telah dipertahankan di hadapan Dewan Penguji pada tanggal 20 Juli 2016 Susunan Dewan Penguji 1. Drs. Sarngadi Palgunadi Yohanes M.Sc NIP. 195604071983011004 2. Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc.,Ph.D. NIP. 196211301991031002 3. Ristu Saptono, S.Si., M.T. NIP. 197902102002121001 4. Dr. Wiranto, M.Cs. NIP. 196612301993021001 ( ) ( ) ( ) ( ) Disahkan oleh Kepala Program Studi Informatika Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc., Ph.D. NIP. 196211301991031002 iii
MOTTO Patience iv
PERSEMBAHAN Untuk Ayah dan Ibu, saudara-saudaraku, dan untukmu, Rio Pahlevy Ridlo Yudha Bhakti v
SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN PID CONTROLLER PADA EXCAVATOR ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI Program Studi Informatika. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret ABSTRAK System control hidrolik telah diaplikasikan dalam berbagai alat, salah satunya adalah excavator. Parameter kinerja system yang berubah pada kehidupan sehari-hari menyebabkan respon system juga akan berubah. Perubahan respon dapat menjadi pengaruh yang buruk bagi kondisi perangkat system. Salah satu cara untuk mengetahui respon system ketika parameter berubah adalah dengan memodelkan kemudian mensimulasikan model tersebut. Model matematis yang berasal dari penelitian sebelumnya mengalami getaran saat dalam posisi menggali sehingga memerlukan penyesuaian untuk memperbaiki respon system. Penelitian ini akan melakukan perbaikan respon model matematis dari system control hidrolik excavator yang berasal dari penelitian sebelumnya. Perbaikan dilakukan dengan menambahkan P controller, PD controller, dan PID controller pada model matematis. Hasil simulasi akan dibandingkan dan didapatkan controller yang paling baik untuk system. Hasil simulasi model matematis menunjukkan bahwa respon model tidak dapat diperbaiki dengan controller yang diusulkan. Kata kunci: Excavator, PID controller, Simulasi, System Control vi
SIMULATION OF HYDRAULIC CONTROL SYSTEM WITH PID CONTROLLER ON EXCAVATOR ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI Department of Informatic. Mathematic and Science Faculty. Sebelas Maret University ABSTRACT Hydraulic control system has been applied in various tools, one of these is an excavator. Changing system parameters on daily life caused change in system response. Changes in response can be a bad influence for the system condition. The system response can be evaluated by modelling the system then simulating the model. A mathematical model derived from previous research sustains vibration in a digging position so that it requires adjustments to improve the system response. This study will improve the response through the mathematical model of the hydraulic excavator control system. Improvements carried out by adding a P controller, a PD controller, and a PID controller on the mathematical model. The simulation results will be compared so that the best controller for the system will be obtained. The simulation results show that the response can not be improved with the proposed controller. Keywords: Control System, Excavator, PID controller, Simulation, vii
KATA PENGANTAR Segala puji penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta ala yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi dengan judul Simulasi Sistem Kontrol Hidrolik dengan PID Controller pada Excavator. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, bimbingan, dan motivasi, terutama kepada: 1. Bapak Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc.(Hons), Ph.D. selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret. 2. Bapak Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc., Ph.D. selaku Kepala Program Studi Informatika dan Dosen Pembimbing II atas saran, masukan, dan koreksinya selama proses penyelesaian skripsi. 3. Bapak Drs. Sarngadi Palgunadi Yohanes M.Sc selaku Dosen Pembimbing I dan Dosen Pembimbing Akademik atas bimbingan, masukan, dan koreksinya selama proses penyelesaian skripsi dan selama masa studi di Informatika. 4. Bapak dan Ibu dosen serta karyawan program studi Informatika yang telah memberikan ilmu dan membantu penyusunan skripsi. 5. Bapak dan Ibu yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan moral dan material pada penulis. 6. Rio Pahlevy Ridlo Yudha Bhakti yang senantiasa mendampingi dan menjadi semangat penulis untuk menyelesaikan skripsi ini 7. Teman-teman Informatika 2012 yang selalu membantu, memotivasi, dan menemani dalam suka maupun duka. 8. Semua pihak yang telah membantu penyusunan skripsi. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak. Surakarta, Juli 2016 Ersinta Elfandari H.K.W viii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii MOTTO... iv PERSEMBAHAN... v ABSTRAK... vi ABSTRACT... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Tujuan Penelitian... 3 1.5 Manfaat Penelitian... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1 Landasan Teori... 5 2.1.1 Pemodelan dan Simulasi... 5 2.1.1.1 Pemodelan... 5 2.1.1.2 Simulasi... 5 2.1.2 Sistem Kontrol... 8 2.1.2.1 Sistem Kontrol Hidrolik... 10 2.1.2.2 Excavator... 11 2.1.2.3 PID Controller... 11 2.1.3 Transformasi Laplace... 15 ix
2.2 Penelitian Terkait... 16 2.3 Kerangka Pemikiran... 19 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 20 3.1 Pemilihan Model... 20 3.2 Setting Parameter... 20 3.3 Implementasi Model... 21 3.3.1 Error Steady State... 22 3.3.2 Maximum Overshoot... 23 3.3.3 Settling Time... 23 3.3.4 Rise Time... 24 3.4 Simulasi... 25 3.4.1 Open Loop System... 25 3.4.2 Penambahan P Controller pada Open Loop System... 26 3.4.3 Penambahan PI Controller pada Open Loop System... 26 3.4.4 Penambahan PD Controller pada Open Loop System... 26 3.4.5 Penambahan PID Controller pada Open Loop System... 27 3.4.6 Closed Loop System... 27 3.5 Analisa Hasil... 27 BAB IV PEMBAHASAN... 28 4.1 Pemilihan Model... 28 4.2 Setting Parameter... 28 4.3 Implemetasi Model... 28 4.3.1 Error Steady State... 30 4.3.2 Maximum Overshoot... 30 4.3.3 Settling Time... 31 4.3.4 Rise Time... 31 4.4 Simulasi... 32 4.4.1 Open Loop System... 32 4.4.2 Closed Loop System... 33 4.4.3 Penambahan P Controller pada Open Loop System... 34 4.4.4 Penambahan PI controller pada Open Loop System... 35 x
4.4.5 Penambahan PD controller pada Open Loop System... 35 4.4.6 Penambahan PID Controller pada Open Loop System... 37 4.5 Analisa Hasil... 37 BAB V PENUTUP... 40 5.1 Kesimpulan... 40 5.2 Saran... 40 DAFTAR PUSTAKA... 41 LAMPIRAN... 42 xi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Operasi transformasi Laplace (Schiff, 2013)... 16 Tabel 2.2 Penelitian terkait... 18 Tabel 2.3 Kerangka pemikiran... 19 Tabel 4.1 Hasil evaluasi fungsi invers system control open-loop tanpa controller... 29 Tabel 4.2 Nilai maksimum evaluasi fungsi... 31 Tabel 4.3 Nilai settling time... 31 Tabel 4.4 Respon mulai mencapai nilai 0.1... 32 Tabel 4.5 Respon mulai mencapai 0.9... 32 Tabel 4.6 Respon system dengan nilai yang berbeda-beda... 38 Tabel 4.7 Respon system dengan nilai dan yang berbeda-beda... 39 xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Analisa respon system (Ogata, 2010)... 6 Gambar 2.2 Respon stabil... 7 Gambar 2.3 Respon cukup stabil... 7 Gambar 2.4 Respon tidak stabil... 8 Gambar 2.5 Skema open loop control system (Dorf dan Bishop, 2011)... 8 Gambar 2.6 Skema closed loop control system (Dorf dan Bishop, 2011)... 8 Gambar 2.7 Diagram blok system control open-loop... 9 Gambar 2.8 Diagram blok sistem kontrol open-loop dengan controller... 9 Gambar 2.9 Diagram blok sistem kontrol closed-loop... 9 Gambar 2.10 Diagram blok sistem kontrol closed-loop dengan controller... 10 Gambar 2.11 Skema excavator hidrolik (Alaydi, 2009)... 11 Gambar 2.12 Diagram blok controller proportional... 12 Gambar 2.13 Diagram blok controller integral... 12 Gambar 2.14 Diagram blok controller derivative... 13 Gambar 3.1 Posisi extreme excavator saat menggali (Alaydi, 2008)... 20 Gambar 3.2 Implementasi model... 22 Gambar 3.3 Error steady state pada respon... 22 Gambar 3.4 Pseudo code error steady state... 22 Gambar 3.5 Maximum overshoot pada respon... 23 Gambar 3.6 Pseudo code maximum overshoot... 23 Gambar 3.7 Settling time pada respon... 24 Gambar 3.8 Pseudo code settling time... 24 Gambar 3.9 Rise time pada respon... 24 Gambar 3.10 Pseudo code rise time... 25 Gambar 4.1 Tampilan awal implementasi program... 29 Gambar 4.2 Plot fungsi dan analisa fungsi... 30 Gambar 4.3 Respon dari system yang bersifat open-loop tanpa controller... 33 Gambar 4.4 Respon system closed-loop memiliki komponen imajiner... 33 Gambar 4.5 Respon system dengan nilai = 0.5... 34 xiii
Gambar 4.6 Respon system dengan = 1 dan = 0.5... 35 Gambar 4.7 Respon system dengan = 1 dan = 0.5... 36 Gambar 4.8 Respon system dengan = 1 dan = 0.0005... 36 Gambar 4.9 Respon system dengan = 1, = 0.0004, dan = 0.007... 37 xiv
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A: HASIL SIMULASI... 42 LAMPIRAN A: HASIL SIMULASI LANJUTAN... 43 LAMPIRAN B: SISTEM KONTROL OPEN LOOP... 44 LAMPIRAN C: SISTEM KONTROL OPEN LOOP DENGAN P CONTROLLER... 45 LAMPIRAN C: SISTEM KONTROL OPEN LOOP DENGAN P CONTROLLER LANJUTAN... 46 LAMPIRAN D: SISTEM KONTROL OPEN LOOP DENGAN PI CONTROLLER... 47 LAMPIRAN E: SISTEM KONTROL OPEN LOOP DENGAN PD CONTROLLER... 48 LAMPIRAN E: SISTEM KONTROL OPEN LOOP DENGAN PD CONTROLLER LANJUTAN... 49 LAMPIRAN F: SISTEM KONTROL OPEN LOOP DENGAN PID CONTROLLER... 50 xv