8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

1/20

1

PID

JONI IRAWANG1D006007

Teknik ElektroUniversitas Bengkulu

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

2/20

2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangMotor DC telah dikenal sejak teori mengenai gaya lorentz dan induksi

elektromagnetik ditemukan. Motor DC sering digunakan karena kemudahannya

sehingga bisa dipakai pada berbagai macam keperluan, mulai dari mainan kecil

hingga Perkembangan motor DC saat ini dapat dilihat dari segi ukuran, kekuatan

torsi, kecepatan putar, efisiensi kerjanya. Secara fungsional motor DC adalah sebagai

sumber tenaga penggerak (engine) yang mampu memberikan torsi sehingga memiliki

putaran dengan kecepatan terntentu.

Disini kita akan mengatur kecepatan Motor DC yang akan menerima input

berupa tegangan dan outputnya berupa gerakan motor. Agar sistem motor dapat

bekerja menghasilkan kecepatan yang diharapkan, sistem tersebut membutuhkan

suatu kontroler sehingga sistem lebih stabil dan memiliki karakteristik yang kita

harapkan.

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

3/20

3

1.2. Rumusan MasalahSeperti yang telah disebutkan di atas, agar menghasilkan spesifikasi motor

DC yang diharapkan kita memerlukan kontroler. Sehingga yang menjadi pokok

permasalahan adalah bagaimana cara membuat suatu kontroler agar motor DC dapat

menghasilkan kecepatan yang diharapkan? Bagaimana hasil simulasi dengan

menggunakan bantuan Scilab? Permasalahan-permasalahan tersebut akan dibahas

pada uraian selanjutnya.

1.3. Tujuan

Adapun tujuan dalam pada tugas besar ini adalah agar dapat

mengaplikasikan materi kuliah yang didapat dengan cara merancang suatu

kontroler.Adapun kontroler yang dipakai PID. Dengan adanya kontroler yang ada,

diharapkan sistem kendali kecepatan Motor DC dapat lebih stabil dan memiliki

karakteristik yang diharapkan.

1.4. Batasan Masalah

Perancangan kontroler dapat diterapkan pada berbagai sistem yang

membutuhkan pengendalian. Pada makalah ini, sistem yang akan dikendalikan adalah

berupa Motor DC dengan parameter atau konstanta motor yang sudah ditetapkan.

Parameter tersebut didapatkan dari literatur dan internet secara umum.

Motor DC untuk pengaturan kecepatan akan dianalisis dengan bantuan Software

Matlab 7. Analisis tersebut dilakukan dalam bentukStep Respon dan fungsi transfer

dalam domain s (laplace).

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

4/20

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori

Keberadaan kontroller dalam sebuah sistem kontrol mempunyai kontribusi

yang besar terhadap prilaku sistem. Pada prinsipnya hal itu disebabkan oleh tidak

dapat diubahnya komponen penyusun sistem tersebut. Artinya, karakteristik plant

harus diterima sebagaimana adanya, sehingga perubahan perilaku sistem hanya dapat

dilakukan melalui penambahan suatu sub sistem, yaitu kontroler.

Salah satu tugas komponen kontroler adalah mereduksi sinyal kesalahan,

yaitu perbedaan antara sinyal setting dan sinyal aktual. Hal ini sesuai dengan tujuan

sistem kontrol adalah mendapatkan sinyal aktual senantiasa (diinginkan) sama

dengan sinyal setting. Semakin cepat reaksi sistem mengikuti sinyal aktual dan

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

5/20

5

semakin kecil kesalahan yang terjadi, semakin baiklah kinerja sistem kontrol yang

diterapkan.

Apabila perbedaan antara nilai setting dengan nilai keluaran relatif besar,

maka kontroler yang baik seharusnya mampu mengamati perbedaan ini untuk segera

menghasilkan sinyal keluaran untuk mempengaruhi plant. Dengan demikian sistem

secara cepat mengubah keluaran plant sampai diperoleh selisih antara setting dengan

besaran yang diatur sekecil mungkin[Rusli, 1997].

2.2. Pengendali PID

Pengendali PID ini paling banyak dipergunakan karena sederhana dan mudah

dipelajari serta tuning parameternya. Lebih dari 95% proses di industri menggunakan

pengendali ini. Pengendali ini merupakan gabungan dari pengedali proportional (P),

integral (I), dan derivative (D). Berikut ini merupakan blok diagram dari sistem

pengendali dengan untai tertutup (closed loop):

Gambar 1. Diagram Blok Closed Loop

Plant : sistem yang akan dikendalikan

Controller : Pengendali yang memberikan respon untuk memperbaiki respon

e : error = R - pengukuran dari sensor

variabel yang nilai parameternya dapat diatur disebut Manipulated variable (MV)biasanya sama dengan keluaran dari pengendali (u(t)). Keluaran pengendali PID

akan mengubah respon mengikuti perubahan yang ada pada hasil pengukuran sensor

dan set point yang ditentukan. Pembuat dan pengembang pengendali PID

menggunakan nama yang berbeda untuk mengidentifikasi ketiga mode pada

pengendali ini diantaranya yaitu:

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

6/20

6

P Proportional Band = 100/gain

I Integral = 1/reset (units of time)

D Derivative = rate = pre-act (units of time)

Atau

P Kp = Konstanta Proportional

I Ki = = sTdtte

T ii

1)(

1=Ki/s = Konstanta Integral

D Kd = Kd s =dt

tedTd

)(= Konstanta Derivative

Atau secara umum persamaannya adalah sebagai berikut :

U(t) =

++=++

t

d

i

d

i

Pdt

tedTdtte

TteK

dt

tedTdtte

TK

0

)()(

1)(

)()(

1

atau dapat pula dinyatakan dengan :

2.3. Karakteristik Pengendali PID

Sebelum membahas tentang karakteristik Pengendali PID maka perlu

diketahui bentuk respon keluaran yang akan menjadi target perubahan yaitu :

Gambar 2. Jenis Respon keluaran

Tabel 1. Karakteristik Masing-masing pengendali

CL RESPONSE RISE TIME OVERSHOOT SETTLING TIME S-S ERROR

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

7/20

7

Kp Decrease Increase Small Change Decrease

Ki Decrease Increase Increase Eliminate

Kd Small Change Decrease Decrease Small Change

(Modul Praktikum Pengendali PID)

2.4. Jenis-jenis motor DC

Berdasarkan sumber arus penguat magnetnya motor arus searah dapat dibedakan atas

dua jenis :

a. Motor dengan penguat terpisah

b. Motor penguat sendiri terdiri atas :

1) Motor Seri

2) Motor Shunt

3) Motor kompon pendek

4) Motor kompon panjang

a. Motor dengan penguat terpisah.

Yang dimaksud dengan penguat terpisah adalah bila arus penguat magnetnya

diperoleh dari sumber arus searah di luar motor.

2.5. Perancangan Sistem Kendalinya

Pada pengendalian kecepatan motor DC dengan metode umpan balik,

masukan dari sistem adalah kecepatan. Masukan ini kemudian dibandingkan dengan

kecepatan motor DC yang sebenarnya. Selisih dari masukan dan kecepatan

sebenarnya menghasilkan kesalahan (error). Kesalahan inilah yang akan

dikompensasi oleh pengendali. Blok diagram sistem pengendali kecepatan motor DC

ditunjukkan pada Gambar berikut:

PengendaliPenguatArus

MotorDC

SensorKecepatan

+-Masukan Keluaran

(Kecepatan)

u(t)

y(t)

e(t)

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

8/20

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

9/20

9

Cara Menghitung Parameter tersebut kecuali komponenen L adalah sebagai berikut :

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

10/20

10

3.2. Gambar rangkaian Motor shunt 12 V

(Menggunakan magnet permanent.berpenguat terpisah)

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

11/20

11

Komponen Parameter Berdasarkan poin 2.1

1. Momen inertia (J) = 1x10-3 Kg.m2/s2

2. Damping ratio of the mechanical system (b) = 2.4 Ns/m

3. Konstanta Torka (Kt) = 3.25 Nm/Amp

4. Tahanan (R) = 0.71 Ohm

5. Induktansi (L) = 0.66 H

3.3. Mencari fungsi transfer dari Rangkaian

Persamaan torsi yang dibangkitkan oleh Motor DC dapat didekati secara

linear menurut persamaan berikut ini :

tT K i= .................................................................(1)

dimana Kt adalah konstanta jangkar motor yang bergantung pada banyaknya lilitan

pada jangkar, jumlah kutub medan, tipe belitan dan penampang jangkarnya.

Adapun besarnya tegangan ggl induksi lawan yang dibangkitkan motor ketika

berputar adalah sesuai dengan persamaan :

te K

= ....................................................................(2)

Sehingga dengan menggunakan hukum kirchoff dan hukum newton didapatkan :

Persamaan Tegangan yang pertama.

di L Ri V K

dt

+ = ........................................................(3)

t J b K i

+ = ............................................................(4)

d

dt

= .................................................................(5)

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

12/20

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

13/20

13

3.4. Diagram Blok

3.5. Simulasi dengan Matlab 7 dengan Tuning secara Trial and error.

Ketik di Command Window

Identifikasi respon secara Open loop Tanpa Kontroler

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

14/20

14

Identifikasi respon secara Close loop dengan Kontroler

Kendali Proporsional

Dari persamaan fungsi alih yang diketahui :

2665.1258471.100066.0

25.3

)(

)(2

++=

sssV

s

Jika dibentuk menjadi close loop dengan penambahan Kp didapatlah :

)2665.12(58471.100066.0

25.3

)(

)(2

Kpss

xKp

sV

s

+++=

Kendali Proporsional dan Derivative

Fungsi Alih closed loop didapatkan :

)2665.12()58471.1(00066.0)(25.3

)()( 2

KpsKsKpsK

sVs

D

D

++++

+=

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

15/20

15

Kendali Proporsional dan Integral

Fungsi Alih closed loop didapatkan :

KisKpss

KiKps

sV

s

++++

+=

)2665.12(58471.100066.0

)(25.3

)(

)(23

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

16/20

16

Kendali Proporsional, Integral dan Derivative :

Fungsi Alih closed loop didapatkan :

KiKpsKs

KiKpssK

sV

s

D

D

+++++

++=

)2665.12()58471.1(00066.0

)(25.3

)(

)(23

2

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

17/20

17

Penjelasannya

Jika menggunakan Simulink pada Matlab diagram Bloknya sebagai berikut :

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

18/20

18

Tanpa Kontrol

Kontrol Proportional

Kontrol Proportional dan Derivative

Kontrol Proportional,integral dan derivative (PID)

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

19/20

19

3.6. Rangkaian analog Kontrolelnyaa.Proportional

b.Integral

Vo = VidtRC

1

Ki = -RC

1

c.Derivative

Vo = -RCt

Vs

Kd= -RC

3.7. Rangkaian Analog Pengaturan Kecepatan motor dengan Kontrol

Proportional

Kp=1

2

R

R(Nilai Kp di percobaan adalah 100 jadi R2=10000 K dan R1=100 K

Sesuai dengan yang ada dipasaran)

8/14/2019 Joni Irawan g1d006007

20/20

20

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1. Kesimpulan Motor DC mempunyai parameter yang terdapat di dalamnya.

Sebuah Motor DC dapat diatur kecepatannya dengan menggunakan kontrol PID.

Transfer function berguna untuk merancang suatu pengendali.

Kontrol proportional berguna untuk mengurangi kesalahan

Kontrol Integral berguna untuk menghilangkan steady state error

Kontrol Derivative berguna untuk mengurangi overshoot.

Penyatuan antar kontrol akan menghasilkan output yang lebih baik.

4.2. Saran

Tuninglah Suatu kontrol dengan baik kalau bisa bukan dengan cara Trial and error