perbaikan simulator plant orde satu dan...
TRANSCRIPT
PERBAIKAN SIMULATOR PLANT ORDE SATU DAN ORDE DUA UNTUK MODUL PRAKTIKUM
INSTRUMENTASI DAN SISTEM KENDALI
IMPROVEMENT OF THE PLANT SIMULATOR ORDE ONE AND ORDE TWO FOR PRACTICUM INSTRUCTORS
MODULE CONTROL SYSTEM AND INSTRUMENTATION
* DIBYAGITA EFENDI ** DEDI NONO S, Ir., M.T ** SARJONO WAHYU J, S., M.Eng
* Mahasiswa Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung
** Dosen Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung
ABSTRAK
Pada proyek akhir ini akan dibahas mengenai perbaikan simulator plant orde satu dan dua untuk modul praktikum
instrumentasi dan sistem dimana dilakukan perbaikan simulator plant yang mengalami kerusakan menjadi simulator yang
dapat digunakan kembali. Adapun dalam pengerjaan perbaikan simulator plant akan dilakukan beberapa langkah –langkah
perbaikan meliputi:
1. Pengujian simulator plant yang mengalami kerusakan dan dalam keadaan baik,
2. Dapat teridentifikasi kesalahan gelombang pada simulator plant dilakukan identifikasi pada komponen yang
mengalami kerusakan
3. Pengecekan komponen
4. Dilakukan penggantian komponen yang mengalami kerusakan.
setelah dilakukan perbaikan maka simulator plant akan dibandingkan karakteristik plant orde satu dan orde dua
dengan menggunakan cassy pack dan matlab.
Kata Kunci : Perbaikan Simulator Plant, Karateristik Plant Orde satu dan Orde dua, Cassy Pack, dan Matlab
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam sistem kendali, kita mengenal adanya
plant Dalam sistem kendali, kita mengenal adanya plant
pada suatu sistem pengendalian, atau suatu objek yang di
kendalikan oleh sistem kendali PID. Simulator plant orde
satu dan orde dua adalah salah satu simulasi dari plant –
plant yang ada pada suatu industri. Dari setiap plant –
plant di industri tersebut diambil beberapa karakteristik
yang berbeda pada setiap orde sehingga muncul plant
orde satu dan orde dua. Kebutuhan akan simulator plant
orde satu dan orde dua pun berfungsi agar
mempermudah dalam pengendalian simulator PID. Dari
simulator plant orde satu dan orde dua tersebut dapat
digunakan untuk mengetahui karakteristik gelombang
pada orde satu dan orde dua. Dan di laboratorium sistem
kendali memiliki simulator plant orde satu dan orde dua
dalam kerusakan.
Berdasarkan hal tersebut diatas maka penulis
tertarik menulis Proyek Akhir ini dengan judul
“Perbaikan Simulator Plant Orde satu dan Orde dua
Untuk Modul Praktikum Instrumentasi Dan Sistem
Kendali”.
1.2 Tujuan
Tujuan dari Proyek akhir ini :
1. Memperbaiki modul simulator plant orde satu
dan orde dua agar dapat digunakan kembali
2. Agar memperoleh karkateristik yang diinginkan
pada simulator plant dibandingkan pada cassy
pack dan matlab
3. Rancang Bangun perangkat keras power supply
± 15V
1.3 Perumusan masalah
Berdasarkan uraian diatas dapat dirumuskan
suatu masalah yang relevan dengan judul yang ada yaitu:
1. Memperbaiki modul simulator plant orde satu
dan orde dua agar dapat digunakan kembali
2. Bagaimana perancang perangkat keras power
supply ± 15V
1.4 Batasan Masalah
1. Pengujian simulator plant terhadap gelombang
keluar dari simulator tersebut
2. Agar memperoleh karkateristik yang diinginkan
pada simulator plant dibandingkan pada cassy
pack dan matlab
3. Rancang bangun power supply ±15V
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sistem Kontrol
Sistem kontrol adalah proses pengaturan ataupun
pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran
(variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga
atau dalam suatu rangkuman harga (range) tertentu. Di
dalam dunia industri, dituntut suatu proses kerja yang
aman dan berefisiensi tinggi untuk menghasilkan produk
dengan kualitas dan kuantitas yang baik serta dengan
waktu yang telah ditentukan. Otomatisasi sangat
membantu dalam hal kelancaran operasional, keamanan
(investasi, lingkungan), ekonomi (biaya produksi), mutu
produk, dll.
2.2 Sistem Kontrol Otomatis
Suatu sistem kontrol otomatis dalam suatu
proses kerja berfungsi mengendalikan proses tanpa
adanya campur tangan manusia (otomatis). Ada dua
sistem kontrol pada sistem kendali/kontrol otomatis yaitu
:
2.2.1 Sistem Pengendalian Loop Terbuka Sistem pengendalian loop terbuka merupakan
sistem pengendalian yang keluarannya tidak berpengaruh
terhadap aksi selanjutnya ( aksi kontroler ). Atau dengan
kata lain, sistem ini tidak memiliki umpan balik ( feed
back ), sehingga keluarannya tidak bisa dijadikan
perbandingan antara umpan balik dan masukan yang
menentukan aksi berikutnya. Oleh karena itu, sistem
pengendalian loop terbuka hanya bisa digunakan jika
hubungan antara masukan dan keluaran diketahui dan
tidak ada gangguan eksternal dan internal.
Diagram blok sistem pengendalian loop terbuka
mirip dengan diagram blok sistem, yaitu lurus tanpa
adanya umpan balik. Hanya saja, komponen penyusunnya
berbeda. Pada sistem pengendalian loop terbuka
komponennya hanya ada masukan kontroler, aktuator dan
keluaran
Kelebihan sistem ini diantaranya konstruksinya
sederhana, tidak memerlukan banyak komponen sehingga
lebih ekonomis, tidak memiliki persoalan stabilitas, dll.
Sedangkan kelemahanya diantaranya adalah keluaran
sistem kemungkinan besar berbeda dengan yang
diinginkan, kalibrasi harus sering dilakukan, dll.
Controller Actuator PLANT+
Error ManipulatedVariabel
Disturbances
R(s)
Set- Point
Summator
E(s)Keluaran
C(s)
Gambar 2.1 Diagram Blok Sistem Kontrol Loop
Terbuka
2.2.2 Sistem Pengendalian Loop Tertutup
Sistem pengendalian loop tertutup merupakan
sistem pengendalian yang keluarannya berpengaruh
terhadap aksi selanjutnya ( aksi kontroler ). Berbeda
dengan loop terbuka, pada loop tertutup sistem memiliki
feed back, sehingga keluarannya bisa dijadikan
perbandingan umpan balik dan masukan untuk
menentukan aksi berikutnya.
Seperti pada pengertiannya, diagram blok sistem
pengendalian loop tertutup memiliki feed back.
Perhatikan gambar dibawah ini
Controller Actuator PLANT
Sensor
-+
Error ManipulatedVariabel
Disturbances
R(s)
Set- Point
Summator
E(s)Keluaran
C(s)
Gambar 2.2 Diagram Blok Sistem Kontrol Loop Tertutup
Dari gambar di atas terlihat bahwa diagram blok
sistem pengendalian loop tertutup memiliki komponen
umpan balik. Pada referensi lain sinyal informasi dari
kontroler dikirim dulu ke elemen kontrol akhir ( Final
Control Element) sebelum dikirim ke plant, misal control
valve. Sistem ini merupakan dasar sistem pengendalian
yang ada di industri, hanya saja lebih komplek. Di
industri bisa saja sistem pengendaliannya bertingkat dan
saling berhubungan antara satu loop dengan loop lainnya.
Dibandingkan dengan loop terbuka kelebihan
dari sistem ini diantaranya adalah dapat mengatasi
ketidakpastian karakteristik plant dan hubungan antara
masukan dan keluaran dari plant, ketelitian dapat selalu
terjaga dll. Disamping kelebihan itu, ada beberapa
kekurangan dari sistem ini, yaitu perlengkapan lebih
rumit jadi lebih mahal, instalasi sulit, respon cenderung
berosilasi hingga mencapai keadaan steady state-nya.
Masukan pada sistem pengendalian, baik loop
terbuka maupun tertutup terdapat komponen set point,
yaitu nilai keluaran yang diharapkan dari proses yang
nantinya akan dibandingkan dengan umpan balik pada
loop tertutup. Sehingga loop tertutup ada error yang
menyebabkan aksi kontroler berbeda untuk tiap waktu
bergantung pada error yang ada. Error merupakan selisih
antara set point dan umpan balik dari keluaran
sebelumnya. Dengan adanya perbandingan ini ( error )
membuat sistem ini bisa mencapai nilai keluaran yang
diinginkan tidak seperti pada loop terbuka.
2.3 Fungsi Alih
Secara umum, ketika terdapat masukan dan
keluaran sistem sebagai fungsi waktu, maka relasi antara
keluaran dan masukan akan muncul dalam bentuk dalam
bentuk diferensial. Jika terjadi sebuah sistem yang
terbentuk dari dua buah elemen dalam hubungan seri di
mana masing – masing elemen memiliki relasi masukan –
keluaran yang dideskripsikan oleh persamaan
differensial, maka tidak akan mudah untuk melihat
bagaimana keluaran sistem tersebut dapat secara
keseluruhan direlasikan terhadap masukannya. Dalam
teori kontrol, fungsi alih digunakan untuk mencirikan
hubungan masukan dan keluaran dari komponen atau
sistem yang dapat digambarkan dengan persamaan
diferensial linear, invarian-waktu.
Fungsi alih persamaan diferensial linear,
invarian waktu suatu sistem didefinisikan sebagai
perbandingan antara transformasi Laplace keluaran
(fungsi tanggapan) terhadap transformasi Laplace
masukan (fungsi penentu dengan anggapan bahwa semua
syarat awal nol.
Kegunaan konsep fungsi alih terbatas pada
sistem linear persamaan diferensial, waktu tidak berubah.
Namun pendekatan fungsi alih digunakan secara ekstensif
dalam analisis dan desain sistem demikian. Berikut ini
kita akan mendaftar komentar penting mengenai fungsi
alih. (Perhatikan bahwa dalam daftar tersebut sebuah
sistem adalah sistern linear yang dijelaskan oleh
persamaan diferensial, waktu tidak berubah).
1. Fungsi alih dari sistem adalah model matematika
yang merupakan metode operasional dari
pernyataan persamaan diferensial yang
menghubungkan variabel keluaran dengan
variabel masukan.
2. Fungsi alih adalah sifat dari sistem tersebut
sendiri, tidak tergantung dari besaran dan sifat dari
masukan atau fungsi penggerak.
3. Fungsi alih termasuk unit yang diperlukan untuk
menghubungkan masukan dengan keluaran;
namun, ia tidak memberikan informasi apapun
mengenai struktur fisik dari sistem tersebut.
(Fungsi alih dari banyak sistem yang secara fisik
berbeda dapat identik).
4. Jika fungsi alih dari sistem diketahui, keluaran
atau tanggapan dapat ditelaah untuk berbagai
macam bentuk masukan dengan pandangan
terhadap pengertian akan sifat dari sistem tersebut.
5. Jika fungsi alih dari sistem tidak diketahui, ia
mungkin dapat diadakan secara percobaan dengan
menggunakan masukan yang diketahui dan
menelaah keluaran dari sistem tersebut. Sekali
diadakan, fungsi alih memberikan penjelasan
penuh dan karakteristik dinamika dari sistem, yang
berbeda dan penjelasan fisiknya.
Istilah gain digunakan untuk menunjukkan relasi
antara masukan dan keluaran sebuah sistem, dimana gain
G = keluaran/masukan. Bila masukan dan keluaran sistem
yang dinyatakan dalam bentuk fungai s, maka fungsi alih
atau
transfer function G(s) didefinisikan sebagai [
keluaran Y(s)/ masukan X(s) ] ketika semua kondisi mula
sebelum masukan dikenakan adalah sama dengan nol.
Fungsi alih = G(s) =
........................................ (2.1)
Gambar 2.3 Blok Diagram Fungsi Alih
Suatu fungsi alih dapat direpresentasikan sebagai
sebuah blok diagram dengan X(s) sebagai masukan, Y(S)
sebagai keluaran, dan fungsi alih G(S) sebagai operator di
dalam kotak yang mengkonversikan masukan menjadi
keluaran. Blok akan merepresentasikan perkalian
masukan. Jadi, dengan menggunakan transformasi
Laplace masukan dan keluaran, maka fungsi alih dapat
digunakan sebagai sebuah faktor pengali sederhana.
2.4 Tanggapan Sistem Kendali secara Umum
Ketelitian adalah menunjukkan deviasi keluaran
sebenarnya terhadap nilai yang diinginkan. Umumnya
ketelitian sistem pengaturan diperbaiki dengan
menggunakan mode pengontrol seperti integrasi atau
integrasi proporsional.
Kestabilan adalah suatu sistem dikatakan stabil
jika keluarannya tetap pada nilai tertentu dalam jangka
waktu yang ditetapkan setelah diberi masukan. Keluaran
suatu sistem tak stabil akan terus naik atau dan turun
hingga kondisi break down.
Kecepatan respon (response) adalah mengukur
kecepatan keluaran dalam menanggapi perubahan nilai
masukan. Pada sistem orde dua, tanggapan sistem kendali
terbagi menjadi tiga berdasarkan konstanta
peredamannya, yaitu sistem kurang teredam/under
damped (ζ < 1), teredam kritis/critical damped (ζ = 1)
dan teredam lebih/over damped (ζ > 1).
Gambar 2.4 Kurva Peredaman
2.4.1 Tanggapan Transien
Tanggapan transien adalah tanggapan sistem
yang berlangsung dari awal dikenai perubahan masukan
atau gangguan sampai keadaan akhir atau kondisi tunak
(steady state).
Gambar 2.5 Kurva Tanggapan Sistem
Beberapa Parameter yang penting untuk
diketahui dalam tanggapan Transien, yaitu
Kesalahan keadaan tunak (Steady State Error),
adalah perbedaan antara keluaran yang dicapai saat tunak
dengan nilai yang diinginkan
2.4.2 Tanggapan Tunak (Steady State)
`Tanggapan Tunak (Steady State) adalah kondisi
sewaktu sifat-sifat suatu sistem tak berubah dengan
berjalannya waktu atau dengan kata lain, konstan. Pada
kebanyakan sistem, keadaan tunak baru akan dicapai
beberapa waktu setelah sistem dimulai atau diinisiasi.
Kondisi awal ini sering disebut sebagai keadaan transien,
dibawah ini bentuk gambar tanggapan keadaan tunak
(steady state) :
Gambar 2.6 Tangapan Tunak (Steady State)
2.5 Simulaotor Plant
Gambar 2.7 Plant
Plant adalah bagian sistem fisis yang
diatur/dikendalikan. Pada sistem pengaturan selalu ada
“sesuatu” yang diatur. Dalam bidang teknik, “sesuatu” itu
adalah suatu sistem fisis yang merupakan sekumpulan
peralatan mekanis, elektris, pneumatic, hidraulics ( yang
sering disebut : hardware ).
Besaran fisis yang dihasilkan oleh plant,
disebut keluaran (output ).
Variable atau besaran yang memberikan suatu
aksi/pengaruh terhadap plant,disebut masukan
( input ).
Analisa Plant, yaitu analisa mengenai
hubungan antara sinyal input dan output.
Sinyal adalah besaran yang merupakan fungsi
waktu.
Jaringan penunda orde satu digunakan pada
sistem pengendalian otomatik dalam kapasitas yang
berbeda – beda. Sebagai contoh, jaringan ini dipakai
sebagai simulator jaringan yang dikontrol dan juga
digunakan sebagai cabang umpan balik dalam rangkaian
pengendalian yang lainnya. Jaringan penunda orde dua
dapat dipakai sebagai satu simulator dari jaringan yang
akan dikontrol dengan pendekatan yang baik dan juga
dapat digunakan sebagai penghubungan umpan balik.
2.5.1 Plant Orde Satu
Pada plant memiliki model matematik
pendekatan sistem orde 1, jika uji sinyal step respon
output sistem/plant menyerupai atau dapat didekati
dengan respon sistem orde satu. Oleh karena itu model
pendekatan atau model reduksi sistem/plant dapat
dinyatakan sebegai berikut:
............................................................. (2.2)
Tampak bahwa terdapat dua parameter
( ) yang perlu ditentukan berdasarkan spesifikasi
respon. Apabila sistem orde satu dikenakan pada sinyal
masukan maka transformasi keluaranya adalah :
Y(s) = G(s) X(s) =
=
⁄
⁄
...................... (2.3)
Karena terdapat transformasi yang berbentuk
a/s(s+a), sehingga persamaanya seperti:
Y = k(1-
Pada gambar grafik diatas menunjukkan
keluaran sistem berubah terhadap waktu, mula – mula
pada t=0, keluaran akan sama dengan 0, selanjutnya nilai
keluaran sistem naik sebesar 0,63 dan dalam keadaan
tunak setelah 1τ. Kemudian nilai keluarannya akan
mencapai 0,86 dari keadaan tunak setelah 2τ dan akan
mencapai 0,95 dari nilai keadaan tunak setelah 3τ, setelah
4τ, keluaraan sistem secara efektif akan sama dengan dari
nilai keadaan tunaknya, k. suku eksponesial pada
persamaan di atas akan sama dengan nol jika waktu t
menuju tak hingga
a
2.5.1.1 Menentukan Parameter (Gain)
Jika sistem adalah linier, hubungan Y(s) dengan
X(s) dapat dituliskan sebagai hubungan linier :
Y(s) = KX(s) atau =
.................................... (2.4)
Sedangkan jika pada sistem/plant non-linier,
hubungkan dapat tersebut dapat dinyatakan dalam
hubungan non-linier, yaitu :
Y(s) = f (X(s)) sehingga K dapat dirumuskan : =
f
X(s)) ........................................................................ (2.5)
Algoritma menentukan nilai gain K (metode
grafis)
1. Memberikana beberapa masukan step pada
sistem/Plant, selanjutnya dilakukan pengukuran
harga steady state output untuk tiap masukan.
2. Membuat kurva kerja dengan Yss sebagai ordinat
dan Xss sebagai absis
3. Meletakkan titik kerja yang telah ditentukan pada
kurva kerja
4. Menarik garis singgung kurva melalui titik kerja
yang dipilih
5. Mengukur koefesien arah dari garis singgung
6. Nilai gain K adalah koefisien arah singgung.
2.5.1.2 Menetukan Parameter τ (Time Constant)
Time constant τ ditentukan melalui pengukuran
respon output sistem/plant untuk masukan step pada titik
kerja yang dipilih. Algoritma menentukan nilai time
constant ini dapat dituliskan sebagai berikut:
Algoritma menentukan nilai Time constant τ
(metoda grafis)
1. Memberikan masukan step pada sistem/plant
dengan sinyal step sesuai titik kerja yang dipilih
2. Mengamati respon output melalui plotter,
selanjutnya membuat kurva respon transient
dengan y(t) sebagai ordinat dan waktu t sebagai
absis
3. Mengukur nilai steady state, selanjutnya
mengukur waktu yang diperlukan untuk
mencapai 63,2% dari keadaan steady state.
4. Nilai Time constant adalah waktu yang
diperlukan respon untuk mencapai 63,2% dari
keadaan steady state.
5. Waktu naik (td) adalah waktu yang dibutuhkan
oleh keluaran sistem untuk mencapai 50% dari
nilai keadaan tunaknya. Jadi karena k adalah
nilai akhir maka waktu yang diperlukan untuk
mencapai 50% dari nilai ini adalah dirumuskan
sebagai berikut:
6. Waktu naik adalah waktu yang dibutuhkan oleh
keluaran sistem untuk naik dari 10% nilai
keadaan tunaknya hingga mencapaui 90% nilai
keadaan tunaknya,
2.5.2 Plant Orde Dua
Pada plant memiliki model matematik
pendekatan sistem orde dua, jika uji sinyal step respon
output sistem/plant menyerupai atau dapat didekati
dengan respon sistem orde dua. Oleh karena itu model
pendekatan atau model reduksi sistem/plant dapat
dinyatakan sebegai berikut:
..................................... (2.6)
Tampak bahwa terdapat tiga parameter (K,ξ, dan
) yang perlu di tentukan berdasarkan spesifikasi
respon.
2.5.2.1 Menentukana Parameter ξ (Koefisien
Redaman) dan (Frekuensi Natural)
Koefisien redaman ξ dan frekuensi natural
dapat ditentukan melalui pengukuran respon output
sistem/plant untuk masukan step pada titik kerja yang
dipilih. Algoritma menentukan nilai koefisien redaman ξ
dan frekuensi natural ini dapat dituliskan sebagai
berikut:
Algoritma menentukan nilai ξ dan (metode grafis)
1. Memberikan masukan step pada sistem/plant
dengan sinyal step sesuai titik kerja yang dipilih.
2. Mengamati respon output melalui plotter,
selanjutnya membuat kurva respon transient
dengan y(t) sebagai ordinat dan waktu t sebagai
absis
3. Mengukur steady state Y(s) serta nilai peak
overshoot Yp serta time peak Tp
4. Menghitung harga ξ dan dengan formulasi
sebagai berikut.
ξ =
√
(
)
.................................... (2.7)
=
√ ............................................ (2.8)
BAB III
PERENCANAAN PENGUJIAN
3.1 Pendahuluan
Perencanaan adalah proses untuk mempersiapkan
suatu ide dan gagasan berdasarkan teori – teori yang
mendukung untuk melakukan pengujian. Perencanaan
dibuat sebgai dasar - dasar utama dalam melakukan
langkah – langkah pengujian alat yang sudah ada dan
merupakan tahap awal dalam pengerjaan proyek akhir ini.
Tahapan perancangan dilakukan sedemikian rupa
sehingga dapat mengetahui hasil keluaran menggunakan
program pada komputer,
3.2 Tujuan Perencanaan
Tujuan dari perencanaan ini yaitu untuk
menyiapkan segala sesuatu yang diperlukan untuk
melakukan pengujian yang akan dicapai berdasarkan teori
yang telah didapat dengan memperhatikan semua aspek
yang berkaitan..
Dalam perencanaan suatu alat, ada beberapa
faktor yang harus dipertimbangkan, baik aspek teknis
maupun aspek non-teknis. Aspek teknis dalam arti alat
dibuatkan berdasarkan kebutuhan untuk menunjang suatu
fungsi kerja tertentu dan memenuhi persyaratan tertentu.
Sedangkan aspek non-teknis diartikan sebagai aspek
diluar teknis seperti segi ekonomi dan komersial.
3.3 Langkah Perancangan
Langkah-langkah perancangan secara umum
tergambarkan pada flowchart gambar 3.1.
`
Gambar 3.1 Flow Chart Perbaikan
3.4 Spesifikasi Alat
Pada perencanaan perbaikan simulator plant
orde satu dan orde dua pada Proyek Akhir ini, terdapat
beberapa modul yang sudah ada dan modul yang di buat,
modul yang di buat yaitu power supply ±15 V. Beberapa
komponen pada simulator plant orde satu dan orde dua
yang memiliki fungsi dan rangkaian yang berbeda – beda.
Tabel 3.1 Spesifikasi Alat
Modul Spesifikasi
Power Supply
- ± 15V
- Vout = ±15V
Modul Plant Orde
satu dan Orde 2
- Vin = ± 15V
- Vstep = 0 ~ 10V
- τ1 = 1s ~ 10s
- τ2 = 1s ~ 10s
- α = 0 ~ 1
Tabel 3.2 Spesifikasi Komponen
Modul Komponen Spesifikasi
Mudol Power
Supply
- ± 15V
- Dioda
- Kapasitor
- IC Regulator
100v/6a
2200µF/25V
10µF/25V
- 7815
Vi = 15 V
Vo = 14,4-15,6
V
I = 1 A
- 7915
Vi = -15V
Vo = 14,4-15,6
V
I = 1 A
- Transformator
- CT
Vi = 220V AC
Vo= ± 15 V
DC ; 3A
- Transistor
- TIP 2955 dan
TIP3055
Vcb = 100 v
Vce = 60 v
Ic = 15A
Ib = 7 A
Modul Plant
Orde satu dan
Orde 2
- IC OP AMP
- LM 741
Vsupply =
±22v
Vcc = ±15v
Mulai
Studi Pustaka
Perencanaan
Perbaikan
Pengujian
Simulator
Identifikasi
Kerusakan
Penggantian
Komponen
Pengujian
Simulator
Ya
Benar
Analisis
a
Kesimpulan
a
Selesai
Penentuan
Spesifikasi
Alat
- LM 1458
Vsupply =
±22v
Vcc = ±15v
- LF 356
Vsupply =
±18v
Vcc =
±15v
3.5 Deskripsi Kerja
A B C
Gambar 3.2 Rangkaian Simulator Plant
Deskripsi kerja :
Pada proyek akhir ini akan dibahas mengenai
simulator plant orde satu dan orde dua, pada power
mengeluarkan tegangan ±15V untuk membangkit
rangkaian pada simulator plant karena IC Op - Amp
membutuhkan tegangan sumber sebesar ±15V, power
supply ±15V masukan ke step input dan dari step input di
atur tegangan untuk diberikan ke simulator plant sebagai
set point atau step input dan hasil keluaran dari plant orde
satu dan orde dua masuk ke cassy pack untuk di
tampilkan gelombangnya.
Blok A adalah power supply DC (± 15 Volt)
yang digunakan untuk membangkitkan Op-Amp pada
simulator plant dan sumator.
Blok B adalah tegangan referensi, tegangan
referensi digunakan sebagai set point yang diinginkan
pada simulator plant orde satu dan orde dua. Beban pada
blok b berupa tegangan 0 – 15 Volt, step input yang
digunakan adalah 0 – 5 Volt.
Blok C adalah Simulator Orde satu dan Orde dua
3.6 Metodologi Perencanaan Perbaikan
Pada proyek ini dilakukan perencanaan
perbaikan karena sebelum melakukan pengujian kita
harus melakukan beberapa hal agar pengujian berjalan
dengan lancar, karena simulator yang digunakan dalam
keadaan tidak optimal sehingga harus dilakukan
perbaikan. Dibawah ini beberapa tahapan Perbaikan:
1. Uji kerusakan pada modul simulator plant orde
satu dan orde dua pada cassy pack.
Bandingkan Simulator plant yang rusak
dengan simulator plant baik Pada bagian ini
simulator plant akan dibandingan simulator
yang mengalami kerusakan dengan sampel
simulator plant yang baik, dimana dengan
menggunakan cassy pack akan dibandingkan.
Dan akan terlihat bentuk gelombang yang
mengalami kerusakan dengan bentuk
gelombang yang baik.
2. Identifikasi kerusakan pada komponen
Pada bagian ini dilakukan pengidentifikasian
setiap komponen dengan cara mengetahui
karakteristik setiap komponen. Dengan
menggunakan multimeter lakukan pengecekan
setiap komponen.
3.7 Perancangan Power Supply ±15V
Catu daya yang dipakai adalah catu daya DC
untuk catu daya simulator plant orde satu dan orde dua
adalah tegangan ±15V. Sumber tegangan ±15V berfungsi
untuk mengaktifkan ic op – amp yang berada pada
simulator plant orde satu dan orde dua.
3.7.1 Gambar Konfigurasi Rangkaian
Gambar konfigurasi 3.3 merupakan gambar
konfigurasi rangkaian DC supply ±15V.
Gambar 3.3 Konfigurasi Rangkaian DC Supply ±15V
Digunakan penyearah setengah gelombang.
Berikut merupakan penentuan nilai sekunder trafo CT.
Maka nilai sekunder trafo seharusnya lebih besar
dari 15V. Penulis memilih sekunder trafo yang 18V hal
ini disebabkan karena besar tegangan output setelah
melewati penyearah menjadi naik, untuk mengatasi hal
tersebut maka dipilihlah sekunder trafo 18V. DC supply
yang dibutuhkan adalah sebesar +15V dan -15V, maka
digunakan LM 7815 dan LM 7915.
Nilai dioda yang digunakan adalah 50V (karena
setelah melihat Vm maka tegangan diode harus >Vm dan
dicari yang mudah ditemukan dipasaran), 6A (I trafo
adalah 3A, karena Id > It dan setelah melihat pasaran,
maka yang digunakan adalah 6A).
Nilai kapasitor yang dipasang harus
diperhitungkan. Kapasitor ini digunakan untuk
menghilangkan ripple. Berikut ini merupakan
perhitungan nilai kapasitor. Nilai asumsi ripple yang
digunakan adalah nilai ripple maksimum yang
diperbolehkan untuk menghasilkan catu daya yang baik
(±3%).
3.7.2 Perancangan Modul
Gambar 3.4 Rangkaian DC Supply ±15V
3.8 Realisasi perangkat Keras Simulator Plant
Orde Satu dan Orde Dua
Pada sub bab ini penulis membahas tentang
rangkaian simulator plant orde satu dan orde dua,
dibawah ini rangakian simulator plant yang dihubungkan
pada ke software cassy pack.
Gambar 3.8 Realisasi Rangkaian Simulator Plant
Pada rangkaian diatas power supply untuk
tegangan Vcc dihubungkan kepada set point dan
simulator plant untuk membangkitkan tegangan kerja
pada op amp yang berada pada simulator plant, lalu step
input di masukan ke simulator plant dan keluarannya
dimasukan ke modul software cassy pack.
Pada simulator plant orde satu dan orde dua ini
memiliki rangkaian seperti ini
Gambar 3.9 Realisasi Rangkaian Simulator Plant
Menggunakan Program Proteus Dan Rangkaian Pada
Simulatornya
R 6
V o
V c c
+ 1 5 v
-1 5 v
V c c
L F 3 5 6
2
3
71 5
4
6
R 4R 5
C 1
R 3
C 1
R 2R 1
6
4
517
3
2
L F 3 5 6
-1 5 v
V c c
V c c
+ 1 5 v
V i
3.9 Simulator Plant Orde Satu
Rangkaian orde satu terdiri dari dua buah Op-
Amp yaitu LM 356 dan LM 1458. Rangkaian Op-Amp
pertama menunjukan nilai dari orde satu sedangkan
rangkaian Op-Amp yang kedua merupakan rangkaian
inverting yang bertujuan untuk menghasilkan nilai positif
V i
V c c
+ 1 5 v
-1 5 v
V c c
L F 3 5 6
L M 1 4 5 8
-1 5 v
V c c
V c c
+ 1 5 v
2
3
71 5
4
6
R 1R 2
R 4
R 5
R 6
V o
2
7
3
4
6
C 1
R 3
Gambar 3.10 Rangkaian Simulator Plant Orde 1
Rangkaian pada Op-Amp yang kedua (U2A)
merupakan rangkaian inverting, penambahan rangkaian
inverting dimaksudkan agar output tegangan bernilai
positif. Dengan mengatur nilai R2 dan C pada rangkaian
Op-Amp pertama (U1) maka dapat merubah nilai dari
fungsi alih simulator plant orde satu, sehingga bisa
mendapatkan nilai fungsi alih yang diinginkan. Di bawah
ini merupakan tabel nilai R1, R2, dan C yang dipakai
untuk menentukan nilai fungsi alih yang bermacam –
macam.
Tabel 3.3 Persamaan Dasar Plant Orde Satu
Nilai R1
Nilai R2
Nilai R3
Nilai C Persamaan Fungsi Alih
1 KΩ 0,99
M
10
KΩ 1µF
5 KΩ 0,99
M
10
KΩ 1µF
1 KΩ 10
M
10
KΩ 1µF
5 KΩ 10
M
10
KΩ 1µF
1 KΩ 0,09
M
10
KΩ 1µF
3.10 Simulator Plant Orde Dua
Rangkaian simulator orde dua merupakan
gabungan antara dua buah rangkaian simulator plant orde
satu yang dirangkai seri, di bawah ini merupakan gambar
rangkaian simulator plant orde dua
Gambar 3.11 Rangkaian Simulator Plant Orde 2
Persamaan fungsi alih diatas digunakan pula
untuk rangkaian Op-Amp kedua (U2A), sehingga akan
menghasilkan nilai fungsi alih berorde dua. Dibawah ini
merupkan blok diagram untuk rangkaian simulator plant
orde.
1
Ts+1Vi (s) Vo (s)
1
Ts+1
Gambar 3.12 Blok Diagram Rangkaian Orde Dua
Tabel 3.3 Persamaan Dasar Plant Orde Dua
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Tujuan Pengujian
Pengujian alat bertujuan untuk mengetahui cara
kerja alat yang dibuat dengan mengacu pada karakteristik
teoritis dan spesifikasi yang diinginkan sesuai dengan
tujuan yang sudah dirancang sebelumnya.
Membandingkan simulator yang sudah diperbaiki dengan
simulator yang masih mengalami kerusakan.
a Menguji karakteristik simulator plant orde
satu dan plant orde dua.
b Menganalisa kerusakan pada komponen yang
terdapat pada plant orde satu dan orde dua
c Menganalisa data hasil pengujian
4.2 Tahapan Pengujian
4.2.1 Pengujian Simulator Plant Orde Satu dan
Plant Orde Dua
Prosedur Pengujian Semikonverter
1) Aktifkan program Cassy pack
2) Masukan sumber DC ± 15, dan 0 Volt ke
simulator plant orde satu dan orde dua
3) Beri tegangan input DC pada Vin simulator plant
orde satu dari (0 – 5) Volt
3) Sambungkan set point , output, dan ground
simulator ke hardware Cassy pack
4) Atur nilai Ts yang diinginkan.
6) Catat Tegangan output dengan menggunakan
Cassy pack.
Data Hasil Pengujian Karakterisitk Simulator Plant Orde
Satu dan Orde Dua
Setelah melakukan pengujian simulator plant
orde satu dan orde dua di dapatkan hasil gelombang
keluaran karakteristik simulator plant orde satu yang
masih dalam keadaan normal.
Step input = 5v, τ1 = 1; R1=1KΩ; R2= 0.99M; R3=
10KΩ; R4=10KΩ;C=1µF;
Gambar 4.1 Grafik Output Orde 1 Dengan Fungsi Alih
Dibawah ini adalah contoh gambar grafik
simulator plant orde dua yang mangalami kerusakan.
Pada saat percobaan dari 3 simulator yang mengalami
kerusakan karakteristik gelombang yang mengalami
kerusakan menyerupai maka hanya beberapa gambar
untuk simulator plant yang rusak di cantumkan pada
laporan ini.
Persamaan Dasar Rangkaian U1 Persamaan Dasar Rangkaian U2
Fungsi Alih 1xFungsi Alih 2
Nilai R1 Nilai
R2
Nilai
C1 Fungsi Alih 1 Nilai R3 Nilai R4 Nilai C2 Fungsi Alih 2
10 KΩ 10 KΩ 100 µF
10 KΩ 10 KΩ 100 µF
10 KΩ 5 KΩ 100 µF
10 KΩ 5 KΩ 100 µF
10 KΩ 3,3 KΩ 100 µF
10 KΩ 3,3 KΩ 100 µF
10 KΩ 2,5 KΩ 100 µF
10 KΩ 2,5 KΩ 100 µF
10 KΩ 2 KΩ 100 µF
10 KΩ 2 KΩ 100 µF
Gambar 4.6 Grafik Output Orde 1 Rusak Dengan Fungsi
Alih
Gambar 4.7 Grafik output orde 1 yang rusak dengan
fungsi alih
Gambar 4.8 Grafik Output Orde 2 Dengan Fungsi Alih
Untuk kerusakan pada plant orde sama dengan
kerusakan pada plant orde satu
Sama seperti pada plant orde satu Dibawah ini
adalah contoh gambar grafik simulator plant orde dua
yang mangalami kerusakan. Pada saat percobaan dari 3
simulator yang mengalami kerusakan karakteristik
gelombang yang mengalami kerusakan menyerupai maka
hanya beberapa gambar untuk simulator plant yang rusak
di cantumkan pada laporan ini.
Setelah mengetahui hasil keluaran gelombang
plant orde satu dan orde dua dalam kondisi normal
maupun dalam kondisi rusak, maka dilakukan perbaikan
untuk simulator plant orde satu dan orde dua ini, dengan
cara melakukan pengecekan pada setiap komponen –
komponen yang berada pada simulator plant tersebut.
1. Melakukan pengecekan pada diode yang berada
pada simulator tersebut, dengan cara
menggunakan avometer untuk mengecek kaki
katoda dan anodanya
2. Melakukan pengecekan pada resistor tetap dan
variable, dengan cara menyambungkan kaki –
kaki resistor kepada avometer. Pada resistor
tetap akan muncul nilai tahanan pada resistor
tersebut lalu bandingkan dengan pita warna yang
tertera pada resistor tersebut. Untuk resistor
variable dengan cara menghubungkan kaki
resistor yang tetap dan variable lalu putar saklar
untuk menentukan nilai resistor tersebut, bila
berubah nilainya tahan berarti dalam keadaan
baik, sedangkan bila tidak berubah maka resistor
tersebut tidak rusak.
3. Melakukan pengecekan pada kapasitor dengan
cara mengisi kapasitor tersebut dengan tegangan
lalu cek dengan avometer bila nilai tegangan
capasitor muncul dan bila diukur akan semakin
kecil nilai tegangan maka kapasitor tersebut
dalam keadaan baik.
4. Melakukan pengecekan pada IC Op Amp
dengan cara mencobakannya langsung pada
rangkaian, bila hasil dari rangkaian Vo tidak
sesuai maka IC tersebut rusak.
Pada simulator plant ini komponen yang
mengalami kerusakan adalah diode zener dan ic LM 741.
Pada contoh simulator yang mengalami kerusakan pada
grafik pertama, komponen yang mengalami kerusakan
ada diode zener, sehingga step input tetap di 5V
sedangakan untuk gelombang karakteristik plant orde
satu dan orde dua mencapai 12V,
Lalu pada gambar grafik kerusakan plant orde
satu dan orde dua pada grafik yang kedua, komponen
yang mengalami kerusakan adalah IC LM 741, karena IC
LM 741 ada rangkaian pembangkit gelombang orde satu
dan orde dua sehingga gambar grafik gelombang pada
simulator tersebut tidak beraturan.
4.2.2 Perbandingan Pengujian Antara Cassy Pack
Dengan Matlab Plant Orde Satu
Selain diuji menggunakan Cassy pack, pengujian
karakteristik plant orde satu dapat diuji dengan
menggunakan matlab. Di bawah ini merupakan tabel
perbandingan percobaan antara Cassy pack dan Matlab
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Time (second)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Time (second)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Time (second)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Time (second)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Time (second)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Time (second)
Tabel 4.1 Perbandingan Percobaan Simulator
Plant Orde satu Dengan Menggunakan Cassy
pack Dan Simulasi Matlab
Fungsi
Alih
Percobaan
Menggunakan Cassy
Pack
Percobaan
Menggunakan Matlab
Analisa :
Berdasarkan hasil pengujian simulator plant
orde satu dengan menggunakan cassy pack menunjukkan
bahwa output yang dihasilkan sebanding dengan output
yang dihasilkan oleh simulasi software matlab
4.2.3 Perbandingan Pengujian Antara Cassy Pack
Dengan Matlab Plant Orde dua
Tabel 4.2 Perbandingan Percobaan Simulator
Plant Orde Dua Dengan Menggunakan Cassy
Pack Dan Simulasi Matlab
Fungsi Alih
Percobaan
Menggunakan Cassy
Pack
Percobaan
Menggunakan
Matlab
Analisa :
Berdasarkan hasil pengujian simulator plant orde
dua dengan menggunakan cassy pack menunjukkan
bahwa output yang dihasilkan sebanding dengan output
yang dihasilkan oleh simulasi software matlab
TR
4.2.4 Indetifikasi Grafik Plant Orde Satu
Pada bagian ini akan membahas tentang
menentukan τ gambar grafik yang di tampilkan di
program cassy pack.
Gambar 4.13 Grafik Plant Orde Satu τ = 1s
Gambar 4.14 Grafik Plant Orde Satu τ = 5s
Pertama tentukan dahulu K (Gain Over all)
dimana rumus adalah input dari plan dibagi dengan
output dari plan sehingga seperti ini :
K =
K =
= 1
Pada plan orde satu ini cara mengidentifikasi
yaitu untuk mendapatkan τ (time konstan) adalah 63,2%
dari keadaan tunak (state steady) sehingga hasilnya yaitu
:
Τ = 63.2% x Keadaan State steady
= 63,2% x 5v
= 3,16 V
Setelah menemukan tegangan yang mencapai
63,2% lalu tarik garis dari tegang tersebut ke gelombang
plant orde satu lalu dari gelombang tersebut tarik
kebawah ke fungsi waktu sehingga dapat ditentukan time
konstan-nya, seperti gambar di atas, sehingga dapat
ditentukan τ = 1, dan persamaannya adalah
=
Rise Time (TR) : Ukuran waktu yang
menyatakan keberadaan suatu respon, yang di ukur mulai
respon 5% s/d 95% dari respon steady state dapat pula
10% s/d 90%
TR = t Ln 19 (5%–95%), atau TR = t Ln 9 (10%-90%)
Respon 5% Respon 95%
= 5% x 5v = 95% x 5v
= 0.25 v = 4.75 v
TR = t Ln 19 (5%–95%)
= 1 Ln 19 (0.25 – 4.75 )
= 4.44 s
Settling Time (TS): Ukuran waktu yang
menyatakan respon telah masuk ±5% atau ±2% atau
±0,5% dari respon steady state.
Ts(± 5%) = 3t ; Ts(± 2%) = 4t atau Ts(± 0,5%)=5t
63,2% dari
keadaan
tunak
τ=1
Delay Time (TD) : Ukuran waktu yang
menyatakan factor keterlambatan respon output terhadap
input, di ukur mulai t = 0 s/d respon mencapai 50% dari
respon steady state. TD = t Ln2
4.2.5 Indetifikasi Grafik Plant Orde Dua
Pada bagian ini akan membahas tentang
menentukan τ gambar grafik yang di tampilkan di
program cassy pack
Gambar 4.15 Grafik Plant Orde Dua τ = 1s; τ = 1s
Gambar 4.16 Grafik Plant Orde Dua τ = 5s; τ = 5s
Pada Plant orde dua cara mengidentifikasi gelombang
orde dua berbeda dengan orde satu yaitu :
1. Tarik garis miring dari titik nol “0”,
menyinggung lengkungan gelombang orde dua
hingga berhenti di step input
1. Lalu tarik garis dari singgungan antar garis
miring dengan garis gelombang orde dua. Tarik
garis ke bawah di tengah – tengah garis
singgungan tersebut sampai ke garis waktu
2. Setelah menemukan waktu yang tertera pada
garis keterangan waktu bagi 2 sehingga
menemukan τ (time konstan) yang sesuai dengan
persamaan matematisnya.
Dibawah ini dibahas tentang perbandingan
hasil pengaturan pada resistor yang diatur dengan dengan
hasil tampilan pengukuran pada program cassy pack.
Tabel 4.3 Perbandingan Pengukuran Dengan Simulator
Plant Dengan Software Cassy Pack.
Tabel 4.4 Perbandingan Pada Simulator Dengan Software
Cassy Pack
Dari hasil pengujian yang dilakukan, masih
adanya perbedaan dari pengaturan resistor pada simulator
dengan hasil dikeluarkan pada software cassy pack, dan
ada beberapa hasil pengaturan pada simulator yang sesuai
dengan keluaran pada cassy pack.
Simulator Plant Orde
Satu
Cassy
Pack
(τ) R1(k
Ω) R2(MΩ) (τ)
1 1 0.99
3
5 5 0.99
5,2
9 9 0.99
8
10 1 10
9,5
50 5 10
50
90 9 10
89
0.1 1 0.09
0.2
0.5 5 0.09
0.52
0.9 9 0.09 0.87
Simulator Plant Orde Dua Cassy
Pack
(τ1) (τ2) R1(k
Ω) R2(MΩ)
R1(k
Ω) R2(MΩ) (τ)
1 1 1 0.99 1 0.99 2.5
5 5 5 0.99 5 0.99 5
0.1 0.1 1 0.09 1 0.09 0,2
0.5 0.5 5 0.09 5 0.09 0.5
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil uraian dan pengujian proyek
akhir ini dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai
berikut :
1. Perbandingan karakteristik gelombang plant
orde satu dan orde dua melalui pengujian secara
hardware menggunakan Cassy Pack dan
menggunakan software Matlab terjadi perbedaan
Time Konstan (τ) yang kurang karena
penunjukan Time Konstan tidak presisi dengan
simulator yang di uji. Pada time constan sama
dengan 1 pada cassy pack melebihan dari time
constan yang sesuai simulator.
2. Pada saat pembeban pada power supply ±15V
terjadi drop tegangan di sisi positif maupun sisi
negatif,
5.2 Saran
Keseluruhan sistem yang dirancang dan
direalisasikan oleh penulis memiliki beberapa
kekurangan, oleh karena itu terdapat beberapa hal yang
dapat dijadikan saran untuk proses pengembangan
selanjutnya, sebagai berikut:
1. Pada simulator plant orde satu dan orde dua
range untuk konstan α = 0 ~1. Belum mencapai
α>1
2. Masih ada ketidak sesuaian pada simulator plant
orde satu dan orde dua dengan software Cassy
Pack.
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Rahmat, Basuki. 2004. Diktat Dasar Sistem Kontrol
EE-3133. Bandung: Sekolah Tinggi Teknologi
Telekomunikasi.
[2]. Surya, Hasan. 2004. Elektronika Daya.
Bandung:Politeknik Negeri Bandung
[3]. Woollard, Barry. 1999. Elektronika Praktis. Jakarta:
PT Pertja.
[4]. Bolton, W. 2006. Sistem Instrumentasi dan Sistem
Kontrol.Bandung: Pernerbit Erlangga.
[5]. _____. “ Indentifikasi Plant orde satu dan orde
dua
https://fahmizaleeits.wordpress.com/2011/02/25/
identifikasi-plant/
[6] Budiyanto, Eko Nugroho. 2011. Rancang
Bangun Simulator Plant Orde 1 Dan Plant Orde
2 Dengan Pengujian Menggunakan Kontroler Pi
Berbasis Plc. Bandung: Politeknik Negeri
Bandung
