Multibus I and II Suatu bus untuk desain fleksibel sistem komputer, dirancang oleh Intel
NOT GATE
9. PENGKONTROL PID (PID Controller)
9.2 Tata nama Parameter (Parameter nomenclature)
turan pada pengkontrol mekanikal sedemikian yang disebut proportional band, reset and rate. Harga ini didasarkan pada interaksi
teracting" dan "non-interacting" digunakan dengan banyak cara dan bisa membingungkan
bagian P, I dan D dari pengkontrol diberi masukan error yang sama secara parallel dan keluarannya ditambahkan bersama, ngan pertama adalah integral, kedua proporsional, dan ketiga derevatif. Perhatikan
i
berkumpul ke setpoint. Integral ini sebanding, tetapi tidak identik dengan integral dalam bentuk terus-menerus.
Dalam praktek, ke
a. Proportional Band – selalu disingkat Pb, inilah rentang (band) dim
p b
sebagai berikut:
b i
t
dengan analisa dimensional:
c na kesalaha
t
disimpulkan dengan analisa dimensional:
Parameter dari kontrol PID semula dinamai menurut penga
algoritma. Praktek modern menamainya sebagai gain, integral gain, and derivative gain karena lebih mencocokkan penggunaannya dalam pengkontrol digital.
Ada beberapa pengkontrol PID bentuk berbeda. Istilah "in
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGKONTROL PID
yang memungkinkan pengaturan konstanta proportional, integral atau derivative yang berdiri sendiri.
series atau bentuk "interacting", dimana keluaran setiap bagian pengkontrol digunakan sebagai masuk
•
an bagi bagian lain, sedemikian sehingga pengkontrol P, I dan D
Perhatikan bahwa bentuk pengkontrol yang paling umum dan efektif adalah bagian P yang serie, kemudian keluarannya dimasukkan ke bagian I dan P secara parallel. Campuran kedua
rbalik. Penyetelan pengkontrol dengan proportional band 100% berarti perubahan sinyal error 100% (setpoint – variabel proses) akan
e diskalakan berdasar pada proportional band dari algoritma kontrol interaksi. Reset diukur menit untuk mengkoreksi keluaran dengan proportional band. Rate diukur dalam
.2.1 Penyetelan/penyesuaian simpul
(Loop tuning)an parameter-parameter kontrolnya (gain/proportional band, integral gain/reset, derivative gain/rate) ke harga terbaik bagi reaksi terpisah-pisah dan disambungkan bersama secara deret (series). Dengan cara inilah pengkontrol pneumatik dan elektronik analog yang lama bekerja. Bentuk ini lebih terbatas
bentuk ini menambah kebingungan tentang istilahnya. Gain dan proportional band saling berhubungan te
menghasilkan 100% perubahan pada keluaran, yaitu dengan gain 1.0. Suatu proportional band 20% menunjukkan bahwa perubahan error 20% menghasilkan perubahan keluaran 100%, dengan gain 5.0.
Nilai reset dan rat
proportional band/minute.
9
Penyetelan (Tuning) suatu simpul kontrol adalah pengatur
kontrol yang diinginkan. Perilaku terbaik pada perubahan proses atau perubahan setpoint akan bervariasi tergantung pada penerapannya. Beberapa proses harus tidak mengijinkan kelebihan (overshoot) variabel proses dari setpointnya. Proses liannya harus meminimalkan enekji yang dikeluarkan untuk mencapai setpoint baru. Umumnya kestabilan reaksi diperlukan dan proses harus tidak berisolasi pada setiap kombinasi kondisi proses dan setpoint. Penyetelan simpul menjadi lebih rumit dengan waktu reaksi dari proses; bisa bermenit bahkan berjam-jam bagi perubahan setpoint untuk menghasilkan efek yang stabil. Beberapa proses memiliki suatu tingkat ketidak-linearan dan sehinga parameter-parameter yang bekerja baik pada kondisi beban penuh tidak akan bekerja ketika proses dimulai (start-up) dari tanps beban. Disini akan dijelaskan metoda manual traditional untuk penyetelan simpul.
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGKONTROL PID
Ada beberapa metoda penyetelan simpul PID. Pilihan metoda sangat tergantung pada apakah simpul dapat digunakan "offline" untuk penyetelan atau tidak, dan kecepatan reaksi dari sistem. Jika sistem bisa digunakan offline, metoda penyetelan terbaik sering melibatkan pengenaan
I sampai osilasi berhenti. Akhirnya, naikkan D sampai simpul cocok dan cepat mencapai acuannya. Penyetelan sistem ke perubahan langkah/tindakan di input masukannya, pengukuran keluaran sebagai fungsi waktu, dan penggunaan reaksi ini untuk menentukan parameter kontrol.
Jika sistem harus tetap online, satu metoda penyetelan adalah mula-mula menyetel harga I dan D ke nol. Naikkan P sampai keluaran simpul berosilasi. Kemudian naikkan
simpul PID yang cepat biasanya melebihkan (overshoot) sedikit untuk mencapai setpoint lebih cepat; namun, beberapa sistem tidak mengijinkan overshoot.
Effects of increasing parameters
Parameter Rise Time Overshoot Settling Time S.S. Error
Kp Decrease Increase Small Change Decrease
Ki Decrease Increase Increase Eliminate
Kd Small Change Decrease Decrease mall S Change
Metoda yetelan iseb Ziegler iperk hn G.
iegler dan Nathaniel B. Nichols. Seperti metoda diatas, mula-mula gain I dan D diset ke nol. Gain P dinaikkan sampai mencapai "critical gain" K dimana keluaran simpul mulai berosilasi.
Kebanyakan fasilitas industri modern tidak menyetel simpul (loop) menggunakan metoda alkulasi manual diatas. Sebagai gantinya, digunakan perangkat lunak (software) penyetelan PID dan optimisasi simpul untuk memastikan hasil yang sesuai. Paket software ini akan
pen lainnya yang d ut metoda -Nichols, d enalkan oleh Jo Z
c
Kc dan perioda osilasi Pc digunakan untuk menyetel gain sebagai berikut:
Ziegler-Nichols method Control Type Kp Ki Kd P 0.5·Kc - - PI 0.45·Kc 1.2K / Pp c - PID 0.6·Kc 2Kp / Pc KpP /c 8 k
menghimpun data, membangun model proses, dan mengusulkan penyetelan terbaik. Beberapa paket softwarebahkan mampu membangun penyetelan dengan penghimpunan data dari perubahan referensi.
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGKONTROL PID
Penyetelan simpul PID matematikal menyebabkan suatu rangsangan (impulse) dalam sistem, dan kemudian menggunakan reaksi frekuensi sistem terkontrol untuk merancang nilai simpul PID. Pada simpul-simpul dengan waktu reaksi beberapa menit, disarankan penyetelan simpul PID matematikal, karena dengan mencoba-coba (trial and error) bisa benar-benar perlu
berhari-lgoritma pengkontrol PID itu sendiri memiliki beberapa keterbatasan. Dalam prakteknya kebanyakan masalah (problem) muncul dari instrumentasi yang dihubungkan ke pengkontrol. Satu masalah umum adalah "integral windup
hari untuk mendapatkan setelan harga simpul yang stabil. Harga terbaik sangat sulit diperoleh, belum lagi besarnya biaya yang dihabiskan. Software komersil tersedia dari beberapa sumber. Beberapa pengkontrol simpul digital menawarkan keistimewaan penyetelan sendiri dimana perubahan setpoint yang sangat kecil pun dikirim ke proses, memungkinkan pengkotrol itu sendiri untuk menghitung harga penyetelan terbaik.
Rumusan-rumusan lain tersedia untuk menyetel simpul sesuai kriteria unjuk kerja yang beda.
9.2.2 Keterbatasan
(Limitations)A
". Ini bisa sangat lama bagi harga keluaran untuk
h dengan melumpuhkan (disable) fungsi integral sampai variabel terukur telah memasuki
pita batas ("deadband
melandai (ramp up) ke harga yang diperlukan ketika simpul pertama kali distart-up. Kadang-kadang simpul harus diberi beban awal (preloaded) dengan keluaran start. Pilihan lain adala
proportional band.
Beberapa simpul PID mengkontrol katup atau peralatan mekanis yang serupa. Keausan katup dan peralatan menjadi masalah pemeliharaan yang penting. Dalam hal ini, simpul PID sebaiknya memiliki ") untuk mengurangi kesering-aktifannya peralatan mekanis. Ini dimungkinkan dengan merancang pengkontrol agar tidak terpengaruh oleh
ringan low-pass dan kontrol derivative akan saling meniadakan, maka mengurangi gangguan dengan alat instrumentasi menjadi pilihan yang lebih perubahan yang kecil (dalam rentang pita batas tertentu). Keluaran yang dikalkulasi harus membiarkan pita batas sebelum keluaran sebenarnya akan berubah. Kemudian, pita batas baru dibuat sekitar harga keluaran yang baru
Masalah lain dengan hubungan differensial yaitu gangguan kecil dapat menyebabkan perubahan keluaran. Akan membantu dengan menyaring pengukuran, dengan harga rata-rata atau saringan low-pass. Tetapi, penya
baik. Pilihan sebaiknya, rentang differensial kebanyakan sistem bisa dimatikan walaupum dengan sedikit kerugian kontrol. Hal ini seperti menggunakan pengkontrol PID sebagai pengkontrol PI.
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGKONTROL PID
Hubungan proporsional dan differensial juga mengakibatkan hasil yang tidak diinginkan pada sistem yang dihubungkan ke masukan berubah seketika (misalnya ketika komputer mengubah setpoint). Untuk menghindari hal ini, beberapa algoritma PID menggabungkanberbagai pola:
− derivative of output; banyak sistem PID industrial sebenarnya mengukur beda harga keluaran
ua
Pola lain memiliki setpoint banyak (multiple setpoints) yang dikontrol oleh pengkontrol luar yang berbeda. Error dalam hubungan integral harus
Implementa dan batas menggunak
beberapa i kelebihan dalam (internal
overflow) dan harga ekstrim atau membatasi harga parameter gain yang bisa diatur.
yang selalu kontinyu (bukan fungsi digital), dan biasanya bergerak kearah yang sama seperti error.
− setpoint weighting; setpoint weighting menggunakan beberapa setpoint. Errors dari ked setpoint gabungkan untuk mengurangi gangguan. Beberapa pola secara perlahan-lahan mengurangi proporsi error dari setpoint lama, dan menaikkan proporsi error dari setpoint baru.
menjadi error kontrol sebenarnya untuk menghindari error kontrol yang mantap (steady-state). Parameter yang mantap ini tidak mempengaruhi tanggapan (response) terhadap gangguan beban dan pengukuran.
si digital dari suatu algoritma PID ada batasannya karena laju pengambilan data, kalkulasi internal dan ketelitian. Misalnya, sistem PLC yang lama hanya an 12 atau 16 bit untuk merepresentasikan variabel internal. Tambahan lagi, mplementasi software tidak dengan benar menangani
Masalah lain yang dihadapi dengan pengkontrol PID adalah kelinearannya, sehingga kinerjanya pada sistem yang tidak linear menjadi bervariasi. Lebih sering pengkontrol PID dipertinggi melalui metoda lokiga pengaturan atau fuzzy.
dengan sistem fisikal apa saja yang bisa enghasilkan perilaku rasiometrik dan integrasi.
lah yang paling stabil karena tidak mengalami jenuh/lelah, dan murah. Fungsi pengkontrol PID adalah ciri-ciri umum PLC yang digunakan banyak pabrik.
ggunaan industri sebagai pengkontrol yang terpasang pada panel; biasanya untuk satu atau dua rangkaian kontrol dan hanya digunakan untuk sistem kecil yang berdiri sendiri yang tidak memerlukan kontrol komputer atau PLC.
9.2.3 Implementasi
Suatu simpul PID dapat diimplementasikan m
Software simpul PID ada
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGKONTROL PID
Pada masa lalu kontrol proses otomatis, pengkontrol PID diimplementasikan dengan peralatan mekanisma yang digerakkan dengan udara bertekanan. Sistem mekanikal bisa menggunakan tuas, pegas dan pemberat. Pengkontrol numatik telah digangikan dengan pengkontrol elektronik
daan padat atau tabung, kapasitor dan tahanan. Simpul kontrol PID analog elektronik lebih banyak digital.
Pengkontrol analog elektronik sekarang sangat murah dan dapat dibuat dari penguat kea
dibuat dalam sistem elektronik yang rumit, misalnya posisi kepala penggerak cakram, pengendali catu daya, bahkan rangkaian pendeteksi gerakan seismometer modern. Dewasa ini, pengkontrol elektronik analog telah digantikan dengan pengkontrol digital yang diimplementasikan dalam microcontroller atau FPGA.
9.3 Kont
ng untuk
melenyapka kendaraan
mana pengkontrol digunakan agar secara tomatis mengatur beberapa variabel untuk mempertahankan pengukuran (variabel proses) sesuai set-point. Set-point adalah dimana atau berapa harga pengukuran yang diinginkan. Error
idefinisikan sebagaiperbedaan antara set-point dan pengukuran (error = set-point - measurement).
dan termostat rumah adalah contoh yang umum bagai