EL3215_03_13213108

(1)

MODUL 3 SISTEM KENDALI POSISI Muhammad Aldo Aditiya Nugroho (13213108)

Asisten: Dede Irawan (23214031) Tanggal Percobaan: 29/03/16 EL3215 Praktikum Sistem Kendali

Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer - Sekolah Teknik Elektro

dan Informatika ITB

Abstrak

Pada praktikum kali ini akan dilakukan pengendalian terhadap posisi motor DC. Praktikum kali ini dilakukan menggunakan kit DCMCT Quanser, multimeter, osiloskop, dan jumper. Percobaan yang akan dilakukan pada praktikum kali ini yaitu mengendalikan posisi motor lingkar tertutup menggunakan rangkaian op-amp.

Kata kunci: motor, DCMCT Quanser, Op-Amp, Posisi, Proporsional.

1. PENDAHULUAN

Praktikum kali ini diadakan dengan tujuan agar praktikan memahami konsep sistem pengendalian posisi motor DC, memahami sistem pengendali PID (terutama proporsional) serta karakteristiknya untuk mengendalikan posisi motor DC, dan dapat mengimplementasikan sistem pengendali motor DC menggunakan komponen analog. Pada praktikum kali ini, kami melakukan 1 buah percobaan, yaitu mengamati dan mengendalikan posisi motor DC lingkar tertutup menggunakan rangkaian op-amp. Pada laporan ini akan dipaparkan tata cara secara singkat untuk melakukan percobaan-percobaan pada praktikum kali ini dan juga hasil yang kami dapat beserta analisisnya.

2. STUDI PUSTAKA

2.1 PENGENDALIAN POSISI

Hubungan antara tegangan input motor Vm dengan posisi sudut motor θm adalah sebagai berikut:

θm

Vm

=

K

τ s

2

+

s

Pada dasarnya ada dua jenis sistem pengendalian, yaitu pengendalian loop terbuka dan pengendalian loop tertutup. Pada pengendalian loop terbuka output dari sistem tidak di umpan balikkan untuk dibandingkan dengan sinyal referensi.

Sistem pengendalian loop terbuka rentan terhadap error dan noise karena tidak adanya pembandingan terhadap referensi.

Gambar 2-1 Diagram Blok Sistem Loop Terbuka

Pada pengendalian loop tertutup output dari sistem diumpan balikkan untuk dibandingkan dengan sinyal referensi. Sistem pengendalian loop tertutup lebih tahan terhadap error dibandingkan dengan sistem loop terbuka

2.2 PENGENDALI PID

Sistem pengendali PID adalah sistem yang digunakan secara luas pada berbagai bidang industri. Pengendali PID terdiri dari 3 komponen, yaitu proporsional, integral, dan derivatif.

2.2.1 PROPORSIONAL

Hubungan antara sinyal error e dengan sinyal kontrol u adalah sebagai berikut:

u (t)=Kpe (t)

Komponen proporsional digunakan untuk

meningkatkan penguatan dan

mempercepat respon transien.

2.2.2 INTEGRAL

u (t)=Ki

∫

0 t

e (t )dt

Komponen integral digunakan untuk menghilangkan steady state error, walaupun menghasilkan overshoot sehingga keadaan steady state lebih lama dicapai

(2)

2.2.3 DERIVATIF

u (t)=Kd

de(t )

dt

Komponen derivatif digunakan untuk mempercepat respon transien, walaupun komponen ini akan meningkatkan derau pada sistem.

2.3 DCMCT QUANSER

DCMCT (Direct Current Motor Control Trainer) Quanser adalah suatu kit berupa sistem motor DC dengan spesifikasi berikut:

 Motor DC

 Optical Encoder

 Penguat Daya Linier

 Breadboard

 Tachometer dan Potensiometer

 Sensor Arus Analog

 Mikrokontroler PIC

 Konektor Serial

Berikut adalah gambar DCMCT Quanser.

Gambar 2-2 DCMCT Quanser

2.4 OP-AMP LM741

Op-Amp digunakan untuk melakukan implementasi sistem pengendali analog. Untuk mengimplementasikan sistem kendali motor DC, diperlukan rangkaian penguat, penjumlah (summer), penyelisih (difference), pembalik, integrator, dan diferensiator. Blok difference digunakan untuk penyelisih antara input dengan output. Blok proporsional, integral, dan diferensiator diimplementasikan menggunakan inverter, integrator, dan diferensiator. Ketiga sinyal ini dijumlahkan menggunakan summing amplifier.

Gambar 2-3 LM741 Pinout Diagram

3. HASIL DAN ANALISIS

Berikut adalah percobaan beserta langkah-langkah yang praktikan lakukan ketika praktikum

3.1 PENGENDALIAN POSISI LINGKAR

TERTUTUP MENGGUNAKAN

RANGKAIAN OP-AMP

Pada percobaan ini akan dilakukan pengamatan dan pengimplementasian sistem pengendalian posisi motor.Sistem pengendalian posisi ini diimplementasikan menggunakan rangkaian Op-amp yang bisa dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 3-1 Rangkaian Pengendali Proporsional

Praktikan akan memvariasikan nilai pada potensio SP sehingga mengerakkan motor ke posisi tertentu. Setelah itu, praktikan juga akan memveriasikan nilai R2 untuk mendapatkan beberapa nilai Kp yang berbeda – beda. Dari tugas pendahuluan, terbukti bahwa persamaan untuk mencari Kp adalah sebagai berikut:

Kp=

R 2

R1

Nilai R1 yang praktikan gunakan adalah R1 = 1.08kΩ, sehingga nilai Kp sepenuhnya bergantung pada nilai R2.

Untuk variasi nilai tegangan SP, praktikan mendapatkan data sebagai berikut:

(3)

Tabel 3-1 Data Variasi Tegangan SP

Tegangan SP (V) Perubahan Sudut (0₎

0.5 15 CW

1 45 CW

1.5 75 CW

Perubahan sudut dihitung dari posisi awal, yaitu saat tegangan SP = 0.

Bisa dilihat bahwa semakin naiknya tegangan, posisi motor akan bergerak searah jarum jam. Untuk pertambahan tegangan sebesar 0.5 V, terjadi perubahan sudut sebesar 300_{, kecuali untuk perubahan}

dari 0 – 0.5 V. Hal ini kemungkinan karena sistem memiliki threshold tegangan dimana sistem mulai bekerja.

Untuk perubahan nilai R2, data yang praktikan dapatkan adalah sebagai berikut: Tabel 3-2 Data Untuk Variasi R2

R2 Kp Tp Tss Tr Vos Vss 1.1 k 1.0 1 100 m 380 m 85 m 376 m 1507 m 1.4 5k 1.3 4 130 m 430 m 70 m 549 m 1269 m 2k 1.8 5 100m 510m 70m 801m 1467m 2.5 k 2.3 1 145 m 425 m 110 m 391 m 1287 m 3k 2.7 7 130 m 545 m 90 m 639 m 1386 m 4k 3.7 0 95m 485m 70m 711m 1400m Sedangkan berikut ini adalah nilai %OS untuk masing-masing variasi R2:

Tabel 3-3 %OS Untuk Variasi R2

R2 (kΩ) %OS 1.1 75.05 % 1.45 56.73 % 2 45.39 % 2.5 69.58 % 3 53.89 % 4 49.21 %

Persamaan fungsi transfer lingkar tertutup sistem ini adalah sebagai berikut:

C (s)

R (s )

=

R

₂

K

R

1

τ

s

2

+

1 τ

s+

=

1 τ

Dengan nilai τ yang konstan, apabila kita merubah nilai

ω

_n nilai damping ratio

ξ

akan berubah, dan perubahannya berbanding terbalik dengan perubahan

ω

_n . Sehingga apabila kita menaikkan nilai R2, nilai damping ratio nya akan semakin kecil, yang menyebabkan sistem semakin masuk ke dalam keadaan underdamped. Hal ini bisa terlihat pada gambar-gambar grafik osiloskop di bawah, dimana dengan naiknya nilai R2, sistem akan semakin banyak osilasi sebelum mencapai keadaan steady state, suatu efek underdamping. Nilai Overshoot yang didapatkan juga sesuai, yaitu dengan naiknya nilai damping ratio, nilai presentase overshootnya cenderung makin kecil.

Selain itu, didapatkan pula bahwa untuk nilai R2 yang naik, respon transien dari sistem cenderung melambat (Tss naik dan turun, tetapi tidak lebih cepat dari nilai awal). Hal ini tidak sesuai dengan harapan,

(4)

yaitu semakin besar nilai konstanta proporsionalitasnya, semakin cepat respon transien yang terjadi (sehingga lebih cepat mencapai steady state). Hal ini kemungkinan terjadi karena kesalahan pembacaan dan pengamatan oleh praktikan.

Berikut adalah hasil pembacaan osiloskop untuk variasi nilai R2 yang sama seperti tabel di atas:

Gambar 3-2 Grafik Osiloskop Untuk R2 = 1.1 kΩ

Gambar 3-4 Grafik Osiloskop Untuk R2 = 2 kΩ

Apabila kita lihat data Tr pada tabel di atas, didapat bahwa nilai Tr tidak menentu. Hal ini kemungkinan diakibatkan oleh pengukuran praktikan yang kurang akurat, karena melakukan pengamatan dengan terburu-buru. Nilai yang diharapkan yaitu nilai Tr semakin kecil untuk semakin besarnya nilai R2, karena semakin besarnya nilai Kp semakin cepat pula respon transiennya.

Selanjutnya, praktikan mencoba mengubah posisi dari motor secara manual dan

(5)

melihat apa yang terjadi seiring kenaikan R2. Semakin tingginya nilai R2 yang digunakan, motor akan memberikan perlawanan yang semakin besar terhadap penggerakan secara manual oleh praktikan. Selain itu, setelah praktikan melepaskan motor, motor akan kembali ke posisi semula dengan waktu yang berbeda-beda untuk nilai R2 yang berbeda-beda. Pengembalian posisi motor ke semula ini cenderung semakin cepat seiring naiknya nilai R2. Hal ini sesuai harapan, yaitu semakin tingginya nilai Kp yang digunakan, semakin cepat respon transien terjadi. Tetapi, hal ini tidak sama seperti yang teramati pada osiloskop. Kemungkinan hal ini terjadi karena praktikan tidak melepaskan motor pada posisi yang sama (untuk nilai-nilai R2 yang berbeda-beda).

Praktikan juga mengetes nilai R2 dimana tidak terjadi overshoot. Nilai R2 yang didapatkan adalah R2 = 330Ω. Berikut adalah respon sistem pada saat nilai R2 tersebut.

Gambar 3-8 Grafik Osiloskop Untuk R2 = 330 Ω

Parameter – parameter yang didapatkan adalah sebagai berikut:

Tabel 3-34 Parameter – Parameter untuk R2 = 330 Ω Variabel Nilai Tp 265 ms Tss 335 ms Tr 165 ms Vss 1570 mV Vos 36 mV %OS 97.007 %

Terlihat bahwa nilai Tss semakin cepat. Hal ini dikarenakan sedikitnya overshoot, sehingga respon transien lebih singkat.

4. KESIMPULAN

Kesimpulan yang saya dapatkan setelah melewati modul 3 ini adalah sebagai berikut:

 Kita bisa mengendalikan posisi dari

sebuah motor DC dengan

menggunakan rangkaian kendali proporsional yang disambungkan dengan potensiometer

 Komponen pengendali proporsional bisa kita gunakan untuk mengendalikan posisi sebuah motor DC

 Dengan menaikkan Kp dari pengendali proporsional, respon transien motor DC akan semakin cepat (mencapai steady state dengan lebih cepat)

 Kita bisa mengimplementasikan sistem pengendali posisi motor DC dengan menggunakan op-amp

 Semakin tinggi nilai Kp, semakin berat posisi motor untuk berubah karena efek luar (efek fisik, misalnya digerakkan secara manual oleh tangan)

 Semakin tinggi nilai Kp, tipe respon sistem akan semakin menuju underdamped

Daftar Pustaka

[1] Modul Praktikum Sistem Kendali EL3215, Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer, ITB, 2016.