SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN PID CONTROLLER PADA EXCAVATOR SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Mencapai Gelar Strata Satu Program Studi Informatika

(1)

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

(2)

i

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

(3)

ii SKRIPSI

HALAMAN PERSETUJUAN

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

Drs. Sarngadi Palgunadi Yohanes M.Sc

NIP. 195604071983011004

Pembimbing II

Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc., Ph.D.

(4)

iii ‘’SKRIPSI

HALAMAN PENGESAHAN

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

(5)

iv MOTTO

(6)

v

PERSEMBAHAN

Untuk Ayah dan Ibu, saudara-saudaraku,

(7)

vi

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.

(8)

vii

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.

(9)

viii

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

(10)

ix 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

(11)

x

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

(12)

xi

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

(13)

xii

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

(14)

xiii

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

(15)

xiv

Gambar 4.6 Respon system dengan = 1 dan = 0.5 ... 35

(16)

xv

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