PEMODELAN DINAMIS PENGATURAN FREKUENSI MOTOR AC BERBEBAN MENGGUNAKAN PID

(1)

PEMODELAN DINAMIS PENGATURAN

FREKUENSI MOTOR AC BERBEBAN

MENGGUNAKAN PID

Oleh :

1.Eka Agung Renata S 6907040019 2.Nurul Mahabbah 6907040023

(2)

LATAR BELAKANG



Penggunaan motor AC 3 fasa saat ini banyak

digunakan

diberbagai

aplikasi.

Salah

satu

penggunaan motor AC yang sering ditemui yaitu

terdapat diperabotan rumah tangga maupun

peralatan industri Untuk mencapai kecepatan

putaran motor yang diinginkan maka dibutuhkan

sistem kendali kecepatan motor. Karena itu

penulis

merancang

pemodelan

dinamis

pengaturan

frekuensi

motor

AC

berbeban

menggunakan PID.

(3)

RUMUSAN MASALAH

1.

Bagaimana mengkontrol kecepatan pada motor

AC 3 fasa dengan mengatur frekuensinya?

2.

Bagaimana merancang hardware dari sistem

pengaturan frekuensi motor AC 3 fasa berbeban

menggunakan PID?

3.

Bagaimana merancang software sistem kontrol

untuk mendapatkan respon sistem yang di

inginkan?

(4)

MAKSUD DAN TUJUAN PEMBUATAN

ALAT

1.

Merancang system kontrol kecepatan pada

motor AC 3 fasa dengan mengatur frekuensinya

2.

Merancang hardware dari sistem pengaturan

frekuensi

motor

AC

3 fasa

berbeban

menggunakan PID

3.

Merancang

software

sistem

kontrol

untuk

mendapatkan respon sistem yang di inginkan

(5)

BATASAN MASALAH

1.

Tugas akhir yang kami buat ini hanya mengacu

pada kendali kecepatan motor AC 3 fasa dengan

beban pompa air

2.

Hasil penelitian akan ditampilkan menggunakan

Matlab

(6)

MANFAAT

1.

Menambah

referensi

tentang

pengaturan

khususnya kecepatan motor AC 3 fasa.

2.

Manfaat umum yaitu dapat digunakan sebagai

kerangka

acuan

dalam

penelitian

sistem

berikutnya.

3.

Dapat

dijadikan

modul

pembelajaran

bagi

mahasiswa PPNS

(7)

TINJAUAN PUSTAKA

1. Pengertian PID

2. DAC-08

3. Mikrokontroller AVR ATMega 8535 4. Komunikasi Serial Komputer

5. Matlab 7 6. Bahasa C

7. Analisa Kestabilan Routh Hurtwitzs 8. Power Supply

9. Motor AC 3 Fasa

10. Omron Type 3g3jx Inverter Sysdrive 11. Pompa Air

(8)

PENGERTIAN PID

Elemen-elemen kontroler P, I dan D masing - masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar. Sistem kontrol PID terdiri dari tiga buah cara pengaturan yaitu kontrol P (Proportional), D

(Derivative) dan I (Integral), dengan masing-masing

memiliki kelebihan dan kekurangan. Dalam implementasinya masing-masing kontrol dapat bekerja sendiri maupun gabungan diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol PID yang perlu dilakukan adalah mengatur parameter P, I atau D agar tanggapan sinyal keluaran sistem sesuai terhadap masukan tertentu sebagaimana yang diinginkan

(9)

 Aksi kontrol proporsional (P)

Digunakan untuk mempercepat respon sistem, tetapi akan menghasilkan kesalahan pada kondisi mantap

(offset).

 _{Aksi kontrol integral (I)}

Dapat menghilangkan kesalahan pada kondisi mantap

(offset), tetapi dapat memperlambat respon sistem

(berlawanan dengan aksi kontrol proporsional). Harga Ti

terlalu kecil akan mengakibatkan sistem lebih berosilasi.

 _{Aksi kontrol derivatif}

Dapat menghilangkan simpangan maksimum

(overshoot). Harga Td yang terlalu kecil dapat

menimbulkan osilasi dan respon menjadi lambat. Aksi derivatif juga dapat memperkuat noise.

(10)

DAC-08

 DAC berfungsi untuk merubah besaran-besaran digital yang berasal dari komputer menjadi besaran analog yang dalam hal ini dipergunakan untuk menggerakkan aktuator.

(11)

MIKROKONTROLLER AVR ATMEGA

8535

 Sistem minimum (sismin) mikrokontroler adalah rangkaian elektronik minimum yang diperlukan untuk beroperasinya IC mikrokontroler. Di keluarga mikrokontroler AVR, seri 8535 adalah salah satu seri yang sangat banyak digunakan

(12)

KOMUNIKASI SERIAL KOMPUTER

 Suatu terminal yang menghubungkan antara terminal data dari suatu peralatan dan peralatan komunikasi data yang yang menjalankan pertukaran data biner secara serial, oleh industri komunikasi data disebut RS-232.

MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535

(13)

MATLAB 7

 MATLAB adalah sebuah lingkungan dan

komputer generasi keempat.

Dikembangkan oleh , MATLAB memungkinkan manipulasi , pem-plot-an fungsi dan data, implementasi

pembuatan pengguna, dan

(14)

BAHASA C

 C adalah bahasa yang standar, artinya suatu program

yang ditulis dengan bahasa C tertentu akan dapat dikonversi dengan bahasa C yang lain dengan sedikit modifikasi. Didalam bahasa pemrograman computer, data yang digunakan umumnya dibedakan menjadi data

nilai numerik dan nilai karakter. Nilai numerik dapat

dibedakan lagi menjadi nilai numerik integer dan nilai

numerik pecahan. Nilai numeric pecahan dapat

dibedakan lagi menjadi nilai numerik pecahan ketetapan

tungga dan nilai numerik pecahan ketetapan ganda.

Bahasa-bahasa pemrograman computer membedakan data ke dalam beberapa tipe dengan tujuan supaya data menjadi efisien dan efektif.

(15)

ANALISA KESTABILAN ROUTH HURTWITZS



Sebuah

sistem

dikatakan

tidak

stabil

jika

responnya

terhadap

suatu

masukan

menghasilkan osilasi yang keras atau bergetar

pada suatu amplitudo/harga tertentu. Sebaliknya

suatu sistem disebut stabil jika sistem tersebut

akan tetap dalam keadaan diam atau berhenti

kecuali jika dirangsang (dieksitasi oleh suatu

fungsi

masukan

dan

akan

kembali

dalam

keadaan diam jika eksitasi tersebut dihilangkan).

Ketidakstabilan merupakan suatu keadaan yang

tidak menguntungkan bagi suatu sistem lingkar

tertutup

(16)

POWER SUPPLY



Suatu alat yang berfungsi sebagai

buffer

antara

power suplai dengan peralatan elektronik yang

kita gunakan seperti komputer, printer, modem,

dsb. Bila ada gangguan atau dengan kata lain

suplai daya terputus maka, UPS akan segera

bekerja

dalam

waktu

sesingkat

mungkin

sehingga peralatan elektronik yang kita miliki

tidak mengalami kerusakan

(17)

MOTOR AC 3 FASA



Motor listrik arus bolak-balik diklasifikasikan

dengan dasar prinsip pengoperasian sebagai

motor asinkron (induksi) atau motor sinkron.

Motor induksi adalah jenis motor dimana tidak

ada tegangan eksternal yang diberikan pada

rotornya, tetapi arus pada stator menginduksikan

tegangan pada celah udara dan pada lilitan rotor

untuk menghasilkan arus rotor dan medan

magnet.

Medan

magnet

stator

dan

rotor

kemudian berinteraksi dan menyebabkan rotor

motor berputar

(18)

(19)

OMRON TYPE 3G3JX INVERTER

SYSDRIVE



Inverter adalah sebuah perangkat elektronik

yang mengubah tegangan AC tiga fasa dari

jala-jala (berfrekuensi 50 Hz atau 60 Hz) menjadi

tegangan DC, kemudian mengubahnya kembali

menjadi tegangan AC tiga fasa dengan frekuensi

yang

bisa

diatur-atur

sesuai

keinginan

pengguna/user, Salah satu aplikasi Inverter

dalam dunia keelektroteknikan adalah untuk

mengendalikan kecepatan putaran motor AC.

(20)

(21)

POMPA AIR

 Pompa air merupakan alat atau mesin untuk memindahkan atau menaikkan cairan dengan cara mengisap dan memancarkannya, biasanya berupa silinder yg berkatup.

(22)

ROTARY ENCODER



Rotary encoder adalah device elektromekanik

yang dapat memonitor gerakan dan posisi.

Rotary encoder umumnya menggunakan sensor

optik untuk menghasilkan serial pulsa yang

dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan

arah. Sehingga posisi sudut suatu poros benda

berputar dapat diolah menjadi informasi berupa

kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan

oleh rangkaian kendali.

(23)

(24)

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN

ALAT

1. Perjalanan Sistem Alat

2. Pembuatan Sistem Alat

3. Hardware Alat

4. DT – HIQ AVR USB ISP

5. Proses Instalisasi Driver USB

6. DT – AVR Low Cost Micro System

7. Cara Memprogram ke Mikrokontroler (DT – AVR

Low Cost Micro System)

(25)

PERJALANAN SISTEM

(26)

(27)

(28)

HARDWARE ALAT

Gambar alat tampak dari atas

(29)

(30)

(31)

DT – HIQ AVR USB ISP

 DT-HiQ AVR USB ISP adalah In-System Programmer

(ISP) untuk mikrokontroler AVR® 8-bit RISC.

Programmer ini dapat dihubungkan ke PC melalui

antarmuka USB dan mengambil sumber catu daya dari

target board. DT-HiQ AVR USB ISP dapat digunakan

CodeVisionAVR©, AVRDUDE (WinAVR), BASCOM-AVR©, dan perangkat lunak lain yang mendukung protokol ATMEL STK500/AVRISP. (Digiware.,2008).

(32)

(33)

PROSES INSTALASI DRIVER USB



Sebelum menggunakan DT-HiQ AVR USB ISP,

driver

USB harus di-

install

sesuai dengan urutan

cara penginstalan pada CD driver DT-HiQ AVR

USB ISP

(34)

DT – AVR Low Cost Micro System

Merupakan sebuah modul single chip dengan basis mikro kontroller AVR dan memiliki kemampuan untuk melakukan komunikasi data serial secara UART RS-232 serta pemrograman memori melalui ISP ( In-System Programing).

(35)

PENGUJIAN HARDWARE



Metode Pengujian Hardware

Pengujian system kendali pengaturan

kecepatan motor AC dilakukan dengan

dua cara pengujian yaitu pengujian

manual dan pengujian otomatis.

(36)

 Pengujian Manual  - Pengujian Menggunakan Tachometer  Tabel 4.1. Pengujian Menggunakan Tachometer. F Rpm I Vsensor 10 293,5 1,5 2,89 20 594,1 1,5 5,80 30 887,5 1,5 8,80 40 1183 1,5 11,90 50 1461 1,5 14,77

(37)

 - Pengujian Menggunakan Rotary Encoder  Tabel 4.2. Pengujian Menggunakan Rotary Encoder F Rpm I Vsenso r 10 292 1,5 2,89 20 594 1,5 5,80 30 886 1,5 8,80 40 1180 1,5 11,90 50 1460 1,5 14,77

(38)

 Pengujian Otomatis

Pengujian otomatis dengan aturan

-Tegangan Inverter konstan 1 volt dan 4 volt -Sampling waktu 0,01 detik

Ket: Tabel pengujian otomatis dapat dilihat di hard copy buku TA dikarenakan data yang banyak

(39)

ANALISA

 Analisa Data Hasil Pengujian Alat

Data yang didapatkan dari hasil pengujian alat dengan tegangan inverter 1 volt di masukkan pada M-file software Matlab, sehingga didapatkan gambar kurva sepertI berikut : 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 10 20 30 40 50 60

(40)

Gambar kurva sistem dengan tegangan inverter 4 volt 0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 150 200 250

(41)

Analisa Respon Sistem

 Data hasil pengujian tegangan sensor ( Ts ) dengan sampling waktu 0,1 s, tegangan inverter 1 volt dan 4 volt dimasukkan ke M-file software Matlab sehingga didapatkan respons seperti berikut :

0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 20 40 60 Sampling ke k (Ts=0.1)

Response Hasil Pengujian Pemodelan Dinamis Pengaturan Frekuensi Motor AC Berbeban Menggunakan PID

H as il P enguj ian ( -) ( V ol t) 0 50 100 150 200 250 300 350 400-50 0 50 100 M o d e l (-. ) (V o lt )

(42)

Kurva Respon Sistem Tegangan Inverter 4 volt 0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 150 200 250 Sampling ke k (Ts=0.1)

Response Hasil Pengujian Pemodelan Dinamis Pengaturan Frekuensi Motor AC Berbeban Menggunakan PID

H as il P enguj ian ( -) ( V ol t) 0 200 400 600 800 1000 12000 50 100 150 200 250 M o d e l (-. ) (V o lt )

(43)

Analisis Kontrol

 Data hasil pengujian tegangan sensor ( Ts ) dengan sampling waktu 0,1 s, tegangan inverter 1 volt dimasukkan ke M-file software Matlab,sehingga didapatkan grafik seperti berikut :

0 200 400 600 800 1000 1200 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 x 10 40

(44)

Bode Diagram Tegangan Inverter 1 volt -100 -80 -60 -40 -20 0 M agni tude ( dB ) 10-1 100 101 102 103 -405 -360 -315 -270 -225 -180 P has e ( deg) Bode Diagram Frequency (rad/sec)

(45)

Grafik transfer function tegangan inverter 4 volt 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 5 10 15 20 25

(46)

Bode Diagram Tegangan Inverter 4 volt -60 -40 -20 0 20 40 M agni tude ( dB ) 10-2 10-1 100 101 102 103 -90 -45 0 P has e ( deg) Bode Diagram Frequency (rad/sec)

(47)

Analisis Menggunakan Metode Ziegler Nichols

 Untuk mendapatkan pergeseran grafik yang baik

maka digunakan Metode Ziegler Nichols, seperti berikut :  -transfer function :

9.261 182.2s

9.141s

1

528 58.42s

-s

59.63

2 2

+

(48)

(49)

(50)

Analisa Kendali PID

 - Tegangan Inverter 1 volt :

Transfer function = 9.261 182.2s 9.141s 1 528 58.42s -s 59.63 2 2 + + +

(51)

(52)

Scope transfer function tanpa kendali PID tegangan inverter 1 volt

(53)

Scope kendali P ( Proportional ) tegangan inverter 1volt

(54)

Scope Kendali PI tegangan inverter 1 volt

 PI ( Proportional Dan Integral ) : - P : 1.7465

(55)

Scope kendali PID tegangan inverter 1 volt

(56)