SKRIPSI. Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang.

(1)

DESAIN SISTEM KONTROL MOTOR DC UNTUK

POSITIONING TRACKING DUAL-AXIS PANEL SURYA

MENGGUNAKAN KONTROLER LQR BERBASIS

OBSERVER GANGGUAN SECARA REAL-TIME MELALUI NI

MYRIO-1900

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi

Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

DisusunOleh:

DIKDIK DIRGANTARA FATONI

NIM 201310130311037

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2018

(2)

LEMBAR PENGESAHAN

1.

LEMBAR PENGESAHAN

DESAIN SISTEM KONTROL MOTOR DC UNTUK POSITIONING

TRACKING DUAL-AXIS PANEL SURYA MENGGUNAKAN

KONTROLER LQR BERBASIS OBSERVER GANGGUAN SECARA

REAL-TIME MELALUI NI MYRIO-1900

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh

DIKDIK DIRGANTARA FATONI 201310130311037

Tanggal Ujian : 23 Januari 2018 Tanggal Wisuda : 24 Februari 2018 Disetujui Oleh :

1.

Dr.Ir. Lailis Syafa’ah., MT. NIDN: 0721106301 (Pembimbing I) 2. Ilham Pakaya, ST. NIDN: 0717018801 (Pembimbing II)

3. _{Dr.Ir. Ermanu Azizul H., MT.} NIDN: 0705056501

(Penguji I)

4. Ir. Nur Kasan, MT. NIDN: 0707106301

(Penguji II)

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Elektro

Ir. Nur Alif Mardiyah, MT. NIDN: 0718036502

(3)

viii

KATA PENGANTAR

NTAR

Puji dan syukur senantiasa kita panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala nikmat, kekuatan, taufik serta hidayah-Nya. Shalawat serta salam semoga tercurah kepada Rasulullah SAW, keluarga sahabat dan para pengikut setianya, Amin. Atas kehendak Allah sajalah, penulis dapat menyelesaikan proyek akhir yang berjudul :

”DESAIN SISTEM KONTROL MOTOR DC UNTUK POSITIONING

TRACKING DUAL-AXIS PANEL SURYA MENGGUNAKAN

KONTROLER LQR BERBASIS OBSERVER GANGGUAN SECARA

REAL-TIME MELALUI NI MYRIO-1900”

Pembuatan Proyek Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) di Universitas Muhammadiyah Malang. Selain itu penulis berharap agar proyek akhir ini dapat menambah literature dan dapat memberikan manfaat bagi semuanya.

Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu peneliti mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan kedepan.

Malang, Januari 2018

(4)

ix

DAFTAR ISI

i. LEMBAR JUDUL...i

ii. LEMBAR PERSETUJUAN...ii

iii. LEMBAR PENGESAHAN...iii

iv. LEMBAR PERNYATAAN...iv

v. ABSTRAK...v

vi. ABSTRACK...vi

vii. LEMBAR PERSEMBAHAN...vii

viii. KATA PENGANTAR...viii

ix. DAFTAR ISI ...ix

x. DAFTAR GAMBAR...xi

xi. DAFTAR TABEL...xiii

1. BAB I PENDAHULUAN...1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 2 1.3 Tujuan Penelitiaan ... 3 1.4 Batasan Masalah ... 3 1.5 Sistematika Penulisan ... 3

2. BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Motor DC ... 5 2.2 Encoder ... 6 2.2.1 Absolut Encoder ... 6 2.2.2 Incremental Encoder ... 7 2.3 Driver Motor ... 9 2.4 NI myRIO-1900 ... 10 2.5 LabVIEW 2015 ... 11

(5)

x

2.6 Proportional Integral Derivative ... 14

2.7 Linear Quadratic Regulator ... 15

3. BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM ... 18

3.1 Pemodelan Motor DC ... 18

3.2Perancangan Kontrol LQR ... 22

3.3 Perancangan Mekanik ... 27

3.3.1 Perancangan Modul Kontrol ... 28

3.3.2 Motor DC Penggerak Reflektor ... 29

3.3.3 Motor DC Penggerak Panel Surya ... 30

3.3.4 Sensor Encoder ... 31

3.3.5 Sistem Transmisi ... 32

3.3.6 Reflektor ... 33

3.3.7 NI myRIO-1900 ... 33

3.3.8 Perancangan Software ... 35

4. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 38

4.1 Simulasi Kontrol ... 38

4.1.1 Simulasi Kontrol PID Secara Online ... 38

4.1.2 Simulasi Kontrol LQR Secara Online ... 41

4.2Implementasi Kontrol ... 44

4.2.1 Pengujian Kontroler PID dengan Reflektor Sebagai Observer 44 4.3Pengujian myRIO-1900 ... 45

4.3.1 Diagram Rangkaian ... 46

4.3.2 Alat dan Bahan ... 47

4.3.3 Langkah Pengujian ... 47

4.3.4 Hasil Pengujian ... 47

5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 49

xii. DAFTAR PUSTAKA ... 50

(6)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Motor DC ... 5

Gambar 2.2 Fungsi Alih Motor DC ... 5

Gambar 2.3 Encoder... 6

Gambar 2.4 Pola 4-Bit konsentris pada Absolut Encoder... 7

(a) Kode Gray Absolut Encoder ... 7

(b) Kode Biner Absolut Encoder ... 7

Gambar 2.5 Susunan Incremental Encoder ... 7

Gambar 2.6 Pola Keluaran Incremental Encoder ... 8

Gambar 2.7 Keluaran dan Arah Putaran pada Resolusi yang Berbeda ... 8

Gambar 2.8 Bentuk Fisik Driver VNH2SP30 dan Pin Input Output ... 9

Gambar 2.9 National Instrument myRIO-1900 ... 10

Gambar 2.10 Spesifikasi myRIO-1900 ... 11

Gambar 2.11 Front Panel ... 12

Gamabr 2.12 Blok Diagram ... 13

Gambar 2.13 Kontrol dan Functions Palettes ... 13

Gambar 2.14 Diagram Blok PID ... 14

Gambar 2.15 Matriks K Sebagai Input Umpan Balik Sistem ... 15

Gambar 2.16 Diagram Optimal Linear Quadratic Regulator ... 17

Gambar 3.1 Diagram Blok Perencanaan Sistem ... 18

Gambar 3.2 Diagram Skematik Motor DC ... 18

Gambar 3.3 MathScript Node dengan Model State Space ... 21

Gambar 3.4 Persamaan State Space di LabVIEW ... 22

Gambar 3.5 Kontrol Sistem LQR... 22

Gambar 3.6 MathScript Node dengan Model State Space ... 24

Gambar 3.7 Hasil Perhitungan Menggunakan LabVIEW... 24

Gambar 3.8 Hasil Respon Q, R, K pada Perancangan Sistem ... 26

Gambar 3.9 Desain Implementasi Sistem ... 27

Gambar 3.10 Rangkaian Hardware dan Rangkaian Pengkabelan Sistem ... 27

(7)

xii

Gambar 3.12 Modul Kontrol Sistem dan Monitoring Sistem Motor DC ... 29

Gambar 3.13 Motor DC Faulhaber ... 29

Gambar 3.14 Spesifikasi Motor DC Faulhaber ... 30

Gambar 3.15 Motor DC Wiper ... 30

Gambar 3.16 Spesifikasi MotorDC Wiper ... 31

Gambar 3.17 (a) Sensor Encoder 2342L012CR ... 31

(b) Rotary Encoder KY-040 ... 31

Gambar 3.18 Sistem Transmisi Reflektor dan Panel Surya ... 32

Gambar 3.19 Cermin Datar dan Bingkai... 33

Gambar 3.20 Blok Diagram NI myRIO-1900... 34

Gambar 3.21 Rancangan Sistem Tracking Dual-Axis Panel Surya ... 35

Gambar 3.22 Rancangan Front Panel pada LabVIEW ... 36

Gambar 3.23 Rancangan Blok Diagram Kontroler PID pada LabVIEW ... 36

Gambar 3.24 Rancangan Blok Diagram Kontroler LQR pada LabVIEW... 37

Gambar 3.25 Rancangan Blok Diagram Kontroler PID dan LQR pada LabVIEW ... 37

Gambar 4.1 Grafik Respon Motor DC Secara Online Kondisi Open Loop... 39

Gambar 4.2 Grafik Respon Motor DC Secara Online Kondisi Close Loop dengan Kontrol PID ... 40

Gambar 4.3 Grafik Respon dan Error Output Motor DC Secara Online kondisi Close Loop dengan Kontrol LQR ... 42

Gambar 4.4 Grafik Sinyal Motor DC dengan Reflektor Menggunakan PID ... 44

Gambar 4.5 Skematik myRIO-1900 ... 46

Gambar 4.6 Rangkaian Pengujian myRIO-1900 ... 47

(8)

(9)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Parameter dari Model Motor DC Faulhaber ... 19

Tabel 3.2 Nilai Parameter Q dan R ... 25

Tabel 3.3 Hasil Perhitungan Nilai Q, R dan K ... 25

Tabel 3.4 Spesifikasi Pulley ... 33

Tabel 3.5 Spesifikasi Cermin ... 33

Tabel 4.1 Respon Transien PID Secara Online ... 41

Tabel 4.2 Respon Transien LQR Secara Online ... 43

Tabel 4.3 Perbandingan Kontroler LQR dan PID Secara Online ... 44

Tabel 4.4 Respon Transien PID dengan Reflektor... 43

(10)

50

W. I. P. D. S. M. I. Lailis Syafaah, PID Designs Using DE and PSO Algorithms for Damping Oscillations in a DC Motor Speed, Yogyakarta: Proc. EECSI, 2017.

DAFTAR PUSTAKA

[1] E. A. Hakim, Sistem Kontrol, Malang: UMMPress, 2012.

[2] N. S. Nise, Control Systems Engineering, USA: Wiley International Edition, 2004. [3] R. D. Gerro Prinsloo, Solar Tracking, South Africa: Solar Books, 2015.

[4] A. A. Yasser Ali Almatheel, Speed Control of DC Motor Using Fuzzy Logic Controller,

International Conference on Communication, Control, Computing and Electronics Engineering [ICCCCEE], 2017.

[5] S. S. Ayan Roy, Design of Optimal PIλDδ Controller for Speed Control of DC Motor Using Constrained Particle Swarm Optimization, International Conference on Circuit, Power and Computing Technologies [ICCPCT], 2016.

[6]

O. U. N. A. Ishak Ertugrul, Speed Control of Dc Motor Based On Linear Quadratic Regulator Method, International Journal of Research in Engineering & Advanced Technology [IJREAT],

2016.

[8] K. H. Khee, Disturbance Observer-Based Motion Control Of Direct Drive Motors, Malaysia: Universiti Teknikal Malaysia Melaka, 2013.

[9] P. D. W. A. S. W. C. E. Erwin Susanto, Pengantar Kontrol Maju, Bandung: Universitas Telkom, 2015.

[10] Firdaus, Rancang Bangun Sistem Kendali Kecepatan Kursi Roda Listrik Berbasis Disturbance Observer, Surabaya: ITS, 2011.

[11] M. R. J. P. A. S. Rahma Nur Amalia, Perancangan Kontrol Tracking Menggunakan State Dependent LQR untuk Kontrol Steering pada Autonomous Underwater Vehicle, Malang: Politeknik Negeri Malang, 2015. [7] [8] [9] [1 0] [1 1]