22
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pada bab IV ini akan dijelaskan mengenai pengujian alat serta hasil dari pengujian. Pengujian dilakukan untuk mengetahui keberhasilan alat memenuhi setiap spesifikasi yang telah diajukan. Pengujian meliputi dari perbagian maupun pada keseluruhan sistem.
4.1. Pengujian Sensor Rotary Encoder
Pengujian ini dilakukan untuk membandingkan pembacaan sensor rotary encoder dengan alat ukur tachometer digital Lutron DT-1236L. Hasilnya ditunjukkan oleh tabel di bawah ini:
Tabel 4.1 Pengujian sensor rotary encoder No. Pembacaan
4.2. Pengujian PWM terhadap RPM
Pengujian dilakukan dengan membaca sensor encoder yang terdapat pada Motor DC. Kemudian data yang didapat dari sensor encoder tersebut diolah dan dikirim ke user interface untuk diplotkan melalui komunikasi serial setiap 350ms.
23
Gambar 4.1 Grafik pwm terhadap rpm
4.4. Pengujian Tanpa Gangguan
Pada sub bab ini dilakukan pengujian terhadap sistem open-loop maupun closed-loop tanpa adanya gangguan.
4.4.1. Pengujian Pada Sistem Open-loop
Pengujian dilakukan pada sistem open-loop sebagai berikut. Dengan nilai setpoint kelipatan 50 dimulai dari 0 hingga 500 rpm. Berikut merupakan hasil pengujiannya:
24
Dari Tabel 4.2 kita dapat melihat nilai error sangatlah besar ketika setpoint lebih kecil dari 200. Hal tersebut diakibatkan dari nilai pwm yang belum cukup untuk menggerakan motor tersebut. Dan untuk pengujian setpoint di atas 200 dapat dilihat nilai error semakin kecil.
4.4.2. Pengujian pada Sistem Closed-loop
Pengujian sistem closed-loop memvariasikan nilai dari Kp, Ki, dan Kd. Ketiganya dapat
dipakai bersamaan maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap suatu plant.
4.4.2.1. Pengujian dengan Nilai Kp
Pada pengujian hanya menggunakan nilai Kp saja ditujukan untuk melihat rise time dan
settling time dari sistem. Pengambilan nilai error dan kecepatan aktual ketika sistem sudah dalam
kondisi steady state. Berikut merupakan hasil dari pengujian menggunakan nilai Kp yang di
variasikan:
Tabel 4.3 Pengujian menggunakan variasi nilai Kp
25
Dari hasil pengujian dapat disimpulkan nilai rise time dan settling time secara keseluruhan akan meningkat lebih cepat ketika nilai Kp juga meningkat menjadi besar namun menyebabkan
osilasi sehingga untuk mencapai kondisi steady state membutuhkan waktu lebih. Hal ini sejalan dengan dasar teori pada Bab II. Berikut merupakan grafik dari hasil pengujian menggunakan nilai Kpyang bervariasi:
26
Gambar 4.3 Setpoint 300 dan Kp = 2
27
Gambar 4.5 Setpoint 300 dan Kp = 4
28 4.4.2.2. Pengujian dengan Nilai Kp dan Ki
Tugas dari Kp adalah meningkatkan rise time. Sedangkan untuk nilai Kiselain membantu
rise time lebih cepat akan mengakibatkan osilasi yang lebih besar. Berikut merupakan hasil
pengujian dengan nilai Kp dan Ki.
Tabel 4.4 Pengujian menggunakan nilai Kp konstan dan nilai Kibervariasi
Kp Ki Set point
Dengan adanya nilai Ki yang semakin besar maka akan menyebabkan rise time meningkat
dan maksimal OS bertambah besar. Kontrol Ki dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan
29
sistem. Sehingga menyebabkan kondisi untuk mencapai kondisi steady state dibutuhkan waktu yang lebih lama. Berikut merupakan grafik dari nilai Kp konstan dan nilai Ki yang bervariasi:
Gambar 4.7 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 1
30
Gambar 4.9 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki= 3
31
Gambar 4.11 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 5
Gambar 4.12 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 5 setelah 50 detik
Pada saat nilai Ki semakin besar maka osilasi bertambah besar dan membuat mencapai
32 4.4.2.3. Pengujian dengan Nilai Kp dan Kd
Untuk nilai Kd merupakan nilai yang akan bertanggung jawab untuk kemungkinan nilai
kesalahan mendatang, berdasarkan perubahan tiap waktu. Berikut merupakan pengujian alat dengan nilai setpoint konstan 300, Kp konstan bernilai 2 dan variasi nilai Ki.
Tabel 4.5 Pengujian menggunakan nilai Kp konstan dan nilai Kd bervariasi
Kp Kd
Dari Tabel 4.5 maka kita dapat melihat hasil perubahan dari nilai Kd dari kecil hingga besar.
Sesuai dengan teori bahwa nilai Kd dapat menurunkan nilai maksimal OS. Ketika hanya
menggunakan Kp bernilai 2, kita mendapatkan maksimal OS sebesar 337. Dan saat diberi nilai Kd
sebesar 1 maka nilai maksimal OS menurun menjadi 326. Akan tetapi ketika nilai Kd besar akan
menjadi masalah. Karena terlalu responsif terhadap perubahaan error(
33
Gambar 4.13 Setpoint 300, Kp = 2 dan Kd= 1
34
Gambar 4.15 Setpoint 300, Kp = 2 dan Kd = 3
Gambar 4.16 Setpoint 300, Kp = 2 dan Kd = 3 setelah 50 detik
Pengujian nilai Kd hanya dilakukan sampai 3 dikarenakan pada pengujian telah
35
Kd bermanfaat untuk mengurangi osilasi secara umum, akan tetapi bukan berarti menaikkan Kd
akan membuat redaman semakin besar. Jika Kd terlalu tinggi mengakibatkan tanggapan mulai
berosilasi dengan cepat atau disebut dengan chatter.
4.4.2.4. Pengujian dengan Nilai Kp, Ki dan Kd Tanpa Gangguan
Pada pengujian rpm closed-loop tanpa adanya gangguan dengan nilai Set point 200 dan 500 rpm dengan nilai Kp, Ki, Kd yang berbeda setiap data. Maka didapatkan hasil sebagai
berikut:
36
Gambar 4.18 Setpoint 300, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
37
Gambar 4.20 Setpoint 500, Kp = 1, Ki= 1.5, Kd = 0.8
38
Gambar 4.22 Setpoint 300, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
39
Gambar 4.24 Setpoint 500, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
40
Gambar 4.26 Setpoint 300, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
41
Gambar 4.28 Setpoint 500, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
4.5. Pengujian dengan Gangguan
Pada sub bab ini dilakukan pengujian terhadap sistem open-loop maupun closed-loop yang diberi gangguan menggunakan magnetic brake dengan level 10.
4.5.1. Pengujian pada Sistem Open-loop dengan Gangguan
42
Gambar 4.29 Open-loop dengan gangguan saat Setpoint 200
Gambar 4.30 Open-loop dengan gangguan saat Setpoint 300 Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Saat diberi gangguan
43
Gambar 4.31 Open-loop dengan gangguan saat Setpoint 400
Gambar 4.32 Open-loop dengan gangguan saat Setpoint 500
Pada saat sistem open-loop motor DC tidak mampu mengejar nilai setpoint ketika diberi gangguan. Dan ketika dilepaskan gangguannya nilai rpm hanya berkisar antara setpoint.
Saat gangguan dilepas Saat diberi gangguan
Saat diberi gangguan
44
4.5.2. Pengujian pada Sistem Closed-loop dengan Gangguan
Pengujian pada sistem closed-loop dilakukan ketika sudah mencapai kondisi steady state. Sehingga akan terlihat perubahan kecepatan rpm ketika diberi gangguan dan akan berusaha mengejar nilai setpoint kembali. Saat gangguan yang berupa gangguan magnetic brake dihilangkan maka akan terlihat rpm naik melebihi setpoint akan tetapi akan kembali stabil mengikuti nilai setpoint. Berikut merupakan hasil pengujian yang telah dilakukan:
Gambar 4.33 Closed-loop dengan gangguan Setpoint 200, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
45
Gambar 4.34 Closed-loop dengan gangguan Setpoint 300, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
Gambar 4.35 Closed-loop dengan gangguan Setpoint 400, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
Saat diberi gangguan
Mulai steady state Saat gangguan dilepas
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
46
Gambar 4.36 Closed-loop dengan gangguan Setpoint 400, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
47
Gambar 4.38 Closed-loop dengan gangguan Setpoint 300, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd= 0.8
Gambar 4.39 Closed-loop dengan gangguan Setpoint 400, Kp = 2, Ki= 0.8, Kd = 0.8
Saat diberi gangguan
Mulai steady state Saat gangguan dilepas
Saat gangguan dilepas Mulai steady state
48
Gambar 4.40 Closed-loop dengan gangguan Setpoint 500, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
Gambar 4.41 Closed-loop dengan gangguan Setpoint 200, Kp = 2.5, Ki= 1.5, Kd = 0.5
Saat diberi gangguan Mulai steady state Saat gangguan dilepas
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
49
Gambar 4.42 Closed-loop dengan gangguan Setpoint 300, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
50
Gambar 4.44 Closed-loop dengan gangguan Setpoint 500, Kp = 2.5, Ki= 1.5, Kd= 0.5
Diatas merupakan hasil pengujian yang telah dilakukan dengan memberi gangguan berupa
magnetic brake. Terdapat keterang pada grafik kapan diberi gangguan, saat kondisi mulai steady
state, dan saat gangguan dihilangkan.
4.6. Analisis Hasil Pengujian
Sistem telah berhasil bekerja dengan baik sesuai spesifikasi yang telah ditentukan. Respon sistem setiap percobaan berbeda sehingga mengakibatkan nilai rise time yang berbeda ketika diuji kembali dengan nilai yang sama. Respon motor untuk mencapai setpoint sangatlah cepat, sehingga menyebabkan grafik yang tertampil tidak semuanya mulai dari 0. Hal itu disebabkan adanya delay pada pembacaan data untuk ditampilkan.
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dengan metode open-loop dan closed-loop maka dapat disimpulkan bahwa:
1. Pada metode open-loop terlihat bahwa nilai dari motor dapat mengikuti setpoint ketika di atas 200. Akan tetapi ketika nilai set point dibawah 200 maka motor memiliki error yang jauh. Hal tersebut dikarenakan motor belum memiliki nilai pwm yang cukup untuk bergerak mengikuti setpoint.
Saat gangguan dilepas Mulai steady state
51
2. Pada metode closed-loop terlihat bahwa metode ini mampu mengontrol kecepatan dengan baik. Terlihat pada grafik kecepatan aktual dapat mengejar nilai setpoint walaupun di bawah 200 sekalipun dan mampu menjaga kecepatannya disekitar setpoint. Saat merubah nilai setpoint maka nilai Kp, Ki, dan Kd harus diganti untuk mendapatkan nilai yang baik.
Karena setiap adanya perubahan setpoint, maka nilai integral error bertambah terus dan mengakibatkan overshoot yang sangat besar. Kita dapat mengatasinya dengan merubah nilai Ki maka overshoot dapat dikurangi.
3. Pada trainer ini digunakan potensiometer tidak linear untuk mengatur nilai pada setpoint, Kp, Ki, dan Kd. Sehingga memiliki nilai berbeda ketika mecapai putaran tertentu dari
