i
Modul
Human Machine Interface
(HMI) Pengendalian Kecepatan
Motor DC Menggunakan Metode Kontrol Bervariasi Berbasis
LabView
JUDUL
TUGAS AKHIR
Disusun Oleh : Muhammad Sulaiman NIM. 201210130311050
JURUSAN ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
ii LEMBAR PERSETUJUAN
Modul
Human Machine Interface
(HMI) Pengendalian Kecepatan
Motor DC Menggunakan Metode Kontrol Bervariasi Berbasis
LabView
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
Muhammad Sulaiman
201210130311050
Diperiksa dan disetujui oleh:
Dr. Zulfatman, ST, M.Eng. NIP.UMM: 10803090403
iii LEMBAR PENGESAHAN
Modul Human Machine Interface (HMI) Pengendalian Kecepatan Motor DC Menggunakan Metode Kontrol Bervariasi Berbasis LabView
Tugas Akhir ini Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Oleh:
iv LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : Muhammad Sulaiman
Tempat/Tgl. Lahir : Lumajang/08 Juli 1993
NIM : 201210130311050
Fakultas/Jurusan : TEKNIK/TEKNIK ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir dengan judul “Modul
Human Machine Interface (HMI) Pengendalian Kecepatan Motor DC Menggunakan Metode Kontrol Bervariasi Berbasis LabView” beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagain maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
v ABSTRAK
Proses pembelajaran yang menyajikan teori tanpa diikuti dengan praktek akan mempengaruhi kedalaman pemahaman yang diterima oleh mahasiswa. Seperti halnya dalam pembelajaran sistem kontrol, keberadaan sebuah modul modul pembelajaran yang dilengkapi Human Machine Interface (HMI) berbasis Labview yang terhubung langsung dengan plant yang akan dikontrol akan sangat bermakna. Tujuan dari studi ini adalah bagaimana merancang sebuah modul pembelajaran yang dapat digunakan dalam proses pembelajaran sistem kontrol yang mengkombinasikan penggunaan software, hardware dan perangkat interface.
Modul ini memanfaatkan Labview sebagai HMI yang terhubung dengan motor DC sebagai plant yang dikontrol menggunakan NI USB 6008/6009. Teknik kontrol yang dirancang meliputi sistem kontrol PID, Fuzzy, Fuzzy-PID dan MRAC. Keempat jenis sistem kontrol tersebut digunakan untuk mengontrol kecepatan motor DC secara real-time. Aspek analisis yang dikembangkan pada modul ini adalah analisa transien keluaran sistem dan tingkat kemampuan sistem-sistem kontrol dalam mengkompensasi beban gangguan. Beban direpresentasikan dalam bentuk motor yang terhubung dengan motor DC.
Hasil pengujian dengan beberapa metode kontrol.Dari proses pengujian diperoleh hasil bahwa modul pembelajaran yang dirancang dapat dipergunakan untuk memverifkasi rancangan beberapa sistem kontrol di atas secara real-time untuk beragam nilai pembebanan. Kemudian, sistem kontrol yang memiliki respon transien dan kemampuan mengkompensasi gangguan paling baik pada waktu settling time (ts) = 28.169 detik pada kontrol MRAC , rise time (tr) = 1.3618 detik pada kontrol FuzzyPID , nilai peak time (tp) = 8 detik pada kontrol PID, dan nilai Overshoot (mp) = 2.723 persen pada kontrol PID, sedangkan pada kontrol yang lain performanya cederung lebih lama dari untuk mencapai kondisi tersebut. Dengan adanya modul pengajaran sistem kontrol ini diharapkan akan sangat membantu proses pembelajaran sistem kontrol baik secara praktis maupun analitik.
vi ABSTRACT
The learning process that presents a theory without being followed by the practice will affect the depth of understanding that is received by the students. Just as in learning control system, the existence of a module learning modules that include Human Machine Interface (HMI) based on Labview which is connected directly to the plant to be controlled will be very meaningful. The purpose of this study is how to design a learning module that can be used in the learning process control system that combines the use of software, hardware and device interface.
This module utilizes Labview as HMI connected to a DC motor as the plant is controlled using NI USB 6008/6009. Techniques designed control system includes PID control, Fuzzy, Fuzzy-PID and MRAC. These four types of control systems are used to control the DC motor speed in real-time. Aspects of analysis developed in this module is the transient analysis system output and level control systems capabilities in compensating load disturbance. Expenses represented in the form of a motor connected to a DC motor.
Results of testing by several methods of control. From the result that the testing process designed learning modules can be used for verifying the design of some of the control system above in real-time to vary the value of loading. Then, the control system has a transient response and ability to compensate for interference kindest when settling time (ts) = 28,169 seconds on the control MRAC, rise time (tr) = 1.3618 seconds on the control FuzzyPID, the value of peak time (tp) = 8 seconds on PID control, and the value overshoot (mp) = 2,723 percent in PID control, while the other controls the performance cederung longer than to achieve this condition. With the teaching module control system is expected to greatly assist the learning process control systems both practically and analytically.
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur senantiasa kita panjatkan ke hadirat 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 :
“Modul Human Machine Interface (HMI) Pengendalian Kecepatan Motor DC Menggunakan Metode Kontrol Bervariasi Berbasis LabView” 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.
Akhir kata semoga buku ini dapat bermanfaat di masa sekarang dan masa mendatang. Sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan, maka penulis mohon maaf apabila ada kekeliruan baik yang sengaja maupun yang tidak sengaja.
Malang, 20 juli 2016
viii
LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Allah SWT yang telah memberikan Rahmat,Hidayah dan Nikmatnya kepada saya dan keluarga.
2. Kedua orang tua (Bpk Riadin dan Ibu Sunarsih), kakak (Mas Husen), adik(Mahfud) dan seluruh keluarga saya yang telah banyak memberikan do’a dan dukungan.
3. Ketua Jurusan Teknik Elektro Ibu Nur Alif M, Ir, MT. dan Sekretaris Jurusan Bapak Machmud Effendi, ST, M. Eng . beserta seluruh stafnya. 4. Bapak Dr. Zulfatman, ST, M.Eng. dan Bapak Dr. Ir. Ermanu Azizul H,
MT. yang telah meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini.
5. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu kepada penulis.
6. Teman teman Workshop Robotika yang tanpa kenal lelah berjuang mencari ilmu robotika di UMM.
7. Teman teman yang selalu berjuang bareng tanpa kenal lelah di markas BCT F-12.
8. Terima kasih kepada Beat Hitam W 3044 TN yang telah menghantarkan penulis melakukan tugas dalam perkuliahan.
9. Dan yang terakhir, semuanya yang telah membantu penulis yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
x 2.5.1 Kontrol PID ... Error! Bookmark not defined. 2.5.2 Kontroler P (Proporsional) ... Error! Bookmark not defined. 2.5.3 Kontroler PI (Proporsional dan Integral)Error! Bookmark not defined.
2.5.4 Kontroler PD (Proporsional dan Deritative)Error! Bookmark not defined.
2.5.5 Kontroler PID (Proporsional, Integral dan Deritative) ... Error! Bookmark not defined.
2.5.6 Logika Fuzzy ... Error! Bookmark not defined. 2.5.7 Fuzzufication ... Error! Bookmark not defined. 2.5.8 Rules ... Error! Bookmark not defined. 2.5.9 Linguistic Variables & Membership functionError! Bookmark not defined.
2.5.10. Defuzzifikasi ... Error! Bookmark not defined. 2.5.11. Kontrol Model Reference Adaptive Control (MRAC)... Error! Bookmark not defined.
2.6 Tanggapan Respon ... Error! Bookmark not defined. BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEMError! Bookmark not defined.
3.1 Diagram Blok Rangkaian Hardware ... Error! Bookmark not defined. 3.2 Perancangan dan Pembuatan MekanikError! Bookmark not defined.
3.3 Rangkaian Hardware ... Error! Bookmark not defined. 3.4 Peracangan Software ... Error! Bookmark not defined. 3.4.1 Human Machine Interface (HMI) Kontrol Manual ... Error! Bookmark not defined.
xi 3.4.3 Human Machine Interface (HMI) Kontrol Fuzzy ... Error! Bookmark not defined.
3.4.4 Human Machine Interface (HMI) Kontrol FuzzyPID ... Error! Bookmark not defined.
3.4.5 Human Machine Interface (HMI) Kontrol MRAC ... Error! Bookmark not defined.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ... Error! Bookmark not defined. 4.1 Pengujian Rotary Encoder Pada MotorError! Bookmark not defined.
4.1.1 Tujuan ... Error! Bookmark not defined. 4.1.2 Peralatan... Error! Bookmark not defined. 4.1.3 Blok Diagram ... Error! Bookmark not defined. 4.1.4 Persiapan Pengujian ... Error! Bookmark not defined. 4.1.5 Hasil dan Analisis ... Error! Bookmark not defined. 4.2 Pengujian Pengendalian Tanpa Kontrol pada motor DC 1 .. Error! Bookmark not defined.
4.2.1 Tujuan ... Error! Bookmark not defined. 4.2.2 Peralatan... Error! Bookmark not defined. 4.2.3 Blok Diagram ... Error! Bookmark not defined. 4.2.4 Persiapan Pengujian ... Error! Bookmark not defined. 4.2.5 Hasil dan Analisis ... Error! Bookmark not defined. 4.3 Pengujian Pengendalian Kontrol PID pada motor DC 1 ... Error! Bookmark not defined.
xii 4.3.5 Hasil dan Analisis ... Error! Bookmark not defined. 4.4 Pengujian Pengendalian Kontrol Fuzzy pada motor DC 1 .. Error! Bookmark not defined.
4.4.1 Tujuan ... Error! Bookmark not defined. 4.4.2 Peralatan... Error! Bookmark not defined. 4.4.3 Blok Diagram ... Error! Bookmark not defined. 4.4.4 Persiapan Pengujian ... Error! Bookmark not defined. 4.4.5 Hasil dan Analisis ... Error! Bookmark not defined. 4.5 Pengujian Pengendalian Kontrol FuzzyPID pada motor DC 1
Error! Bookmark not defined.
4.5.1 Tujuan ... Error! Bookmark not defined. 4.5.2 Peralatan... Error! Bookmark not defined. 4.5.3 Blok Diagram ... Error! Bookmark not defined. 4.5.4 Persiapan Pengujian ... Error! Bookmark not defined. 4.5.5 Hasil dan Analisis ... Error! Bookmark not defined. 4.6 Pengujian Pengendalian Kontrol MRAC pada motor DC 1 Error! Bookmark not defined.
4.6.1 Tujuan ... Error! Bookmark not defined. 4.6.2 Peralatan... Error! Bookmark not defined. 4.6.3 Blok Diagram ... Error! Bookmark not defined. 4.6.4 Persiapan Pengujian ... Error! Bookmark not defined. 4.6.5 Hasil dan Analisis ... Error! Bookmark not defined. 4.7 Hasil Perbandingan dari Sistem KontrolError! Bookmark not defined.
xiii 4.7.2 Perbandingan Sistem kontrol tanpa bebanError! Bookmark not defined.
4.7.3 Respon Sinyal tanpa beban ... Error! Bookmark not defined. 4.7.4 Perbandingan Sistem kontrol dengan bebanError! Bookmark not defined.
xiv DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Motor DC ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 2 Rangkaian Skematik ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 3 Bagian Incremental encoder ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 4 Sistem pembacaan rotary encoder ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 5 Perbandingan nilai resolusi rotary rendah dan resolusi tinggi .. Error! Bookmark not defined.
Gambar 2. 6 NI USB 6008/6009 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 7 Blok diagram NI USB 6008 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 8 Analog Output NI USB ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 9 Konfigurasi Ardunio Uno ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 10 Logo LabVIEW ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 11 Front Panel ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 12 VI Blok LabVIEW ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 13 Kendali PID ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 14 Respon Unit Step Pada Plant ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 15 Blok Diagram Kontrol Fuzzy ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 16 Standart Membership function ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 17 Diagram MRAC ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 18 Diagram block aturan MIT ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2. 19 Kurva Tanggapan Tangga Satuan dengan indek kinerja : td , tr, tp, Mp. ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4. 1 Blok Diagram Pengujian Rotary Encoder pada motor DC 1 .... Error! Bookmark not defined.
xv Gambar 4. 6 Block Diagram pengujian pengendalian kontrol PID pada motor DC 1 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 7 Kontrol PID tanpa beban ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 8 Kontrol PID dengan beban ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 9 Blok Diagram Pengujian Pengendalian Kontrol Fuzzy pada motor DC 1 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 10 Kontrol Fuzzy tanpa beban ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 11 Kontrol Fuzzy dengan beban... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 12 Blok Diagram Pengujian Pengendalian Kontrol FuzzyPID pada motor DC 1 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 13 FuzzyPID Tanpa beben ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 14 FuzzyPID dengan beban ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 15 Blok Diagram Pengujian Pengendalian Kontrol Fuzzy pada motor DC 1 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 16 Pengujian Pengendalian Tanpa bebanError! Bookmark not defined.
Gambar 4. 17 Pengujian Pengendalian dengan bebanError! Bookmark not defined.
Gambar 4. 18 Respon semua sistem kontrol ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 19 Respon sistem kontrol tanpa beban . Error! Bookmark not defined. Gambar 4. 20 Respon sistem kontrol tanpa beban . Error! Bookmark not defined.
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Pengaruh PID Pada Waktu Naik,Overshoot, Waktu Turun dan Kesalahan Keadaan Tunak ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 3. 1 Rule kontrol fuzzy ... Error! Bookmark not defined.
Tabel 4. 1 A Data Pengujian Rotary Encoder pada motor DCError! Bookmark not defined.
1
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Pada perkembangan dunia teknologi pemanfaatan motor Direct Current
(DC) sangat banyak, baik dalam dunia pendidikan, dunia industri maupun bidang lainnya yang menggunakan motor DC sebagai akuator atau sebagai pengerak. Motor DC merupakan motor listrik yang relatif mudah dalam pengontrolan maupun dalam pengendaliannya, peranan motor DC sangat penting yang mana dalam suatu proses penggunaannya membutuhkan tingkat keakurasian dan kepresisian yang tinggi karena hal tersebut sangat mempengaruhi hasil yang dikeluarkan.
Dalam hal pengontrolan motor DC terdapat beberapa sistem maupun metode kontrol. Diantara ialah kontrol Fuzzy, kontrol PID, ada pula pengabungan metode kontrol Fuzzy dan PID yang biasa disebut dengan kontrol Fuzzy PID..
Berdasarkan hal tersebut maka perlu ditingkatkannya kecakapan mahasiswa teknik elektro dalam menghadapi dunia industri, khususnya dalam
bidang sistem kontrol. Adanya “Modul Human Machine Interface (HMI)
Pengendalian Kecepatan Motor DC Menggunakan Metode Kontrol Bervariasi Berbasis LabView” diharapkan dapat menjadikan jawaban dari permasalahan diatas. Pada studi ini penulis memanfaatkan HMI yang ada pada Labview sebagai media pembelajaran desain sistem kontrol yang akan diaplikasikan pada motor DC yang nantinya akan diberi gangguan dengan memutar motor DC yang dijadikan beban. Pada modul pembelajaran mahasiswa dapat melihat kemudian menganalisa perubahan respon beban ketika diberikan beberapa metode kontrol yang berbeda. Dengan demikian mahasiswa teknik elektro dapat memiliki kecakapan dalam penyelesaian masalah desain suatu sistem kontrol yang handal untuk sistem yang dinamis atau sistem yang memiliki ganguan yang variatif.
2 menyerupai bentuk sistem aslinya, dapat melakukan pengamatan dengan hasil yang maksimal dan dapat mengontrol suatu aplikasi.
Dalam bahasa pemrogramannya menggunakan berbagai macam ikon yang
mengambarkan suatu instruksi. Jika bahasa pemrograman text based
mengeksekusi instruksi sesuai dengan urutan yang ditulis, LabView menggunakan metode data flow programming dimana alur data melalui berbagai ikon akan menentukan urutan eksekusi dari setiap instruksi.
1.2. Rumusan Masalah
Bagaimana menciptakan sebuah modul pembelajaran sistem kontrol dengan
memanfaatkan Labview sebagai HMI yang terintegrasi dengan NI USB
6008/6009 yang kemudian untuk mengontrol motor DC dengan menggunakan metode kontrol bervariasi agar mahasiswa dapat mengetahui dan menganalisa respon beban ketika menggunakan metode kontrol yang bervariasi.
1.3. Batasan Masalah
Agar tujuan dari tugas akhir ini tidak menyimpang dari tujuan semula, dibutuhkan suatu batasan-batasan yang jelas guna mengarahkan pembahasan. Batasan-batasan masalah tersebut adalah:
1. Menggunakan HMI dalam proses pengontrolan motor DC
2. HMI yang digunakan adalah Labview
3. Metode kontrol yang digunakan adalah Fuzzy 4. Metode kontrol yang digunakan adalah PID
5. Metode kontrol yang digunakan adalah FuzzyPID
1.4. Tujuan
3
1.5. Sistematika Penulisan BAB I PENDAHULUAN
Merupakan bab pendahuluan yang terdiri atas latar belakang, ruang lingkup permasalahan, tujuan, metode penelitian dan sistematika pembahasan tentang tugas akhir.
BAB II DASAR TEORI
Berisi tentang dasar teori yang mendukung atau berkenaan dengan pembuatan alat tersebut dan menjelaskan komponen-komponen yang dipakai.
BAB III PERENCANAAN DAN PEMBUATAN
Berisi tentang penjelasan rangkaian dan pembuatan HMI secara terpisah berdasarkan blok diagram perancangannya.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS
Berisi tentang pengujian hasil respon transien dan analisa terhadap data yang diperoleh dari lapangan.
BAB V PENUTUP
