Kontrol PI Pada Pengaturan Kecepatan Motor DC

217

Implementasi

Kontrol PI Pada Pengaturan Kecepatan

Motor DC

Mila Fauziyah*

a)

, Denda Dewatama

a)

, Marsa Atisobhita

a)

Abstrak: Motor DC merupakan mesin listrik yang mengkonversi energi listrik menjadi energi mekanik. Motor DC sampai saat ini banyak digunakan untuk pabrik dan industri. Agar penggunaan motor DC semakin banyak dan berkembang maka diperlukan kontrol agar kecepatan putar motor stabil dan sesuai dengan yang diinginkan. Salah satu kontrol yang dapat digunakan adalah kontrol PI, dimana kontrol P dan kontrol I didalam kontrol PI saling melengkapi yaitu kontrol I yang dapat mengeliminasi offset yang diakibatkan oleh kontrol P dan kontrol I yang lambat dapat ditutupi oleh kontrol P. Dengan menggunakan nilai Kp=0,18 dan Ki=0,109 dan

setpoint 40 RPM didapatkan respon dari motor DC yang cukup baik yaitu td (waktu tunda) sebesar 0 detik, tr

(waktu naik) sebesar 11,5 detik, ts (settling time) sebesar 19 detik, tp (waktu puncak) sebesar 2 detik, Mo

(Overshoot maksimum) sebesar 46 rpm dan ess (error stady state) sebesar 0%.

Kata Kunci – Motor DC, Kontrol PI

I. PENDAHULUAN

Motor DC adalah suatu mesin listrik yang berguna sebagai motor listrik jika terjadi proses konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik didalamnya [1]. Motor DC merupakan motor yang membutuhkan suplai tegangan searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan yang kemudian akan diubah menjadi energi mekanik [1]. Motor DC banyak digunakan sebelum motor AC dikenal yaitu untuk menghasilkan tenaga mekanik pada mesin-mesin industri dipabrik, dan lain sebagainya. Sampai saat ini, motor DC banyak dipakai pada pabrik dan industri [2]. Agar penggunaan motor DC semakin banyak dan semakin berkembang maka diperlukan kontrol agar kecepatan putar motor stabil dan sesuai dengan kecepatan putar yang diinginkan [3]. Salah satu kontrol yang dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan putar motor DC dalah kontrol PI. Kontrol PI merupakan gabungan antara kontrol P (Proportional) dan kontrol I (Integral). Kontrol P (Proportional) akan selalu menghasilkan offset sedangkan kontrol I (Integral) atau yang bisa juga disebut dengan pengendali reset berfungsi untuk mengeliminasi

offset yang diakibatkan oleh kontrol P (Proportional). Sedangkan kontrol integral yang lambat dapat ditutupi oleh pengendali proportional [1]. disebut rotor. Kemudian bagian yang tidak berputar atau disebut dengan kutub medan atau statot, dan yang terakhir adalah komutato.[5]

Gambar 1. Motor DC Sederhana

2.2 Karakteristik Motor DC

Gambar 2. Hubungan Antara Daya Dengan Torsi/Kecepatan [1]

Dari gambar 2 dapat dilihat karakteristik dari motor yaitu diantaranya :

 Pada kondisi stall torque, yaitu menunjukkan bahwa kondisi motor pada saat torsi maksimum, akan tetapi motor dalam kondisi yang tidak berputar,

 Pada saat no load speed, yaitu motor pada kondisi kecepatan maksimum, akan tetapi tidak ada beban pada motor. [1]

2.3 Sensor Kecepatan

Sensor kecepatan yang digunakan adalah

incremental rotary encoder. Keluaran dari

incremental rotary encoder adalah format digital.

＊ _{Korespondensi: mila.fauziyah@polinema.ac.id}

218

Sebuah Incremental rotary encoder terdiri dari LED yang digunakan sebagai sumber cahaya, disc encoder (rotating disc) atau disc yang berputar, fixed disc, photo-detector. LED dan photo detector

diletakkan secara sejajar sehingga cahaya dari LED akan mengenai photo detector pada saat disc

berputar. Cahaya dari LED tidak selalu mengenai

photo detector, tetapi hanya akan mengenai photo detector jika cahaya melewati slot-slot pada disc encoder [6]

Gambar 3. Susunan Incremental Rotary Encoder [6]

2.4 Sensor Arus

Sensor arus ACS712 adalah sensor untuk mengukur arus AC atau DC dalam pembacaan arus di industri, otomotif, komersil dan sistem-sistem komunikasi [7].

Gambar 4 Sensor Arus ACS712

2.5 Metode PI

Kontrol PI (Proportional Integral) adalah sistem kontrol atau pengendali gabungan antara kontrol proportional dan integral [8]. Kontrol PI berfungsi agar reaksi dari sebuah sistem lebih cepat dan menghilangkan offset [9].

2.5.1Metode Osilasi Ziegler-Nichols

Metode Osilasi Ziegler-Nichols, pertama-tama Td diatur dengan nilai nol dan Ti diatur dengan nilai tak terhingga. Selanjutnya Kp dinaikkan sampai nilai kritis Kcr tercapai dan mengakibatkan reaksi sistem akan berosilasi berkesinambungan [10].

Gambar 5. Osilasi Berkesinambungan Dengan Periode Pcr [10]

Tabel 1Aturan Dasar Ziegler-Nichols Berdasarkan Kcr dan Pcr [10]

setpoint kecepatan dimasukkan dengan

menggunakan keypad dan ditampilkan di LCD. Kemudian motor akan aktif dan berputar. Besar kecepatan putar motor akan dibaca oleh sensor kecepatan yang selanjutnya pembacaan dari sensor kecepatan akan diolah oleh mikrokontroler untuk melihat selisih (error) dari nilai setpoint dan pembacaan oleh sensor kecepatan. Besar kecepatan putar motor yang dicapai pada saat itu juga akan ditampilkam pada LCD. Selanjutnya kontrol PI akan bertugas untuk mengontrol dan menstabilkan kecepatan motor agar sesuai dengan setpoint

berdasarkan error yang didapat. Selama motor berputar, sensor arus akan membaca besar arus motor DC.

3.2 Perancangan Elektronik 3.2.1 Perancangan Sensor Kecepatan

Sensor yang digunakan adalah Incremental rotary encoder. Sensor kecepatan digunakan untuk membaca kecepatan putar motor. Keluaran dari

Incremental rotary encoder berupa pulsa yang kemudian akan dijadikan input untuk mikrokontroler kaki PD3 seperti terlihat dalam Gambar 6 di bawah ini.

Gambar 6. Perancangan Sensor Kecepatan

Resolusi pada Incremental rotary encoder yang digunakan adalah 360 P/R yaitu dalam satu kali putaran Incremental rotary encoder menghasilkan 360 pulsa. Waktu pencuplikan yang diapakai adalah 100ms, sehingga kecepatan putar motor dapat diketahui dengan persamaan dibawah ini.

Rpm = ………. (1) Keterangan :

219

x = jumlah pulsa rotary encoder (datasheet) T = waktu pencuplikan (ms)

3.2.2 Perancangan Sensor Arus

Gambar 7. Perancangan Sensor Arus

Sensor arus yang digunakan adalah modul sensor arus ASC712. Sensor arus digunakan untuk membaca besar arus pada motor. Digunakan modul sensor arus ACS712 yang 20 Ampere karena arus motor lebih dari 5 Ampere. Sensor ACS712 tidak menggunakan pengkondisi sinyal karena sensitivitas sensor arus lebih besar (100mV) jika dibandingkan step size ADC (4,88 mV). Nilai step size dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dibawah ini.

Step size = ………. (2)

3.2.3 Perancangan Driver Motor

Driver motor digunakan untuk menggerakan motor DC. Driver motor berfungsi sebagai penguat karena tegangan dan arus keluaran mikrokontroler tidak dapat memenuhi kebutuhan motor. Rangkaian ini menggunakan transistor BD139 yang digunakan untuk memicu mosfet. Mosfet yang digunakan pada rangkaian ini adalah mosfet dengan tipe IRF3205. Mosfet digunakan sebagai saklar. Rangkaian driver motor DC dapat dilihat dalam Gambar 8 di bawah.

Gambar 8. Driver Motor DC

3.3 Perancangan PI

3.3.1 Perancangan Kontrol PI Ziegler-Nichols

Gambar 9. Respon Osilasi Motor DC

Gambar 9 diatas merupakan respon osilasi motor DC yang diperoleh dari metode osilasi

Ziegler-nichols. Nilai Kcr yang didapat sebesar 1,04 dan nilai Pcr sebesar 3,3. Jarak antar gelombang sebesar 33 dan waktu pencuplikan 100ms, maka nilai Pcr sebesar 3,3 dapat dihitung:

Pcr = 83 – 50 berdasarnya rumus metode osilasi Ziegler-nichols

yang terdapat pada tabel 2.1. Kp = 0,45 x Kcr

4.1 Pengujian Rangkaian Sensor Kecepatan Pada pengujian ini dilakukan dengan mengatur besar duty cycle dari program yang selanjutnya melihat besar kecepatan motor pada LCD dan yang terbaca pada tachometer.

220

Error Rata-rata (%) 0.3611765

4.2 Pengujian Driver Motor

Pengujian driver motor dilakukan dengan cara mengatur duty cycle dari program yang selanjutnya mengukur tegangan keluaran motor.

Tabel 3. Tabel Hasil Pengujian Driver Motor Duty Cycle

4.3 Pengujian Kontrol PI (Proportional Integral) Pengujian kontrol PI (Proportional Integral) dilakukan untuk mengetahui bagaimana respon motor jika diberi kontrol Kp dan Ki. Nilai Kp dan Ki yang didapat dari perhitungan metode osilasi

Ziegler-nichols sebesar 0,468 dan 0,17 dan didapatkan hasil sebagai berikut :

 Nilai Kp= 0,468 dan Ki=0,17

Gambar 10. Grafik Respon Dengan Nilai Kp = 0,468 dan Ki = Sebesar 0,17 sistem masih tidak bagus sehingga dilakukan fine tunning untuk mendapatkan respon sistem yang lebih baik dan didapatkan nilai Kp sebesar 0,18 dan Ki sebesar 0,109.

Gambar 4.3 Grafik Respon Sistem Dengan Kontrol PI Pada Setpoint 40 RPM

221

yang cukup baik yaitu dengan td (waktu tunda) sebesar 0 detik, tr (waktu naik) sebesar 11,5 detik, ts

(settling time) sebesar 19 detik, tp (waktu puncak) sebesar 2 detik, Mo (Overshoot maksimum) sebesar 42 rpm dan ess (error stady state) sebesar 0%.

5.2 Saran

Berdasarkan dari dari perancangan, pengujian dan analisa alat yang sudah dilakukan maka saran yang dapat diberikan untuk pengembangan penelitian selanjutnya adalah dapat menggunakan jenis kontrol lain untuk mendapatkan respon sistem yang lebih baik lagi.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Sari, Ranti Permata. 2010. Penalaan Parameter Kontrol PID

Dengan Metode Heuristic, Aplikasi : Sistem

Pengendalian Kecepatan Motor DC. Jurnal Jurusan

Teknik Fisika. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. [2] Rifa’i, Muhammad. 2012. Modul Ajar Mesin-Mesin Listrik.

Malang: Politeknik Negeri Malang

[3] Odinanto, Tjahja, dkk. 2015. Perancangan Pengendali Kecepatan Motor Arus Searah 1 HP 220 Volt Dengan

Metode PI Berbasis Mikrokontroler. Jurnal IPTEK Vol

Vol 19 No.1 Mei 2015.Jurusan Teknik Elektro-ITATS [4] Nugroho, Nalaprana & Agustina, Sri. 2015. Analisa Motor

DC (Direct Current) Sebagai Penggerak Mobil Listrik.

Jurnal Mikrotiga, Vol 2, No.1 Januari 2015. Universitas Brawijaya

[5] Hamdani, Mohammad. 2010. Pengendalian Kecepatan Motor DC Terhadap Perubahan Temperatur Dengan Sistem

Modulasi Lebar Pulsa. Skripsi Teknik Elektro

Universitas Indonesia.

[6] Kosasih, Herman. 2008. Pengukuran Kecepatan Putar

Berbasis Real Time Linux. Skripsi Departemen Teknik

Elektro. Universitas Indonesia.

[7] Abdillah, Sofyan Hanif. 2014. Pengaturan Tegangan Output Photovoltalk Untuk Pengisian Aki Menggunakan Metode Perturb dan Observe. Skripsi Jurusan TEknik Elektro. Politeknik Negeri Malang

[8] Darjat, dkk. 2008. Aplikasi Kontrol Proportional Inetegral

Berbasis Mikrokontroler ATMega8535 Untuk

Pengaturan Suhu Pada Alat Pengering Kertas.

Proceeding, Seminar Ilmiah Nasional Komputer dan Sistem Inteligen (KOMMIT 2008). Universitas Diponegoro.

[9] Putranto. 2016. Implementasi Metode PI (Proportional Integral) Pada Pengaturan Kecepatan Crusher Motor

Dalam Proses Ekstraksi Buah Apel. Skripsi Teknik

Elketro Politeknik Negeri Malang.