DASAR SISTEM KENDALI PID
(PROPORTIONAL INTEGRAL DERIVATIVE CONTROLLER)
D I S U S U N OLEH:
NAMA : M ALDY GUSTANTO
KELAS : 3EC
NPM : 062230320604
DOSEN PENGAMPUH : TEGAR PRASETYO, S.T., M.T.
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM STUDI DIII TEKNIK ELEKTRONIKA
2023
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan kemudahan sehingga saya dapat menyelesaikan laporam ini dengan tepat waktu sebagai hasil dari pembelajaran yang telah saya selesaikan pada mata kuliah sistem kendali mengenai materi PID (proportional integral derivative controller) Jurusan Teknik elektro Program studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya.
Tujuan dari penyusunan laporan ini untuk memberikan teori terkait PID (proportional integral derivative controller) dan memahami cara pengontrolan menggunakan PID.
saya menyadari bahwa laporan ini masih diperlukan penyempurnaan, oleh karena itu masukan dan saran dari dosen pembimbing mata kuliah ini sangat diperlukan. Dan begitu pula dari pembaca lain sebagai pemerhati kajian ilmu, baik secara langsung ataupun tidak secara langsung yang ada hubungannya dengan mata kuliah ini, sehingga pada akhirnya diharapkan laporan ini nantinya akan lebih sempurna dengan muatan kajian yang lebih mendalam dan mudah untuk dipelajari.
Palembang, 17 Desember 2023
M ALDY GUSTANTO
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... ii
BAB I ... 1
PENDAHULUAN ... 1
1.1
Latar Belakang ... 1
1.2
Rumusan Masalah ... 2
1.3
Tujuan ... 2
BAB II ... 3
PEMBAHASAN ... 3
2.1
Pengertian... 3
2.2
Jenis-Jenis ... 4
2.3
Prinsip Kerja PID ... 11
2.4
Metode Kontrol PID ... 12
BAB III ... 16
PENUTUP ... 16
3.2
Kesimpulan ... 16
DAFTAR PUSTAKA ... 17
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pemakaian sistem kendali otomatis saat ini merupakan kebutuhan yang sangat utama untuk menjaga agar proses produksi berjalan seperti yang direncanakan, mengurangi beban pekerjaan manusia dan mendapatkan hasil yang cepat, tepat dan efisien. Penggunaan sistem kendali otomatis digunakan dalam banyak ruang lingkup kegiatan manusia.
Salah satu sistem kendali yang banyak digunakan di industri adalah pengontrolan PID (Proportional Integral Derivatif). Didalam suatu sistem kontrol kita mengenal adanya beberapa macam aksi kontrol, diantaranya yaitu aksi kontrol proporsional, aksi kontrol integral dan aksi kontrol derivative.
Masing-masing aksi kontrol ini mempunyai keunggulankeunggulan tertentu, dimana aksi kontrol proporsional mempunyai keunggulan rise time yang cepat, aksi kontrol integral mempunyai keunggulan untuk memperkecil error ,dan aksi kontrol derivative mempunyai keunggulan untuk memperkecil error atau meredam overshot/undershot. Untuk itu agar kita dapat menghasilkan output dengan risetime yang cepat dan error yang kecil kita dapat menggabungkan ketiga aksi kontrol ini menjadi aksi kontrol PID. Kendali PID merupakan gabungan dari ketiga macam metode kendali, yaitu pengendali proporsional (Proportional Controller), pengendali integral (Integral Controller), dan pengendali turunan (Derivative Controller).
Parameter pengontrol Proporsional Integral derivative (PID) selalu didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang di atur (plant). Dengan demikian bagaimanapun rumitnya suatu plant, prilaku plant tersebut harus di ketahui terlabih dahulu sebelum pencarian parameter PID itu dilakukan.
1.2 Rumusan Masalah
Pada makalah ini, akan membahas semua hal yang mengenai PID (Proportional Integral Derivatif), mulai dari pengertian, jenis pengontrolnya, karakteristik, dan lainnya.
1.3 Tujuan
Tujuan dari pembuatan makalah ini, adalah untuk mengetahui lebih dalam dan lebih lanjut mengenai sistem kontrol PID. Selain itu, kita juga akan mengupas lebih dalam apa saja pengontrol-pengontrol yang ada pada sistem kontrol PID ini.
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian
PID (Proportional Integral Derivative controller) merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut. Pengontrol PID adalah pengontrol konvensional yang banyak dipakai dalam dunia industri. Pengontrol PID akan memberikan aksi kepada Control Valve berdasarkan besar error yang diperoleh.
Control valve akan menjadi aktuator yang mengatur aliran fluida dalam proses industri yang terjadi Level air yang diinginkan disebut dengan Set Point. Error adalah perbedaan dari Set Point dengan level air aktual.
PID merupakan singkatan dari bahasa inggris yaitu Proportional Integral Derivative yang merupakan kontroler yang menentukan seberapa dekat perbedaan nilai pada saat dilakukan pengulangan pengukuran presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tersebut. Sistem kontrol PID sendiri, memiliki tiga buah pengaturan yaitu kontrol Propotional ( P ), kontrolDerivative ( D ), dan kontrol Integral ( I ). Ada tiga macam Kontrol PID yaitu controlPI, PD, dan PID. PI adalah kontrol yang menggunakan komponen proportional danintegratif. PD adalah kontrol yang menggunakan komponen proportional danderivatif. Dan PID adalah kontrol yang menggunakan komponen proportional,integratif, dan derivatif. Dalam perancangan sistem kontrol PID yang perlu dilakukan adalah mengatur parameter P, I atau D agar tanggapan sinyal keluar sistem terhadap masukan tertentu sebagaimana yang diinginkan.
2.2 Jenis-Jenis
PID (Proportional–Integral–Derivative controller) merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut. Pengontrol PID adalah pengontrol konvensional yang banyak dipakai dalam dunia industri. Pengontrol PID akan memberikan aksi kepada Control Valve berdasarkan besar error yang diperoleh. Control valve akan menjadi aktuator yang mengatur aliran fluida dalam proses industri yang terjadi Level air yang diinginkan disebut dengan Set Point. Error adalah perbedaan dari Set Point dengan level air aktual.
PID Blok Diagram dapat dilihat pada gambar dibawah :
Adapun persamaan Pengontrol PID adalah :
Keterangan :
mv(t) = output dari pengontrol PID atau Manipulated Variable Kp = konstanta Proporsional
Ti = konstanta Integral Td = konstanta Detivatif
e(t) = error (selisih antara set point dengan level aktual)
Persamaan Pengontrol PID diatas dapat juga dituliskan sebagai berikut :
dengan :
Untuk lebih memaksimalkan kerja pengontrol diperlukan nilai batas minimum dan maksimum yang akan membatasi nilai Manipulated Variable yang dihasilkan.
Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu Proportional, Integratif dan Derivatif. Ketiganya dapat dipakai bersamaan maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap suatu plant.
a. Pengontrol Porprosional
Diagram blok kontroler proprosional
Pengontrol proposional memiliki 2 parameter, pita proposional (propotional band) dan konstanta proporsional. Daerah kerja kontroler efektif dicerminkan oleh pita proporsional sedangkan konstanta
proporsional menunjukan nilai faktor penguatan sinyal tehadap sinyal kesalahan Kp Hubungan antara pita proporsional (PB) dengan konstanta proporsional (Kp) ditunjukkan secara persentasi oleh persamaan berikut:
Proportional band dari pengontrol proporsional tergantung pada penguatan
Gambar diatas menunjukkan grafik hubungan antara PB, keluaran pengontrol dan kesalahan yang merupakan masukan pengontrol. Ketika konstanta proporsional bertambah semakin tinggi, pita proporsional menunjukkan penurunan yang semakin kecil, sehingga lingkup kerja yang dikuatkan akan semakin sempit.
pengguna pengontrol propoisional harus memperhatikan ketentuan- ketentuan berikut ini :
1. Kalau nilai Kp kecil, pengontrol proposional hanya mampu melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sisitem yang lambat.
2. Kalau nilai Kp dinaikan, respon sistem menunjukan semakin cepat mencapai set point dan keadaan stabil.
3. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebiahan, akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil, atau respon sistem akan berosolasi.
b. Pengontrol Integral
Pengontrol integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki kesalahan keadaan stabil nol. Dengan pengontrol integral, respon sistem dapat diperbaiki, yaitu mempunyai kesalahan keadaan stabilnya nol.
Kurva sinyal kesalahan e(t) terhadap t pada pembangkit kesalahan nol.
Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh kurva kesalahan penggerak. Sinyal keluaran akan berharga sama dengan harga sebelumnya ketika sinyal kesalahan berharga nol.
Gambar diatas menunjukkan contoh sinyal kesalahan yang dimasukan ke dalam pengontrol integral dan keluaran pengontrol integral terhadap perubahan sinyal kesalahan tersebut.
Blok diagram hubungan antara besaran kesalahan dengan pengontrol integral
Pengaruh perubahan konstanta integral terhadap keluaran integral ditunjukkan oleh gambar dibawah. Ketika sinyal kesalahan berlipat ganda, maka nilai laju perubahan keluaran pengontrol berubah menjadi dua kali dari semula. Jika nilai konstanta integrator berubah menjadi lebih besar, sinyal kesalahan yang relatif kecil dapat mengakibatkan laju keluaran menjadi besar .
Perubahan keluaran sebagai akibat penguatan dan kesalahan
Ketika digunakan, pengontrol integral mempunyai beberapa karakteristik berikut ini:
1. Keluaran pengontrol membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga pengontrol integral cenderung memperlambat respon.
2. Ketika sinyal kesalahan berharga nol, keluaran pengontrol akan bertahan pada nilai sebelumnya.
3. Jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menunjukkan kenaikan atau penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal kesalahan dan nilai Ki.
4. Konstanta integral Ki yang berharga besar akan mempercepat hilangnya offset. Tetapi semakin besar nilai konstanta Ki akan mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal keluaran pengontrol.
c. Pengontrol Derivative
Keluaran pengontrol Derivative memiliki sifat seperti halnya suatu operasi differensial. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol, akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat.
Gambar diatas menyatakan hubungan antara sinyal masukan dengan sinyal keluaran pengontrol Derivative. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan menaik (berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru merupakan fungsi step yang besar magnitudnya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsi ramp dan faktor konstanta diferensialnya.
Karakteristik pengontrol derivative adalah sebagai berikut:
1. Pengontrol ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada perubahan pada masukannya (berupa sinyal kesalahan).
2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran yang dihasilkan pengontrol tergantung pada nilai Td dan laju perubahan sinyal kesalahan. (Powel, 1994, 184).
3. Pengontrol derivative mempunyai suatu karakter untuk mendahului, sehingga pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum pembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrol derivative dapat mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif, dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem .
Berdasarkan karakteristik pengontrol tersebut, pengontrol derivative umumnya dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil kesalahan pada keadaan stabilnya. Kerja pengontrol derivative hanyalah efektif pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode peralihan. Oleh 13 sebab itu pengontrol derivative tidak pernah digunakan tanpa ada pengontrol lain sebuah sistem (Sutrisno, 1990, 102).
d. Pengontrol PID
Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengontrol P, I dan D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi pengontrol proposional plus integral plus derivative (pengontrol PID). Elemen-elemen pengontrol P, I dan D masing-masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar.
Keluaran pengontrol PID merupakan penjumlahan dari keluaran pengontrol proporsional, keluaran pengontrol integral. Gambar diatas menunjukkan hubungan tersebut.
Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari ketiga parameter P, I dan D. Pengaturan konstanta Kp, Ti, dan Td akan mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari ketiga konstanta tersebut dapat diatur lebih menonjol dibanding yang lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan .
2.3 Prinsip Kerja PID
Prinsip kerja di balik pengontrol PID adalah suku proporsional, integral, dan turunannya harus disesuaikan atau "disetel". Berdasarkan perbedaan antara nilai-nilai ini, faktor koreksi dihitung dan diterapkan pada masukan. Misalnya, jika suhu oven lebih dingin dari yang dibutuhkan, panasnya akan meningkat.
Berikut tiga langkahnya:
1. Penyetelan proporsional melibatkan koreksi target yang sebanding dengan perbedaannya. Dengan demikian, nilai target tidak pernah tercapai karena ketika selisihnya mendekati nol, maka koreksi yang diterapkan juga demikian.
2. Penyetelan integral berupaya memperbaiki hal ini dengan secara efektif mengumpulkan hasil kesalahan dari "P" tindakan untuk meningkatkan faktor koreksi. Misalnya, jika suhu oven tetap di bawah, “I” akan bertindak untuk meningkatkan head yang dihasilkan. Namun, alih-alih menghentikan pemanasan saat target tercapai, "Saya" mencoba untuk mendorong kesalahan kumulatif ke nol, sehingga menghasilkan overshoot.
3. Penyetelan turunan berupaya meminimalkan overshoot ini dengan memperlambat faktor koreksi yang diterapkan saat target didekati.
2.4 Metode Kontrol PID
Untuk merancang sistem kontrol PID, kebanyakan dilakukan dengan metoda coba◻coba atau (trial & error). Hal ini disebabkan karena parameter Kp, Ki dan Kd tidak independent. Untuk mendapatkan aksi kontrol yang baik diperlukan langkah coba-coba dengan kombinasi antara P, I dan D sampai ditemukan nilai Kp, Ki dan Kd seperti yang diiginkan.
a. Metode Pembelajaran Konvensional
Langkah awal dalam pembelajaran perancangan sistem kontrol yaitu menjelaskan bagaimana membuat diagram blok sistem. Diagram blok digunakan sebagai bahan analisis yaitu dengan memberikan aksi pengontrolan yang berbeda. Tanggapan sistem dapat dilihat setelah sistem diberikan sinyal masukan yang berbeda. Kombinasi antara sinyal masukan dan aksi pengontrolan ini akan menghasilkan tanggapan yang berbeda◻beda. (Ogata, Katsuhiko, 1997) menjelaskan langkah-lamhkah yang harus dilakukan dalam perancangan sistem kontrol sebagai berikut:(1) Memahami cara kerja system, (2) Mencari model sistem dinamik dalam persamaan differensial, (3) Mendapatkan fungsi alih sistem dengan Transformasi Laplace, (4) Memberikan aksi pengontrolan dengan menentukan konstanta Kp, Ki dan Kd, (5) Menggabungkan fungsi alih yang sudah didapatkan dengan jenis aksi pengontrolan, (6) Menguji sistem dengan sinyal masukan fungsi langkah, fungsi undak dan
impuls ke dalam fungsi alih yang baru, (7) Melakukan Transformasi Laplace balik untuk mendapatkan fungsi dalam kawasan waktu, (8) Menggambar tanggapan sistem dalam kawasan waktu Dalam pembelajaran konvensional untuk melihat tanggapan suatu sistem dengan berbagai macam kombinasi sinyal masukan dan aksi pengontrolan merupakan hal yang sulit, diperlukan kesabaran dan ketelitian untuk mendapatkan hasil penggambaran yang baik dan hasilnyapun seringkali kurang akurat. Hal ini menjadikan mahasiswa merasa bahwa materi perancangan sistem control sangat sulit yang berdampak pada keengganan untuk mempelajari lebih jauh tentang materi sistem kontrol.
b. Metode Pembelajaran Dengan Simulasi Komputer
Hadirnya software komputer sangat membantu perhitungan dan proses analisis tanggapan sistem terhadap sinyal masukan dan aksi pengontrolan. Berbeda dengan perhitungan manual yang rumit dan lama, perhitungan dengan bantuan software komputer jauh lebih mudah dan cepat dan hasilnya tepat. Matlab merupakan salah satu software yang dikembangkan dalam bidang pengaturan yang dilengkapi Control Toolbox. Toolbox ini dilengkapi dengan berbagai macam fungsi pendukung yang dipergunakan dalam analisis sistem kontrol. Beberapa fungsi pendukung yang sering dipergunakan untuk menganalisis suatu sistem adalah : feedback, step, rlocus, series, dll. Untuk menganalisis suatu sistem, software hanya memerlukan masukan berupa fungsi alih yang ditulis dalam Transformasi Laplace (kawasan frekuensi) atau matriks ruang keadaan. Sebagai contoh, suatu sistem kontrol memiliki fungsi alih sebagai berikut :
Model matematik sistem dinamik dapat dituliskan dengan menggunakan Hukum Kirchoff Arus dan Tegangan sehingga menjadi :
Fungsi alih dari model dinamik sistem di atas dapat dilakukan dengan melakukan transformasi Laplace sehingga di dapat persamaan sbb:
Dari fungsi alih inilah akan dicari tanggapan sistem terhadap sinyal masukan yang beragam. Tanggapan sistem yang baik dari suatu sistem kontrol mempunyai criteria: Waktu naik cepat, Minimasi overshoot dan minimasi kesalahan keadaan tunak. Adapun langkah-langah yang harus dilakukan untuk analisisi dengan Matlab adalah menentukan nilai R, L, dan C (misal R = 100Ω, L = 1,25mH, C = 6250µF), memasukkan koefisien pembilang (Ps) dan penyebut (Qs) dari fungsi alih, dan memilih jenis masukan yang akan dimasukkan ke sistem (fungsi langkah, undak, impuls atau lainnya). Contoh penulisan Command Editor di Matlab
Tanggapan sistem terbuka diperlihatkan pada gambar dibawah ini :
Grafik di atas menunjukkan bahwa sistem memiliki kesalahan keadaan tunak yang tinggi sebesar 0,88 hal ini dapat dilihat pada tanggapan sistem menuju ke nilai amplitudo 0,12. Dari Gambar3 dapat juga diketahui bahwa sistem memiliki waktu naik yang lama (1,5 detik). Untuk menghasilkan sistem kontrol yang baik, diperlukan sistem loop tertutup.
BAB III PENUTUP
3.2 Kesimpulan
Adapun kesimpulan dari makalah ini adalah sebagai berikut ;
1. Ada tiga jenis controller yaitu proportional, integral, dan derivative.
2. Proportional kontroller memberikan efek mengurangi waktu naik, tapi tidak menghapus kesalahan keadaan tunak. Integral controller memberikan efek menghapus kesalahan keadaan tunak tapi berakibat pada respon transient yang buruk. Sedangkan derivatif controller akan memberikan efek meningkatkan stabilitas sistem, mengurangi overshoot, dan menaikkan respon transient.
3. Masalah dalam sistem kontrol dapat diselesaikan menggunakan Proportional kontrol, P-D control, PI control, dan PID controller.
DAFTAR PUSTAKA
Ali, M. (2004). pembelajaran, sistem kontrol PID. Retrieved from PEMBELAJARAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL PID:
https://staffnew.uny.ac.id/upload/132256208/penelitian/Sistem+Kontrol+PI D+Muhamad+Ali.pdf
Arifin, F. PID CONTROLLER. Retrieved from PID CONTROLLER:
https://staffnew.uny.ac.id/upload/132206815/pendidikan/pid-controller.pdf Juand, A. Dasar Teori. Retrieved from Dasar Teori Kontrol PID:
https://elib.unikom.ac.id/files/disk1/365/jbptunikompp-gdl-anggajuand- 18247-4-babii.pdf
Omega. Prinsip Kerja Pengendali PID. Retrieved from Bagaimana Cara Kerja Pengontrol PID?: https://www.omega.com/en-us/resources/how-does-a- pid-controller-work
