MAKALAH SISTEM PENGATURAN
RESPON SISTEM
Di susun oleh : Kelompok 6
MUHAMMAD FAKHRI RAMADHAN
MUHAMMAD AJIE RAHMAN
JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGRI PADANG 2024
KATA PENGANTAR
Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang, Kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ilmiah tentang limbah dan manfaatnya untuk masyarakat.
Makalah ilmiah ini telah kami susun dengan maksimal dan mendapatkan bantuan dari berbagai pihak sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu kami menyampaikan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam pembuatan makalah ini.
Terlepas dari semua itu, Kami menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan terbuka kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki makalah ilmiah ini.
Akhir kata kami berharap semoga makalah ilmiah tentang limbah dan manfaatnya untuk masyarakan ini dapat memberikan manfaat maupun inpirasi terhadap pembaca.
Padang, 12 November 2024
Penyusun
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR...2
BAB I PENDAHULUAN... 1.1 LATAR BELAKANG...4
1.2 RUMUSAN MASALAH...5
1.3 MANFAAT DAN TUJUAN...5
BAB II PEMBAHASAN... 2.1 DEFINISI SISTEM KENDALI...6
2.2 MANFAAT SISTEM KENDALI...6
2.3 PENGERTIAN RESPON SISTEM...7
2.4 KLASIFIKASI RESPON SISTEM...9
BAB III PENUTUP... A. KESIMPULAN...21
B. SARAN...22
DAFTAR PUSTAKA...22
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Seiring dengan perkembangan ilmu dan teknologi dewasa ini sistem kendali manual maupun automatik memiliki peran yang sangat penting.
Peranan sistem kendali automatik adalah paling menonjol dalam berbagai keperluan hajat manusia atau bangsa yang telah maju peradabannya.
Contoh konkrit dapat kita temui pada pengendalian pesawat ruang angkasa, peluru kendali, sistem pengemudi pesawat, sate Iit, dan
sebagainya. Sementara di industri diperlukan untuk pengendalian mesin- mesin produksi bidang manufaktur dan pengendalian proses seperti tekanan, temperatur, aliran, gesekan, kelembaban, dan sebagainya.
Kemajuan sistem kendali automatic dalam bentuk teori maupun praktik akan memberikan kemudahan dalam mendapatkan unjuk kerja sistem dinamik, mempertinggi kualitas, menurunkan biaya produksi dan penghematan energi. Tingkat kemajuan ini dicapai tidak secara tiba-tiba, melainkan melalui sejarah perkembangan yang cukup panjang. Tepatnya adalah sejak ditemukannya governor sentrifugal sebagai pengendalian kecepatan mesin uap yang dibuat oleh James Watt pada abad ke-18. Pada tahun 1922, Minorsky membuat alat kendali automatik untuk pengemudian kapal dan menunjukkan cara menentukan kestabilan dari persamaan diferensial yang melukiskan sistem. Pada tahun 1932, Nyquist mengembangkan suatu prosedur yang relative sederhana untuk menentukan kestabilan loop tertutup. Pada tahun 1934, Hazen memperkenalkan servomekanik untuk sistem kendali posisi. Pada tahun 1940 hingga 1950 kendali linier berumpan balik dan metode tempat kedudukan akar dalam desain sistem kendali.
Metode respon frekuensi dan tempat kedudukan akar yang merupakan inti teori sistem kendali klasik, akan mendasari pembahasan sistem yang stabil yang memenuhi persyaratan unjuk kerja untuk sembarang sistem pengendalian. Sejak akhir tahun 1950, penekanan desain sistem kendali telah beralih kesalah satu dari beberapa sistem yang bekerja menjadi desain satu sistem optimal. Teori klasik yang membahas sistem satu masukan satu keluaran, semenjak tahun 1960 sudah tidak dapat digunakan untuk sistem multi masukan dan multi keluaran. Dengan kata lain bahwa sistem kendali multi masukan-multi keluaran menjadi semakin kompleks, sehingga pemecahannya memerlukan banyak persamaan. Lebih jauh dari itu, logis bila memerlukan peralatan Bantu yang memadai seperti penggunaan komputer analog maupun digital secara langsung. Semenjak itu pulalah sistem kendali modern dikembangkan guna mengatasi
kompleksitas yang dijumpai pada berbagai sistem pengendalian yang menuntut ketelitian tinggi dan cepat dengan hasil akhir (output) optimal.
Oleh sebab itu wajar bila suatu industri besar dan modern sangat memerlukan tenaga ahli dalam perencanaan sistem kendali dan teknisi profesional sebagai operator dari berbagai disiplin ilmu yang saling terkait.
Materi sistem kendali yang akan disajikan disini penekanannya pada teori klasik, yaitu sistem satu masukan-satu keluaran berumpan-balik maupun tanpa umpanbalik. Namun demikian sistem kendali multi masukan- multi keluaran yang melibatkan peralatan mikroprosesor/mikrokomputer pun akan disajikan pula dengan porsi yang relative sedikit. Dengan demikian materi sistem kendali yang disajikan di sini sebagian besar berfokus pada sistem loop tertutup (closed-loop system).
1.2 RUMUSAN MASALAH
• Defenisi Sistem Kendali? Manfaat sistem kendali?
• Pengertian Respon Sistem
• Klasifikasi Respon Sistem 1.3 MANFAAT DAN TUJUAN
• Untuk mengetahui tentang sistem kendali.
• Untuk mengetahui manfaat sistem kendali.
• Untuk mengetahui pengertian dan Klasifikasi Respon Sistem
BAB II PEMBAHASAN
2.1 DEFINISI SISTEM KENDALI
Kata – kata system kendali diterjemahkan dari kata control system.
Sistem itu sendiri adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja sama dalam melakukan suatu sasaran tertentu. Sedangkan kata kendali
dan mengendalikan mempunyai unsur dinamikayang mempunyai pengertian tidak hanya mengatur atau merapikan, tetapi jugamenggandung nilai – nilai yang bersifat menguasai dan mengekang secara dinamis. Dari pengertian diatas maka sistem kendali dapat didefinisikan sebagai hubungan timbal balik antara komponen – komponen yang membentuk suatu konfigurasi system dan memberikan suatu hasil sesuai dengan yang diharapkan. Hasil ini adalah keluaran yangdinamakan respon sistem yang dimaksud. Jika harus ada yang dikendalikan, dalam bidang keteknikan yaitu berupa sistem fisis yang biasa disebut dengan kendalian (plat).
Masukkan dan keluaran merupakan suatu variabel atau besaran fisis.
Keluaran merupakan hal yang dihasilkan oleh kendali. Sedangkan masukkan adalah yang mempengaruhi kendalian (yang mengatur keluaran). Kedua dimensi masukkan dan keluaran tidak harus sama.
System kendali umpan balik (Feedback Control System) adalah syatem kendali yang mempunyai elemen umpan balik, berfungsi untuk mengamati keluaran yang terjadi untuk dibandingkan dengan masukkan (yang diinginkan).
2.2 MANFAAT SISTEM KENDALI
System kendali mempunyai peranan penting sangat penting dalam kemajuan ilmu dan teknologi. Peranan sistem kendali meliputi semua bidang aspek kehidupan, bidangekonomi, pertanian, perternakan, medis, industri, lingkungan dan lain sebagainya. Sebagai contoh, dalam system kendali yang membawa kemajuan pada proses indusri pesawat terbang, peluru kendali, pesawat ruang angkasa dll. Dalam industri sistemkendali dipergunakan dalam pengendalian peralatan – peralatan otomatis untuk kerjamesin produksi seperti motor – motor.
2.3 PENGERTIAN RESPON SISTEM
Respon sistem atau tanggapan sistem adalah perubahan perilaku output terhadap perubahan sinyal input. Respon sistem berupa kurva ini akan menjadi dasar untuk menganalisa karakteristik system selain menggunakan model matematika.
Bentuk kurva respon sistem dapat dilihat setelah mendapatkan sinyal input. Sinyal input yang diberikan untuk mengetahui karakteristis system disebut sinyal test. Ada 3 tipe input sinyal test yang digunakan untuk menganalisa system dari bentuk kurva response:
• Impulse signal, sinyal kejut sesaat
• Step signal, sinyal input tetap DC secara mendadak
• Ramp signal, sinyal yang berubah mendadak (sin, cos).
Respon sistem atau tanggapan sistem terbagi dalam dua domain/kawasan:
• Domain waktu (time response) Domain frekuensi (frequency response)
domain respon sistem
Respon Peralihan (transient response)
Ketika input sebuah sistem berubah secara tiba-tiba, keluaran atau output membutuhkan waktu untuk merespon perubahan itu. Bentuk respon transient atau peralihan bisa digambarkan seperti berikut
bentuk sinyal respon transien
Bentuk sinyal respond transient ada 3:
• Underdamped response, output melesat naik untuk mencapai input kemudian turun dari nilai yang kemudian berhenti pada kisaran nilai input. Respon ini memiliki efek osilasi
• Critically damped response, output tidak melewati nilai input tapi butuh waktu lama untuk mencapai target akhirnya.
• Overdamped response, respon yang dapat mencapai nilai input dengan cepat dan tidak melewati batas input.
Fasa peralihan ini kemudian akan berhenti pada nilai dikisaran input/target dimana selisih nilai akhir dengan target disebut steady state error.Jika dengan input atau gangguan yang diberikan pada fasa transient kemudian tercapai output steady state maka dikatakan sistem ini stabil. Jika sistem tidak stabil, output akan meningkat terus tanpa batas sampai sistem merusak diri sendiri atau terdapat rangkaian pengaman yang memutus sistem.
Sensitifitas sistem adalah perbandingan antara persentase perubahan output dengan persentase perubahan input. Perubahan pada input bisa normal atau ada gangguan dimana parameter proses akan berubah seiring dengan usia, lingkungan, kesalahan kalibrasi dsb. Pada sistem siklus tertutup tidak terlalu sensitif terhadap hal ini karena adanya proses monitoring balik/feedback. Kondisi sebaliknya terjadi pada sistem siklus terbuka. Pemilihan sistem siklus terbuka harus memperhatikan spesifikasi beban dan kapasitas sistem.
2.4 KLASIFIKASI RESPON SISTEM
Berdasarkan sinyal bentuk sinyal uji yang digunakan, karakteristik respon sistem dapat diklasifikasikan atas dua macam, yaitu:
a. Karakteristik Respon Waktu (Time Respons), adalah karakteristik respon yang spesifikasi performansinya didasarkan pada pengamatan bentuk respon output sistem terhadap berubahnya waktu.
Secara umum spesifikasi performansi respon waktu dapat dibagi atas dua tahapan pengamatan, yaitu;
• Spesifikasi Respon Transient, adalah spesifikasi respon sistem yang diamati mulai saat terjadinya perubahan sinyal
input/gangguan/beban sampai respon masuk dalam keadaan
steady state. Tolak ukur yang digunakan untuk mengukur
kualitas respon transient ini antara lain; rise time, delay time, peak time, settling time, dan
%overshoot.
• Spesifikasi Respon Steady State, adalah spesifikasi respon sistem yang diamati mulai saat respon masuk dalam keadaan steady state sampai waktu tak terbatas (dalam praktek waktu pengamatan dilakukan saat TS t 5TS). Tolok ukur yang digunakan untuk mengukur kualitas respon steady state ini antara lain; %eror steady state baik untuk eror
posisi, eror kecepatan maupun eror percepatan
•
b. Karakteristik Respon Frekuensi (Frequency Respons)
karakter resppon frekuensi adalah karakteristik respon yang spesifikasi performansinya didasarkan pengamatan magnitude dan sudut fase dari penguatan/gain (output/input) sistem untuk masukan sinyal sinus (A sin t). Tolak ukur yang digunakan untuk mengukur kualitas respon frekuensi ini antara lain;
• Frequency Gain Cross Over,
• Frequency Phase Cross Over,
• Frequency Cut-Off (filter),
• Frequency Band-Width (filter),
• Gain Margin,
• Phase Margin,
• Slew-Rate Gain dan lain-lain.
c. Karakteristik Respon Waktu Sistem Orde I dan Sistem Orde II Respon output sistem orde I dan orde II, untuk masukan fungsi Impulsa, step, ramp dan kuadratik memiliki bentuk yang khas sehingga mudah diukur kualitas responnya (menggunakan tolok ukur yang ada). Pada sistem orde tinggi umumnya memiliki bentuk respon yang kompleks atau tidak memiliki bentuk respon yang khas, sehingga ukuran kualitas sulit ditentukan. Meskipun demikian, untuk sistem orde tinggi yang ada dalam praktek (sistem yang ada di industri), umumnya memiliki respon menyerupai atau dapat didekati dengan respon orde I dan II. Untuk sistem yang demikian dapatlah dipandang sebagai sistem orde I atau II, sehingga ukuran kualitas sistem dapat diukur dengan tolok ukur yang ada.
d. Karakteristik Respon Impulsa (Impuls Respon)
Adalah karakteristik sistem yang didapatkan dari spesifikasi respon output terhadap masukan impulsa.
Respon Impulsa sistem orde I
Suatu sistem orde I, dapat digambarkan sebagai berikut :
sistem orde 1
tabel penurunan nilai fungsi eksponensial
contoh soal Respon Impulsa sistem orde 1
contoh soal Respon Impulsa sistem orde 1 (2) Respon Impulsa sistem orde II
Suatu sistem orde II, dapat digambarkan sebagai berikut:
Respon Impulsa sistem orde 2
e. Karakteristik Respon Step (Step Respon)
Adalah karakteristik sistem yang didapatkan dari spesifikasi respon output terhadap masukan Step.
Respon Step Sistem Orde I
Suatu sistem orde I, dapat digambarkan sebagai berikut:
respon step sistem orde 1
Spesifikasi Respon Step Sistem Orde I
Spesifikasi respon step sistem orde I dapat dinyatakan dalam dua macam spesifikasi yaitu: spesifikasi respon transient dan spesifikasi respon steady state yang di ukur melalui posisi pada keadaan tunak (steady state. Secara umum respon step sistem orde I dapat di gambarkan sebagai berikut:
Spesifikasi Respon Step Sistem Orde 1
Spesifikasi Respon Transient Sistem Orde I
Terdapat beberapa macam ukuran kualitas respon transient yang lazim digunakan,a.l.: Time Constan (t) :
Ukuran waktu yang menyatakan kecepatan respon, yang di ukur mulai t = 0 s/d respon mencapai 63,2% (e-1×100%) dari respon steady state.
Rise Time (TR) :
Ukuran waktu yang menyatakan keberadaan suatu respon, yang di ukur mulai respon 5% s/d 95% dari respon steady state (dapat pula 10% s/d 90%).
Settling Time (TS):
Ukuran waktu yang menyatakan respon telah masuk 5% atau 2% atau 0,5% dari respon steady state.
Delay Time (TD) :
Ukuran waktu yang menyatakan faktor keterlambatan respon output terhadap input, di ukur mulai t = 0 s/d respon mencapai 50% dari respon steady state.
Spesifikasi Respon Steady State Sistem Orde I
Spesifikasi respon steady state di ukur melalui %eror posisi pada keadaan tunak
Respon Step Sistem Orde II
Respon Step Sistem Orde 2
Respon Step Sistem Orde 2 (2)
Respon Step Sistem Orde II Over-Damped (x>1)
Dengan menggunakan teknik pecahan partial serta inversi transformasi Laplace, y(t) dapat dituliskan sebagai :
Dengan demikian y(t) dapat digambarkan seperti gambar berikut:
Respon Step Sistem Orde 2 over damped
Kesimpulan
• Tampak bahwa respon sistem menyerupai respon sistem orde satu, oleh karena itu spesifikasi respon sistem yang digunakan adalah spesifikasi respon sistem orde satu.
• Sistem orde dua dengan koefisien redaman > 1, dapat didekati dengan model orde I, dengan gain over-all K sama dengan sistem semula dan time constant * adalah waktu yang dicapai respon pada 63,2% dari keadaan didekati dengan respon sistem orde I, model sistem dapat direduksi menjadi model orde I.steady state. Model pendekatan tersebut disebut sebagai Model Reduksi.
• Pengembangan dari pengertian di atas, tiap sistem orde tinggi yang memiliki respon menyerupai atau dapat
Respon Step Sistem Orde II Critically-Damped (x=1)
Dengan menggunakan teknik pecahan partial serta inversi transformasi Laplace, y(t) dapat dituliskan sebagai:
Respon Step Sistem Orde II Critically-Damped
Kesimpulan,
Tampak bahwa respon sistem menyerupai respon sistem orde satu, oleh karena itu sama seperti kesimpulan sebelumnya, sistem orde dua dengan koefesien redaman= 1, dapat didekati dengan model reduksi orde I, seperti berikut :
model reduksi orde 1
Respon Step Sistem Orde II Under-Damped (x<1)
Dengan menggunakan teknik pecahan partial serta inversi transformasi Laplace, y(t) dapat dituliskan dan digambarkan sebagai berikut :
Respon Step Sistem Orde 2 Under-Damped
Spesifikasi Respon Step Sistem Orde II
Seperti juga pada sistem orde I, spesifikasi respon step sistem orde II dapat dinyatakan dalam dua macam spesifikasi yaitu: spesifikasi respon transient dan spesifikasi respon steady state. Secara umum respon step sistem orde II dapat di gambarkan sebagai berikut:
Spesifikasi Respon Step Sistem Orde 2
Spesifikasi Respon Transient Sistem Orde II
Terdapat beberapa macam ukuran kualitas respon transient yang lazim digunakan,a.l.:
Time Constan (t) :
Ukuran waktu yang di ukur melalui respon fungsi selubung yaitu mulai t = 0 s/d respon mencapai 63,2% (e1x100%) dari respon steady state. t =1/XW N Rise Time (TR) :
Ukuran waktu yang di ukur mulai respon mulai t= 0 s/d respon memotong sumbu steady state yang pertama.
Settling Time (TS):
Ukuran waktu yang menyatakan respon telah masuk 5% atau 2% atau 0,5% dari respon steady state Delay Time (TD) :
Ukuran waktu yang menyatakan faktor keterlambatan respon output terhadap input, di ukur mulai t = 0 s/d respon mencapai 50% dari respon steady state.
Overshoot (MP) :
Nilai relatif yang menyatakan perbandingan harga maksimum respon yang melampaui harga steady state dibanding dengan nilai steady state.
Time Peak (TP) :
Ukuran waktu diukur mulai t = 0 s/d respon mencapai puncak yang pertama kali (paling besar).
Spesifikasi Respon Steady State Sistem Orde II Seperti juga pada sistem orde I, pada sistem orde II spesifikasi respon steady state di ukur melalui %eror posisi pada keadaan tunak :
Spesifikasi Respon Steady State Sistem Orde II
3. Respon Steady State (mantap)
Saat sistem mencapai kondisi stabilnya, sinyal respon akan berhenti pada nilai dikisaran input/target dimana selisih nilai akhir dengan target disebut steady state error. Besaran error ini akan menjadi input buat subsistem selanjutnya. Besarnya kondisi steady state error dinyatakan dengan koefisien error yang ditentukan oleh type dan input sistem. Tipe sistem digunakan untuk memberikan ciri karakteristik sistem terhadap jumlah akar persamaan karakteristik pada titik 0 pada bidang kompleks.
1. Tipe sistem 0, jika akar persamaan karakteristik bernilai 0 tidak ada (tidak terdapat s=0 dari akar persamaan karakteristik) dan persamaan sistemnya:
G‘ (s) = K ( s + z 1)( s + z 2)...
(s + p1)(s + p2)(s + p3)…
2. Tipe sistem 1, jika akar persamaan karakteristik bernilai 0 ada 1 atau ada satu akar persamaan karakteristik s=0 dan persamaan sistemnya:
G‘ (s) = K ( s + z 1)( s + z 2)...
s(s + p1)(s + p2)(s + p3)…
3. Type sistem n, jika akar persamaan karakteristik bernilai 0 ada n atau ada n akar persamaan karakteristik s=0 dan persamaan sistemnya:
G‘ (s) = K ( s + z 1)( s + z 2)...
sn (s + p1)(s + p2)(s + p3)…
ket: n=type sistem (0,1,2,3,…) bilangan bulat G’(s)=G(s)H(s) , untuk loop tertutup.
Koefisien steady state error dapat dibagi atas:
1. Kp, Koefisien error posisi (static error) terhadap input unit step 2. Kv, Koefisien error kecepatan (velocity error) terhadap input ramp 3. Ka, Koefisien error percepatan (acceleration error) terhadap input
parabolic
respon steady state
BAB III PENUTUP
A. KESIMPULAN
Sistem kendali dapat didefinisikan sebagai hubungan timbal balik antara komponen – komponen yang membentuk suatu konfigurasi system dan memberikan suatu hasil sesuai dengan yang diharapkan. Hasil ini adalah keluaran yang dinamakan respon sistem yang dimaksud. Jika harus ada yang dikendalikan, dalam bidang keteknikan yaitu berupa sistem fisis yang biasa disebut dengan kendalian
(plat).
Berdasarkan jenis pengendalian yang digunakan sistem kendali terbagi atas Sistem pengendalian manual dan Sistem pengendalian otomatis.
Sedangkan Berdasarkan pengaruh keluaran / respon terhadap prosesnya terbagi atas Sistem Pengaturan Loop Terbuka (Open Loop) dan Sistem pengaturan loop tertutup (Close Loop)
B. SARAN
Setelah penulis menyelesaikan makalah ini, penulis berharap agar pembaca dapat mengerti betul dengan apa yang di jelaskan penulis dalam makalah ini dan kedepannya tidak akan terjadi kekeliruan lagi dalam hal ini.
Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi yang membacanya.
DAFTAR PUSTAKA
Download google, Dasar sistem kendali, Bab 1, hal 2, pdf, 2012 http://iwansugiyarto.blogspot.com/2011/11/loop-terbuka-loop tertutup.html
http://lecturer.poliupg.ac.id/~thahir/BAHAN%20AJAR
%20PENGATURAN/MATERI/Materi_Ajar.doc
https://bagaskawarasan.wordpress.com/2012/11/21/teknik-kendali- tanggapan tanggapan-sistem/
http://gembong.lecture.ub.ac.id/files/2014/10/Analisa-Respon-Sistem- Transient.pdf
