RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL SEBAGAI PENGGERAK MOTOR PADA ALAT METRAMO DC
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik dari Institut Teknologi Sumatera
diajukan oleh:
Adi Putra Saimona 120130102
Kepada
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SUMATERA
LAMPUNG SELATAN 2024
ii PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Adi Putra Saimona
NIM : 120130102
Dengan ini menyatakan bahwa laporan dengan judul :
RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL SEBAGAI PENGGERAK MOTOR PADA ALAT METRAMO DC
Merupakan laporan tugas akhir yang saya buat terbebas dari unsur plagiasi. Adapun dari sumber lain telah dikutip melalui penulisan referensi yang sesuai dan material yang digunakan sudah memperoleh izin untuk ditampilkan di laporan tugas akhir ini.
Surat pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya dan jika dikemudian hari diketahui keliru, saya bersedia menerima sanksi sesuai aturan yang berlaku.
Lampung Selatan, 2024
Adi Putra Saimona 120130102 Materai 10.000
iii PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik dari Institut Teknologi Sumatera
RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL SEBAGAI PENGGERAK MOTOR PADA ALAT METRAMO DC
disusun oleh
Adi Putra Saimona 120130102
Telah diperkuat didepan Tim Penguji Tugas Akhir Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi
Sumatera pada tanggal
Disetujui pada tanggal :
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Syamsyarief Baqaruzi, S.T., M.T.
NIP. 19900907 201903 1 015
Muhammad Asrofi, S.T., M.Eng.
NIP. 11931216 202203 1 005
iv MOTTO
“Tiada Hari Tanpa Belajar.”
v PERSEMBAHAN
Alhamdulillah, puji serta syukur saya ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan kelancaran kepada saya sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir. Saya persembahkan karya ini sebagai bentuk rasa terimakasih kepada:
1. Bapak, Ibu, dan Adik yang sudah memberikan dukungan baik dari moril maupun material, serta percaya dan selalu mendoakan penulis.
2. Keluarga besar yang selalu memberikan dukungan untuk penulis dalam menjalani perkuliahan.
3. Kampus Institut Teknologi Sumatera, Program Studi Teknik Elektro ITERA, dan dosen pembimbing Tugas Akhir.
4. Teman-teman seperjuangan dalam menjalani perkuliahan dan pembuatan Tugas Akhir.
vi
RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL SEBAGAI PENGGERAK MOTOR PADA ALAT METRAMO DC
Adi Putra Saimona (120130102) Pembimbing I : Syamsyarief Baqaruzi, S.T., M.T.
Pembimbing II : Muhammad Asrofi, S.T., M.Eng.
INTISARI
Penelitian ini menguraikan desain dan implementasi sistem kontrol yang berfungsi sebagai penggerak motor pada alat media pelatihan yang mencakup motor DC, Brushless DC, Servo, dan Stepper. Tujuan penelitian ini adalah untuk menyediakan platform yang komprehensif bagi pembelajaran dan eksperimen dalam pengendalian berbagai jenis motor, mulai dari motor DC konvensional hingga motor-motor modern yang lebih kompleks. Sistem kontrol yang dirancang menggunakan berbagai teknik seperti Pulse Width Modulation (PWM), kontrol Proporsional-Integral-Derivative (PID), dan algoritma khusus untuk motor Brushless DC, Servo, dan Stepper. Selain itu, penelitian ini juga mencakup integrasi mikrokontroler, antarmuka sensor, dan protokol komunikasi untuk mencapai pengendalian motor yang presisi dan fleksibel. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi signifikan bagi pemahaman dan pengembangan teknologi pengendalian motor dalam berbagai konteks aplikasi, serta menjadi sumber pengetahuan yang berharga bagi mahasiswa dan praktisi di bidang teknik elektro.
Kata kunci : Motor, PWM, PID,Sistem Kontrol.
vii DESIGN AND DEVELOPMENT OF A CONTROL SYSTEM AS MOTOR
DRIVER IN METRAMO DC Adi Putra Saimona (120130102) Advisor I : Syamsyarief Baqaruzi, S.T., M.T.
Advisor II : Muhammad Asrofi, S.T., M.Eng.
ABSTRACT
This study delineates the design and implementation of a control system serving as a motor driver in a training media apparatus encompassing DC motors, Brushless DC motors, Servos, and Stepper motors. The aim of this research is to provide a comprehensive platform for learning and experimentation in controlling various types of motors, ranging from conventional DC motors to more complex modern motors. The designed control system utilizes various techniques such as Pulse Width Modulation (PWM), Proportional-Integral-Derivative (PID) control, and specialized algorithms tailored for Brushless DC, Servo, and Stepper motors.
Additionally, the research also encompasses the integration of microcontrollers, sensor interfaces, and communication protocols to achieve precise and flexible motor control. The outcomes of this research are expected to make significant contributions to the understanding and development of motor control technology in various application contexts, serving as a valuable source of knowledge for students and practitioners in the field of electrical engineering.
Keywords: Control System,Motor,PWM,PID.
viii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah Hirobbil Alamin, puji serta syukur saya ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan kelancaran kepada saya sehingga dapat menyelesaikan penulisan laporan tugas akhir yang berjudul “RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL SEBAGAI PENGGERAK MOTOR PADA ALAT METRAMO DC”. Shalawat serta salam semoga selalu tercurah kepada tauladan manusia, yaitu baginda Nabi Muhammad SAW dan semoga seluruh umatnya memperoleh syafaat dihari akhir nanti. Penulisan laporan tugas akhir ini ditujukan untuk memenuhi syarat kelulusan di Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sumatera. Saya menyadari bukanlah hal mudah untuk menyelesaikan laporan tugas akhir ini tanpa adanya dukungan dari berbagai pihak baik dalam bentuk moril, material, motivasi, ilmu, dan kemudahan yang diberikan kepada saya. Pada kesempatan yang baik ini saya akan menyampaikan hormat dan ucapan terima kasih kepada:
1. Bapak dan Ibu serta seluruh keluarga yang telah mendoakan serta mendukung saya,
2. Bapak Syamsyarief Baqaruzi, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing 1 yang telah memberikan bimbingan dan arahan kepada saya selama penyusunan laporan tugas akhir,
3. Bapak Muhammad Asrofi, S.T., M.Eng. selaku Dosen Pembimbing 2 yang telah memberikan bimbingan dan arahan kepada saya selama penyusunan laporan tugas akhir,
4. Bapak Muhammad Reza Kahar Aziz, S.T., M.T., Ph.D.selaku Dosen Wali saya yang senantiasa memberikan dukungan,
5. Bayu Fajar Setiawan dan Muhammad Arif Rahman Wahid selaku rekan satu tim yang telah membantu memberikan waktu, tenaga, dan pikiran untuk bekerjasama dalam menyelesaikan tugas akhir,
6. Tuti Lutfiah yang selalu memberikan masukan dan dukungan kepada saya selama melaksanakan perkuliahan di Institut Teknologi Sumatera.
Saya telah memberikan yang terbaik dalam pengerjaan laporan tugas ini, baik dalam bentuk pikiran maupun tenaga. Akan tetapi, saya menyadari bahwa laporan
ix tugas akhir ini masih sangat jauh dari kata sempurna karena keterbatasan wawasan dan pengetahuan saya. Oleh karena itu, saya sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak agar saya dapat menjadi lebih baik lagi di kemudian hari. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat, khususnya untuk saya dan umumnya untuk pembaca.
Lampung Selatan, 30 Januari 2024
Adi Putra Saimona
x
DAFTAR ISI
PERNYATAAN ... II PENGESAHAN ... III MOTTO ... IV PERSEMBAHAN ... V ABSTRACT ...VII KATA PENGANTAR ... VIII DAFTAR ISI ... X DAFTAR TABEL... XI DAFTAR GAMBAR ...XII DAFTAR LAMPIRAN ... XIII DAFTAR SINGKATAN ... XIV
BAB I PENDAHULUAN ...1
1.1 Latar Belakang ...1
1.2 Rumusan Masalah ...1
1.3 Batasan Masalah ...2
1.4 Tujuan Pengembangan ...2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...3
2.1 Sistem Kontrol Motor DC ...3
2.2.1 Motor driver IC L298n ...4
2.2.2 Motor DC ...4
2.2.3 Motor Servo ...5
2.2.4 Motor brushless ...6
2.2.5 Motor Stepper...6
2.2 Teori Pengetahuan Pendukung yang Relevan ...7
BAB III PERANCANGAN...9
3.1 Model dan Prosedur Pengembangan ...9
3.2 Spesifikasi Produk ...10
3.2.1 Diagram Blok Sistem Utama ...10
3.2.2 Diagram Blok Subsistem Kontrol ...11
3.3 Instrumen dan Teknik Analisis...12
3.3.1 Instrumen...12
3.3.2 Prosedur Pengujian Sistem ...12
3.4 Perancangan Produk ...15
3.4.1 Desain Skematik Rangkaian ...15
DAFTAR PUSTAKA ...17
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1. Spesifikasi Motor driver IC L298n ...4
Tabel 2. 2. Spesifikasi Motor DC ...5
Tabel 2. 3. Spesifikasi Servo ...5
Tabel 2. 4. Spesifikasi Motor Brushless ...6
Tabel 2. 5. Spesifikasi Motor Stepper ...7
Tabel 3. 1. Prosedur pengujian ...13
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1. Motor driver IC L298n ...4
Gambar 2. 2. Motor DC ...5
Gambar 2. 3. Motor Servo ...5
Gambar 2. 4. Motor Brushless ...6
Gambar 2. 5. Motor Stepper ...6
Gambar 3. 1. Diagram Alir Perencanaan ...9
Gambar 3. 2. Diagram Blok Sistem Utama ...11
Gambar 3. 3. Diagram Blok Kontrol ...12
Gambar 3. 4. Tampilan Alat METRAMO DC ...15
Gambar 3. 5. Skematik Rangkaian METRAMO DC ...16
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
xiv
DAFTAR SINGKATAN
SINGKATAN ARTI
TA Tugas Akhir
METRAMO DC
Media Trainer Motor DC, Brushless DC, Servo Dan Steper Motor
PWM Pulse Width Modulation
PID Proporsional-Integral-Derivative
AC Alternating current
DC Direct current
DSP Digital Signal Processor
GGL Gaya Gerak Listrik
15
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia memiliki beberapa jenjang Pendidikan antara lain SD, SMP, SMA/SMK, dan perguruan tinggi. SMK adalah contoh sekolah yang menekankan aspek keterampilan di dalamnya. Di era revolusi industri 4.0 ini aspek pembelajaran pada pendidikan mulai berkembang, dimana pembelajaran sekarang telah menggunakan teknologi. Pembelajaran keterampilan di SMK sangat dibutuhkan untuk mempelajari dan mengembangkan teknologi tersebut. Salah satu pengembangan keterampilan itu adalah praktikum.
Di sekolah biasanya menyediakan alat praktikum berupa trainer, trainer yang digunakan pun bermacam macam tergantung dari jurusan yang diambil. Salah satu contoh trainer dibidang elektro adalah trainer motor. Trainer ini digunakan untuk mengetahui karakteristik dari motor yang akan di uji, mulai dari kecepatan sampai sudut putar motor tersebut. Pada penelitian ini kami membuat media trainer yang bernama METRAMO DC, alat ini mampu mengukur kecepatan motor dan dapat mengendalikan keceatan atau sudut putarnya. Motor yang berada di alat METRAMO DC dapat di kendalikan dengan sebuah mikrokontroler.
Mikrokontroler ini akan mengolah inputan yang telah diberikan mulai dari mode, kecepatan, sudut putar, dan arah putar. Setelah motor ini berputar, putaran tersebut akan di ukur di sensor kecepatan dan akan di tampilkan di display. Dan sudut putarnya dapat dibaca dengan busur yang di tempelkan di alat trainer tersebut.
Pada produk ini memerlukan sistem kontrol yang mampu menggerakkan Motor DC, Brushless DC, Servo Dan Steper Motor pada alat METRAMO DC.
Karena itu dibutuhkan motor driver dan selector switch sebagai penggerak motor.
Motor akan bergerak sesuai dengan tegangan yang di inputkan, dengan begitu kita dapat mengatur kecepatan motor dengan mengubah input yang masuk pada controller.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari penelitian tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana merancang dan mengimplementasikan sistem kontrol yang efektif sebagai penggerak untuk berbagai jenis motor, termasuk motor DC, Brushless DC, Servo, dan Stepper, pada alat media trainer?
16 2. Bagaimana mengintegrasikan mikrokontroler, antarmuka sensor, dan protokol komunikasi dalam sistem kontrol untuk mencapai pengendalian motor yang presisi dan fleksibel?
3. Bagaimana melakukan validasi dan evaluasi kinerja sistem kontrol yang telah dirancang dalam pengaturan praktis, serta bagaimana menganalisis kecocokannya dengan spesifikasi yang telah ditetapkan?
1.3 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam pengembangan tugas akhir ini berfokus pada perancangan dan implementasi sistem kontrol sebagai penggerak untuk motor jenis DC, Brushless DC, Servo, dan Stepper motor. Selain itu juga, penelitian ini akan mencakup validasi dan evaluasi kinerja sistem kontrol dalam pengaturan praktis menggunakan berbagai jenis motor yang ada pada alat media trainer.
1.4 Tujuan Pengembangan
Adapun tujuan pengembangan dari penelitian tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Merancang sistem kontrol yang efektif sebagai penggerak untuk berbagai jenis motor, termasuk motor DC, Brushless DC, Servo, dan Stepper, pada alat media trainer.
2. Mengintegrasikan mikrokontroler, antarmuka sensor, dan protokol komunikasi dalam sistem kontrol untuk mencapai pengendalian motor yang akurat dan responsif.
3. Memvalidasi kinerja sistem kontrol dalam pengaturan praktis menggunakan berbagai jenis motor yang ada pada alat media trainer.
17
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sistem Kontrol Motor DC
Sistem kontrol motor DC merupakan bidang penting dalam rekayasa kontrol yang telah mendapatkan perhatian luas dari para peneliti dan praktisi industri.
Motor DC merupakan salah satu jenis motor yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi industri dan konsumen karena karakteristiknya yang dapat diatur dengan baik. Dalam konteks ini, sistem kontrol motor DC menjadi krusial untuk mengatur kecepatan, arah putaran, dan torsi motor sesuai dengan kebutuhan sistem yang digunakan.
a. Dasar-Dasar Motor DC:
Memahami dasar-dasar motor DC adalah langkah pertama yang penting dalam merancang sistem kontrol yang efektif. Motor DC (Direct Current) adalah jenis motor listrik yang mengonversi energi listrik menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran. Untuk memahami prinsip dasar operasinya, penting untuk memahami struktur internal motor DC dan prinsip kerjanya. [1]
- Struktur Motor DC:
Motor DC terdiri dari beberapa komponen utama, termasuk kumparan atau belitan yang terhubung ke komutator dan kolektor. Kumparan ini terletak di dalam medan magnet permanen atau medan magnet yang dihasilkan oleh magnet (seperti pada motor DC shunt atau seri). Ketika arus listrik mengalir melalui kumparan, medan magnet yang dihasilkan menyebabkan rotor (bagian yang berputar dari motor) bergerak. Komutator dan kolektor berfungsi untuk mengubah arah arus pada kumparan saat rotor berputar, sehingga mempertahankan arah putaran motor. [1]
- Prinsip Operasi:
Prinsip dasar operasi motor DC didasarkan pada dua prinsip elektromagnetik utama: hukum Faraday induksi dan hukum Lenz. Hukum Faraday menyatakan bahwa perubahan fluks magnetik melalui sebuah kumparan akan menginduksi tegangan listrik dalam kumparan tersebut, sedangkan hukum Lenz menyatakan bahwa arus yang dihasilkan akan selalu menciptakan medan magnet yang akan menghasilkan gaya yang bertentangan dengan perubahan yang menyebabkannya.
Dengan menerapkan prinsip-prinsip ini, motor DC dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. [1]
b. Implementasi Digital:
Implementasi digital dalam sistem kontrol motor DC mengacu pada penggunaan mikrokontroler, DSP (Digital Signal Processor), atau teknologi digital lainnya untuk mengontrol operasi motor DC. Pendekatan ini memberikan fleksibilitas yang tinggi dalam desain kontrol dan memungkinkan integrasi dengan sistem digital lainnya.
- Mikrokontroler dan DSP:
Penggunaan mikrokontroler dan DSP telah menjadi pilihan umum dalam implementasi sistem kontrol digital. Mikrokontroler menawarkan kemampuan pengolahan sinyal digital yang kuat dengan biaya yang relatif rendah, sementara DSP biasanya digunakan untuk aplikasi yang memerlukan pemrosesan sinyal real- time yang lebih tinggi. [2]
18 - Keuntungan Implementasi Digital:
Implementasi digital memberikan berbagai keuntungan, termasuk kemampuan untuk mengimplementasikan algoritma kontrol yang kompleks, fleksibilitas dalam menyesuaikan parameter kontrol secara real-time, dan kemudahan integrasi dengan sistem digital lainnya seperti komunikasi jaringan atau antarmuka pengguna. [2]
- Penerapan Teknik Kontrol Digital:
Dalam implementasi digital, teknik-teknik kontrol digital seperti kontrol PID, kontrol adaptif, atau kontrol MPC (Model Predictive Control) sering digunakan untuk mengontrol motor DC. Algoritma kontrol ini dapat diimplementasikan dalam bentuk perangkat lunak yang berjalan pada mikrokontroler atau DSP. [2]
2.1.1 Motor driver IC L298n
Motor driver IC L298n, menggunakan konstruksi rangkaian H - Bridge.
Rangkaian ini dapat mengendalikan beban induktif pada kumparan. Seperti kita tahu bahwa motor listrik terdiri dari lilitan kumparan sehingga memiliki beban induktif yang sangat besar. Kemudian dalam rangkaian IC tersebut terdapat transistor transistor logic (TTL) dengan gerbang NAND yang berfungsi untuk merubah arah putaran motor. [3]
Gambar 2. 1. Motor driver IC L298n (Sumber: https://www.lazada.co.id/) Tabel 2. 1. Spesifikasi Motor driver IC L298n
Parameter Keterangan
Supply Daya 5V dan 12V
Pin IN IN 1 sampai IN 4
Pin Out Out 1 sampai Out 4
2.1.2 Motor DC
Motor adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi kinetik, DC adalah arus yang digunakan yaitu direct current atau searah.
Jadi motor DC adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengubah energi listrik
19 menjadi kinetik dan beroperasi pada listrik DC. Motor DC berputar karena adanya GGL pada stator dan rotornya. [4]
Gambar 2. 2. Motor DC (Sumber: www.ubuy.co.id) Tabel 2. 2. Spesifikasi Motor DC
Parameter Keterangan
Input Voltage 5 ~ 12VDC
Load current 200mA
No Load Speed 18,000 rpm
Dimensi 20 15 x 25mm
2.1.3 Motor Servo
Motor servo adalah motor listrik yang memiliki kemampuan untuk mengontrol posisi sudutnya secara presisi. Motor servo terdiri dari beberapa komponen utama, termasuk motor DC, gearbox, dan sebuah kontroler yang mengatur posisi motor berdasarkan inputnya. [5]
Gambar 2. 3. Motor Servo (Sumber: https:www.tokopedia.com)
Tabel 2. 3. Spesifikasi Servo
Parameter Keterangan
Tegangan Kerja 4.8 VDC
Kecepatan 0.1sec / 60degree(4.8v)
Torsi Stall 1.8kg / cm (4.8v)
Dimension 22mm x 11.5mm x 22.5mm
20 2.1.4 Motor Brushless
Motor Brushless adalah jenis motor listrik yang tidak menggunakan sikat (brush) untuk mentransfer energi listrik ke bagian yang berputar dari motor tersebut.
Motor ini sebenarnya sama saja sperti motor dc hanya saja motor ini menggunakan komutasi elektronik untuk mengatur aliran arus listrik ke gulungan kumparan dalam motor, yang menghasilkan putaran rotor. [6]
Gambar 2. 4. Motor Brushless (Sumber: https:www.tokopedia.com) Tabel 2. 4. Spesifikasi Motor Brushless
Parameter Keterangan
Tegangan kerja 12 VDC
Arus kerja 0.06 A
RPM Maksimum 2000 rpm
Dimensi 20 x 15 x 25mm
2.1.5 Motor Stepper
Motor stepper adalah motor listrik DC brushless yang membagi rotasi penuh menjadi beberapa langkah yang sama. Gerakan motor stepper dikontrol oleh pulsa listrik yang diterapkan ke kumparan-kumparan ini dalam urutan yang ditentukan.
Posisi motor dapat diperintahkan untuk menahan pada salah satu langkah. [7]
Gambar 2. 5. Motor Stepper (Sumber: https:www.tokopedia.com)
21 Tabel 2. 5. Spesifikasi Motor Stepper
Parameter Keterangan
Voltage 5 VDC
Rasio Reduksi 1/64
Langkah Torsi Sudut 5.625/64
Tarik Torsi 34.3mN.m(120Hz) 2.2 Teori Pengetahuan Pendukung yang Relevan
Stabilitas Sistem:
Stabilitas Stabilitas sistem adalah konsep mendasar dalam teori kontrol yang menggambarkan perilaku sistem terhadap gangguan atau perubahan. Dalam konteks ini, stabilitas merujuk pada kemampuan sistem untuk kembali ke kondisi setelannya atau titik keseimbangan setelah terjadi gangguan atau perubahan dalam keadaan sistem. Stabilitas sistem dapat dibagi menjadi dua jenis utama: stabilitas dalam arti luas dan stabilitas dalam arti khusus. [8]
- Stabilitas dalam Arti Luas:
Stabilitas dalam arti luas mengacu pada sifat keseluruhan sistem yang menjamin bahwa respons sistem tidak akan berkembang tak terkendali atau divergen seiring waktu. Dengan kata lain, sistem dianggap stabil jika responsnya tetap terbatas dan terkendali setelah diberi input atau gangguan tertentu. Dalam kasus ini, sistem dapat kembali ke kondisi setelannya setelah gangguan hilang. [8]
- Stabilitas dalam Arti Khusus:
Stabilitas dalam arti khusus adalah konsep yang lebih spesifik yang menggambarkan sifat stabilitas sistem pada titik setelan tertentu. Ini dapat dibagi lagi menjadi tiga kategori:
a. Stabilitas Asimtotik: Sistem dikatakan stabil secara asimtotik jika, setelah terkena gangguan, responsnya kembali ke titik setelan dan tetap di sana seiring waktu.
b. Stabilitas Margin: Stabilitas margin mengukur seberapa jauh sistem dapat beroperasi tanpa menjadi tidak stabil. Ini sering diukur dengan menggunakan margin fase dan margin gain dalam analisis sistem.
c. Stabilitas Relatif: Stabilitas relatif menggambarkan sifat respons sistem terhadap gangguan luar atau perubahan dalam keadaan sistem. Sistem dianggap stabil secara relatif jika responsnya tetap terkendali dan tidak menyebabkan
22 ketidakstabilan tambahan dalam sistem. [8]
Pemahaman tentang stabilitas sistem penting karena menentukan seberapa baik sistem dapat berkinerja dan tetap terkendali dalam berbagai situasi operasional. Ini merupakan aspek yang sangat penting dalam desain kontrol sistem yang aman dan handal.
23
BAB III PERANCANGAN
3.1 Model dan Prosedur Pengembangan
Diagram alir perencanaan subsistem daya yang digunakan pada penelitian ini dapat ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Gambar 3. 1. Diagram Alir Perencanaan
Pada proses perancangan alat METRAMO DC, terdapat beberapa tahap penelitian dan perencanaan subsistem daya yang harus dilakukan, yaitu:
1. Rumusan Masalah
Rumusan masalah adlah langkah awal yang dilakukan saat melakukan penelitian. Pada rumusan masalah ini menjelaskan pernyataan yang jelas tentang penelitian yang berkaitan dengan subsistem kontrol pada alat METRAMO DC. Tahap ini penting karena akan menjadi fokus utama untuk mengembangkan topik penelitian ini.
24 2. Studi Literatur
Studi literatur adalah tahap yang dilakukan untuk mencari, mengumpulkan, meninjau, dan menganalisis referensi yang berkaitan dengan topik penelitian yang dilakukan. Tahap ini dapat membantu penulis untuk mempelajari teori yang berhubungan dengan penelitian ini.
3. Penentuan Spesifikasi Alat
Pada tahap penulis akan mempelajari,mencari, dan menentukan komponen- komponen apa yang dibutuhkan oleh produk. Pennentuan komponen tersebut harus sesuai kebutuhan dari alat METRAMO DC tersebut.
4. Perancangan Produk
Tahap perancangan alat merupakan tahap yang dilakukan untuk merencanakan suatu alat dapat bekerja dengan komponen dan spesifikasi yang telah ditentukan sebelumnya.
5. Implementasi Produk
Tahapan ini adalah tahapan yang yang dilakukan untuk merakit semua komponen menjadi sebuah subsistem dan menjadikan alat yang telah di rancang.
6. Pengujian Produk
Pengujian alat dilakukan untuk memastikan alat yang digunakan berjalan sesuai rancangan dan spesifikasi yang telah dibuat.
3.2 Spesifikasi Produk
Subsistem kontrol merupakan bagian yang berfungsi sebagai penggerak motor pada produk METRAMO DC. Subsistem ini terdiri dari motor driver dan selector switch. Dengan adanya motor driver dan selector switch, motor akan bergerak sesuai dengan tegangan yang di inputkan, dengan begitu kita dapat mengatur kecepatan motor dengan mengubah input yang masuk pada controller.
3.2.1 Diagram Blok Sistem Utama
Alat METRAMO DC ini akan bekerja saat dialiri listrik dan memberikan perintah berupa menekan tombol inputnya. Saat inputan di tekan, mikro kontroler akan mengolah perintah tersebut. Perintah pada mikro kontroler ini berupa mode trainer, kecepatan putar, dan sudut putar servo. Saat perintah tersebut telah diolah di mikrokontroler maka perintah tadi akan di teruskan ke driver motor. Driver motor akan menyesuaikan kecepatan putar, dan sudut putar servo tergantung dari perintah
25 yang diberikan. Saat motor telah berputar sensor kecepatan akan mengukur kecepatan putarnya, dan akan di teruskan ke mikrokontroler. Mikrokontroler ini akan meneruskan sinyal sensor kecepatan tadi ke display untuk ditampilkan. Untuk servo alat ini menggunakann busur manual yang digunakan untuk menyamakan sudut antara input dan output servo. Diagram blok sistem utama dari produk METRAMO DC ditunjukan pada Gambar 3.2
Gambar 3. 2. Diagram Blok Sistem Utama 3.2.2 Diagram Blok Subsistem Kontrol
Subsistem Kontrol berfungsi sebagai penggerak motor pada produk METRAMO DC. Cara kerja dari subsistem kontrol dapat dilihat pada gambar 3.3.
26 Gambar 3. 3. Diagram Blok Kontrol
Plant terdiri dari controller masuk ke driver motor yang kemudian akan menggerakan DC Motor. Motor akan bergerak sesuai dengan tegangan yang di inputkan, dengan begitu kita dapat mengatur kecepatan motor dengan mengubah input yang masuk pada controller.
3.3 Instrumen dan Teknik Analisis 3.3.1 Instrumen
METRAMO DC ini dilengkapi dengan instrumen yang dapat memberikan informasi mengenai kecepatan motor dan input servo secara real time yang ditampilkan melalui display. Selain display ada juga busur yang digunakan untuk melihat output putaran servo, serta segmen seven untuk melihat tegangan dari power supply.
3.3.2 Prosedur Pengujian Sistem
Proses pengujian subsistem kontrol yang dilakukan pada alat METRAMO DC terdiri dari beberapa prosedur yang dilakukan untuk memastikan bahwa alat tersebut bekerja dengan baik. Prosedur-prosedur tersebut dapat dilihat pada Tabel 3.1.
27 Tabel 3. 1. Prosedur pengujian
Spesifikasi Rincian Spesifikasi Metode Pengujian Prosedur Pengujian
Motor DC Functional
Testing
1. Pastikan motor DC menerima masukan dari driver dan mendapatkan catu daya power
2. Hidupkan METRAMO DC dan lakukan pengujian ke motor DC 3. Ukur nilai tegangan
dan arus yang digunakan apakah sesuai dengan spesifikasinya
4. Amati parameter hasil motor DC bekerja dengan baik sesuai dengan fungsinya
Brushless DC Functional
Testing
1. Pastikan Brushless DC menerima masukan dari driver dan mendapatkan catu daya power 2. Hidupkan
METRAMO DC dan lakukan pengujian ke Brushless DC
3. Ukur nilai tegangan dan arus yang digunakan apakah sesuai dengan spesifikasinya
4. Amati parameter hasil Brushless DC bekerja dengan baik sesuai dengan fungsinya
Servo Functional
Testing
1. Pastikan Servo DC menerima masukan dari driver dan mendapatkan catu daya power 2. Hidupkan
METRAMO DC dan lakukan pengujian ke servo
3. Amati kinerja motor
28 servo saat sedang beroperasi
4. lakukan pengujian secara berkala
Stepper Motor Functional
Testing
1. Pastikan stepper motor menerima masukan dari driver dan mendapatkan catu daya power
2. Hidupkan
METRAMO DC dan lakukan pengujian ke stepper Motor
3. Amati kinerja stepper motor saat sedang beroperasi
4. lakukan pengujian secara berkala
Driver Motor Functional
Testing
1. Pastikan driver motor menerima masukan daya 5 VDC,12 VDC, dan dapat dikontrol dengan mikrokontroler 2. Hidupkan driver
motor dan lakukan inisiasi pengujian motor
3. Amati kinerja
pengoperasian driver motor apakah sudah sesuai dengan inisiasi yang diperintahkan mikrokontroler.
4. Lakukan pengujian secara berkala.
Selector Switch Functional
Testing
1. Pastikan selector switch menerima masukan dari motor driver sesuai dengan pin yang disesuaikan 2. Lakukan pengujian
pada tiap posisi selector untuk memastikan beroperasi dengan baik
3. Amati kinerja selector switch dan lakukan
29 pengujian secara berkala
3.4 Perancangan Produk
Perancangan perangkat ini didasarkan pada METRAMO DC sebagai perangkat utamanya. Terdapat tiga subsistem utama yaitu subsistem daya, kontrol, dan sensor. Tujuan perancangan alat METRAMO DC adalah memungkinkan pengguna memahami setiap karakteristik motor yang akan diuji. Subsistem kontrol menjadi fokus utama dalam penelitian ini. Subsistem ini menggunakan sumber listrik DC 12 volt yang berasal dari power supply di dalam subsistem daya. Tegangan DC tersebut kemudian dipasok ke semua komponen. Setelah komponen terhubung dengan listrik, pengguna dapat mengirimkan perintah melalui sinyal tombol untuk memilih motor yang akan diuji. Kecepatan dan arah putar motor dapat diatur menggunakan tiga tombol dan potensiometer. Kecepatan motor terbaca melalui sensor kecepatan dan ditampilkan di layar. Display digunakan untuk menampilkan sudut input servo dan indikator outputnya. Tampilan alat dapat dilihat pada gambar di bawah.
Gambar 3. 4. Tampilan Alat METRAMO DC
3.4.1 Desain Skematik Rangkaian
Desain skematik rangkaian dibuat dengan menggunakan aplikasi Fritzing dan pembuatan layout menggunakan aplikasi Diptrace. Rangkaian ini terdapat motor driver untuk melakukan inisisasi operasi bahan uji berupa motor DC, brushless
30 motor, servo dan stepper motor. Pada sistem pengontrolan dan monitoring menfaatkan mikrokontroler yang terhubung dengan beberapa sensor yang terdapta pada alat. Data mengeneai hasil uji kecepatan, tegangan, dan arus yang digunakan akan ditampilkan pada LCD. Sistem ini dirancang dengan fokus pada keahandalan dan pemantauan, menggunakan mikrokontroler untuk memastikan sistem kontrol efisien dan responsif terhadap perubahan bahan uji motor. Serta,selector switch yang berfungsi untuk memilih jenis motor yang ingin di gerakan.
Gambar 3. 5. Skematik Rangkaian METRAMO DC.
31 DAFTAR PUSTAKA
[1] S. J. Chapman, Electric Machinery Fundamentals, McGraw-Hill Education, 2004.
[2] M. M. M. Dr. Ir. Agus Wibowo, Sensor dan Kontrol Jaringan IoT Dalam Komunikasi Nirkabel Di Industri, YAYASAN PRIMA AGUS TEKNIK, 2021.
[3] A. Kurniawan, “l298n motor driver,” 23 Agustus 2021. [Online]. Available:
https://www.teknikelektro.com/2021/08/l298n-motor-driver.html. [Diakses 25 Maret 2024].
[4] R. Lano, “Bagaimana Cara Kerja Motor Listrik? Berikut Kelebihan dan Kekurangannya,” 14 July 2022. [Online]. Available:
https://momotor.id/news/bagaimana-cara-kerja-motor-listrik. [Diakses 25 Maret 2024].
[5] K. Y. Maulana, “Pengertian Motor Servo,” 28 Mei 2022. [Online]. Available:
https://www.anakteknik.co.id/krysnayudhamaulana/articles/apa-itu-servo- pengertian-dan-jenisnya#google_vignette. [Diakses 26 Maret 2024].
[6] W. H. S. B. M. Nur Roin Zainal, “Pengaruh Posisi Sudut Optimum Reed Switch Pada Motor Brushless DC Axial Flux,” Jurnal Arus Elektro Indonesia (JAEI), no. Fakultas Teknik – Universitas Jember, pp. 1-2, 2018.
[7] Suprianto, “TEORI MOTOR STEPPER,” 12 Oktober 2015. [Online].
Available: https://blog.unnes.ac.id/antosupri/teori-motor-stepper/. [Diakses 26 Maret 2024].
[8] eLearning Unpatti, “Stabilitas Sistem Kendali,” 30 Maret 2020. [Online].
Available: https://kuliah.unpatti.ac.id/mod/page/view.php?id=28. [Diakses 26 Maret 2024].
