04/02/2010
Oleh : RANTI PERMATA SARI 2405100052 DOSEN PEMBIMBING: Dr.Ir. Aulia Siti Aisyah, MT. Ir. Ya’umar, MT.
Motor yang akan dikendalikan adalah motor DC yang berfungsi sebagai penggerak belt. Bagaimana merancang simulasi penalaan parameter kendali PID dengan metode Heuristik pada sistem pengendalian kecepatan motor DC
Diperlukan sistem pengendalian yang baik atau robust untuk mengendalikan kecepatan motor DC sebagai penggerak belt berperan penting dalam proses produksi. Kenyataannya kendali PID yang digunakan adalah dengan menggunakan trial and error, padahal dengan menggunakan metode ini sistem pengendalian yang akan dirancang tidak robust atau kokoh. Sehingga dibutuhkan penalaan parameter kontrol PID yang lebih baik, misalnya dengan menggunakan metode Heuristik.
Tujuan dari tugas akhir ini adalah akan dilakukan penalaan parameter kendali PID dengan metode Heuristik pada sistem pengendalian kecepatan motor DC.
1
04/02/2010
Pada pengendalian motor DC ini menggunakan motor DC berpenguat terpisah, yang diterapkan pada ujung jangkar dengan bentuk tegangan terpasang (t), sesuai gambar di bawah ini.
MOTOR DC Merupakan suatu mesin listrik berfungsi sebagai motor listrik apabila terjadi proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik di dalamnya. Motor DC adalah motor yang memerlukan suplai tegangan searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Berdasarkan karakteristiknya, motor arus searah ini mempunyai daerah pengaturan putaran yang luas dibandingkan dengan motor arus bolak-balik, sehingga sampai sekarang masih banyak digunakan pada pabrik-pabrik yang mesin produksinya memerlukan pengaturan putaran yang luas.
Medan konstan, fluks konstan dan mempunyai arah sesuai kumparan magnet, sehingga :
torsi
Maka menggunakan gambar rangkaian ekivalen diatas untuk merepresentasikan motor DC dengan magnet permanen. Untuk analisis linier diasumsikan bahwa torsi yang dihasilkan motor sebanding dengan fluks pemisah udara dan arus jangkar.
Dengan melalui subsitusi persamaan di atas, maka diperoleh rumus fungsi alih motor DC (tanpa pengabaian induktansi jangkar): T (s) =
Tegangan pada terminal jangkar motor diberikan oleh persamaan: =
= =
di a (t ) R 1 1 = e a (t ) − a i a (t ) − eb (t ) dt La La La
ω
m (s ) E a (s)
K A KT (Ls + Ra )(Js + f ) + KT Kb + K A KT Kt
KAKT LJs2 +(Lf +RaJ)s +(Ra f +KTKb +KAKTKt )
= = =
2
04/02/2010
Sebuah metode pemecahan masalah menggunakan eksplorasi dan cara coba-coba Heuristik adalah suatu aturan atau metode untuk bisa menyelesaikan solusi secara penalaan. Rancangan metode Heuristic ini diperoleh dengan cara perubahan parameter yang disesuaikan dengan kinerja plant yang akan dikendalikan. Untuk perancangan sistem pengendalian PID dilakukan pencarian nilai besarnya Kp, Ti, dan Td. Maka pengujian dilakukan dalam beberapa tahap, dengan penalaan (Heuristic Method), dimana penalaan parameter pengendali dimulai dengan hanya menggunakan pengendali P, kemudian baru ditambahkan pengendali I dan terakhir ditambahkan dengan pengendali D. Pemberian nilai parameter disesuaikan dengan karakteristik respon sistem yang diperoleh.
Sensor kecepatan yang umum digunakan pada sistem pengendalian motor dengan menggunakan Tachometer DC, DC yang merupakan suatu perangkat elektronik yang mengubah energi mekanik ke energi listrik. Perangkat ini bekerja sebagai pembangkit tegangan dengan tegangan keluaran sebanding dengan magnituda kecepatan sudut dari batang masukan. Keluaran dari rangkaian tachometer berupa sinyal frekuensi diubah menjadi tegangan oleh rangkaian pengubah frekuensi menjadi tegangan.
Sistem pengendalian dapat dibedakan menjadi beberapa jenis antara lain : berdasarkan prinsip kerja pengaturan, sistem kendali ada dua macam, yaitu sistem kendali umpan maju (open loop) dan sistem Sistem ini bisa disebut umpan maju (feedforward control) umumnya mempergunakan pengatur (controller) serta aktuator kendali (control actuator) yang berguna untuk memperoleh respon sistem yang baik. Sistem kendali ini keluarannya tidak diperhitungkan ulang oleh kontroler.kendali umpan balik (close loop). Sistem kendali umpan balik adalah sistem kendali yang menggunakan hasil pengukuran keluaran (hasil proses) untuk memulai kerja pengaturan. Dengan memanfaatkan variabel yang sebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap respon yang diinginkan.
Jika respon dinamik sensor jauh lebih cepat dibandingkan dengan respon proses, sehingga konstanta waktu (time constan) dan death time pada sensor dapat diabaikan, sehingga fungsi alih sensor dapat didekati dengan penguatan (gain saja). Sehingga gain dari tachometer adalah :
Sesuai dengan persamaan di atas sehingga gain dari sensor kecepatan adalah,
= =
V/rpm
3
04/02/2010
SCR atau aktuator adalah sebuah peralatan mekanis untuk menggerakkan atau mengontrol sebuah mekanisme atau sistem. Aktuator (yang juga disebut sebagai elemen kontrol akhir [final control element]) diaktifkan dengan menggunakan lengan mekanis yang biasanya digerakkan oleh motor listrik, yang dikendalikan oleh media pengontrol otomatis yang terprogram diantaranya mikrokontroller. Hasil konversi sinyal menyediakan suatu sinyal yang dikonversikan dan/atau diperkuat untuk beroperasi/menggerakkan suatu mekanisme untuk merubah suatu variabel kontrol di dalam proses itu.
Model matematika SCR dapat didekati dengan sistem orde satu, tetapi karena respon dinamik aktuator adalah jauh lebih cepat dibandingkan dengan respon proses, maka konstanta waktu (time constant) dan death time pada aktuator dapat diabaikan. Sehingga fungsi alih aktuator dapat didekati dengan penguatan (gain ) saja.
=
0.82
4
04/02/2010
Setelah dilakukan simulasi pengendalian plant keseluruhan tanpa kendali PID, maka pada gambar di bawah ini akan dilakukan simulink close loop penalaan parameter kontrol PID untuk pengendalian kecepatan motor DC yang telah dirancang. Berfungsi untuk mendapatkan hasil respon dari sistem pengendalian yang telah dirancang. Sesuai dengan diagram blok pada gambar.
Diberi gangguan :
Dalam melakukan simulasi digunakan Matlab 7.1 pada saat perancangan pengendali PID maka dilakukan simulasi penalaan parameter kendali PID untuk mengendalikan kecepatan motor DC ketika tanpa diberi kontroler (sistem open loop). Maka dilakukan simulasi sistem pengendalian kecepatan motor DC dengan pengendalian PID yang telah dirancang . Untuk model simulasi pengendalian kecepatan motor DC seperti gambar di bawah ini.
Pengujian untuk Kp = 2; Ti = 1.8; Td = 0.6
Pengujian untuk Kp = 2 ; Ti=1.2 ; Td=0.8
Pengujian untuk Kp = 1, Ti = 0.2, Td = 0.1
Pengujian untuk Kp = 1; Ti = 0.2; Td = 0.3
5
04/02/2010
Pengujian untuk Kp = 1; Ti = 0.3; Td = 0.3
Uji tracking set point Setelah melakukan uji dengan metode Heuristik, kemudian dilakukan uji tracking set point menggunakan Kp = 1; Ti = 0.2 dan Td = 0.1 dengan kecepatan motor DC (RPM) yang bervariasi.
Pengujian untuk Kp = 1; Ti = 0.4; Td = 0.5
Uji penalaan parameter kontrol dengan gangguan : Pada uji penalaan parameter kontrol PID dengan metode Heuristik untuk mengendaliakn kecepatan motor DC yang akan diberi gangguan, gangguan itu berupa kelebihan tegangan yang berasal dari SCR. Gangguan ini akan mempengaruhi parameter kontrol PID yang telah dirancang. Untuk uji ini dilakukan dengan menggunakan metode Heuristik sehingga didapatkan hasil terbaik dengan nilai Kp = 1, Ti = 0.2 dan Td = 0.1. Maka akan dilakukan pengujian dengan diberi gangguan,
Kesimpulan Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Dari simulasi sistem pada kondisi ideal seperti gambar 4.8 dan gambar 4.9 terlihat bahwa dengan metode Heuristik mampu memberikan kriteria performansi sistem kendali yang baik. 2. Penalaan parameter kendalil PID untuk mengendalikan kecepatan motor DC mampu memberikan respon pengendalian yang baik dengan Kp = 1; Ti = 0.2 dan Td = 0.1. Memiliki overshoot 3.14 %, settling time adalah 680 detik dan error steady state 0.71 %. 3. Dari hasil uji tracking set point dengan Kp = 1, Ti = 0.2 dan Ti = 0.1 parameter kendali PID yang telah dirancang bisa mengikuti tracking set point dengan baik, meskipun masih memiliki overshoot tidak lebih dari 50 %.
6
04/02/2010
Saran Beberapa saran yang dapat disampaikan untuk penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut : Dalam rangka pengembangan penelitian, saran yang perlu disampaikan dalam laporan Tugas Akhir ini adalah penggunaan sistem kepakaran baru yang lebih robustt terhadap penalaan parameter kendali PID untuk mengendaliakn kecepatan motor DC seperti FLC (Fuzzy Logic Control) sehingga apabila terjadi perubahan salah satu jenis parameter, maka kontroler masih dapat bekerja secara optimal untuk mengendalikan kecepatan motor DC tersebut.
1. 2. 3. 4. 5.
6. 7. 8.
Ogata, Katsuhiko., 1997, Teknik Kontrol Otomatik, Edisi 2 Jilid 1/2, Erlangga Jakarta. The HK. Ferguson Company, Manual Instruction-Model 460 Weightometer and DSC-1 Digital Feed Control System.. 1977. Kuo, B.C., 1995, Teknik Kontrol Automatik, Edisi 7, Jilid 1, Aditya Media, Jogjakarta. Kilian, Modern Control Technology : Components dan Systems, Edisi 2. Shearer, J. Lowen, Dynamic Modeling and Control of Engineering Systems,, Macmillan Publishing Company, New York, 1990. Ogata K., Solving Control Engineering Problems with MATLAB, Prentice Hall International, Inc, 1994. Jurnal I N Satya Kumara, Sistem Pengendalian Motor , Staf Pengajar Teknik Elektro Universitas Udayana. PT. Semen Gresik (Persero), Tbk., Diagram Proses Finish Mill Gresik.
TERIMA KASIH
7
