Bab 5 Kesalahan Posisi dari Perangkat Gerak 5. 1.
Kesalahan Posisi Perangkat gerak tracking yang digunakan selama ini merupakan
mekanisme mekanik yang tidak menggunakan daya yang berasal dari motor listrik. Tetapi murni akibat adanya gaya gravitasi yang menyebabkan seberat 165 kg turun dengan kecepatan konstan yang berakibat pada bergeraknya perangkat gerak tracking melalui serangkaian transmisi daya. Sistem yang digunakan selama ini merupakan sistem open-loop. Sistem open loop tidak mempedulikan apakah posisi yang diinginkan telah tercapai sesuai ketelitian gerak yang diinginkan. Posisi rangka konstruksi dianggap telah sesuai dengan yang diinginkan. Padahal terjadinya kesalahan posisi merupakan hal yang sangat umum terjadi pada sistem dengan perangkat gerak. Kesalahan posisi nilainya yaitu selisih antara posisi yang diatur (set value) dengan posisi yang terjadi (present value). Dengan mengatur posisi yang diatur agar bernilai sama dengan posisi yang terjadi dibutuhkan sistem closed-loop. Dengan menggunakan umpan balik yang berasal dari alat ukur posisi, posisi yang terjadi dapat diatur dengan menggunakan perangkat kontrol. Sistem closed-loop ini memungkinkan pengaturan ketelitian gerak sesuai dengan resolusi yang dimiliki oleh aktuator. Dengan demikian kesalahan posisi yang terjadi dapat langsung dikompensasi dan posisi yang diatur dapat dicapai. Posisi yang ingin diatur adalah posisi dalam rotasi sumbu gerak, dinyatakan dalam orde di bawah 1o. Resolusi pengaturan posisi tergantung pada resolusi alat ukur yang digunakan. Enkoder yang digunakan pada servomotor yaskawa mempunyai resolusi yang mencapai 13 bit atau 8192 ppr, ketelitian gerak yang dapat dideteksi dengan menggunakan enkoder resolusi ini yaitu 0,0439o/pulsa.
46
Jika resolusi alat ukur yang digunakan lebih jelek dibandingkan resolusi gerak terkecil yang dapat dilakukan oleh perangkat gerak dapat terjadi fenomena searching. Fenomena ini ditandai dengan perangkat kontrol yang mendeteksi adanya kesalahan posisi (misalnya karena adanya backlash pada salah satu roda gigi). Perangkat kontrol yang mendapatkan informasi bahwa perangkat gerak belum mencapai posisi yang diinginkan kemudian memberi sinyal agar perangkat gerak menambah gerakan. Tambahan gerakan ini menyebabkan perubahan posisi perangkat gerak, jika hasilnya adalah posisi yang terjadi melebihi posisi yang diinginkan maka perangkat kontrol akan memberi perintah kepada perangkat gerak untuk kembali ke posisi sebelumnya. Jika perangkat gerak belum berubah posisinya karena adanya backlash maka perangkat kontrol akan memberi perintah untuk menambah gerakan. Dengan bertambahnya sinyal gerakan akan melewati posisi yang diinginkan, yang berakibat pada motor yang memberi perintah untuk kembali menambah gerakan. Demikian hal ini terjadi terus-menerus. Fenomena searching ini dapat dihindari dengan menggunakan alat ukur posisi yang resolusinya lebih baik daripada resolusi gerak perangkat gerak. Dengan demikian didapatkan sistem gerak yang dapat dikendalikan melalui sistem kontrol. Kesalahan posisi dapat terjadi karena beberapa penyebab, yaitu adanya backlash, kesalahan geometri dan kesalahan Abbe. Kesalahan posisi karena adanya backlash merupakan kesalahan yang dapat diatasi dengan adanya perangkat kontrol sistem gerak. Sementara kesalahan geometri dan kesalahan abbe dapat dikompensasi dengan menggunakan kalibrasi posisi pada saat awal penggunaan sistem penggerak. Dengan memperhitungkan semua sumber kesalahan posisi, penggunaan perangkat kontrol yang optimum dapat dicapai. Sehingga nilai yang terjadi dan nilai yang diinginkan akan berfluktuasi pada rantang nilai yang sempit dan toleransi gerak yang sempit dapat dicapai.
46
5. 2.
Backlash
Backlash umumnya terjadi pada pasangan roda gigi atau pasangan ulir daya dan nut. Respon dari sistem yang tidak sesuai dengan sinyal perintah yang diberikan oleh motor dapat merupakan efek dari backlash. Adanya kesalahan posisi (error) ini merupakan hal yang tidak dapat dihindari, minimalisasi nilai error dimulai dengan perancangan dan pemilihan sistem
yang tepat. Sehingga dapat dihasilkan error
dalam rentang gerak yang masih diizinkan oleh kondisi operasi. 5. 2. 1.
Backlash pada Perangkat Gerak Pointing Backlash yang terjadi pada leadscrew dapat mempengaruhi posisi
teleskop sehingga menyebabkan berkurangnya kepresisian gerak. Untuk itu, terjadinya backlash perlu diatasi. Salah satu caranya adalah dengan memberikan pre-load, yaitu dengan memasang pegas tarik pada batang penggerak. Pemasangan pegas tarik tersebut dapat dilihat pada gambar berikut:
Pegas pre-load
Gambar 5. 1 Pemasangan pegas sebagai pre-load
5. 2. 2.
Backlash pada Perangkat Tracking Pada perangkat gerak tracking selama ini backlash tersebut diatasi
dengan pemasangan counter weight pada salah satu sisi konstruksi seperti terlihat pada gambar 5.2.a. Dengan adanya torsi akibat adanya counter weight, 47
roda gigi cenderung bertumpu pada salah satu sisi roda gigi seperti terlihat pada gambar 4.3.b. Besarnya torsi yang dihasilkan counter weight memenuhi persamaan berikut: Tc-wt = Fc-wt . r
(26)
T
(a)
(b) Gambar 5.2 (a) pemasangan counter weight, (b) backlash dapat diatasi dengan torsi, (c) arah gaya torsi akibat adanya
Fc-wt
counter weight (c)
5. 3.
Pemasangan Alat Ukur Posisi Penempatan alat ukur posisi untuk dapat mengendalikan posisi
perangkat merupakan hal yang penting. Perangkat motor, ballscrew dan nut merupakan komponen gerak yang banyak digunakan dalam mesin perkakas disebabkan oleh besarnya torsi yang dapat diteruskan melalui ulir daya dengan ketelitian gerak yang sempit. Mengikuti penempatan alat ukur pada mesin perkakas, terdapat dua pilihan penempatan alat ukur seperti terlihat pada gambar 5.3. Pilihan 1 menempatkan transducer posisi langsung terhubung ke poros motor, dengan demikian didapatkan perubahan posisi motor secara tepat. Namun perubahan posisi meja tidak dapat diketahui.
48
Pilihan 2 menempatkan transducer posisi pada meja. Dengan demikian perubahan posisi meja terhadap perubahan putaran motor dan ballscrew dapat diketahui. Servomotor yang dipilih pada perangkat gerak di atas telah memiliki enkoder yang terpasang langsung pada poros motor, sehingga pilihan 1 terpenuhi. Untuk dapat memenuhi pilihan 2 sekaligus, digunakan sensor yang dipasang pada sistem yang digerakkan. Dengan demikian posisi putaran sistem yang digerakkan dapat diketahui dan menjadi umpan balik dalam perangkat kontrol closed-loop yang digunakan. Pemasangan proximity switch pada sistem dapat dilihat pada gambar 5. 4.
1
2 Gambar 5. 3 Kemungkinan posisi sensor pada mesin perkakas
49
Gambar 5. 4 lokasi pemasangan sensor agar dapat mengatasi backlash
5. 4.
Perangkat Kontrol Dengan mempertimbangkan hal-hal di atas, untuk mengendalikan
sistem penggerak secara closed-loop diperlukan perangkat sebagai berikut:
Motor pointing
Motor tracking
PLC
PC
enkoder Gambar 5.5 Skema Perangkat Kontrol
50
