BAB 5 Pengujian Sistem Kontrol dan Analisis
5.1.
Aplikasi Display Controller
Pengujian sistem kontrol dilakukan dengan menggunakan aplikasi program Visual C# untuk menampilkan grafik, dan mengambil data respon temperaturnya.
Gambar 5.1 Aplikasi Display Controller
39
40
Data temperatur yang dikirim dari mikrokontroler melalui komunikasi serial RS232 akan langsung ditampilkan pada tabel Temperature Response dan diplot pada kurva Temperature response pada aplikasi DisplayController. Setelah data temperatur selesai diambil, data ini bisa disimpan dalam file dengan ekstensi .xls (Ms. Excel) dengan mengklik file Æ Save.
5.2. 5.2.1.
Pengujian Sistem Kontrol Kalibrasi Penguat Sensor
Kalibrasi penguat sensor dilakukan dengan memberikan tegangan dari 0V sampai 1V dengan kelipatan 10mV pada input penguat sensor dari kalibrator. Output dari penguat masuk ke pin AN1 pada mikrokontroler PIC18F4520, kemudian output ini dikonversi ke bentuk digital dengan menggunakan ADC internal, hasilnya kemudian dikirimkan ke PC melalui aplikasi Hyperterminal seperti ditunjukkan pada Gambar 5.2
Calibrator
Sensor Amplifier
ADC (Microcontroller)
PC
Gambar 5.2 Proses Kalibrasi Penguat Sensor
Gambar 5.3 menunjukkan grafik fungsi tegangan input dari penguat sensor (dalam satuan 10mV) terhadap tegangan output (digital) dari penguat senssor. Dari grafik tersebut diperoleh persamaan y = 0,0998x – 0,2578, dimana y menunujukkan tegangan input penguat sensor dan x menunjukkan bentuk digital dari output penguat sesnsor. Dengan membandingkan karakteristik dari LM35
41
yaitu sebesar 10mV/0C atau 10C/10mV, maka y dapat merepresentasikan nilai dari temperatur yang terukur. Sensor Amplifier Calibration 100 Voltage Input (10mV)
90
y = 0.0998x - 0.2578
80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
200
400
600
800
Digital Output
Gambar 5.3 Grafik kalibrasi temperatur
Persamaan yang diperoleh dari grafik kalibrasi temperatur dimasukkan pada program mikrokontroler dan PC untuk menampilkan nilai temperatur yang sedang terukur.
42
5.2.2.
Respon Loop Terbuka Open Loop Response
Temperature (0C)
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
200
400 time (s)
600
800
Gambar 5.4 Respon loop terbuka
Respon loop terbuka diperoleh dengan memberikan daya penuh (PWM 100%) pada pemanas plant kemudian data temperatur diambil setiap 1 detik sekali. Pada Gambar 5.4 terlihat bahwa grafik mengalami patahan pada waktu ke 226 detik, kenaikan suhu menjadi konstan pada nilai 84,5
0
C (tidak ada
kenaikan/saturasi). Hal ini disebabkan tegangan saturasi dari output op-amp yang digunakan yaitu sebesar 4,22V8) (dalam hal ini digunakan VCC untuk op amp sebesar 5V).
5.2.3.
Respon Loop Tertutup
Eksperimen untuk pengujian respon loop tertutup dilakukan melalui tiga tahap yaitu penggunakaan KP yang bervariasi dengan parameter lain dibuat konstan, dari tahap ini dicari nilai KP yang menunjukan respon paling baik. Nilai
43
KP yang paling baik dipakai untuk tahap selanjutnya yaitu penggunaan KI yang bervariasi dengan KP dan KD dibuat konstan. Setelah KI didapat (respon temperatur yang paling baik), tahap selanjutnya eksperimen dengan KD yang bervariasi dengan KP dan KI yang telah diperoleh. Dari tahap akhir ini diperoleh nilai KD yang mengakibatkan respon temperatur yang paling stabil. Dari ketiga tahap ini kemudian diperoleh parameter-parameter kontroler PID digital yang sesuai dengan plant yang digunakan. Tahap pertama dilakukan dengan menggunakan KP yang bervariasi dan parameter lain yang dibuat konstan. Hasil dari eksperimen tahap ini ditunjukan pada Gambar 5.5.
Temperature Response 70 Temperature (0C)
60 50
SP KP = 10
40
KP = 50
30
KP = 100
20
KP = 500
10
KP = 700
0 0
100
200 300 Time (s)
400
500
Gambar 5.5 Respon temperatur dengan SP=600C, KI = 0,01, KD = 10, dan KP yang bervariasi
44
Gambar 5.5 memberikan respon temperatur dengan SP = 600C, KI = 0,01, KD = 10, dan KP yang bervariasi, respon temperatur paling baik dicapai pada KP = 500. Besarnya nilai KP berpengaruh pada kecepatan sistem mencapai SP yang diharapkan. Gambar 5.6 memperlihatkan respon temperatur dari SP = 600C, KP = 10, KI=0,01, KD = 10. Grafik tersebut memperlihatkan bahwa respon temperatur bergerak sangat lambat menuju SP. Temperature Response
Temperature (0C)
70 60 50 40
T (t)
30
SP
20 10 0 0
100
200
300
400
500
Time (s)
Gambar 5.6 Respon temperatur dengan SP = 600C, KP = 10, KI = 0,01, KD = 10
Tahap selanjutnya dilakukan dengan menggunakan SP = 60, KP = 500, KD = 10, dan KI yang bervariasi. Respon temperatur dengan SP = 60, KP=500, KD = 10, dan KI yang bervariasi terlihat pada Gambar 5.7. Respon temperatur yang paling baik dari plant terjadi pada KP = 500, KI = 0,1 dan KD = 10.
45
Temperature Response
Temperature (0C)
70 60 50
SP
40
KI = 0.01
30
KI = 0.05
20
KI = 0.1 KI = 0.5
10 0 0
100
200 300 Time (s)
400
500
Gambar 5.7 Respon temperatur dengan SP = 600C, KP = 500, KD = 10, dan KI yang bervariasi
Experimen selanjutnya dilakukan dengan menggunakan SP = 60, KP = 500, KI =0.1, dan KD yang bervariasi. Respon temperatur dengan menggunakan SP = 60, KP = 500, KI =0.1, dan KD yang bervariasi terlihat pada Gambar 5.8. Respon temperatur dari plant terjadi pada saat SP = 60, KP = 500, KI = 0,1, dan KD = 10.
46
Temperature Response Temperature (0C)
70 60 50
SP
40
KD = 10
30
KD = 50
20
KD = 100 KD = 500
10 0 0
100
200 300 Time (s)
400
500
Gambar 5.8 Respon temperatur dengan menggnakan SP = 60, KP = 500, KI =0,1, dan KD yang bervariasi
Temperature Response 70 Temperature (0C)
60 50 40
T (t)
30
SP
20 10 0 0
100
200
300
Time (s)
(a)
400
500
47
Temperature Error Response Temperature Error (0C)
35 30 25 20 15 10 5 0 -5 0
100
200
300
400
500
Time (s)
(b) Gambar 5.9 Respon temperatur (a) dan respon error temperature (b) dengan menggunakan SP = 60, KP = 500, KI = 0,1, dan KD = 10
Dari grafik error pada Gambar 5.9 terlihat bahwa dengan menggunakan kontroler PID digital dengan KP = 500, KI = 0,1, KD = 10 untuk suhu 600C diperoleh nilai rise time (tr) sebesar 102 detik. Nilai persentasi overshoot maximum diperoleh dengan menggunakan Persamaan
5.1, sedangakan nilai
persentasi error steady state diperoleh dengan menggunakan Persamaan 5.25)
Maximum percent overshoot =
c (t p ) − c ( ∞ ) c (∞)
x100%
60,320 C − 600 C x100% 600 C = 0,53% =
( 5.1)
48
amplitudo osilasi error pada saat steady state x100% ( 5.2 ) Setting Point 60, 22 − 60 = x100% 60 = 0,37% Nilai maximum percent overshoot dari sistem yang dibuat sama dengan
error steady state =
nilai error steady state yaitu sebesar 0,37%. Nilai error steady state masih lebih kecil dari persentasi error absolute yang masih ditoleransi yaitu bernilai 5% atau 2%5) sehingga sistem ini bisa dikatakan stabil.
