PEMODELAN DINAMIS PENGATURAN FREKUENSI MOTOR AC BERBEBAN MENGGUNAKAN PID Oleh
:
1.Eka Agung 2.Nurul
Renata S
Mahabbah
6907040019 6907040023
LATAR BELAKANG Penggunaan
motor AC 3 fasa saat ini banyak digunakan diberbagai aplikasi. Salah satu penggunaan motor AC yang sering ditemui yaitu terdapat diperabotan rumah tangga maupun peralatan industri Untuk mencapai kecepatan putaran motor yang diinginkan maka dibutuhkan sistem kendali kecepatan motor. Karena itu penulis merancang pemodelan dinamis pengaturan frekuensi motor AC berbeban menggunakan PID.
RUMUSAN MASALAH 1.
2.
3.
Bagaimana mengkontrol kecepatan pada motor AC 3 fasa dengan mengatur frekuensinya? Bagaimana merancang hardware dari sistem pengaturan frekuensi motor AC 3 fasa berbeban menggunakan PID? Bagaimana merancang software sistem kontrol untuk mendapatkan respon sistem yang di inginkan?
MAKSUD DAN TUJUAN PEMBUATAN ALAT 1.
2.
3.
Merancang system kontrol kecepatan pada motor AC 3 fasa dengan mengatur frekuensinya Merancang hardware dari sistem pengaturan frekuensi motor AC 3 fasa berbeban menggunakan PID Merancang software sistem kontrol untuk mendapatkan respon sistem yang di inginkan
BATASAN MASALAH 1.
2.
Tugas akhir yang kami buat ini hanya mengacu pada kendali kecepatan motor AC 3 fasa dengan beban pompa air Hasil penelitian akan ditampilkan menggunakan Matlab
MANFAAT 1.
2.
3.
Menambah referensi tentang pengaturan khususnya kecepatan motor AC 3 fasa. Manfaat umum yaitu dapat digunakan sebagai kerangka acuan dalam penelitian sistem berikutnya. Dapat dijadikan modul pembelajaran bagi mahasiswa PPNS
TINJAUAN PUSTAKA Pengertian PID 2. DAC-08 3. Mikrokontroller AVR ATMega 8535 4. Komunikasi Serial Komputer 5. Matlab 7 6. Bahasa C 7. Analisa Kestabilan Routh Hurtwitzs 8. Power Supply 9. Motor AC 3 Fasa 10. Omron Type 3g3jx Inverter Sysdrive 11. Pompa Air 12. Rotary Encoder 1.
PENGERTIAN PID Elemen-elemen kontroler P, I dan D masing - masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar. Sistem kontrol PID terdiri dari tiga buah cara pengaturan yaitu kontrol P (Proportional), D (Derivative) dan I (Integral), dengan masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Dalam implementasinya masing-masing kontrol dapat bekerja sendiri maupun gabungan diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol PID yang perlu dilakukan adalah mengatur parameter P, I atau D agar tanggapan sinyal keluaran sistem sesuai terhadap masukan tertentu sebagaimana yang diinginkan
Aksi kontrol proporsional (P) Digunakan untuk mempercepat respon sistem, tetapi akan menghasilkan kesalahan pada kondisi mantap (offset). Aksi kontrol integral (I) Dapat menghilangkan kesalahan pada kondisi mantap (offset), tetapi dapat memperlambat respon sistem (berlawanan dengan aksi kontrol proporsional). Harga Ti terlalu kecil akan mengakibatkan sistem lebih berosilasi. Aksi kontrol derivatif Dapat menghilangkan simpangan maksimum (overshoot). Harga Td yang terlalu kecil dapat menimbulkan osilasi dan respon menjadi lambat. Aksi derivatif juga dapat memperkuat noise.
DAC-08
DAC berfungsi untuk merubah besaran-besaran digital yang berasal dari komputer menjadi besaran analog yang dalam hal ini dipergunakan untuk menggerakkan aktuator.
MIKROKONTROLLER AVR ATMEGA 8535
Sistem minimum (sismin) mikrokontroler adalah rangkaian elektronik minimum yang diperlukan untuk beroperasinya IC mikrokontroler. Di keluarga mikrokontroler AVR, seri 8535 adalah salah satu seri yang sangat banyak digunakan
KOMUNIKASI SERIAL KOMPUTER
Suatu terminal yang menghubungkan antara terminal data dari suatu peralatan dan peralatan komunikasi data yang yang menjalankan pertukaran data biner secara serial, oleh industri komunikasi data disebut RS-232.
MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535
MATLAB 7
MATLAB adalah sebuah lingkungan komputasi numerikal dan bahasa pemrograman komputer generasi keempat. Dikembangkan oleh The MathWorks, MATLAB memungkinkan manipulasi matriks, pem-plot-an fungsi dan data, implementasi algoritma, pembuatan antarmuka pengguna, dan pengantarmukaan dengan program dalam bahasa lainnya.
BAHASA C
C adalah bahasa yang standar, artinya suatu program yang ditulis dengan bahasa C tertentu akan dapat dikonversi dengan bahasa C yang lain dengan sedikit modifikasi. Didalam bahasa pemrograman computer, data yang digunakan umumnya dibedakan menjadi data nilai numerik dan nilai karakter. Nilai numerik dapat dibedakan lagi menjadi nilai numerik integer dan nilai numerik pecahan. Nilai numeric pecahan dapat dibedakan lagi menjadi nilai numerik pecahan ketetapan tungga dan nilai numerik pecahan ketetapan ganda. Bahasa-bahasa pemrograman computer membedakan data ke dalam beberapa tipe dengan tujuan supaya data menjadi efisien dan efektif.
ANALISA KESTABILAN ROUTH HURTWITZS Sebuah
sistem dikatakan tidak stabil jika responnya terhadap suatu masukan menghasilkan osilasi yang keras atau bergetar pada suatu amplitudo/harga tertentu. Sebaliknya suatu sistem disebut stabil jika sistem tersebut akan tetap dalam keadaan diam atau berhenti kecuali jika dirangsang (dieksitasi oleh suatu fungsi masukan dan akan kembali dalam keadaan diam jika eksitasi tersebut dihilangkan). Ketidakstabilan merupakan suatu keadaan yang tidak menguntungkan bagi suatu sistem lingkar tertutup
POWER SUPPLY Suatu
alat yang berfungsi sebagai buffer antara power suplai dengan peralatan elektronik yang kita gunakan seperti komputer, printer, modem, dsb. Bila ada gangguan atau dengan kata lain suplai daya terputus maka, UPS akan segera bekerja dalam waktu sesingkat mungkin sehingga peralatan elektronik yang kita miliki tidak mengalami kerusakan
Motor
MOTOR AC 3 FASA
listrik arus bolak-balik diklasifikasikan dengan dasar prinsip pengoperasian sebagai motor asinkron (induksi) atau motor sinkron. Motor induksi adalah jenis motor dimana tidak ada tegangan eksternal yang diberikan pada rotornya, tetapi arus pada stator menginduksikan tegangan pada celah udara dan pada lilitan rotor untuk menghasilkan arus rotor dan medan magnet. Medan magnet stator dan rotor kemudian berinteraksi dan menyebabkan rotor motor berputar
OMRON TYPE 3G3JX INVERTER SYSDRIVE Inverter
adalah sebuah perangkat elektronik yang mengubah tegangan AC tiga fasa dari jalajala (berfrekuensi 50 Hz atau 60 Hz) menjadi tegangan DC, kemudian mengubahnya kembali menjadi tegangan AC tiga fasa dengan frekuensi yang bisa diatur-atur sesuai keinginan pengguna/user, Salah satu aplikasi Inverter dalam dunia keelektroteknikan adalah untuk mengendalikan kecepatan putaran motor AC.
POMPA AIR
Pompa air merupakan alat atau mesin untuk memindahkan atau menaikkan cairan dengan cara mengisap dan memancarkannya, biasanya berupa silinder yg berkatup.
ROTARY ENCODER Rotary
encoder adalah device elektromekanik yang dapat memonitor gerakan dan posisi. Rotary encoder umumnya menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah. Sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan oleh rangkaian kendali.
PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
8.
Perjalanan Sistem Alat Pembuatan Sistem Alat Hardware Alat DT – HIQ AVR USB ISP Proses Instalisasi Driver USB DT – AVR Low Cost Micro System Cara Memprogram ke Mikrokontroler (DT – AVR Low Cost Micro System) Instalasi DT – AVR Low Cost Micro System
PERJALANAN SISTEM
ALAT
PEMBUATAN SISTEM ALAT
HARDWARE ALAT Gambar alat tampak dari atas
Gambar alat tampak dari depan
Gambar kontroller alat
DT – HIQ AVR USB ISP
DT-HiQ AVR USB ISP adalah In-System Programmer (ISP) untuk mikrokontroler AVR® 8-bit RISC. Programmer ini dapat dihubungkan ke PC melalui antarmuka USB dan mengambil sumber catu daya dari target board. DT-HiQ AVR USB ISP dapat digunakan dengan perangkat lunak AVR Studio©, CodeVisionAVR©, AVRDUDE (WinAVR), BASCOMAVR©, dan perangkat lunak lain yang mendukung protokol ATMEL STK500/AVRISP. (Digiware.,2008).
Konfigurasi PIN konektor ISP
PROSES INSTALASI DRIVER USB Sebelum
menggunakan DT-HiQ AVR USB ISP, driver USB harus di-install sesuai dengan urutan cara penginstalan pada CD driver DT-HiQ AVR USB ISP
DT – AVR Low Cost Micro System Merupakan sebuah modul single chip dengan basis mikro kontroller AVR dan memiliki kemampuan untuk melakukan komunikasi data serial secara UART RS-232 serta pemrograman memori melalui ISP ( In-System Programing).
PENGUJIAN HARDWARE
Metode Pengujian Hardware Pengujian system kendali pengaturan kecepatan motor AC dilakukan dengan dua cara pengujian yaitu pengujian manual dan pengujian otomatis.
Pengujian Manual
- Pengujian Menggunakan Tachometer Tabel 4.1. Pengujian Menggunakan Tachometer.
F
Rpm
I
Vsensor
10
293,5
1,5
2,89
20
594,1
1,5
5,80
30
887,5
1,5
8,80
40
1183
1,5
11,90
50
1461
1,5
14,77
- Pengujian Menggunakan Rotary Encoder Tabel 4.2. Pengujian Menggunakan Rotary Encoder
F
Rpm I
Vsenso r
10
292
1,5
2,89
20
594
1,5
5,80
30
886
1,5
8,80
40
1180 1,5
11,90
50
1460 1,5
14,77
Pengujian Otomatis Pengujian otomatis dengan aturan -Tegangan Inverter konstan 1 volt dan 4 volt -Sampling waktu 0,01 detik
Ket: Tabel pengujian otomatis dapat dilihat di hard copy buku TA dikarenakan data yang banyak dan tidak memungkinkan ditampilkan di slide
ANALISA
Analisa Data Hasil Pengujian Alat Data yang didapatkan dari hasil pengujian alat dengan tegangan inverter 1 volt di masukkan pada M-file software Matlab, sehingga didapatkan gambar kurva sepertI berikut : 60
50
40
30
20
10
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Gambar kurva sistem dengan tegangan inverter 4 volt 250
200
150
100
50
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Analisa Respon Sistem Data hasil pengujian tegangan sensor ( Ts ) dengan sampling waktu 0,1 s, tegangan inverter 1 volt dan 4 volt dimasukkan ke M-file software Matlab sehingga didapatkan respons seperti berikut : Response Hasil Pengujian Pemodelan Dinamis Pengaturan Frekuensi Motor AC Berbeban Menggunakan PID 60
100
40
50
20
0
Model (-.) (Volt)
Hasil Pengujian (-) (Volt)
0
0
50
100
150
200 Sampling ke k (Ts=0.1)
250
300
350
-50 400
Kurva Respon Sistem Tegangan Inverter 4 volt 250
200
200
150
150
100
100
50
50
0
0
200
400
600 Sampling ke k (Ts=0.1)
800
1000
0 1200
Model (-.) (Volt)
Hasil Pengujian (-) (Volt)
Response Hasil Pengujian Pemodelan Dinamis Pengaturan Frekuensi Motor AC Berbeban Menggunakan PID 250
Analisis Kontrol
Data hasil pengujian tegangan sensor ( Ts ) dengan sampling waktu 0,1 s, tegangan inverter 1 volt dimasukkan ke M-file software Matlab,sehingga didapatkan grafik seperti berikut : 40
3.5
x 10
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Bode Diagram Tegangan Inverter 1 volt Bode Diagram 0
Magnitude (dB)
-20 -40 -60 -80 -100 -180
Phase (deg)
-225 -270 -315 -360 -405 -1
10
0
10
1
10
Frequency (rad/sec)
2
10
3
10
Grafik transfer function tegangan inverter 4 volt 25
20
15
10
5
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Bode Diagram Tegangan Inverter 4 volt Bode Diagram 40
Magnitude (dB)
20 0 -20 -40
Phase (deg)
-60 0
-45
-90 -2
10
-1
10
0
10
1
10
Frequency (rad/sec)
2
10
3
10
Analisis Menggunakan Metode Ziegler Nichols Untuk mendapatkan pergeseran grafik yang baik maka digunakan Metode Ziegler Nichols, seperti berikut : -transfer function :
59.63 s 2 - 58.42s + 528 1 9.141s 2 + 182.2s + 9.261
Simulink Ziegler Nichols
Scope Ziegler Nichols
Analisa Kendali PID
- Tegangan Inverter 1 volt : Transfer function = 59.63 s 2 - 58.42s + 528 1 9.141s 2 + 182.2s + 9.261
Simulink Kendali PID tegangan inverter 1 volt
Scope transfer function tanpa kendali PID tegangan inverter 1 volt
Scope kendali P ( Proportional ) tegangan inverter 1volt
P ( Proportional ) : 1.9406
Scope Kendali PI tegangan inverter 1 volt
PI ( Proportional Dan Integral ) : - P : 1.7465 - I : 77.425
Scope kendali PID tegangan inverter 1 volt
PID: - P : 2.328
- I : 172.05
- D : 0.007879
SEKIAN DAN TERIMA KASIH
