KENDALI POSISI DAN KECEPATAN MOTOR LANGKAH BERBASIS MIKROKONTROLER
TUGAS AKHIR
Oleh
PETRA GOKMA RIA NIM : 13203021 Program Studi Teknik Elektro
SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
KENDALI POSISI DAN KECEPATAN MOTOR LANGKAH BERBASIS MIKROKONTROLER
Oleh : Petra Gokma Ria Tugas Akhir ini telah diterima dan disahkan Sebagai persyaratan untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNIK di JALUR PILIHAN TEKNIK KENDALI SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
Bandung, 26 Juni 2007
Disetujui oleh : Pembimbing,
Ir. Arief Syaichu-Rohman, MEngSc, PhD NIP : 132007611
ABSTRAK
KENDALI POSISI DAN KECEPATAN MOTOR LANGKAH BERBASIS MIKROKONTROLER
Oleh
Petra Gokma Ria NIM : 13203021 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO Motor langkah adalah salah satu jenis motor yang sangat akurat dalam pengaturan posisi dengan mengatur pulsa sinyal yang diberikan padanya sehingga derajat perputaran motor dapat diatur. Oleh karena itu, motor langkah semakin banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada mesin fotokopi dan printer. Penggunaan yang semakin meningkat mengakibatkan perlunya kendali kecepatan pada motor langkah untuk membuat penggunaan motor langkah semakin fleksibel. Tugas Akhir ini terdiri dari dua bagian. Bagian-bagian tersebut adalah kendali kecepatan dan kendali posisi, yang direpresentasikan ke dalam dua mode. Pada mode yang pertama, motor langkah dapat berputar pada kecepatan yang dimasukkan oleh pengguna melalui keypad. Selain itu, kecepatan motor dapat segera berubah saat pengguna melakukan interupsi yaitu dengan memasukkan nilai kecepatan yang baru. Pada mode kedua, motor langkah berputar kemudian berhenti pada posisi yang dimasukkan oleh pengguna. Motor langkah tidak berputar pada kecepatan yang sama untuk mencapai posisi tersebut, akan tetapi berputar semakin cepat kemudian melambat sampai akhirnya berhenti di posisi yang sesuai. Kecepatan yang berubahubah ini akhirnya membentuk sebuah grafik yang disebut profil kecepatan. Metoda yang dipakai untuk membentuk profil kecepatan ini adalah pendekatan tanjakan linear. Pada metoda ini, profil kecepatan dapat dihasilkan secara nyata waktu dengan penghitungan sederhana, sehingga bisa diimplementasikan dengan mikrokontroler. Kendali kecepatan dan posisi motor langkah diimplementasikan dengan menggunakan mikrokontroler jenis ATMega 8535 yang diprogram dengan Code Vision. Kata kunci : motor stepper, posisi, kecepatan, percepatan
i
ABSTRACT
MICROCONTROLLER BASED STEPPER MOTOR POSITION AND SPEED CONTROL
By
Petra Gokma Ria NIM : 13203021 ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
Stepper motor is a type of motor that can accurately give the right position by controlling pulse signal given to it. Thus, the rotation degree of motor can be controlled. Because of that advantage, stepper motors are used more in daily life, such as in photocopy machines and printers. The increasing use of stepper motors causes the speed control of stepper motors become more important to enhance the flexibility. In this Final Project, basically there are two parts. They are speed control and position control, which are represented into two modes. In the first mode, stepper motor is able to rotate on the speed which is set by user from keypad. Moreover, the speed of motor can change immediately when user does an interruption by setting new value of speed. In the second mode, stepper motor rotates and then stops on position which is set by user. Stepper motor is not rotates on the same speed to reach that position, but rotates faster, and then slower, and at last stops on the right position. This changing speed builds a graph called speed profile. Method used to make this speed profile is linear ramp approximation. In this method, speed profile of stepper motor is generated in real-time with only simple calculations, so it can be implemented with microcontroller. Stepper motor speed and position control is implemented with microcontroller ATMega 8535 which is programmed with Code Vision. Keywords : stepper motor, position, speed, acceleration
ii
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena hanya dengan rahmatNya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya.
Laporan Tugas Akhir yang penulis ajukan berjudul Kendali Posisi dan Kecepatan Motor Langkah Berbasis Mikrokontroler. Selama menyelesaikan laporan ini, tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis yang terutama disebabkan keterbatasan pengalaman dan pengetahuan yang dimiliki oleh penulis. Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari sempurna, namun penulis berharap laporan ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca pada umumnya dan penulis pada khususnya.
Kemudian penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih atas segala bantuan dan bimbingan baik moril maupun materil yang diberikan oleh : 1.
papa, mama, bang Oni, santi, dan kika, atas kasih sayang dan dukungan yang tak dapat diucapkan dengan kata-kata selama penulis menyelesaikan tugas akhir;
2.
Ir. Arief Syaichu-Rohman, MEngSc, PhD selaku dosen pembimbing Tugas Akhir, atas bimbingan, masukan, saran, dan kesabaran selama penulis menyelesaikan tugas akhir. Maafkan saya sering malas dan jarang bimbingan;
3.
kepala LSKK Ir. Iyas Munawar;
4.
Dr. Ir. Hilwadi Hindersah, M.Sc., Dr. Ir. Yoga Priyana, dan Dr. Waskita Adijarto, S.T., M.T. selaku dosen penguji;
5.
Ditto, atas bantuannya yang sangat-sangat banyak kepada penulis;
6.
keluarga Beringin: Uli, Siska, Rudy, Gadri, Andy, Finley, Mikael, Timothy, dan Wesly atas persahabatan dan semangat yang tak pernah putus-putusnya kalian berikan kepada penulis;
7.
teman-teman di Lab basement: Andy, Finley, Febri, Robin, Erik, Alam, David, yang sudah membuat suasana di lab menjadi sangat menyenangkan;
8.
teman-teman Teknik Elektro 2003 dan khususnya Teknik Kendali;
9.
teman-teman PSM, atas dukungannya selama penulis mengerjakan tugas akhir;
iii
10.
semua teman yang selalu menanyakan kapan saya lulus, sehingga saya terdorong untuk segera menyelesaikan tugas akhir ini;
11.
dan pihak-pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
Akhirnya, penulis meminta maaf jika ada kesalahan yang penulis perbuat. Semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak.
Bandung, Juni 2007 Penulis
iv
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK .......................................................................................................... i ABSTRACT ........................................................................................................ ii KATA PENGANTAR ...................................................................................... iii DAFTAR ISI ...................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vii DAFTAR TABEL ............................................................................................... viii BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................... 1 I.1 Latar Belakang Masalah .................................................................... 1 I.2 Perumusan Masalah ........................................................................... 2 I.3 Pembatasan Masalah .......................................................................... 2 I.4 Tujuan ................................................................................................ 2 I.5 Metodologi Penelitian ........................................................................ 3 I.6 Sistematika Penulisan ........................................................................ 3 BAB II. TEORI MOTOR LANGKAH ............................................................ 4 II.1 Dasar-Dasar Motor Langkah ...........................................................
4
II.1.1 Jenis-Jenis Motor Langkah ........................................................... 5 II.1.2 Unipolar Dan Bipolar ...................................................................
7
II.1.3 Jenis-Jenis Pergerakan Motor Langkah ........................................
7
II.2 Kendali Kecepatan Motor Langkah ................................................. 9 II.2.1 Penghitungan Nilai Hitung Dengan Pendekatan Deret Taylor ..... 10 II.2.2 Perubahan Nilai Percepatan .......................................................... 12 II.2.3 Profil Kecepatan ............................................................................ 13 BAB III. PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ....................................... 16 III.1 Perancangan Perangkat Keras ......................................................... 17 III.2 Perancangan Program ...................................................................... 21
v
BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS .......................................................... 40 IV.1 Pengujian Kendali Posisi ................................................................ 40 IV.2 Pengujian Kendali Kecepatan ........................................................
41
IV.2.1 Mode 1 ......................................................................................... 42 IV.2.2 Mode 2 ......................................................................................... 44 IV.2.2.1 Pengujian 1 ................................................................................ 45 IV.2.2.2 Pengujian 2 ................................................................................ 45 IV.2.2.3 Pengujian 3 ................................................................................ 46 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 52 V.1 Kesimpulan ....................................................................................... 52 V.2 Saran .................................................................................................. 52 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 54 LAMPIRAN LAMPIRAN A KODE SUMBER PROGRAM ...................................... L-1 LAMPIRAN B IMPLEMENTASI PERANGKAT KERAS ................... L-14 LAMPIRAN C KONSTANTA TACHOGENERATOR .........................
L-15
vi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Motor langkah jenis reluktansi variabel ....................................... 4
Gambar 2.2
Motor langkah jenis magnet permanen ........................................ 6
Gambar 2.3
Motor langkah jenis Hibrid .......................................................... 6
Gambar 2.4
Motor langkah a) unipolar dan b) bipolar .................................... 7
Gambar 2.5
Grafik ω-t pada a) kecepatan tetap b) kecepatan ramp ...........
Gambar 2.6
Hubungan antara perubahan kecepatan dengan perubahan nilai n ........................................................................................... 13
Gambar 2.7
Contoh profil kecepatan ............................................................... 14
Gambar 2.8
Dua profil kecepatan a) profil kecepatan 1 b) profil kecepatan 2 14
Gambar 3.1
Diagram blok sistem .................................................................... 16
Gambar 3.2
Motor langkah STH 39D172 a)tampak atas b)skema kumparan . 18
Gambar 3.3
Penggerak motor langkah ............................................................ 19
Gambar 3.4
Skema keypad .............................................................................. 20
Gambar 3.5
Skema LCD ................................................................................. 21
Gambar 3.6
Contoh bentuk sinyal yang dihasilkan oleh program .................. 22
Gambar 3.7
Diagram alir fungsi main ............................................................ 25
Gambar 3.8
Diagram alir fungsi mode1 .......................................................... 27
Gambar 3.9
Diagram alir fungsi mode2 .......................................................... 30
9
Gambar 3.10 Diagram alir fungsi pilih_arah .................................................... 32 Gambar 3.11 Diagram alir fungsi timer_interrupt ...........................................
34
Gambar 3.12 Diagram alir fungsi profil1 ......................................................... 35 Gambar 3.13 Diagram alir fungsi profil2 ......................................................... 37 Gambar 4.1
Hasil pengujian mode 1 .............................................................. 42
Gambar 4.2
Hasil pengujian mode 2 a) pengujian 1 profil 1 b) pengujian 1 profil 2 c) pengujian 2 profil 1 d) pengujian 2 profil 1 e) pengujian 3 profil 1 f) pengujian 3 profil 2 ............................. 47
Gambar 4.3
Perbandingan hasil dengan teori mode 2 a) pengujian 1 profil 1 b) pengujian 1 profil 2 c) pengujian 2 profil 1 d) pengujian 2 profil 1 e) pengujian 3 profil 1 f) pengujian 3 profil 2 ................. 49
Gambar 4.4
Perbandingan waktu pada ketiga pengujian untuk posisi 72000 .. 50
vii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Urutan eksitasi pada berbagai jenis pergerakan motor langkah .......... 8 Tabel 2.2 Perbandingan akurasi nilai tunda dengan pendekatan dan eksak ....... 11 Tabel 3.1 Keluaran rangkaian logika penggerak motor langkah ........................ 19 Tabel 3.2 Penyusunan ulang keluaran rangkaian logika penggerak motor langkah .............................................................................................. 19 Tabel 4.1 Hasil pengujian kendali posisi pada mode 2 ...................................... 40 Tabel 4.2 Penghitungan pengujian mode 1 berdasarkan pengukuran dari hasil rekorder ............................................................................................... 43 Tabel 4.3 Penghitungan pengujian mode 1 dengan perubahan pada bagian II ... 44 Tabel 4.4 Penghitungan-penghitungan dari hasil pengujian mode 2 .................. 48
viii
