Oleh: Fikri Yoga Pemana Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Moch. Rameli

Implementasi Generalized Predictive Control untuk Mengurangi Contour Error pada Mesin CNC Milling Oleh: Fikri Yoga Pemana Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Moch. Rameli

Permasalahan • Mesin milling menggunakan motor stepper sebagai penggerak aksisnya sehingga kurang tepat untuk diaplikasikan pada penelitian ini • Mesi milling digantikan dengan mesin bubut dengan menggunakan mesin CNC • Mesin CNC yang digunakan

Pengaturan Kecepatan Spindle pada Retrofit Mesin CNC Bubut Menggunakan Kontroler PI Gain Scheduling Oleh: Fikri Yoga Pemana Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Moch. Rameli

Pendahuluan Latar Belakang Permasalahan Batasan Masalah

Tujuan

Kebutuhan Industri

Industri Manufaktur

Hasil Proses Machining

Mesin CNC

Latar Belakang

Permasalahan Permasalahan

Batasan Masalah

Tujuan

Perbandingan Mesin CNC dan Mesin Konvensional • Keakuratan tinggi • Hasil tidak dipengaruhi oleh keahlian operator

Mesin CNC

• Harga relatif murah • Familiar oleh semua pemakai mesin

Mesin Konvensional

Latar Belakang

Permasalahan

Batasan Masalah

Tujuan

Mesin CNC Retrofit

Mesin Konvensional

Mesin CNC Retrofit CNC

Latar Belakang

Permasalahan

Batasan Masalah

Tujuan

Perbandingan Mesin CNC Biasa dan Mesin CNC Retrofit Mesin CNC Biasa

Kelebihan

Kekurangan

Sistem telah terintegrasi sehingga memiliki perhitungan yang telah matang

Harga Mahal

Langsung dapat diaplikasikan Kelebihan

Kekurangan

Harga lebih murah dibandingkan mesin Mesin CNC biasa CNC Retrofit

Perlu perhitungan dan penyesuaian komponen agar sesuai dengan kebutuhan Perawatan lebih susah

Latar Belakang

Permasalahan

Batasan Masalah

Tujuan

Proses Pemotongan Benda Kerja pada Mesin Bubut

Latar Belakang

Permasalahan

Batasan Masalah

Tujuan

Batasan Masalah • Set point diberikan oleh CNC • Penentuan set fungsi transfer plant diperoleh dengan melalui proses identifikasi plant mesin bubut • Penelitian ini dilakukan untuk sistem Single Input Single Output • Output sistem yang dikendalikan adalah kecepatan putar motor spindle • Perancangan kontroler menggunakan kontrol PID gain scheduling.

Latar LatarBelakang Belakang

Permasalahan

Batasan Masalah

Tujuan

Tujuan • Mendapatkan kecepatan putar spindle yang sesuai dengan diameter benda kerja dan kedalaman pahat saat pemotongan menggunakan kontrol PI Gain Scheduling

Latar LatarBelakang Belakang

Permasalahan

Batasan Masalah

Tujuan

Tinjauan Pustaka Mesin Bubut Computerized Numerical Control Proses Pemotongan

Bagian-Bagian Mesin Bubut

Mesin Bubut

Computerized Numerical Control

Latar Proses Belakang Pemotongan

Proses-Proses Pada Mesin Bubut

Mesin Bubut



Mode Pemrograman CNC

X-

XZero Reference Point Baru 2 P2

P1

P4 P3 Z-

P2 Zero Reference Point

P5 Z+

P1

P4 P3 Z-

Mesin Bubut

Zero Reference Point

P0

P5

Z+

X+

X+ (a)

Zero Reference Point Baru 1

(b)



Baris Program CNC P123;

Nomor Program

N10 G90;

Kode akhir program

N20 G01 X50 Y20 F120 S100; Word

N30 X15;

Alamat

N40 Y20 M03;

Nomor

N50 G04 P100; N60 M30; Nomor blok

Mesin Bubut



Proses Pemotongan Mesin Bubut

Cs 

Mesin Bubut

dn 1000



Perancangan Sistem Arsitektur Sistem Diagram Blok Sistem

Identifikasi Sistem

Arsitektur Sistem

Arsitektur Sistem

Diagram Blok Sistem

Latar Belakang Identifikasi Sistem

Diagram Blok Sistem

Arsitektur Sistem

Diagram Blok Sistem

Latar Identifikasi Belakang Sistem

G ( s) 

0,66833 0,125s  1

Identifikasi Sistem Tanpa Beban Transfer Function

0,66833 G (s)  0,125s  1

0,68 G ( s)  0,0974 s  1

RMSE (%) 0,1378

0,1378

0,68033 G (s)  0,1084 s  1

0,1436

0,90833 G (s)  0,0854 s  1

0,1516

0,6975 G (s)  0,177 s  1

Arsitektur Sistem

0,1072

Transfer Function 0,6725 G (s)  0,1278s  1

RMSE (%)

0,1335

0,6958 G ( s)  0,0648s  1

0,1233

0,6967 G ( s)  0,0676 s  1

0,1857

0,69 G ( s)  0,0731s  1 0,695 G ( s)  0,12464 s  1

Diagram Blok Sistem

0,1333

0,1431

Identifikasi Sistem

Respon Hasil Identifikasi Tanpa Beban

Respon dan Hasil Identifikasi Kecepatan Spindle tanpa Beban 600

Kecepatan Spindle (rpm)

500

400

300

200 Set Point Respon Sistem Hasil Identifikasi

100

0

0

100

200

300

400

Waktu (detik)

500

600

700

800

Identifikasi Sistem dengan Variasi Kedalaman Pahat Kedalaman Pahat 0,5 mm

Transfer Function

Kedalaman Pahat 1,1 mm

0,6333 G ( s)  0,117 s  1

0,6 mm

0,5833 G ( s)  0,117 s  1

0,7 mm

1,2 mm 1,3 mm

0,575 G ( s)  0,117 s  1

0,8 mm

1,4 mm 0,567 G ( s)  0,117 s  1

0,9 mm

1,5 mm 0,55833 G ( s)  0,117 s  1

1 mm

G ( s) 

0,55 0,117 s  1

Transfer Function G ( s) 

0,54167 0,117 s  1

G ( s) 

0,5333 0,117 s  1

G ( s) 

0,525 0,117 s  1

G ( s) 

0,5167 0,117 s  1

G ( s) 

0,50833 0,117 s  1

Respon Kecepatan Spindle pada Kedalaman Pahat 0,5 mm Respon Kecepatan Spindle pada Kedalaman Pahat 0,5 mm 600


500

400

300

200

100

0

Set Point Respon Sistem 0

2

4

6

8

Waktu (detik)

10

12



500

400

300

200

Set Point Respon Sistem

100

0

0

1

2

3

4

5

Waktu (detik)

6

7

8

9

10



500

400

300

200


100

0

0

2

4

6

8

Waktu (detik)

10

12



500

400

300

200


100

0

0

2

4

6

8

Waktu (detik)

10

12


Kecepatan Spindle

500

400

300

200


100

0

0

2

4

6

8

Waktu (detik)

10

12

Respon Kecepatan Spindle pada Kedalaman Pahat 1 mm

Respon Kecepatan Spindle pada Kedalaman Pahat 1 mm 600

Kecepatan Spindle

500

400

300

200


100

0

0

2

4

6

8

Waktu (detik)

10

12


Kecepatan Spindle

500

400

300

200


100

0

0

2

4

6

8

Waktu (detik)

10

12



500

400

300

200


100

0

0

2

4

6

8

Waktu (detik)

10

12



500

400

300

200


100

0

0

2

4

6

8

Waktu (detik)

10

12


Kecepatan Spindle

500

400

300

200


100

0

0

2

4

6

8

Waktu (detik)

10

12



500

400

300

200


100

0

0

2

4

6

8

Waktu (detik)

10

12

Hasil Identifikasi untuk Tiap Kedalaman Pahat Respon Kecepatan Spindle pada Tiap Variasi Kedalaman Pahat 450

Kedalaman Pahat 0 mm

400

Kedalaman Pahat 0,5 mm


350

Kedalaman Pahat 0,6 mm Kedalaman Pahat 0,7 mm

300

Kedalaman Pahat 0,8 mm 250

Kedalaman Pahat 0,9 mm Kedalaman Pahat 1 mm

200


Kedalaman Pahat 1,2 mm Kedalaman Pahat 1,3 mm

100

Kedalaman Pahat 1,4 mm 50 0


1

2

3

4

5

Waktu (detik)

6

7

8

9

10

Hasil Pengukuran Arus Jangkar untuk Tiap Kedalaman Pahat Kedalaman Pahat 0 mm 0,5 mm 0,6 mm 0,7 mm 0,8 mm 0,9 mm 1 mm 1,1 mm 1,2 mm 1,3 mm 1,4 mm 1,5 mm

Arus Jangkar (mA) 750 650 630 590 580 570 560 340 320 310 300 290

Perancangan Kontroler Kondisi Tanpa Beban M p  0,4  *

t s  5%   *



 *       1 *   e



 *

 ln(0,4)  

 

1 

3



*



3

 n *

*

 0,1   n



*

   0,06

* 2

3   516,27 0,10,06

1 1 * * 2 x0,06 x516,27 x0,117  1  8,66 Kp  2  n   1  K 0,6975

i 

KK p

 n

0,6975 x8,66   0,1 0,117 x516,27

Parameter Kontroler PI untuk Tiap Variasi Kedalaman Pahat Kedalaman Pahat (mm) 0 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

Arus Jangkar (mA) 750 650 630 590 580 570 560 340 320 310 300 290

Kp

τi

8,66 9,5 10,32 10,47 10,618 10,78 10,94 11,11 11,29 11,46 11,65 11,84

0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Fungsi Parameter Kontroler K p  0,000000000003I a 5  0,000000006I a 4  0,000005I a 3

 0,0019 I a 2  0,3117 I a  4,062

Simulasi Kontroler • Simulasi dengan Matlab

Hasil Simulasi Kontroler PI Respon Kecepatan Spindle dengan Kontroler PI untuk Tiap Variasi Kedalaman Pahat 700


600

Set Point Kedalaman Pahat 0 mm Kedalaman Pahat 0,5 mm Kedalaman Pahat 0,6 mm Kedalaman Pahat 0,7 mm Kedalaman Pahat 0,8 mm Kedalaman Pahat 0,9 mm Kedalaman Pahat 1 mm Kedalaman Pahat 1,1 mm Kedalaman Pahat 1,2 mm Kedalaman Pahat 1,3 mm Kedalaman Pahat 1,4 mm Kedalaman Pahat 1,5 mm

500

400

300

200

100

0

0

0.5

1

1.5

Waktu (detik)

2

2.5

3

Simulasi Kontroler PI Gain Scheduling

Sistem dengan Perubahan Beban 0 mm-0,5 mm-0,6 mm Respon Kecepatan Spindle dengan Perubahan Beban 0 mm-0,5 mm-0,6 mm 800

700

Kecepatan Spindle

600

500

400

300

200


100

0

0

2

4

6

Waktu (detik)

8

10

12

Sistem dengan Perubahan Beban 0 mm-0,7 mm-0,8 mm Respon Kecepatan Spindle dengan Perubahan Kedalaman Pahat 0 mm-0,7 mm-0,8 mm 800

700


600

500

400

300

200


100

0

0

1

2

3

4

5

Waktu (detik)

6

7

8

9

10

Sistem dengan Perubahan Beban 0 mm-0,9 mm-1 mm Respon Kecepatan Spindle dengan Perubahan Beban 0 mm-0,9 mm-1 mm 800

700


600

500

400

300

200


100

0

0

1

2

3

4

5

Waktu (detik)

6

7

8

9

10

Sistem dengan Perubahan Beban 0 mm-1,1 mm-1,2 mm Respon Sistem dengan Perubahan Kedalaman Pahat 0 mm-1,1 mm-1,2 mm 800

700

Kecepatan SPindle (rpm)

600

500

400

300

200


100

0

0

1

2

3

4

5

Waktu (detik)

6

7

8

9

10

Sistem dengan Perubahan Beban 0 mm-1,3 mm-1,4 mm Respon Sistem dengan Perubahan Kedalaman Pahat 0 mm- 1,3 mm-1,4 mm 900 800


700

600 500 400

300 200


100

0

0

1

2

3

4

5

Waktu (detik)

6

7

8

9

10

Sistem dengan Perubahan Beban 0 mm-1,5 mm-0 mm Respon Sistem dengan Perubahan Kedalaman Pahat 0 mm-1,5 mm-0 mm 700


600

500

400

300

200


100

0

0

1

2

3

4

5

Waktu (detik)

6

7

8

9

10

TERIMA KASIH

Oleh: Fikri Yoga Pemana Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Moch. Rameli

Recommend Documents