Perancangan Pengendali PID. Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Perancangan Pengendali PID Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Pengantar Materi Contoh Soal Latihan Ringkasan

Pengantar Materi

Perancangan Pengendali P Perancangan Pengendali PI Perancangan Pengendali PD

Contoh Soal Latihan Ringkasan

Perancangan Pengendali PID

Pengantar

Materi

Contoh Soal

Latihan

Ringkasan

Tujuan: Mengembangkan ketrampilan calon engineer di industry proses

Skill: -

Tuning Desain loop tertutup system kendali Trouble shooting dalam system pengendalian Terminologi dalam garis komando di plant yang dikendalikan

Pengetahuan: - Dinamika sebuah proses - Kendali umpan balik / control feedback

Pengantar

Materi

Contoh Soal

Latihan

Ringkasan

 Pengendali PID - Proporsional + Integral + Derivatif merupakan pengendali, dimana sinyal keluaran berbanding lurus terhadap sinyal eror dan laju eror dan jumlahan eror.  Gain pengendali = Kp bernilai konstan, Gain integral = Ki = kontan dan Gain derivatif = Kd = bernilai konstan  Blok diagram hubungan sinyal kendali u dengan sinyal eror - e

Pengantar

Materi

Contoh Soal

Latihan

Ringkasan

 Blok diagram hubungan sinyal kendali u dengan sinyal eror - e 1

E(s)

1 𝜏𝑖 𝑠

+ +

Kp

+ 𝜏𝐷 𝑠

U(s)

Pengantar

Materi

Contoh Soal

Latihan

Ringkasan

Pengantar

Materi

Contoh Soal

Latihan

Ringkasan

Perancangan Pengendali PID pada system orde dua

Gc(s)

Fungsi Transfer Loop Tertutup – CLTF

Gp(s)

C s  G( s) Gc( s)Gp( s)   Rs  1  G ( s) H ( s) 1  Gc( s)Gp( s)

   i  d s 2   i s  1  K     Kp   1  2 s  2  s  1  i s C ( s)   n n   R( s )    i  d s 2   i s  1  K     1 K p   1  2 s  2  s  1  i s   n n 

Pengantar

Materi

Contoh Soal

Latihan

Ringkasan

Perancangan Pengendali PID pada system orde dua Bila dipilih d =     i  d s 2   i s  1  K     Kp   1  2 s  2  s  1  i s C ( s)   n n   R( s )    i  d s 2   i s  1  K     1 K p   1  2 s  2  s  1  i s   n n 

i d = 1 / n2 dan i = 2 / n maka

C (s) K p .K i s 1   R(s) 1  K p .K i s i s 1 KK p

Respon system berbentuk Orde satu

C s  K*  * Rs  τ s 1

Pengantar

Materi

Contoh Soal

Latihan

Respon system orde dua – Pengendali PID

i   K.K p *

C s  1  * Rs   s  1 Kondisi Steady

1 R( s )  s

Sinyal uji step

  1   1  lim sC(s)  lim s * s0 s0 s τ s  1   





Keluaran

C ss

Masukan

1 Rss  Lim sRs   Lim s    1 s0 s0  s 

Eror steady state ess = 0

Ringkasan

Pengantar

Materi

Contoh Soal

Latihan

Ringkasan

Pengendali PID yang ideal  Peralatan elektronik atau pneumatic memberikan aksi kendali yang ideal (secara fisik sulit untuk dibangun). Pengendali yang saat ini beredar, mengikuti sifat ideal ini:

 I s  1   D s  1  U PID ( s)  kc    E ( s)   I s   D s  1 Dimana  adalah nilai yang sangat kecil diantara 0.05- 0.2.

Pengantar

Materi

Contoh Soal

Latihan

Ringkasan

Tahapan perancangan Pengendali PID pada system orde satu 1. Menentukan fungsi alih dari plant orde kedua 2. Menentukan spesifikasi performansi respon orde pertama yang diinginkan  Spesifikasi respon orde pertama dengan konstanta waktu tertentu (*) 3. Menentukan Kp, i, dan d

i  Untuk respon orde satu

2 n

i  d  * 

1 n 2

 d 

1 2n

i  2  Kp  *i  * K .K p  .K  . n .K

Materi

Pengantar

Contoh Soal

Latihan

Ringkasan

Rancang Pengendali PID, dengan fungsi transfer plant orde dua sbb: Gs  

5 s

2

 6s  25

Rancang sebuah pengendali proporsional ditambah integral ditambah differensial (PID) sedemikian hingga keluaran sistem hasil mempunyai ts ( 5%) sekitar 2 detik, Ess = 0 (Zero offset) dan tidak memiliki overshoot Penyelesaian: 1. Menentukan parameter sistem berdasarkan fungsi transfer closes loop 5 Gs   2  n  5 rad / det ,   0,6 , K  0,2 s  6s  25 2. Menentukan parameter respon sistem berdasarkan karakteristik yang dikehendaki. Konstanta waktu system: 2 t s *  5%   3*  2 det  *  det 3 2 2 0,6 1 1 1 K  2  2 0,6  3,6  1,8 i    0,24  d    p * . n .K 2 350,2 2 n 5 2n 2 0,65 6 Waktu integral

Waktu diferensial

Gain proporsional

Pengantar

i 

Materi

Contoh Soal

2 2 0,6 1 1 1   0,24  d    n 5 2n 2 0,65 6

Waktu integral

Waktu diferensial

Latihan

Kp 

2 * . n .K



Ringkasan

2 0,6 3,6   1,8 2 350,2 2

Gain proporsional

Pengantar

Materi

Contoh Soal

Latihan

Ringkasan

System orde dua dengan fungsi transfer berikut ini:

Gs  

5 s 2  20s  25

Rancang sebuah pengendali proporsional ditambah integral ditambah differensial (PID) sedemikian hingga keluaran sistem hasil mempunyai:  ts ( 0,5%) sekitar 1 detik,  Ess = 0 (Zero offset) dan  tidak memiliki overshoot

Pengantar

Materi

Contoh Soal

Latihan

Ringkasan

Suatu plant orde kedua tanpa delay dengan pengendali proporsional ditambah integral ditambah differensial (PID) jika dipilih:  i d = 1 / n2 dan  i = 2 / n akan menghasilkan sistem orde pertama zero offset dengan  * = I / (KKp) dan  K* = 1 dimana harga parameter pengendalinya adalah

2ζ τi  ωn

1 , τd  2ξω n

2ξ , dan K p  ω n .K p

Pengantar

Materi

Contoh Soal

Latihan

Respon system dengan berbagai strategi kendali

• Tanpa kendali: menyebabkan proses lambat mencapai kondisi steady • Kendali P: Respon cepat dan mengurangi offset • Kendali I: mengeliminasi offset tetapi cenderung menyebabkan respon berosilasi. • Kendali D: mengurangi derajat osilasi dan waktu respon.

Ringkasan

Pengantar

Materi

Contoh Soal

Latihan

Ringkasan

Pengendali P - Pengendali sederhana dalam tuning Kp - Offset saat gangguan yang terus menerus / perubahan set point PI - Lebih komplek dalam tuning (Kp, dan ti) - Performansi lebih baik disbanding P - Tidak ada offset - Pengendali yang lebih popular PID - Lebih komplek dalam mentuning (Kp, ti, td) - Performansi lebih baik dari PI - Tidak ada offset - Aksi derivative bias dipengaruhi oleh noise

Sekian dan terimakasih