Sistem Kontrol Digital

Sistem Kontrol Digital Kuliah 1 Kontrol Digital Bab 13 buku-ajar Agus Arif

1

Materi • • • • • •

Tujuan, Bahan & Buku-ajar Kuliah Definisi Sistem Kontrol Digital Kelebihan Komputer Digital Contoh Sistem Kontrol Digital Posisi Komputer Digital Konversi Digital-ke-Analog – rangk resistor berbobot, rangk tangga R-2R

• Konversi Analog-ke-Digital – counter ramp, tracking, successive-approximat, single-ramp, dual-ramp, parallel/flash Agus Arif 2

Tujuan & Bahan Kuliah {1} • Tujuan: setelah mengikuti kuliah ini mhs memiliki kompetensi – memodelkan, – menganalisis & – mendesain

sistem kontrol digital. • Bahan kuliah: – Konversi A/D & D/A – Pemodelan komputer digital – Transformasi-z Agus Arif

3

Tujuan & Bahan Kuliah {2} • Bahan kuliah (lanjutan): – Fungsi transfer – Reduksi diagram blok – Kestabilan – Ralat keadaan-ajeg – Tanggapan transien – Desain pelipatan (gain) – Kompensasi berjenjang (cascade) Agus Arif

4

Buku-ajar • Nise, Norman S., 2000, Control Systems Engineering, ed. 3, John Wiley & Sons – Situs web pendukung: http://he-cda.wiley.com/WileyCDA/ HigherEdTitle/productCd-0471445770.html

• Phillips, Charles L & Nagle, H. Troy, 1995, Digital Control System Analysis & Design, ed. 3, Prentice Hall Agus Arif

5

Definisi Sistem Kontrol Digital • Sistem kontrol otomatis yang menggunakan komputer digital sebagai pengontrol • Sistem kontrol digital = sistem kontrol datatercuplik = sistem terkontrol-komputer • Fungsi komputer digital: – Supervisory : penjadwalan, pemantauan prmtr & variabel yg bernilai di luar rentang kerja, pengawalan shutdown yg aman – Direct control sbg bagian dr kalang kontrol Agus Arif

6

Kelebihan Komputer Digital • Hemat biaya: – Satu komputer mampu mengendalikan banyak kalang kontrol secara sekaligus

• Lentur menanggapi perubahan desain: – Stp perubahan/modifikasi dpt dilakukan sbg perubahan perangkat-lunak

• Kebal derau: – Sistem digital memiliki ketahanan derau yg lebih baik drpd sistem analog Agus Arif

7

Contoh Sistem Kontrol Digital

Agus Arif

8

Posisi Komputer Digital {1}

Agus Arif

9

Posisi Komputer Digital {2} • Kalang yg mengandung sinyal analog & digital hrs melakukan proses konversi – A/D atau ADC (Analog-to-Digital Converter) – D/A atau DAC (Digital-to-Analog Converter)

• Sinyal analog pd output plant (c) & input sistem (r)  A/D harus ada pada sisi input komputer digital • Sinyal analog pd input plant (f)  D/A hrs ada pada sisi output komputer digital Agus Arif

10

Konversi D/A {1} • Konversi D/A: sederhana & seketika • Contoh D/A 3-bit:

Agus Arif

11

Konversi D/A {2} • Output tegangan D/A:

(

Vo = Vfs A1 2 −1 + A2 2 −2 +  + An 2 − n

)

– Vfs : tegangan skala-penuh sbg rujukan – A1 : most significant bit (MSB)  Vfs/2 – An : least significant bit (LSB)  Vfs/2n

• Resolusi: perubahan analog terkecil yg dpt dihasilkan konverter = LSB dlm volt Agus Arif

12

Rangk Resistor Berbobot {1}

Agus Arif

13

Rangk Resistor Berbobot {2} • D/A sederhana: penguat penjumlah + resist dgn nilai bobot faktor 2 yg meningkat • Kelemahan: – Butuh nilai resistor yg tepat pd rentang yg lebar (1024 ~ 1 pd D/A 10-bit) – Saklar dgn resistans yg rendah & dgn tegangan offset nol

• Kelemahan tsb diatasi dgn D/A dgn rangk tangga (ladder) R-2R Agus Arif

14

Rangk Tangga R-2R {1}

Agus Arif

15

Rangk Tangga R-2R {2} • Rangk ini hanya butuh 2 nilai: R & 2R  sesuai utk diterapkan dlm keping terpadu • Nilai R: 2,5 hingga 10 kΩ & Thevenin berturutan: tegangan input tereduksi sebesar faktor 2 dari MSB sampai LSB • Kelemahan: – Arus tangga, disipasi & pemanasan tergantung pd input digital  non-linearitas – Beban pd tegangan rujukan tergantung pd input digital  diatasi dgn rangk R-2R terbalik Agus Arif

16

Rang Tangga R-2R Terbalik {1}

Agus Arif

17

Rang Tangga R-2R Terbalik {2} • Arus mengaliri tangga scr konstan & input digital mengarahkannya ke – ground (bit 0) atau – konverter arus-ke-tegangan (bit 1)

• Konfigurasi D/A yg populer – Implementasi pd keping terpadu CMOS – Saklar hrs dgn resistans rendah  MOS/J-FET – Resolusi hingga 12-bit Agus Arif

18

Konversi A/D {1} • Konversi A/D: proses 2-langkah & tidak seketika  tundaan di antara input-output – Sinyal analog dicuplik scr periodik & dipegang selama selang pencuplikan – Sinyal tercuplik diubah mjd sinyal digital

• Laju pencuplikan paling sedikit 2 kali lebarpita sinyal analog (laju Nyquist) • Langkah kerja: Agus Arif

19

Konversi A/D {2}

Agus Arif

20

Konversi A/D {3}

Agus Arif

21

Konversi A/D {4}

Agus Arif

22

Counter Ramp {1}

Agus Arif

23

Counter Ramp {2}

Agus Arif

24

Tracking ADC {1}

Agus Arif

25

Tracking ADC {2}

Agus Arif

26

Successive Approximation {1}

Agus Arif

27

Successive Approximation {2}

Agus Arif

28

Single Ramp Converter {1}

Agus Arif

29

Single Ramp Converter {2}

Agus Arif

30

Single Ramp Converter {3}

Agus Arif

31

Dual Ramp Converter {1}

Agus Arif

32

Dual Ramp Converter {2}

Agus Arif

33

Parallel Converter/Flash

Agus Arif

34