Teknik Pengaturan Otomatis
12-10 Selain itu, mikrokontroler digunakan sebagai pengaturnya, dan motor stepper
difungsikan untuk menggerakkan rodanya. Cara kerjanya adalah sebagai berikut. Robot berjalan dalam arah lurus ke depan, jika sensor depan
mendeteksi adanya penghalang, maka sensor samping kiri dan kanan akan mendeteksi ada atau tidak penghalang. Jika di kiri tidak ada penghalang, maka
robot berbelok ke kiri, sebaliknya jika penghalangnya di kiri, maka dia berbelok ke kanan. Sedangkan jika penghalang juga berada di kiri dan kanan, maka
robot bergerak mundur.
Diagram blok sederhana untuk menggambarkan sistem tersebut diperlihatkan pada
gambar 12.12.
12.3. Perilaku Sistem Kontrol
Ada dua tipe perilaku sistem kontrol, yaitu statis dan dinamis. Perilaku statis sistem kontrol diperlihatkan oleh hubungan linier antara variabel yang dikontrol
dengan perubahan variabel termanipulasinya, sedangkan perilaku dinamis ditandai oleh respon sistem kontrol terhadap inputnya.
Sebagai contoh, gambar 12.13
memperlihatkan sistem kontrol pada Generator arus searah dengan variabel yang dikontrol berupa tegangan dan variabel
termanipulasinya arus eksitasi pada lilitan medannya.
Gambar 12.13a
adalah diagram rangkaiannya sedangkan
gambar 12.13b memperlihatkan
karakteristik statis dari sistem kontrol pada Generator tersebut.
kontroler driver
motor stepper
komparator
sensor jarak ultrasonik
jalur path
yang diinginkan
mikrokontroler motor
stepper jalur
sebenarnya
Gambar 12.12 kontrol otomatis pada mobile robot
Di unduh dari : Bukupaket.com
Teknik Pengaturan Otomatis
12-11 Gambar 12.13 Perilaku statis Generator Arus Searah
Untuk setiap nilai arus yang dihasilkan oleh Generator, hubungan antara arus eksitasi dan tegangan keluaran digambarkan dengan garis lurus persamaan
linier seperti diperlihatkan pada
gambar 11.14.
Gambar 12.14 Hubungan tegangan fungsi arus Perilaku statis dari sistem kontrol dinyatakan dengan koefisien transfer K
s
, yaitu angka yang menunjukkan perbandingan antara perubahan nilai variabel
yang dikontrol x dengan perubahan nilai variabel termanipulasi y.
Di unduh dari : Bukupaket.com
Teknik Pengaturan Otomatis
12-12 Secara grafis, hubungan tersebut diperlihatkan pada
gambar 12.15.
Gambar 12.15 Perubahan Tegangan fungsi Arus Eksitasi Dari grafik tersebut, koefisien transfer dinyatakan dengan rumus :
y x
K
S
=
Contoh :
Sebuah pemanas listrik memerlukan arus dari 5 A sampai 7 A untuk menghasilkan suhu dari 80
o
C sampai 100
o
C. Hitung koefisien transfer dari sistem tersebut.
Jawab :
A K
A A
C C
y x
K
S
10 5
7 80
100 =
− −
= =
Sedangkan perilaku sistem dinamis ditinjau dari respon sistem yang
dikontrol terhadap input berbentuk tangga step. Input berasal dari variabel
termanipulasi, sedangkan respon sistemnya berupa variabel yang
dikontrol.
Gambar 11-16
memperlihatkan respon sistem dan simbolnya.
Gambar 12.16 Sistem PT
Di unduh dari : Bukupaket.com
Teknik Pengaturan Otomatis
12-13 Berdasarkan bentuk responnya, ada lima klasifikasi sistem kontrol, yaitu
1. Sistem kontrol tanpa waktu tunda PT ,
2. Sistem kontrol waktu tunda satu langkah PT
1
, 3. Sistem kontrol waktu tunda dua langkah PT
2
, 4. Sistem kontrol waktu tunda banyak PT
n
, dan 5. Sistem kontrol dengan waktu mati dead time.
P pada penamaan sistem tersebut berarti proporsional, artinya bentuk sinyal
reponnya sebanding dengan bentuk sinyal inputnya. Sedangkan T berindeks berarti waktu tunda respon terhadap inputnya. Waktu tunda adalah waktu yang
dibutuhkan oleh respon sistem untuk mencapai bentuk inputnya. T T-nol
artinya tidak ada waktu tunda pada respon sistem, sehingga untuk sistem PT begitu input diberikan pada sistem atau sistem dijalankan, respon sistem
langsung mengikuti bentuk inputnya. T
1
berarti waktu tunda responnya tingkat satu, T
2
berarti waktu tunda responnya tingkat dua, dan seterusnya. Secara umum, semakin besar tingkat waktu tundanya semakin lambat respon output
terhadap inputnya. Bentuk respon sistem PT
diperlihatkan pada gambar 12.16a
. Pada gambar tersebut terlihat sistem merespon inputnya secara langsung tanpa ada selang
waktu. Simbol sistem PT diperlihatkan pada
gambar 12.16b
. Terlihat bahwa pada sistem PT
, nilai output langsung mengikuti nilai inputnya tanpa penundaan waktu.
Sebagai contoh dari sistem ini adalah pengaturan arus kolektor suatu transistor bipolar dengan input arus basisnya. Sementara sistem PT
1
diperlihatkan pada
gambar 12.17
. Model fisik dari sistem PT
1
menggambarkan sebuah proses pemanasan air dengan mengalirkan uap panas pada sebuah tangki melalui
operasi buka tutup katup. Tujuan pengaturannya adalah air diinginkan memiliki suhu tertentu.
Gambar 12.17 Model fisik PT1
Di unduh dari : Bukupaket.com
Teknik Pengaturan Otomatis
12-14 Pada saat katup dibuka untuk mengalirkan uap panas ke dalam tangki, proses
pemanasan mulai berlangsung. Suhu air bertambah seiring dengan banyaknya uap panas yang mengalir ke dalam tangki.
Perubahan suhu air dalam tangki mengikuti grafik pada
gambar 12.18a.
Pada grafik tersebut, x menyatakan suhu air setiap saat, sedangkan y menandai
suhu air yang diinginkan. Perubahan suhu air berlangsung lambat dan mengikuti
bentuk eksponensial dengan konstanta waktu T
s
. Simbol sistem PT
1
diperlihatkan pada
gambar 12.18b.
Terlihat bahwa nilai outputnya mencapai atau mengikuti nilai inputnya dalam waktu
tertentu waktu tunda. Contoh lain dari sistem PT
1
adalah kumparan, karena jika tegangan diberikan pada kumparan, arus
yang muncul mengikuti bentuk eksponensial seperti pada
gambar 12.18a.
Radiator pemanas ruang dengan uap pemanas merupakan contoh sistem PT
2
diperlihatkan pada gambar 12.19.
Gambar 12.19 Model Sistem Kontrol PT
2
Model radiator dengan saluran masuk uap panas melalui katup dan dilengkapi saluran keluar udara dari radiator tersebut. Prinsip pengaturannya sama
dengan pemanasan air, yaitu diharapkan radiator tersebut memiliki suhu akhir tertentu. Pada saat katup uap panas dibuka maka proses pemanasan mulai
berlangsung. Adanya saluran keluar yang tidak dilengkapi katup menyebabkan suhu dalam radiator tidak mengalami perubahan, seolah-olah uap panas yang
masuk langsung dibuang melalui saluran keluar. Kondisi ini berlangsung dalam rentang waktu tertentu yang disebut waktu mati deadtime T
u
. Gambar 12.18 Respon Kontrol PT1
Di unduh dari : Bukupaket.com
Teknik Pengaturan Otomatis
12-15 Apabila proses pemasukan uap panas
terus berlangsung, maka perubahan suhu dalam radiator mengikuti pola grafik pada
gambar 12.20 . Suhu akhir diperoleh
dalam selang waktu tertentu yang disebut waktu menetap settling time T
g
. Adanya
dua parameter waktu tunda T
u
dan T
g
menyebabkan sistem ini disebut sistem PT
2
. Simbol sistemnya diperlihatkan pada
gambar 12.20b
. Dapat dilihat pada simbol itu, bahwa output sistem mulai merespon
setelah beberapa saat waktu mati dan mencapai inputnya setelah selang waktu
tertentu waktu menetap.
Contoh lain dari sistem PT
2
ini adalah motor arus searah dengan magnet
permanen, dimana kecepatannya diatur melalui perubahan arus jangkar. Sistem ini
memiliki dua konstanta waktu, satu untuk lilitan jangkar dan yang lainnya untuk
mempercepat bagian jangkar.
Sementara itu, sistem PT
n
adalah sistem dengan respon yang sangat lambat
dibandingkan dengan dua sistem terdahulu. Kalau sistem PT
1
waktu tundanya mungkin berkisar dalam satuan
milidetik dan sistem PT
2
waktu tundanya dalam kisaran puluhan milidetik, maka
waktu tunda untuk sistem PT
n
mungkin berkisar dalam satuan detik sampai
puluhan detik. Secara grafik, bentuk respon untuk sistem PT
n
sama dengan sistem PT
2
yaitu memiliki dua konstanta waktu seperti diperlihatkan pada
gambar 12.21.
Perbedaannya terletak pada kisaran waktu tunda dalam satuan
puluhan detik.
Misalnya dalam suatu sistem kontrol ada enam komponen yang terlibat dalam proses pengaturan dan masing-masing menyumbang waktu tunda terhadap
sistem maka sistemnya disebut sistem PT
6
. Gambar 12.20 Respon sistem PT
2
Gambar 12.21 Respon kontrol PT
n
Di unduh dari : Bukupaket.com
Teknik Pengaturan Otomatis
12-16 Kelompok lainnya adalah sistem kontrol dengan waktu mati deadtime. Seperti
diuraikan sebelumnya, waktu mati didefinisikan sebagai saat ketika sistem tidak merespon inputnya. Jadi output sistem baru muncul setelah waktu mati.
Gambar 12.22
memperlihatkan proses pemindahan barang atau bahan di sebuah proses produksi dari satu tempat ke tempat lain melalui ban berjalan. Karena ada waktu
yang dibutuhkan oleh barang atau bahan untuk berpindah dari posisi semula ke posisi akhir, maka ada rentang waktu kosong deadtime sebelum output sistem –
dalam hal ini awal proses di bagian berikutnya – terjadi.
Gambar 12.22 Model Dead Time .
Secara grafik, respon sistem kontrol yang memiliki waktu mati diperlihatkan pada
gambar 12.23a
. Terlihat bahwa output baru muncul x setelah waktu mati T
t
dari waktu awal inputnya y. Sedangkan simbol sistem kontrol dengan waktu mati diperlihatkan pada
gambar 12.23b.
Gambar 12.23 Respon Kontrol Deadtime
Di unduh dari : Bukupaket.com
Teknik Pengaturan Otomatis
12-17
12.4. Tipe Kontroler
