15
Berdasarkan cara merangkainya, motor DC dengan koil medan dapat dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu jenis seri, jenis shunt dan jenis gabungan. Motor
DC jenis seri yang terbuat dari sedikit lilitan kawat besar yang dihubungkan seri dengan jangkar. Jenis motor DC ini mempunyai karakteristik torsi awal dan
variasi kecepatan yang tinggi. Ini berarti bahwa motor dapat memulai menggerakkan beban yang sangat berat, tetapi kecepatan akan bertambah bila
beban turun. Motor DC dapat membangkit torsi awal yang besar karena arus yang sama melewati jangkar juga melewati medan. Jadi jangkar membutuhkan arus
yang lebih banyak untuk membangkitkan torsi lebih besar dan arus ini juga melewati medan untuk menambah kekuatan medan. Oleh karena itu motor DC
berputar cepat dengan beban ringan dan berputar lambat pada saat beban ditambahkan. Sifat istimewa dari motor DC seri adalah kemampuannya untuk
memulai pergerakan pada beban yang berat. Motor DC jenis shunt, kumparan medan shunt dibuat dengan banyak
lilitan kawat kecil, sehingga akan memiliki tahanan yang tinggi. Motor shunt memiliki rangkaian jangkar dan medan yang dihubungkan secara paralel yang
akan memberikan kekuatan medan dan kecepatan motor yang sangat konstan. Motor shunt digunakan pada suatu sistem yang memerlukan pengaturan kecepatan
yang baik konstan. Dengan menambah rheostat yang dipasang seri dengan rangkaian medan shunt, kecepatan motor dapat dikontrol di atas kecepatan dasar.
Kecepatan motor akan berbanding terbalik dengan arus medan. Ini berarti motor shunt akan berputar cepat dengan arus medan rendah, dan bertambah pada saat
arus ditambahkan. Motor DC jenis gabungan compound menggunakan lilitan seri dan lilitan
shunt yang umumnya dihubungkan dengan medan-medannya. Hubungan dua lilitan ini menghasilkan karakteristik pada motor medan shunt dan motor medan
seri. Kecepatan motor tersebut bervariasi lebih sedikit dibandingakn motor shunt, tetapi tidak sebanyak motor seri. Motor seri jenis gabungan juga mempunyai torsi
yang agak besar, jauh lebih besar jika dibandingkan dengan motor shunt, tetapi sedikit lebih kecil dibandingkan dengan motor seri. Keistimewaan dari cara
penggabungan ini membuat motor jenis ini akan memberikan variasi penggunaan yang luas Joni dan Budi, 2006
2.5 Rotary Encoder
Untuk pengukuran rotaryshaft encoder. Sec
ilustrasikan seperti pada G Channel B B pendeteksi
menentukan arah gerakan, arah jarum jam counter cl
B dapat dihitung mengg ditempuh. Dengan demikia
oleh rotary encoder Pitow
G Biasanya encoder i
box, sendi atau bagian be berlubang hollow shaft
langsung ke poros obyek y
2.6 Mikrokontroller dan S
DT-51 merupakan d yaitu perangkat keras dan
DT51 ialah mikrokontrole MCS-51 Intel dan telah
mikrokontroler, DT51 dil DT51 bekerja dalam mode
komponen-komponen terse lain : timer, counter, RS
PPI, serta LCD port. Pera Debugger DT51D. Downl
PC Portable Computer
16
an posisi putaran yang lebih presisi dapat men Secara umum prinsip kerja rotay encoder
a Gambar 6. Dua buah sensor optis Channel ksi “hitam dan putih” digunakan sebagai acu
an, searah jarum jam clock-wise, CW atau be r clock-wise, CCW. Sedangkan jumlah pulsa ba
ggunakan prinsip counter sebagai banyak lang kian arah gerakan dan posisi dapat dideteksi de
owarno Endra, 2006.
Gambar 6 Prinsip kerja rotary encoder er ini dipasang segaris dengan poros shaft mo
berputar lainnya. Bebarapa tipe encoder memi aft encoder yang didesain untuk sistem sa
yang dideteksi.
n Smart Peripheral Controller SPC
n development tools yang terdiri dari 2 bagian te an perangkat lunak. Komponen utama perang
oler 89C51 yang merupakan salah satu turunan ah menjadi salah satu standar industri duni
dilengkapi pula dengan EEPROM yang memu mode stand-alone bekerja sendiri tanpa kompute
rsebut masih banyak fungsi-fungsi lain pada DT RS-232 serial port, Programmable peripheral
erangkat lunak DT51 terdiri dari Downloader DT nloader berfungsi untuk mentransfer user prog
r ke DT51, sedangkan debugger akan memb menggunakan
er dapat di el AĀ dan
acuan untuk berlawanan
baik A atau ngkah yang
dengan baik
motor. Gear miliki poros
sambungan
terintegrasi ngkat keras
an keluarga unia. Selain
mungkinkan uter. Selain
T51, antara ral interface
DT-51L dan rogram dari
mbantu user
17
untuk melacak kesalahan program. Mikrokontroler 89C51 adalah komponen utama dari DT51. Instruksi dan pin out 89C51 kompatibel dengan standar industri
MCS-51. 89C51 mempunyai spesifikasi standar sebagai berikut : o
CPU 8 bit yang dioptimasi untuk aplikasi kontrol o
4 Kbytes flash programmable and erasable read only memory PEROM o
128 bytes internal RAM o
2 buah 16 bit Timer Counter o
Serial Port yang dapat diprogram o
5 sumber interupt dengan 2 level prioritas o
On-chip oscillator o
32 jalur input output yang dapat diprogram o
64K program memori o
64K data memori Smart peripheral motor controller SPC motor controller
merupakan sebuah modul pengendali motor DC dan motor stepper yang mampu digunakan
untuk mengendalikan kecepatan dan arah putaran 4 buah motor DC atau 2 buah motor stepper. Modul ini dilengkapi dengan pengendali PID proportional
integral differential untuk kendali motor DC yang bisa diatur tuning sendiri oleh pengguna. Selain itu modul SPC motor controller ini juga dilengkapi dengan
kemampuan microstepping untuk motor stepper sehingga gerakan motor stepper dapat lebih mulus dan tidak patah-patah tanpa mengurangi kemampuan torsi
motor stepper. Spesifikasi SPC motor controller sebagai berikut :
o Daya diperoleh dari sumber catu daya dengan tegangan 9 – 12 Volt.
o Mampu digunakan untuk mengendalikan kecepatan dan arah putaran 4 motor
DC atau 2 buah motor stepper. o
Umpan balik speed encoder frekuensi maksimum 10 kHz. o
Mampu mendeteksi perubahan kecepatan dengan ketelitian hingga 0,1RPS rotation per second atau 6 RPM rotation per minute
. o
Kendali motor DC dapat dilakukan secara close loop PID maupun open loop. o
Parameter PID, toleransi kesalahan, dan waktu sampling dapat diatur.
18
o Mendukung tipe step untuk motor stepper: fullstep, halfstep, microstep4,
microstep8, microstep16, dan microstep32. o
Kecepatan motor stepper sampai dengan 255 PPS pulse per second. o
Gerak motor stepper dengan ketelitian sampai dengan 0,1º tergantung tipe step dan ketelitian motor stepper.
o Tersedia antarmuka UART RS232TTL, I2C, dan Lebar Pulsa.
o Pin inputoutput kompatibel dengan level tegangan TTL dan CMOS.
o Kompatibel dengan modul-modul EMS H-Bridge.
o Terdapat 4 set output PWM pulse width modulation 8-bit dengan frekuensi
600 Hz. o
Terdapat 4 kanal ADC 8-bit dengan tegangan referensi 5 Volt dan sampling rate maksimum 25 kHz.
o Terdapat 4 pin general purpose inputoutput GP IO.
Jika modul SPC motor controller digunakan untuk mengendalikan motor DC, selain antarmuka UART dan IC, terdapat antarmuka lebar pulsa yang dapat
digunakan untuk mengendalikan kecepatan dan arah putaran motor DC. Pada modul SPC motor controller terdapat 4 jalur input lebar pulsa, dimana tiap jalur
dapat mengendalikan 1 motor DC. Tiap jalur dapat menerima pulsa pulsa positif logika High dengan lebar 2 ms – 22 ms, dengan frekuensi maksimum 40 Hz.
Motor akan berhenti jika pulsa yang diberikan memiliki lebar 12 ms. Jika pulsa yang diberikan misal: pada jalur 1 memiliki lebar 2 ms, maka motor DC yang
terhubung pada output ke-1 akan dikendalikan agar berputar pada kecepatan maksimumnya searah dengan jarum jam dengan kendali PID. Sebaliknya, jika
pulsa yang diberikan memiliki lebar 22 ms, maka motor DC yang terhubung pada output ke-1 akan dikendalikan agar berputar pada kecepatan maksimumnya
berlawanan arah dengan jarum jam. Mulai lebar pulsa 2 ms sampai dengan 12 ms, setpoint kecepatan akan
berubah secara linier mulai dari kecepatan maksimum sampai dengan berhenti total. Demikian juga, mulai lebar pulsa 12 ms sampai dengan 22 ms, setpoint
kecepatan akan berubah secara linier mulai dari berhenti total sampai dengan kecepatan maksimum, tetapi pada arah putaran motor sebaliknya. Kecepatan
maksimum putaran motor diatur melalui parameter maxspeed melalui
Gambar 9 Bentuk t Terdapat banyak
mengontrol kecepatan mo modulasi lebar pulsa P
digunakan dengan berba gelombang persegi denga
divariasi antara 0 – 100.
2.9 Proporsional Integra 2.9.1 Kontrol Proporsion
Kontrol proporsi membandingkan
nilai k
proporsional. Artinya, el menerima sebuah sinyal ya
Bolton W, 2004
Gambar 10 Di Gambar 10 menunj
sinyal keluaran kontroller sebagai gain penguat sa
kontroler. Jika dinyatakan d
e K
u
P
…………
r e
+ -
22
k tegangan PWM dan tegangan ekivalen linierny k jenis driverkontrol yang dapat digunaka
motor DC seperti resistive type, transistor PWM dan sebagainya. Tetapi PWM lebih
rbagai alasan. Driver PWM bekerja men ngan variabel rasio onoff dan rata-rata wak
. Radite, 2001
ral Derivatif PID sional
Proportional Control
rsional merupakan metode pengontrolan ya keluaran
kontrol dengan nilai kesalahan
elemen pengoreksi dari sebuah sistem kon yang proporsional dengan nilai koreksi yang dik
Diagram blok kontrol proporsional kontrol P
unjukkan bahwa r adalah input, e adalah error, ller dan Kp adalah konstanta proporsional. Kp
saja tanpa memberian efek dinamik kepad n dalam suatu persamaan, maka diperoleh:
……………………………………………………
Kp Hs
u y
rnya akan untuk
stor copper, bih banyak
menggunakan aktu dapat
yang dapat han secara
ontrol akan dikehendaki
rror, u adalah Kp berlaku
ada kinerja
……..3
23
Menurut Pitowarno Endra 2006, penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik. Walaupun dalam
aplikasi dasar sederhana, kontrol P mampu untuk mencapai konvergensi meskipun error keadaan tenangnya steady-state error relatif besar.
2.9.2 Kontrol Proporsional Integral Proportional Integral Control
Menurut Bolton W 2004, kontrol integral merupakan kecepatan perubahan keluaran kontrol I yang proporsional dengan kesalahan masukan dari
sinyal e. menurut Pitowarno Endra 2006 bahwa kontrol integral berfungsi untuk menurunkan steady-state error yang dihasilkan oleh kontrol proporsional,
sehingga kontrol I selalu dikombinasikan dengan kontrol P.
= ∫
…................................ .......................4
Ki adalah konstanta Integral, sehingga,
=
…………………………………………………...5 Jika eT mendekati konstan maka ut akan menjadi sangat besar sehingga
diharapkan dapat memperbaiki kesalahan, jika et mendekati nol maka efek kontrol I semakin kecil.
Kontrol I dapat memperbaiki respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyeabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat
menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi dapat menyebabkan keluaran akan berosilasi Pitowarno Endra, 2006
Gambar 11 Diagram blok kontrol Integral kontrol I Dengan sifat dasar kontrol P yang cenderung konvergen dan I yang dapat
memperbaiki respon steady-state maka kombinasi P-I dapat memberikan hasil yang lebih baik. Dalam diagram blok dapat dinyatakan seperti pada Gambar 12,
Sehingga persamaan keluaran ontrolnya dapat dinyatakan dalam,
= . +
∫
……………………………………6
Kis Hs
r e
+ -
u y
