Kontrol PID Rangkaian H-Bridge

3.4 Analisis Kebutuhan

Analisis kebutuhan adalah hal-hal apa saja yang dibutuhkan untuk merangkai atau merancang robot line maze solving ini. Berikut ini adalah komponen-komponen yang dibutuhkan untuk perancangan robot tersebut.

3.4.1 Kontrol PID

Kontrol PID merupakan hal terpenting dari robot ini, karena akurasi robot ini bergantung pada kestabilan kontrol PID yang berimbas kepada kestabilan putaran motor, penting bagi robot untuk dapat mencapai kestabilan dalam waktu yang cepat terutama ketika berada di persimpangan, ilustrasi di bawah dapat dilihat keadaan robot yang stabil dan yang tidak stabil mengingat robot hanya akan mendeteksi persimpangan. Jika sensor robot berada pada posisi gambar kedua maka robot akan medeteksi persimpangan kiri, hal ini akan membuat proses algoritma backtracking tidak bekerja optimal. Gambar 3.4 Ilustrasi robot dalam kondisi stabil dan tidak stabil Blok PID terdiri dari kontrol P, Kontrol I dan Kontrol D seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini : Adapun formula dari kontrol PID adalah: Agar formula dapat digunakan dalam program, maka kita menggunakan model matematisnya sebagai berikut : Berikut ilustrasi proses PID Gambar 3.5 Ilustrasi Proses PID Dari gambar di atas terlihat robot terdiri dari 8 sensor robot sari S1 sampai S8, masing- masing sensor memiliki point value PV yang berbeda-beda, jika S4 dan S5 mendeteksi garis hitam maka robot dalam keadaan stabil dan PV adalah 0, secara berjenjang PV sensor akan membesar sebanding dengan urutan sensor terhadapa S4 dan S5. Untuk mendapatkan nilai error maka nilai Set Poin SP dikurang PV, sedangkan nilai last error di dapat dari nilai error dari peroses n-1, dan nilai Time Sampling TS didapat dari interval pembacaan pertama dengan pembacaan kedua, semakin rendah nilai TS semakin akurat pembacaan sensor.

3.4.2 Rangkaian H-Bridge

Input pada rangkaian H-Bridge terdiri dari 2 input, 1 input untuk PWM dan 1 input untuk mengendalikan arah putar motor. Input untuk mengendalikan arah putar motor rangkaian ini hanya memerlukan 1 input karena rangkaian ini dilengkapi dengan IC gate NAND, dan hal ini juga menambahkan fitur auto break sistem. Gambar 3.6 Rangkaian H-bridge Dari rangkaian di atas dapat terlihat input untuk arah putar dan input kecepatan motor dihubungkan dengan gerbang NAND 1, sedang untuk gerbang NAND 2 inputnya berasal dari output gerbang NAND 1 dan input kecepatan motor. Output gerbang NAND 1 dihubungkan dengan half H-Bridge 1 dan output dari NAND 2 dihungkan dengan half H-Bridge 2. Mengingat tabel kebenaran gerbang NAND yang hanya akan menghasilkan output low ketika kedua input gerbang NAND bernilai satu, maka ketika input arah putar bernilai high dan input kecepatan arah putar bernilai high maka, output pada gerbang NAND 1 adalah low dan output pada gerbang NAND 2 adalah high, dan jika input arah putar bernilai high dan input kecepatan motor bernilai low maka, output gerbang NAND 1 adalah high dan ouput gerbang NAND 2 adalah high. Jika input arah putar bernilai low dan kecepatan putar bernilai high maka, output gerbang NAND 1 bernilai low dan output gerbang NAND 2 bernilai high, dan jika input arah putar bernilai low dan input kecepatan putar motor bernilai low, maka output gerbang NAND 1 bernilai high dan output gerbang NAND 2 bernilai high, dari 4 kemungkinan di atas maka dapat disimpulkan tabel kebenaran sebagai berikut: Tabel 3.1 Tabel Kebenaran INPUT dan Output DIR arah putar PWM Kecepatan putar Output NAND 1 Output NAND 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Output dari gerbang NAND 1 dan gerbang NAND 2 akan menjadi input untuk H- Bridge, ketika output dari NAND 1 bernilai low dan output NAND 2 bernilai high maka, transistor Q5 cut off, hal ini menyebabkan arus tidak mengalir dari dari kolektor ke emitter, sehingga gate Q1 dan Q4 adalah 12 V, sebaliknya Q6 akan saturasi sehingga arus mengalir dari kolektro ke emitter, sehingga gate Q2 dan Q3 adalah 0 V. mengingat Q1, Q2 adalah P-Channel dan Q3, Q4 adalah N-Channel maka Q1 akan cut off dan Q4 akan saturasi, sedangkan Q2 akan saturasi dan Q3 akan cut off. Kejadian ini mengakibatkan arus mengalir dari Q2 ke Q4 dan motor akan berputar kearah jarum jam. Ketika output dari NAND 1 bernilai high dan output NAND 2 bernilai low maka, transistor Q5 saturasi, hal ini menyebabkan arus mengalir dari dari kolektor ke emitter, sehingga gate Q1 dan Q4 adalah 0 V, sebaliknya Q6 akan cut off sehingga arus tidak mengalir dari kolektro ke emitter, sehingga gate Q2 dan Q3 adalah 12 V. hal ini menyebabkan Q1 akan saturasi dan Q4 akan cut off, sedangkan Q2 akan cut off dan Q3 akan saturasi. Kejadian ini mengakibatkan arus mengalir dari Q1 ke Q3 dan motor akan berputar berlawanan dengan arah jarum jam. Ketika output dari NAND 1 bernilai high dan output NAND 2 bernilai high maka, transistor Q5 cut off, hal ini menyebabkan arus tidak mengalir dari dari kolektor ke emitter, sehingga gate Q1 dan Q4 adalah 0 V, sedangkan Q6 akan cut off sehingga arus tidak mengalir dari kolektro ke emitter, sehingga gate Q2 dan Q3 adalah 0 V. hal ini menyebabkan Q1, Q2,Q3 dan Q4 akan cut off. Kejadian ini mengakibatkan motor akan berhenti. Mengingat robot ini menggunakan PWM, maka kecepatan motor akan berbentuk pulsa, sehingga saat PWM bernilai low maka motor akan berhenti hal ini menyebabkan motor akan secara otomatis berhenti ketika PWM bernilai low. Dari kejadian di atas maka dapat disimpulkan sebagai berikut : Tabel 3.2 Hubungan nilai PWM dengan kecepatan Motor DIR arah putar PWM Kecepatan putar Arah motor Status motor 1 1 CW ON 1 Break OFF 1 CCW ON Break OFF Dari penjelasan di atas bisa dibuktikan bahwa rangkaian H-Bridge di atas mempunyai fitur auto break sistem, hal perlu untuk mengurangi drift dari robot ini, karena inti kestabilan robot ini ada pada akurasi pembacaan persimpangan, dan jika motor tidak dapat dikendalikan secara baik maka kemungkinan error akan lebih besar terjadi.

3.4.3 Rangkaian Regulator