Irvan Nur Ardiansyah, 2012 Rancang Bangun Pengendali Kecepatan Motor Dc 0,75 Kw 160 Volt Dengan Kontroler Pid Analog
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu
Gambar 3.4. Realisasi
Power Supply
±15 Volt DC
3.4. Perancangan dan Pembuatan Kontroler PID
Bagian terpenting dari tugas akhir ini yaitu pembuatan kontroler PID. Kontroler PID ini akan memberikan aksi pengontrolan terhadap
plant
berupa motor DC 750 watt 160 volt. Kontroler yang digunakan yaitu kontroler PID
analog menggunakan op-amp. Sedangkan op-amp yang digunakan adalah LM741 yang akan didesain dan membentuk kontroler
proportional
,
integral
dan
derivative
. IC op-amp LM741 ini mendapatkan suplai tegangan sebesar + 15 volt dan -15 volt dari
power supply
yang telah dirancang.
Irvan Nur Ardiansyah, 2012 Rancang Bangun Pengendali Kecepatan Motor Dc 0,75 Kw 160 Volt Dengan Kontroler Pid Analog
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu
Di bawah ini gambar rangkaian kontroler PID analog menggunakan op- amp.
Gambar 3.5. Rangkaian Kontroler PID Analog Menggunakan Op-amp
Bagian pertama dari kontroler PID yaitu
error detector
yang merupakan rangkaian
difference amplifier
.
Error detector
ini berfungsi untuk menghitung sinyal
erro
r yang terjadi.
Gambar 3.6. Rangkaian
Error Detector
Irvan Nur Ardiansyah, 2012 Rancang Bangun Pengendali Kecepatan Motor Dc 0,75 Kw 160 Volt Dengan Kontroler Pid Analog
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu
Pada rangkaian
error detector
di atas, op-amp akan mendapatkan dua
input
yaitu
set point
SP dan nilai aktual atau
process variable
PV. Nilai
set point
SP didapatkan dari rangkaian pembagi tegangan menggunakan
potentiometer
10k Ω dengan suplai
tegangan 15 volt sehingga mendapatkan tegangan yang nilainya dapat berubah sesuai dengan nilai tahanan
potentiometer
. Sedangkan nilai aktual atau
process variable
PV didapatkan dari
output
tegangan dari sensor
optocoupler.
Nilai
set point
SP akan diatur dengan mengubah
potentiometer
sehingga mendapatkan nilai yang sama dengan besaran nilai dari
process variable
PV. Untuk menghitung
output
rangkaian di atas, maka rangkaian tersebut dapat dianggap sebagai rangkaian
inverting
dan rangkaian
non inverting amplifier
. Dengan menjumlahkan tegangan
output
dari
inverting amplifier
dan
non inverting amplifier
akan didapatkan
output
dari rangkaian.
V
out
= - V
pv
+
Dengan memberikan nilai yang sama pada masing-masing resistor yaitu R
f
= R
i
= R
1
= R
2
= 22k Ω, maka nilai tegangan
output
akan menjadi V
out
= V
sp
- V
pv.
Tegangan
output
tersebut adalah sinyal
error
yang akan dimasukkan ke rangkaian kontroler
proportional
,
integrator
, dan
differentiator
, sehingga
error
tersebut akan mendapatkan aksi pengontrolan. Bagian lain dari rangkaian kontroler yaitu kontroler itu sendiri yang terdiri dari rangkaian
proportional
,
integrator
, dan
differentiator
. Bagian ini akan mengolah sinyal
error
yang dihasilkan dari perbedaan nilai
set point
SP dan
process variable
PV sampai
error
bernilai nol. Di bawah ini gambar rangkaian kontroler PID.
Irvan Nur Ardiansyah, 2012 Rancang Bangun Pengendali Kecepatan Motor Dc 0,75 Kw 160 Volt Dengan Kontroler Pid Analog
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu
Gambar 3.7. Rangkaian Kontroler PID
Rangkaian di atas akan mendapatkan tegangan
input
dari sinyal
error
yang berasal dari
error detector
. Sinyal
error
inilah yang merupakan selisih antara
set point
dan
process variable
. Op-amp U5 adalah rangkaian
inverting summer
yang berfungsi untuk menjumlahkan nilai
output
dari masing-masing kontroler
proportional
,
integral
,
derivative
dan membalikan tegangan
output
dari masing- masing kontroler, sehingga mendapatkan
output
secara keseluruhan yaitu : V
out
= K
p
v
error
+ K
i
dt + K
D
+ V
o
Dimana
Irvan Nur Ardiansyah, 2012 Rancang Bangun Pengendali Kecepatan Motor Dc 0,75 Kw 160 Volt Dengan Kontroler Pid Analog
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu
K
p
= ,
proportional band gain
K
i
= ,
integration constant
K
D
= R
D.
C
D
,
derivative constant
V
o
=
offset integrator initial charge
Dari persamaan di atas akan terlihat tidak ada nilai minus karena op-amp U5 yang membalik nilai tersebut dengan rangkaian
inverter
. Op-amp U2 adalah rangkaian
proportional controller
karena pada dasarnya rangkaian ini adalah
inverting amplifier
tetapi outputnya dimasukkan ke op-amp U5. Maka pada bagian ini sinyal
error
akan mendapatkan suatu penguatan
gain
sebesar : K
p
=
Dengan R2 adalah resistor variabel
potensiometer
dengan nilai 100kΩ dan nilai R
1
yaitu 10kΩ, maka dapat dihitung harga maksimal dari penguatan
gain
atau konstanta proportional K
p
yaitu : K
P
=
= 10 Sedangkan nilai minimum penguatan
gain
atau konstanta
proportional
K
p
dengan batas minimum R
1
= 10kΩ adalah : K
P
= = 1
Irvan Nur Ardiansyah, 2012 Rancang Bangun Pengendali Kecepatan Motor Dc 0,75 Kw 160 Volt Dengan Kontroler Pid Analog
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu
Dengan mengubah nilai resistor variabel
potensiometer
R
2
akan didapatkan nilai K
p
yang dapat diatur dari konstanta 1 sampai 10. Op-amp U3 merupakan rangkaian
integrator controller
, rangkaian tersebut akan menghasilkan suatu konstanta K
i
yang disebut dengan
integration constant
. Nilai ini yang diatur sehingga menghasilkan suatu konstanta dengan nilai tertentu.
Pengaturan dapat dilakukan dengan memberikan nilai pada resistor variabel R
i
dan juga pada kapasitor C
i
.
Output
dari op-amp U3 akan dimasukkan pada op- amp U5 yang merupakan rangkaian
inverting summer
yang akan membalik hasil dari
integrator
, sehingga nilai konstanta K
i
akan bernilai positif. Perhitungan untuk menentukan harga konstanta K
i
adalah sebagai berikut : K
i
=
Dengan memasukan nilai R
i
= 100k ohm dan C
i
= 100μF, dengan batas minimum R
i
= 10kΩ: Dengan memberikan nilai R
i
= 100
kΩ didapatkan : K
i
=
= 0,1 Dengan memberikan nilai R
i
= 10 kΩ didapatkan :
K
i
=
= 1 Sehingga didapatkan nilai K
i
antara 0,1 sampai 1 yang diperoleh dari pengaturan nilai resistor variabel.
Irvan Nur Ardiansyah, 2012 Rancang Bangun Pengendali Kecepatan Motor Dc 0,75 Kw 160 Volt Dengan Kontroler Pid Analog
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu
Op-amp U4 merupakan rangkaian
differentiator
, rangkaian tersebut akan menghasilkan suatu konstantan K
D
yang disebut dengan
derivative constant
. Rangkaian ini pada dasarnya merupakan rangkaian
inverting amplifier
dan menghasilkan
output
yang bernilai negatif. Pengaturan dapat dilakukan dengan memberikan nilai pada resistor variabel R
D
dan juga pada kapasitor C
D
.
Output
dari op-amp U3 akan dimasukkan pada op-amp U5 yang merupakan rangkaian
inverting summer
yang akan membalik hasil
differentiator
, sehingga nilai konstanta K
D
akan bernilai positif. Untuk perhitungan nilai konstanta K
D
dapat dicari dengan rumus :
K
D
= R
D
. C
D
Dengan memasukan nilai R
D
= 100k Ω ohm dan C
D
= 100 μF didapatkan: K
D
= 100k . 100μ = 10
Dengan memasukan nilai R
D
= 10kΩ didaptkan K
D
= 10k . 100μ = 1
Dengan batas minimum dari R
D
= 10k ohm Nilai K
D
untuk rangkaian tersebut dapat diatur, sehingga dapat memberikan nilai konstanta K
D
dari 1 sampai 10.
Irvan Nur Ardiansyah, 2012 Rancang Bangun Pengendali Kecepatan Motor Dc 0,75 Kw 160 Volt Dengan Kontroler Pid Analog
Universitas Pendidikan Indonesia |
repository.upi.edu
Gambar 3.8. Realisasi Kontroler PID Menggunakan Op-amp
3.5. Perancangan dan Pembuatan