BAB II SISTEM KENDALI UMPAN BALIK

(1)

BAB II

SISTEM KENDALI UMPAN BALIK

Diagram blok adalah suatu pemyataan gambar yang ringkas dari hubungan sebab dan akibat antara masukan dan keluaran dari suatu sistem fisis. Blok-blok yang menyatakan berbagai komponen suatu sistem pengendalian dihubungkan dengan cara yang mencirikan hubungan fungsional di dalam sistem itu. Bentuk paling sederhana dari diagram blok adalah blok tunggal, dengan satu masukan dan satu keluaran.

Sistem kendali umpan balik dapat digambarkan menggunakan diagram blok yang terdiri atas: masukan (input), keluaran (output), pembanding (comparator), elemen

pengendali (controller), aktuator (actuator), sistem terkendali (plant), serta elemen

umpan balik (feedback element). Blok diagram sistem kendali umpan balik biasanya

digambarkan dalam bentuk fungsi alih (bentuk alih ragam Laplace). Untuk keperluan analisis diagram blok sistem kendali umpan balik disederhanakan dalam bentuk blok tunggal.

+

-H(s)

G(s)

(2)

Slide 1

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

SISTEM KENDALI UMPAN

BALIK

BAB II

PENGENALAN SISTEM KENDALI

BUKU ACUAN

Distefano, JJ, Ph.D., Stubberud, AR, Ph.D., dan Williams, IJ., Ph.D., Sistem Pengendalian dan Umpan Balik, Seri Buku Schaum, Teori dan Soal, Terjemahan, Airlangga, Surabaya, Indonesia, Bab 2.

(3)

Slide 2

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

TUJUAN

• Dapat menjelaskan fungsi diagram blok

dalam sistem kendali

• Dapat menggambarkan diagram blok sistem

kendali umpan balik

• Dapat menggambarkan diagram blok sistem

kendali servo mekanika

TUJUAN

1. Dapat menjelaskan fungsi diagram blok dalam sistem kendali 2. Dapat menggambarkan diagram blok sistem kendali umpan balik 3. Dapat menggambarkan diagram blok sistem kendali servo mekanika

(4)

Slide 3

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

CAKUPAN

• Diagram blok

• Sitem pengendalian umpan balik

• Istilah-istilah

• Sistem pengendali servo

CAKUPAN

1. Diagram blok

2. Sistem pengendalian umpan balik 3. Istilah-istilah sistem kendali 4. Sistem pengendali servomekanika

KATA KUNCI

(5)

Slide 4

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

DIAGRAM BLOK

• Diagram blok adalah suatu pernyataan gambar yang ringkas dari hubungan sebab dan akibat antara masukan dan keluaran dari suatu sistem fisis.

• Diagram ini memberikan cara yang mudah dan berguna untuk mencirikan hubungan-hubungan fungsional di antara berbagai komponen dari suatu sistem pengendalian.

• Bentuk paling sederhana dari diagram blok adalah blok

tunggal, dengan satu masukan dan satu keluaran Blok

Input Output

DIAGRAM BLOK

Diagram blok adalah suatu pemyataan gambar yang ringkas dari hubungan sebab dan akibat antara masukan dan keluaran dari suatu sistem fisis. Diagram ini memberikan cara yang mudah dan berguna untuk mencirikan hubungan-hubungan fungsional di antara berbagai komponen dari suatu sistem pengendalian. Komponen-komponen sistem kadang-kadang disebut elemen-elemen sistem. bentuk paling sederhana dari diagram blok adalah blok tunggal, dengan satu masukan dan satu keluaran

(6)

Slide 5

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

DIAGRAM BLOK

Elemen Pengendalian

Input Output

d/dt

x y=dx/dt

Bagian sebelah dalam dari segiempat yang menyatakan blok tersebut biasanya berisi uraian atau nama elemennya, atau simbol untuk operasi matematis yang harus dilakukan pada masukan untuk menghasilkan keluaran. Tanda panah menyatakan arah informasi unilateral atau aliran isyarat.

(7)

Slide 6

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

OPERASI PENJUMLAHAN

+ +

_ + X

Y X

X+Y

X-Y

Operasi-operasi penjumlahan dan pengurangan mempunyai sebuah pernyataan khusus. Bloknya menjadi sebuah lingkaran kecil yang disebut titik penjumlahan dengan tanda plus dan minus yang tepat sesuai dengan panah-panah yang memasuki lingkaran itu. Keluarannya adalah jumlah aljabar dari masukan-masukannya.

(8)

Slide 7

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

SISTEM PENGENDALIAN



r Elemen

Pengendalian g₁ Plant g2

Elemen Umpan balik g₁

e= r b _m

b u _Variabel terkendali Gangguan Lintasan maju Lintasan balik Variabel termanipulasi Masukan acuan Isyarat penggerak/error Isyarat umpan balik e Penjumlah / pembanding

Istilah-istilah yang digunakan dalam diagram blok untaian-tertutup penting untuk dipahami dengan ielas dan diingat-ingat

DIAGRAM BLOK SISTEM PENGENDALIAN

Plant g2 yang disebut juga sistem terkendali, adalah benda, proses, atau

mesin, dimana besaran atau keadaan tertentu harus dikendalikan.

Elemen pengendalian g1, disebut juga pengendali, adalah komponen yang

diperlukan untuk membangkitkan isyarat pengendalian m yang diterapkan ke plant tersebut secara tepat.

Elemen umpan balik h adalah komponen yang diperlukan untuk menetapkan hubungan fungsional antara isyarat umpan balik primer b dan keluaran terkendali c.

Masukan acuan r adalah isyarat luar yang diterapkan ke sistem pengendalian umpanbalik untuk memerintahkan tindakan tertentu dari plant tersebut. Besaran ini seringkali menyatakan tingkah laku keluaran plant yang ideal.

Keluaran terkendali c adalah besaran atau keadaan plant yang dikendalikan.

(9)

Isyarat umpan balik primer b adalah isyarat yang merupakan fungsi dari keluaran terkendali c, dan yang secara aljabar dijumlahkan dengan masukan acuan r untuk memperoleh isyarat penggerak e.

Isyarat penggerak e,yang disebut juga sesatan atau tindakan pengendalian, adalah jumlah aljabar dari masukan acuan r ditambah atau dikurangi (biasanya dikurangi) umpanbalik primer b.

Variabel termanipulasi m (isyarat pengendalian) adalah besaran atau keadaan yang diterapkan oleh elemen pengendalian g1ke plant g2

Gangguan u adalah isyarat masukan yang tak diinginkan yang mempengaruhi harga dari keluaran terkendali c. Gangguan ini memasuki plant dengan penjumlahan bersama m, atau melalui titik antara, seperti terlihat dalam diagram blok dari gambar slide 8 di atas.

Lintasan maju adalah lintasan transmisi dari isyarat penggerak e ke keluaran terkendali c.

Lintasan umpanbalik adalah lintasan transmisi dari keluarar: terkendali c

ke isyarat umpan balik primer b.

CATATAN

Huruf-huruf r, c, m, dan seterusnya dipilih untuk menandai sifat umum diagram blok.

Istilah-istilah yang digunakan dalam diagram blok untaian-tertutup penting untuk dipahami dengan jelas dan diingat-ingat.

Huruf-huruf kecil digunakan untuk variabel masukan dan variabel keluaran dari setiap elemen maupun sebagai lambang untuk blok-blok gl , g2, , dan h. Kecuali ditetapkan lain, besaran-besaran tersebut menyatakan fungsi-fungsi dari waktu.

Huruf-huruf besar digunakan untuk menuliskan besaran-besaran yang dialih-bentuk Laplace sebagai fungsl-fungsi dari variabel kompleks s, atau besaran-besaran yang dialih-bentuk Fourier (fungsi-fungsi frekuensi) sebagai fungsi dari variabel khayal murni j. Fungsi-fungsi dari s biasanya disingkat dengan huruf besar saja. Fungsi-fungsi frekuensi tidak pernah disingkat. Contoh: R(s) disingkat menjadi R dan R(j) tidak disingkat.

(10)

Slide 8

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

CONTOH

Blok-blok yang menyatakan berbagai komponen suatu sistem pengendalian dihubungkan dengan cara yang mencirikan hubungan fungsional di dalam sistem itu. Konfigurasi dasar dari suatu sistem pengendalian untaian-tertutup (umpanbalik) sederhana digambarkan dalam diagram blok di atas. Harus ditekankan bahwa panah-panah dari untaian tertutupnya menghubungkan satu blok dengan blok lainnya, yang menyatakan arah energi pengendalian atau informasi, dan bukan merupakan sumber energi utama untuk sistem tersebut.

(11)

Slide 9

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

KENDALI SERVO

CONTOH KENDALI SERVO

Peralatan setir-daya automobil adalah sebuah mekanisme servo. Masukan perintahnya adalah kedudukan sudut dari kemudi setirnya. Suatu torsi putaran keeil yang diterapkan ke kemudi setir tersebut diperkuat secara hidraulik, menghasilkan gaya yang cukup untuk memperbaiki keluarannya, yaitu kedudukan sudut dari roda-roda depan. Untuk mengembalikan katup pengendalian ke kedudukan netralnya diperlukan umpan balik negatif, yang memperkeeil torsi dari penguat hidraulik menjadi nol bila kedudukan roda yang diinginkan telah dicapai.

(12)

Slide 10

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

TRANDUSER

Transduser adalah

piranti yang

mengubah satu

bentuk energi

menjadi bentuk

lainnya

ISTILAH-ISTILAH TAMBAHAN

Transduser adalah piranti yang mengubah satu bentuk energi menjadi bentuk lainnya.

Perintah v adalah sebuah isyarat masukan, yang biasanya sama dengan masukan acuan r. Tetapi bila bentuk energi perintah v tidak sama seperti dari umpan balik primer b, diperlukan sebuah transduser di antara perintah

vdan masukan acuan r seperti terlihat dalam gambar di atas.

-+

v

Tranduser Umpan balik Tranduser

Masukan

e

b

c

(13)

Umpanbalik negatif artinya adalah titik penjumlahannya merupakan sebuah penguarangan atau e = r - b

Umpanbalik positif artinyaadalah titik penjumlahannya merupakan sebuah penjumlahan; atau e = r + b

Rangsangan adalah setiap isyarat masukan yang dimasukkan dari luar yang mempengaruhi keluaran terkendali c.

Tanggapan waktu dari sebuah sistem atau elemen adalah keluarannya sebagai fungsi waktu, akibat penerapan masukan yang ditentukan sebelumnya sebagai syarat-syarat operasi yang telah ditetapkan.

CONTOH SOAL

1. Pada sistem kendali umpan balik servo mekanis untuk menyesuaikan antara keluaran berupa sudut agar diperoleh isyarat penggerak dapat digunakan:

(pilih satu jawaban)

Sensor sudut

Potensiometer

Amplifier

Penjumlah Tegangan

Roda gigi

TUGAS

Buatlah blok diagram, sebutkan bagian-bagian, isyarat, masukan, dan keluarannya untuk sistem:

a. pengendalian kecepatan putaran motor b. pengendalian ketinggian air dalam tangki c. pengendalian posisi katub (valve)

(14)

Slide 11

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

BLOK KENDALI SERVO

KENDALI KERAN (VALVE)

sudut acuan Sudut katub

KENDALI KATUB (VALVE)

Masukan kendali servomekanis untuk kendali katub (kran) berupa sudut acuan sedangkan keluarannya adalah sudut katub. Keluaran disensor dengan menggunakan tranduser potensiometer untuk mengubah kedudukan katub ke bentuk tegangan yang dibandingkan dengan tegangan acuan. Tegangan acuan merupakan representasi sudut acuan yang diberikan ke sistem juga melalui tranduser potensiometer untuk mengubah sudut ke bentuk tegangan.

Tegangan representasi sudut masukan dengan tegangan representasi sudut katub dibandingkan dengan komparator untuk kemudian dikuatkan dan digunakan untuk menggerakan motorservo sebagai actuator. Motor servo akan berputar ke kanan atau ke kiri tergantung besar selisih tegangan antara masukan dan keluaran, motor akan berhenti jika tidak ada perbedaan sudut atau sedikit ada perbedaan (dalam batas toleransi).

(15)

Slide 12

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

IMPLEMENTASI

KENDALI KERAN (VALVE)

Sudut acuan Sudut katub

IMPLEMENTASI

Pada masukan sistem ada potensiometer jenis berputar yang dihubungkan melintasi sumber tegangan batere. Terminal (ketiga) yang dapat bergerak, dikalibrasi dalam kedudukan sudut (radian). Terminal keluaran ini secara listrik dihubungkan ke satu terminal penguat tegangan. yang disebut penguat-seruo. Penguat-servo mensuplai tegangan keluaran yang memadai untuk menggerakkan sebuah motor listrik yang disebut motor servo. Motor servo secara mekanik dihubungkan dengan keran air dengan cara yang memungkinkan keran itu dibuka dan ditutup oleh motor ini.

Misalkan efek pembebanan keran pada motor bisa diabaikan, maka putaran poros motor sebesar 360 derajat akan membuka penuh keran tersebut. Kemudian, terminal yang bergerak dari potensiometer kedua yang terminal-terminal diamnya berhubungan paralel dengan potensiometer masukan, dihubungkan secara mekanik ke poros motor itu. Secara listrik, terminal ini dihubungkan juga ke terminal masukan lain dari penguat servo tersebut. Perbandingan potensiometer disetel sedemikian rupa sehingga menjadi sama bila keran itu ditutup.

Bila diberikan sebuah perintah untuk membuka keran, motor servo tersebut berputar dalam arah yang tepat. Dengan terbukanya keran,

(16)

Slide 13

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

KENDALI OVEN

Suhu Acuan Suhu Oven

SISTEM KENDALI OVEN

Sistem kendali oven menerima masukan berupa suhu acuan dan keluaran berupa suhu oven. Suhu oven diindera dengan menggunakan sensor suhu berupa termostat yang sekaligus berfungsi sebagai pembading dengan suhu acuan. Jika suhu oven lebih rendah dari suhu acuan maka termostat akan berfungsi sebagai saklar dan menghidupkan pemanas, jika suhu oven lebih tinggi dari suhu acuan maka termostat akan memutuskan aliran listrik ke pemanas.

TUGAS

1.Gambarkan diagram blok untuk system kendali posisi laras

meriam.

2.Gambarkan diagram blok untuk system kendali autopilot

3.Gambarkan diagram blok system kendali level (ketinggian

permukaan) air dalam tangki.

4.Gambarkan diagram blok system kendali kecepatan putaran

(17)

Slide 14

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

CONTOH SOAL UJIAN

Keluaran dari komparator adalah :

(pilih dua jawaban)

 Isyarat penggerak

 Variabel termanipulasi

 Kesalahan (error)

 Isyarat umpan balik

 Masukan acuan

COMPARATOR (PEMBANDING)

+



r

e= r



b

Isyarat penggerak/error

Isyarat umpan balik

Penjumlah / pembanding

Isyarat masukan/input

(18)

Slide 15

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

CONTOH SOAL UJIAN

Piranti yang berguna untuk mengubah satu bentuk energi menjadi bentuk lainnya.

(pilih satu jawaban)

 Sensor

 Plan

 Pengendali

 Tranduser

 Compensator

CONTOH SOAL UJIAN

1. Keluaran dari komparator adalah :

(pilih dua jawaban )

 Isyarat penggerak

 Variabel termanipulasi

 Kesalahan (error)

 Isyarat umpan balik

 Masukan acuan

2. Sistem kendali servo tidak dapat diterapkan pada

(pilih dua jawaban )

 Pengaturan debit air yang dialirkan dalam sebuah pipa

 Pengaturan kecepatan putar motor

 Pengaturan jarak tembakan meriam

 Pengaturan sudut cermin

(19)

KESIMPULAN

1. Diagram blok berfungsi untuk ___________________

2. Diagram blok sistem kendali umpan balik dapat digambar sebagai berikut

3. Gambar blok diagram sistem kendali posisi adalah sebagai berikut

(1)

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

BLOK KENDALI SERVO

KENDALI KERAN (VALVE)

sudut acuan Sudut katub

KENDALI KATUB (VALVE)

(2)

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

IMPLEMENTASI

KENDALI KERAN (VALVE)

Sudut acuan Sudut katub

IMPLEMENTASI

Pada masukan sistem ada potensiometer jenis berputar yang dihubungkan melintasi sumber tegangan batere. Terminal (ketiga) yang dapat bergerak, dikalibrasi dalam kedudukan sudut (radian). Terminal keluaran ini secara listrik dihubungkan ke satu terminal penguat tegangan. yang disebut penguat-seruo. Penguat-servo mensuplai tegangan keluaran yang memadai untuk menggerakkan sebuah motor listrik yang disebut motor servo. Motor servo secara mekanik dihubungkan dengan keran air dengan cara yang memungkinkan keran itu dibuka dan ditutup oleh motor ini.

Bila diberikan sebuah perintah untuk membuka keran, motor servo tersebut berputar dalam arah yang tepat. Dengan terbukanya keran, potensiometer kedua, yang disebut potensiometer umpanbalik, berputar dalam arah yang sama seperti potensiometer masukannya. Putaran

(3)

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

KENDALI OVEN

Suhu Acuan Suhu Oven

SISTEM KENDALI OVEN

TUGAS

1.Gambarkan diagram blok untuk system kendali posisi laras meriam.

2.Gambarkan diagram blok untuk system kendali autopilot 3.Gambarkan diagram blok system kendali level (ketinggian

permukaan) air dalam tangki.

4.Gambarkan diagram blok system kendali kecepatan putaran motor listrik

(4)

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

CONTOH SOAL UJIAN

Keluaran dari komparator adalah :

(pilih dua jawaban)  Isyarat penggerak

 Variabel termanipulasi

 Kesalahan (error)

 Isyarat umpan balik

 Masukan acuan

COMPARATOR (PEMBANDING)

+



r

e= r



b

Isyarat penggerak/error

Isyarat umpan balik

Penjumlah / pembanding

Isyarat masukan/input

(5)

Menguasai Teknologi dengan Teknologi

CONTOH SOAL UJIAN

Piranti yang berguna untuk mengubah satu bentuk energi menjadi bentuk lainnya.

(pilih satu jawaban)  Sensor

 Plan

 Pengendali

 Tranduser

 Compensator

CONTOH SOAL UJIAN

1. Keluaran dari komparator adalah :

(pilih dua jawaban )

 Isyarat penggerak

 Variabel termanipulasi  Kesalahan (error)

 Isyarat umpan balik  Masukan acuan

2. Sistem kendali servo tidak dapat diterapkan pada

(pilih dua jawaban )

 Pengaturan debit air yang dialirkan dalam sebuah pipa  Pengaturan kecepatan putar motor

 Pengaturan jarak tembakan meriam  Pengaturan sudut cermin

(6)

1. Diagram blok berfungsi untuk ___________________

2. Diagram blok sistem kendali umpan balik dapat digambar sebagai berikut

3. Gambar blok diagram sistem kendali posisi adalah sebagai berikut