Perancangan dan Pembuatan 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 3.4. 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 error 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 Driver Motor