SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN PID CONTROLLER PADA EXCAVATOR SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Mencapai Gelar Strata Satu Program Studi Informatika
SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN
PID CONTROLLER PADA EXCAVATORSKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Mencapai Gelar Strata Satu
Program Studi Informatika
Disusun Oleh:
ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI
M0512018
PROGRAM STUDI INFORMATIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN
PID CONTROLLER PADA EXCAVATORHALAMAN JUDUL
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Mencapai Gelar Strata Satu
Program Studi Informatika
Disusun Oleh:
ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI
M0512018
PROGRAM STUDI INFORMATIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
SKRIPSI
HALAMAN PERSETUJUAN
SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN
PID CONTROLLER PADA EXCAVATORDisusun oleh:
ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI
M0512018
Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Dewan Penguji
pada tanggal 20 Juli 2016
Pembimbing I Pembimbing II
Drs. Sarngadi Palgunadi Yohanes M.Sc Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc., Ph.D.
‘’SKRIPSI HALAMAN PENGESAHAN SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN PID CONTROLLER PADA EXCAVATOR HALAMAN PENGESAHAN
Disusun oleh: ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI M0512018 Telah dipertahankan di hadapan Dewan Penguji pada tanggal 20 Juli 2016 Susunan Dewan Penguji 1. Drs. Sarngadi Palgunadi Yohanes M.Sc NIP. 195604071983011004 ( ) 2. Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc.,Ph.D. NIP. 196211301991031002 ( ) 3. Ristu Saptono, S.Si., M.T. NIP. 197902102002121001 ( ) 4. Dr. Wiranto, M.Cs. NIP. 196612301993021001 ( ) Disahkan oleh Kepala Program Studi Informatika Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc., Ph.D. NIP. 196211301991031002
MOTTO
“Patience”
PERSEMBAHAN Untuk Ayah dan Ibu, saudara-saudaraku, dan untukmu, Rio Pahlevy Ridlo Yudha Bhakti
SIMULASI SISTEM KONTROL HIDROLIK DENGAN
PID CONTROLLER PADA EXCAVATORERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI
Program Studi Informatika. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
System control hidrolik telah diaplikasikan dalam berbagai alat, salah sehari-hari menyebabkan respon system juga akan berubah. Perubahan respon dapat menjadi pengaruh yang buruk bagi kondisi perangkat system. Salah satu cara untuk mengetahui respon system ketika parameter berubah adalah dengan memodelkan kemudian mensimulasikan model tersebut.
Model matematis yang berasal dari penelitian sebelumnya mengalami getaran saat dalam posisi menggali sehingga memerlukan penyesuaian untuk memperbaiki respon system. Penelitian ini akan melakukan perbaikan respon model matematis dari system control hidrolik excavator yang berasal dari penelitian sebelumnya. Perbaikan dilakukan dengan menambahkan P controller, PD controller, dan PID controller pada model matematis. Hasil simulasi akan dibandingkan dan didapatkan controller yang paling baik untuk system. Hasil simulasi model matematis menunjukkan bahwa respon model tidak dapat diperbaiki dengan controller yang diusulkan.
Kata kunci: Excavator, PID controller, Simulasi, System Control
SIMULATION OF HYDRAULIC CONTROL SYSTEM WITH PID
CONTROLLER ON EXCAVATOR
ERSINTA ELFANDARI HAYU KUSUMA WARDANI
Department of Informatic. Mathematic and Science Faculty.Sebelas Maret University
ABSTRACT
is an excavator. Changing system parameters on daily life caused change in system response. Changes in response can be a bad influence for the system condition. The system response can be evaluated by modelling the system then simulating the model.
A mathematical model derived from previous research sustains vibration in a digging position so that it requires adjustments to improve the system response. This study will improve the response through the mathematical model of the hydraulic excavator control system. Improvements carried out by adding a P controller, a PD controller, and a PID controller on the mathematical model. The simulation results will be compared so that the best controller for the system will be obtained. The simulation results show that the response can not be improved with the proposed controller.
Keywords: Control System, Excavator, PID controller, Simulation,
Segala puji penulis panjatkan kehadirat Allah S ubhanahu Wa Ta’ala yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi dengan judul Simulasi Sistem Kontrol Hidrolik dengan PID Controller pada Excavator. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, bimbingan, dan motivasi, terutama kepada:
1. Bapak Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc.(Hons), Ph.D. selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret.
Bapak Drs. Bambang Harjito, M.App.Sc., Ph.D. selaku Kepala Program Studi Informatika dan Dosen Pembimbing II atas saran, masukan, dan koreksinya selama proses penyelesaian skripsi.
3. Bapak Drs. Sarngadi Palgunadi Yohanes M.Sc selaku Dosen Pembimbing I dan Dosen Pembimbing Akademik atas bimbingan, masukan, dan koreksinya selama proses penyelesaian skripsi dan selama masa studi di Informatika.
4. Bapak dan Ibu dosen serta karyawan program studi Informatika yang telah memberikan ilmu dan membantu penyusunan skripsi.
5. Bapak dan Ibu yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan moral dan material pada penulis.
6. Rio Pahlevy Ridlo Yudha Bhakti yang senantiasa mendampingi dan menjadi semangat penulis untuk menyelesaikan skripsi ini
7. Teman-teman Informatika 2012 yang selalu membantu, memotivasi, dan menemani dalam suka maupun duka.
8. Semua pihak yang telah membantu penyusunan skripsi.
Penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak.
Surakarta, Juli 2016 Ersinta Elfandari H.K.W
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................... 3
1.6 Sistematika Penulisan ............................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 5
2.1 Landasan Teori ......................................................................................... 5
2.1.1 Pemodelan dan Simulasi ................................................................... 5
2.1.1.1 Pemodelan .................................................................................. 5
2.1.1.2 Simulasi ..................................................................................... 5
2.1.2 Sistem Kontrol .................................................................................. 8
2.1.2.1 Sistem Kontrol Hidrolik........................................................... 10
2.1.2.2 Excavator ................................................................................. 11
2.1.2.3 PID Controller.......................................................................... 11
2.1.3 Transformasi Laplace ...................................................................... 15
2.2 Penelitian Terkait ................................................................................... 16
3.4.6 Closed Loop System ....................................................................... 27
4.4.3 Penambahan P Controller pada Open Loop System ....................... 34
4.4.2 Closed Loop System ....................................................................... 33
4.4.1 Open Loop System .......................................................................... 32
4.4 Simulasi .................................................................................................. 32
4.3.4 Rise Time ........................................................................................ 31
4.3.3 Settling Time ................................................................................... 31
4.3.2 Maximum Overshoot ...................................................................... 30
4.3.1 Error Steady State ........................................................................... 30
4.3 Implemetasi Model ................................................................................. 28
4.2 Setting Parameter ................................................................................... 28
4.1 Pemilihan Model .................................................................................... 28
BAB IV PEMBAHASAN ..................................................................................... 28
3.5 Analisa Hasil .......................................................................................... 27
3.4.5 Penambahan PID Controller pada Open Loop System ................... 27
2.3 Kerangka Pemikiran ............................................................................... 19
3.4.4 Penambahan PD Controller pada Open Loop System .................... 26
3.4.3 Penambahan PI Controller pada Open Loop System ...................... 26
3.4.2 Penambahan P Controller pada Open Loop System ....................... 26
3.4.1 Open Loop System .......................................................................... 25
3.4 Simulasi .................................................................................................. 25
3.3.4 Rise Time ........................................................................................ 24
3.3.3 Settling Time ................................................................................... 23
3.3.2 Maximum Overshoot ...................................................................... 23
3.3.1 Error Steady State ........................................................................... 22
3.3 Implementasi Model ............................................................................... 21
3.2 Setting Parameter ................................................................................... 20
3.1 Pemilihan Model .................................................................................... 20
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.............................................................. 20
4.4.4 Penambahan PI controller pada Open Loop System ....................... 35
4.4.5 Penambahan PD controller pada Open Loop System ..................... 35
4.4.6 Penambahan PID Controller pada Open Loop System ................... 37
4.5 Analisa Hasil .......................................................................................... 37
BAB V PENUTUP ................................................................................................ 40
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 40
5.2 Saran ....................................................................................................... 40 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 41 LAMPIRAN .......................................................................................................... 42
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Operasi transformasi Laplace (Schiff, 2013) ........................................ 16Tabel 2.2 Penelitian terkait ................................................................................... 18Tabel 2.3 Kerangka pemikiran .............................................................................. 19Tabel 4.1 Hasil evaluasi fungsi invers system control open-loop tanpa controller............................................................................................................................... 29
Tabel 4.2 Nilai maksimum evaluasi fungsi ........................................................... 31Tabel 4.3 Nilai settling time .................................................................................. 31Tabel 4.4 Respon mulai mencapai nilai 0.1 .......................................................... 32Tabel 4.5 Respon mulai mencapai 0.9 .................................................................. 32Tabel 4.6 Respon system dengan nilai yang berbeda-beda ............................ 38Tabel 4.7 Respon system dengan nilai dan yang berbeda-beda .............. 39
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Analisa respon system (Ogata, 2010) .................................................. 6Gambar 2.2 Respon stabil ....................................................................................... 7Gambar 2.3 Respon cukup stabil ............................................................................ 7Gambar 2.4 Respon tidak stabil .............................................................................. 8Gambar 2.5 Skema open loop control system (Dorf dan Bishop, 2011) ................ 8Gambar 2.6 Skema closed loop control system (Dorf dan Bishop, 2011) .............. 8Gambar 2.7 Diagram blok system control open-loop ............................................. 9Gambar 2.8 Diagram blok sistem kontrol open-loop dengan controller ................ 9Gambar 2.9 Diagram blok sistem kontrol closed-loop ........................................... 9Gambar 2.10 Diagram blok sistem kontrol closed-loop dengan controller .......... 10Gambar 2.11 Skema excavator hidrolik (Alaydi, 2009) ....................................... 11Gambar 2.12 Diagram blok controller proportional ............................................. 12Gambar 2.13 Diagram blok controller integral ..................................................... 12Gambar 2.14 Diagram blok controller derivative ................................................. 13Gambar 3.1 Posisi extreme excavator saat menggali (Alaydi, 2008) ................... 20Gambar 3.2 Implementasi model .......................................................................... 22Gambar 3.3 Error steady state pada respon ........................................................... 22Gambar 3.4 Pseudo code error steady state .......................................................... 22Gambar 3.5 Maximum overshoot pada respon ..................................................... 23Gambar 3.6 Pseudo code maximum overshoot ..................................................... 23Gambar 3.7 Settling time pada respon .................................................................. 24Gambar 3.8 Pseudo code settling time .................................................................. 24Gambar 3.9 Rise time pada respon ....................................................................... 24Gambar 3.10 Pseudo code rise time ...................................................................... 25Gambar 4.1 Tampilan awal implementasi program .............................................. 29Gambar 4.2 Plot fungsi dan analisa fungsi............................................................ 30Gambar 4.3 Respon dari system yang bersifat open-loop tanpa controller .......... 33Gambar 4.4 Respon system closed-loop memiliki komponen imajiner ............... 33Gambar 4.5 Respon system dengan nilai= 0.5 ............................................... 34
Gambar 4.6 Respon system dengan= 1 dan = 0.5 ..................................... 35
Gambar 4.7 Respon system dengan= 1 dan = 0.5 .................................... 36
Gambar 4.8 Respon system dengan= 1 dan = 0.0005 .............................. 36
Gambar 4.9 Respon system dengan= 1, = 0.0004, dan = 0.007 ......... 37