MODUL 1 PEMODELAN Laboratorium Sistem Ke

MODUL 1 PEMODELAN
Andy Daniel Pandapotan Tarigan (18013038)
Asisten: Hansen Leonard Andreas (13212097)
Tanggal Percobaan: 1/10/2015
EL3215-Sitem Kendali

Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer - Sekolah Teknik Elektro dan
Informatika ITB
Abstrak

Pemahaman konsep pemodelan untuk
sistem pengendalian motor DC akan
dipelajari pada percobaan ini. Percobaan
dilakukan dengan cara mengubah nilai
tegangan masukan untuk melihat respon
dari putaran motor DC. Sistem kendali
PID akan digunakan juga untuk melihat
pengaruhnya terhadap fungsi kerja
motor. Percobaan ini juga dilakukan
untuk mendapatkan fungsi transfer
model sistem motor

Kata kunci: pemodelan, sistem kendali,
motor DC
1. PENDAHULUAN
Modul ini terdiri dari beberapa percobaan,
percobaan pertama adalah pengenalan alat,
percobaan ini dilakukan untuk melihat
parameter alat yang akan digunakan. Alatalat yang digunakan adalah Power Supply PS150E, Motor DC dan Tachogenerator MT-150F,
Servo Amplifier SA-150D, Unit Pre-Amp. PA150C, Unit Op-Amp. OA-150A, Unit Attenuator
AU-150B, Potensiometer Input IP-150H dan
Output OP-150K, Unit beban (Load Unit) LU150L, dan Unit Kontroller PID,PID-150Y.
Percobaan selanjutnya adalah pengukuran
fungsi transfer melalui pengukuran fisik. Pada
percobaan ini yang dilakukan adalah
penentuan resistansi motor, induktansi
motor, konstanta back-emf, konstanta torsi,
koefisien gesekan, momen inersia. Percobaan
yang terakhir adalah menentukan fungsi
transfer secara grafis yang bisa didapat
dengan menggunakan osiloskop.
Tujuan dari percobaan ini adalah:

a. Memahami sistem dan komponen sistem
MS-150.
b. Mengenal kegunaan dan karakteristik
alat-alat praktikum MS-150.
c. Memahami model rangkaian motor DC
secara umum.

d. Mendapatkan
parameter-parameter
model sistem MS-150.
e. Mendapatkan fungsi
sistem MS-150.

transfer

model

2. STUDI PUSTAKA
2.1

MOTOR DC

Motor adalah mesin yang berfungsi untuk
mengubah energi listrik menjadi gerakan
mekanik rotasional. Motor DC sendiri
merupakan salah satu jenis motor yang
menggunakan energi arus listrik searah atau
DC untuk kemudian diubah menjadi gerakan
rotasional. Motor terdiri dari stator dan rotor.
Stator
adalah
bagian
yang
tidak
bergerak(statis) dan rotor adalah bagian
yang berputar.[1]
Secara umum, dalam domain Laplace,
hubungan antara tegangan masukan motor
(Vm) dengan kecepatan putarran rotor (wm)
dinyatakan dalam persamaan berikut:

ωm ( s)
Kt
=
2
V m (s) J m Lm s + ( R m J m+ D m Lm ) s+ R m Dm + K m K t
Pada umumnya, Lm cukup kecil bila
dibandingkan
dengan
Rm,
sehingga
persamaan di atas dapat disederhanakan
menjadi berikut:

Kt
ωm ( s) D m R m
=
V m (s) J m
s+1
Dm

Persamaan diatas dapat dinyatakan dalam
bentuk umum sebagai berikut:

ωm ( s)
K
=
V m (s) τs+ 1
2.2

MODULAR SERVO SYSTEM MS150

Modular Servo System MS-150 merupakan
suatu system modular buatan FEEDBACK
yang akan digunakan dalam praktikum ini.

Laporan Praktikum - Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer Teknik Elektro – STEI ITB

1

MS-150 terdiri dari: Unit Op-Amp, Unit

attenuator, Unit pre-amp, servo amplifier,
power supply, motor DC dan tachogenerator,
potensiometer input, potensiometer output,
dan load unit.

clock-wise ). Namun, jika dihubungkan
dengan terminal 2, arah putaran motor
berubah menjadi counter clock-wise dengan
tegangan minimum yang sama.

Unit Op-Amp
Vout AU

V saat motor
berputar

Ket

0 s/d 15V

-

Motor tidak
berputar

Unit Power Supply dan Atenuator

-15 s/d
0V

- 4.43 V

Motor mulai
berputar

Hubungan Tegangan dan Nilai Potensio

Tabel 3-2 Data percobaan unit op-amp

3. HASIL DAN ANALISIS

3.1

PENGENALAN ALAT

16
14
12
10
8
6
4
2
0
0

2

4

6

8

10

Percobaan kali ini menggunakan tegangan
keluaran AU yang dihubungkan ke unit OpAmp yang bersifat inverting. Ini akan
menyebabkan tegangan dari AU yang bernilai
positif akan dibalikkan (invert) oleh Op-Amp,
maka tegangan dari AU yang bernilai positif
tidak akan menyebabkan motor berputar.
Tegangan bernilai negatif dari AU yang akan
menyebabkan motor tersebut berputar. Nilai
tegangan AU yang membuat motor berputar
adalah -4.43 V.

12

tegangan

Grafik diatas menunjukkan hubungan antara
besar nilai potensio dengan besar tegangan
masukan yang nantinya akan dihubungkan
dengan
motor.
Besar
tegangan
akan
mempegaruhi kecepatan putaran motor.
Besar tegangan paling tinggi yang terukur
adalah pada saat skala potensio 10 yaitu
14.82 V

Menjalankan Motor
Vout AU

V saat motor
berputar

Ket

0 s/d 15V

4.43 V

Motor mulai
berputar

-15 s/d
0V

-

Motor tidak
berputar

Tabel 3-1 Data Percobaan Menjalankan
Motor
Besar tegangan minimum yang membuat
motor mulai berputar adalah 4.43 V.
Tegangan
masukan
meningkat
secara
perlahan. Tegangan yang membuat motor
berputar haruslah positif, motor tidak
berputar jika nilai tegangan V nya negatif.
Jika menggunakan terminal 1 arah putaran
motor berlawanan arah jarum jam ( counter

Untuk percobaan unit Op-Amp kedua yang
menggunakan
dua
potensio,
kami
mendapatkan hubungan potensio yang saling
menambahkan tegangan masukan pada
motor. Hal ini disebabkan oleh adanya fungsi
summer pada Op-Amp.

Tachogenerator
t (s)

ω (rad/s)

Vout (V)

1.976

3.18

2.45

0.78

8.05

6.40

1.16

5.41

4.15

Tabel 3-3 Data percobaan
tachogenerator
Cara mencari Vtcg adalah Vtcg = Ktcg x ω,
maka untuk mencari Ktcg: Ktcg=Vtcg/ω.
Maka didapat nilai Ktcg sebesar 0.767.

PID Unit
Penguat
an
proporsi
onal

Pengu
atan
Integr
al

Pengua
tan
Derivati
f

Ket

1x

-

-

Motor

Laporan Praktikum - Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer Teknik Elektro – STEI ITB

2

berputar
pelan
konstan
10x

-

-

Motor
berputar
lebih
cepat
konstan

1x

0.4s

-

Motor
berputar
makin
lama
semakin
cepat

1x

-

1x

-

10ms

40ms

Motor
berputar
pelan
Motor
berputar
lebih
cepat dari
nilai
derivatif
10ms

Tabel 3-4 Data percobaan PID unit
Untuk percobaan pertama dimana penguatan
proporsionalnya nilainya 1x, motor berputar
dengan
kecepatan
konstan
dengan
kecepatan
sama
dengan
percobaan
sebelumnya
karena
motor
menerima
tegangan masukan yang sama yaitu sebesar
4.43 V. Pada saat penguatan pada potensio
diubah menjadi 10 kalinya, maka motor
berputar lebih cepat dibandingkan dengan
penguatan 1 x tetapi konstan. Penguatan
integral akan mempengaruhi kecepatan
motor
berputar.
Jika
nilai
penguatan
integralnya bertambah maka motor akan
berputar
semakin
cepat.
Sedangkan
penguatan derivatif akan mempengaruhi
akselerasi motor tersebut untuk mencapai
kecepatan konstannya. Semakin besar nilai
derivatifnya, maka semakin lama motor
mencapai kecepatan konstan.

3.2

PENGUKURAN FUNGSI TRANSFER
MELALUI PENGUKURAN FISIK

Penentuan Resistansi Motor

8.42

1.7

Tabel 3-5 Data percobaan resistansi
motor
Berdasarkan tabel diatas, didapat nilai
resistansi jangkar Rm menggunakan rumus
Rm=Vm/Im sebesar 5.25 Ω, 5.33 Ω, dan 4.95
Ω. Rm ave = 5.17 Ω.

Penentuan Induktansi Motor
Vrms (V)

Irms (A)

Zm(Ω)

17.10

1

17.10

18.98

1.1

17.25

14.12

0.8

17,65

Tabel 3-6 Data percobaan induktansi
motor
Dari data di atas didapat nilai induktansi
motor,

√Z
Lm=

2
m

−R2m
2 πf

sebesar 0.0518H, 0.0522H, 0.0539H.
Lm ave = 0.0526H

Penentuan Konstanta Back-emf
Vm (V)

Im (A)

Vtcg (V)

6.11

0.9

2.374

8.83

0.9

9.05

7.15

0.9

3.8

Tabel 3-7 Data percobaan konstanta
back-emf motor
Didapat nilai ω = Vtcg/Ktcg. ω 1 = 3.095
rad/s, ω2 = 11,799 rad/s, dan ω3 = 4.954
rad/s maka ωavg = 6.616 rad/s. Untuk mencari
Vb digunakan rumus

V b=V m−I m R m
maka didapat besar Vb = 2,71 V. Nilai
konsstanta back-emf motor adalah Km =
Vb/ω. Km = 0.409

Penentuan Konstanta Torsi
Konstanta torsi adalah :

Vm (V)

Im (A)

5.52

1.05

Kt=

7.2

1.35

K t =0.409

V m−I m R m
ω

Laporan Praktikum - Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer Teknik Elektro – STEI ITB

3

Penentuan Koefisien Gesekan
Koefisien gesekan :

D m=

Kt Im
=0.0556
ω

ωm ( s)
0.0718
=
−3 2
V m (s) 1,6962448 x 10 s + 0,16964672 s+0,454733
4. KESIMPULAN
1. Motor DC yang digunakan pada
praktikum
mempunyai
tegangan
minimum untuk berputar sebesar 4.43
V.
2. Fungsi Op-Amp pada praktikum yang
bersifat inverting mengubah nilai dari
tegangan masukan sehingga nilai
tegangan AU harus negatif agar motor
mulai berputar. Unit PID berfungsi
untuk
menguatkan
proporsional,
integral dan diferentiatif.
3. Parameter
yang
diperoleh
dari
percobaan ini adalah: Ktcg = ; Rm = Ω
; Lm=¿ H ; Km = Kt = ; Dm = ; Jm
=

Penentuan Momen Inersia

DAFTAR PUSTAKA
[1]

Nugroho, Sebastian A. dkk., Modul
Praktikum
Sistem
Kendali,
Laboratorium Sistem Kendali dan
Komputer, 2015.

Pada saat respon sistem 63% didapat
konstanta waktu sebesar 0,58 s. Maka :
Jm =

τ Dm = 0.032248

Fungsi Transfer Secara Grafis
Hasil dari osiloskop:

τ =0.58

Δu=6.5
Δy =3.1
Cari nilai K :

K=

Δy 3.1
=
=0.4769
Δu 6.5

ωm ( s)
K
=
V m (s) τs+ 1

ωm ( s) 0.4769
=
V m (s) 0.58 s+1
Fungsi Transfer:
Laporan Praktikum - Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer Teknik Elektro – STEI ITB

4