T1__BAB IV Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Trainer Kendali Kecepatan Motor DC Menggunakan Kendali PID dan GUI Matlab T1 BAB IV
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pada bab IV ini akan dijelaskan mengenai pengujian alat serta hasil dari pengujian.
Pengujian dilakukan untuk mengetahui keberhasilan alat memenuhi setiap spesifikasi yang telah
diajukan. Pengujian meliputi dari perbagian maupun pada keseluruhan sistem.
4.1. Pengujian Sensor Rotary Encoder
Pengujian ini dilakukan untuk membandingkan pembacaan sensor rotary encoder dengan
alat ukur tachometer digital Lutron DT-1236L. Hasilnya ditunjukkan oleh tabel di bawah ini:
Tabel 4.1 Pengujian sensor rotary encoder
No. Pembacaan
Pembacaan
Absolute
Sensor
Tachometer
Error
(RPM)
(RPM)
(RPM)
1
53
55
2
2
125
125
0
3
222
223
1
4
309
308
1
5
375
373
2
6
428
426
2
7
465
464
1
8
512
512
0
4.2. Pengujian PWM terhadap RPM
Pengujian dilakukan dengan membaca sensor encoder yang terdapat pada Motor DC.
Kemudian data yang didapat dari sensor encoder tersebut diolah dan dikirim ke user interface
untuk diplotkan melalui komunikasi serial setiap 350ms.
Sifat motor yang tidak linear mengakibatkan pwm dan kecepatan putar tidak memiliki
linear sepenuhnya. Pada saat pada diinginkan kecepatan putar sebesar 0 dan 100 maka kecepatan
aktual-nya 0 dikarenakan nilai pwm-nya belum memenuhi untuk menghidupkan motor DC.
Berikut grafik percobaan motor DC yang menunjukan hubungan tidak linear:
22
Gambar 4.1 Grafik pwm terhadap rpm
4.4. Pengujian Tanpa Gangguan
Pada sub bab ini dilakukan pengujian terhadap sistem open-loop maupun closed-loop tanpa
adanya gangguan.
4.4.1. Pengujian Pada Sistem Open-loop
Pengujian dilakukan pada sistem open-loop sebagai berikut. Dengan nilai setpoint
kelipatan 50 dimulai dari 0 hingga 500 rpm. Berikut merupakan hasil pengujiannya:
Tabel 4.2 Pengujian Kecepatan Motor DC pada Open-loop
Setpoint
Kecepatan
Error
(RPM)
Aktual (RPM)
(RPM)
0
0
0
50
0
50
100
0
100
150
0
150
23
200
113
87
250
200
50
300
283
17
350
338
12
400
408
-8
450
451
-1
500
500
0
Dari Tabel 4.2 kita dapat melihat nilai error sangatlah besar ketika setpoint lebih kecil dari
200. Hal tersebut diakibatkan dari nilai pwm yang belum cukup untuk menggerakan motor tersebut.
Dan untuk pengujian setpoint di atas 200 dapat dilihat nilai error semakin kecil.
4.4.2. Pengujian pada Sistem Closed-loop
Pengujian sistem closed-loop memvariasikan nilai dari Kp, Ki, dan Kd. Ketiganya dapat
dipakai bersamaan maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap
suatu plant.
4.4.2.1. Pengujian dengan Nilai Kp
Pada pengujian hanya menggunakan nilai Kp saja ditujukan untuk melihat rise time dan
settling time dari sistem. Pengambilan nilai error dan kecepatan aktual ketika sistem sudah dalam
kondisi steady state. Berikut merupakan hasil dari pengujian menggunakan nilai Kp yang di
variasikan:
Tabel 4.3 Pengujian menggunakan variasi nilai Kp
Kp
Setpoint (RPM)
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
300
300
300
300
300
300
300
Kecepatan
Aktual
(RPM)
259
285
292
392
298
298
294
Error (RPM)
Rise
Time(s)
Settling
Time(s)
Maksimal
OS
41
15
8
8
2
2
6
>60
8.095
3.749
1.506
1.264
1
0.754
>60
>60
14.565
6.719
4.676
3.6
3.336
260
287
295
398
300
310
309
24
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
3.2
3.4
3.6
3.8
4
4.2
4.4
4.6
4.8
5
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
295
297
297
303
303
303
303
300
292
298
294
298
297
303
297
303
300
297
5
3
3
-3
-3
-3
-3
0
8
2
6
2
3
-3
3
-3
0
3
0.748
0.523
0.47
0.445
0.423
0.419
0.403
0.484
0.475
0.466
0.458
0.442
0.455
0.427
0.218
0.209
0.199
0
3.996
4.754
4.291
3.9
5.3
5
5.3
4.6
4.7
4.6
4.4
4.7
4.412
4
4
3.9
6.7
4.03
317
335
337
342
368
375
392
368
389
402
431
444
434
370
372
372
389
375
Dari hasil pengujian dapat disimpulkan nilai rise time dan settling time secara keseluruhan
akan meningkat lebih cepat ketika nilai Kp juga meningkat menjadi besar namun menyebabkan
osilasi sehingga untuk mencapai kondisi steady state membutuhkan waktu lebih. Hal ini sejalan
dengan dasar teori pada Bab II. Berikut merupakan grafik dari hasil pengujian menggunakan nilai
Kp yang bervariasi:
Gambar 4.2 Setpoint 300 dan Kp = 1
25
Gambar 4.3 Setpoint 300 dan Kp = 2
Gambar 4.4 Setpoint 300 dan Kp = 3
26
Gambar 4.5 Setpoint 300 dan Kp = 4
Gambar 4.6 Setpoint 300 dan Kp = 5
27
4.4.2.2. Pengujian dengan Nilai Kp dan Ki
Tugas dari Kp adalah meningkatkan rise time. Sedangkan untuk nilai Ki selain membantu
rise time lebih cepat akan mengakibatkan osilasi yang lebih besar. Berikut merupakan hasil
pengujian dengan nilai Kp dan Ki.
Tabel 4.4 Pengujian menggunakan nilai Kp konstan dan nilai Ki bervariasi
Kp
Ki
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
3.2
3.4
3.6
3.8
4
4.2
4.4
4.6
4.8
5
Set point
(RPM)
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
Kecepatan
Aktual (RPM)
300
298
298
301
300
304
301
297
304
295
301
300
303
303
303
300
300
300
303
301
303
309
291
303
289
Error
0
2
2
-1
0
-4
-1
3
-4
5
-1
0
-3
-3
-3
0
0
0
-3
-1
-3
-9
9
-3
11
Rise
Time(s)
0.464
0.436
0.413
0.407
0.215
0.214
0.208
0.22
0.389
0.165
0.416
0.143
0.13
0.426
0.128
0.12
0.424
0.42
0.437
0.422
0.437
0.43
0.426
0.185
0.176
Settling
Time(s)
4.07
4.07
4.013
5.682
5.365
5.334
5.476
6.415
6.742
7.15
8.226
11.497
10.026
13.599
12.865
11.055
14.539
13.865
16.673
15.631
16.673
25.865
34.423
46.291
47.41
Maksimal
OS
340
363
375
400
392
419
434
444
451
454
441
504
526
461
594
631
530
571
465
618
465
480
483
491
487
Dengan adanya nilai Ki yang semakin besar maka akan menyebabkan rise time meningkat
dan maksimal OS bertambah besar. Kontrol Ki dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan
respon steady state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat akan mengakibatkan ketidakstabilan
28
sistem. Sehingga menyebabkan kondisi untuk mencapai kondisi steady state dibutuhkan waktu
yang lebih lama. Berikut merupakan grafik dari nilai Kp konstan dan nilai Ki yang bervariasi:
Gambar 4.7 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 1
Gambar 4.8 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 2
29
Gambar 4.9 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 3
Gambar 4.10 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 4
30
Gambar 4.11 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 5
Gambar 4.12 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 5 setelah 50 detik
Pada saat nilai Ki semakin besar maka osilasi bertambah besar dan membuat mencapai
kondisi steady state memerlukan waktu yang cukup lama.
31
4.4.2.3. Pengujian dengan Nilai Kp dan Kd
Untuk nilai Kd merupakan nilai yang akan bertanggung jawab untuk kemungkinan nilai
kesalahan mendatang, berdasarkan perubahan tiap waktu. Berikut merupakan pengujian alat
dengan nilai setpoint konstan 300, Kp konstan bernilai 2 dan variasi nilai Ki.
Tabel 4.5 Pengujian menggunakan nilai Kp konstan dan nilai Kd bervariasi
Kp
Kd
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
Set
point
(RPM)
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
Kecepatan
Aktual (RPM)
Error
(RPM)
Rise
Time(s)
Settling
Time(s)
Maksimal
OS
298
297
301
300
298
300
301
301
304
298
298
298
306
408
239
2
3
-1
0
2
0
-1
-1
-4
2
2
2
-6
-108
61
0.724
0.731
1.434
1.666
1.432
1.727
1.753
2.01
2.064
1.798
1.783
1.874
0.214
0.204
0
4.304
4.669
4.311
5.012
5.09
5.754
5.728
5.741
6.509
11.327
10.31
16.665
64.012
>60
>60
326
327
329
333
326
326
324
322
331
397
468
441
458
480
413
Dari Tabel 4.5 maka kita dapat melihat hasil perubahan dari nilai Kd dari kecil hingga besar.
Sesuai dengan teori bahwa nilai Kd dapat menurunkan nilai maksimal OS. Ketika hanya
menggunakan Kp bernilai 2, kita mendapatkan maksimal OS sebesar 337. Dan saat diberi nilai Kd
sebesar 1 maka nilai maksimal OS menurun menjadi 326. Akan tetapi ketika nilai Kd besar akan
menjadi masalah. Karena terlalu responsif terhadap perubahaan error( ). Berikut merupakan
gambar grafik dari hasil pengujian yang telah dilakukan:
32
�
Gambar 4.13 Setpoint 300, Kp = 2 dan Kd = 1
Gambar 4.14 Setpoint 300, Kp = 2 dan Kd = 2
33
Gambar 4.15 Setpoint 300, Kp = 2 dan Kd = 3
Gambar 4.16 Setpoint 300, Kp = 2 dan Kd = 3 setelah 50 detik
Pengujian nilai Kd hanya dilakukan sampai 3 dikarenakan pada pengujian telah
menunjukkan semakin besar nilai Kd maka settling time semakin lama atau malah tidak tercapai.
34
Kd bermanfaat untuk mengurangi osilasi secara umum, akan tetapi bukan berarti menaikkan Kd
akan membuat redaman semakin besar. Jika Kd terlalu tinggi mengakibatkan tanggapan mulai
berosilasi dengan cepat atau disebut dengan chatter.
4.4.2.4. Pengujian dengan Nilai Kp, Ki dan Kd Tanpa Gangguan
Pada pengujian rpm closed-loop tanpa adanya gangguan dengan nilai Set point 200 dan
500 rpm dengan nilai Kp, Ki, Kd yang berbeda setiap data. Maka didapatkan hasil sebagai
berikut:
Gambar 4.17 Setpoint 200, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
35
Gambar 4.18 Setpoint 300, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
Gambar 4.19 Setpoint 400, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
36
Gambar 4.20 Setpoint 500, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
Gambar 4.21 Setpoint 200, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
37
Gambar 4.22 Setpoint 300, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
Gambar 4.23 Setpoint 400, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
38
Gambar 4.24 Setpoint 500, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
Gambar 4.25 Setpoint 200, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
39
Gambar 4.26 Setpoint 300, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
Gambar 4.27 Setpoint 400, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
40
Gambar 4.28 Setpoint 500, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
4.5. Pengujian dengan Gangguan
Pada sub bab ini dilakukan pengujian terhadap sistem open-loop maupun closed-loop
yang diberi gangguan menggunakan magnetic brake dengan level 10.
4.5.1. Pengujian pada Sistem Open-loop dengan Gangguan
Pengujian pada sistem open-loop dilakukan dengan variasi nilai setpoint dai 200-500
dengan kelipatan 100. Berikut merupakan hasil dari pengujian yang telah dilakukan:
41
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.29 Open-loop dengan gangguan saat Setpoint 200
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.30 Open-loop dengan gangguan saat Setpoint 300
42
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.31 Open-loop dengan gangguan saat Setpoint 400
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.32 Open-loop dengan gangguan saat Setpoint 500
Pada saat sistem open-loop motor DC tidak mampu mengejar nilai setpoint ketika diberi
gangguan. Dan ketika dilepaskan gangguannya nilai rpm hanya berkisar antara setpoint.
43
4.5.2. Pengujian pada Sistem Closed-loop dengan Gangguan
Pengujian pada sistem closed-loop dilakukan ketika sudah mencapai kondisi steady state.
Sehingga akan terlihat perubahan kecepatan rpm ketika diberi gangguan dan akan berusaha
mengejar nilai setpoint kembali. Saat gangguan yang berupa gangguan magnetic brake
dihilangkan maka akan terlihat rpm naik melebihi setpoint akan tetapi akan kembali stabil
mengikuti nilai setpoint. Berikut merupakan hasil pengujian yang telah dilakukan:
Saat gangguan dilepas
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Gambar 4.33 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 200, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
44
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.34 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 300, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.35 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 400, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
45
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Mulai steady state
Gambar 4.36 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 400, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
Mulai steady state
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.37 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 200, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
46
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.38 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 300, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Gambar 4.39 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 400, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
47
Saat gangguan dilepas
Mulai steady state
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.40 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 500, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
Saat gangguan dilepas
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Gambar 4.41 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 200, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
48
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.42 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 300, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.43 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 400, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
49
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.44 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 500, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
Diatas merupakan hasil pengujian yang telah dilakukan dengan memberi gangguan berupa
magnetic brake. Terdapat keterang pada grafik kapan diberi gangguan, saat kondisi mulai steady
state, dan saat gangguan dihilangkan.
4.6. Analisis Hasil Pengujian
Sistem telah berhasil bekerja dengan baik sesuai spesifikasi yang telah ditentukan. Respon
sistem setiap percobaan berbeda sehingga mengakibatkan nilai rise time yang berbeda ketika diuji
kembali dengan nilai yang sama. Respon motor untuk mencapai setpoint sangatlah cepat, sehingga
menyebabkan grafik yang tertampil tidak semuanya mulai dari 0. Hal itu disebabkan adanya delay
pada pembacaan data untuk ditampilkan.
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dengan metode open-loop dan closed-loop
maka dapat disimpulkan bahwa:
1. Pada metode open-loop terlihat bahwa nilai dari motor dapat mengikuti setpoint ketika di
atas 200. Akan tetapi ketika nilai set point dibawah 200 maka motor memiliki error yang
jauh. Hal tersebut dikarenakan motor belum memiliki nilai pwm yang cukup untuk
bergerak mengikuti setpoint.
50
2. Pada metode closed-loop terlihat bahwa metode ini mampu mengontrol kecepatan dengan
baik. Terlihat pada grafik kecepatan aktual dapat mengejar nilai setpoint walaupun di
bawah 200 sekalipun dan mampu menjaga kecepatannya disekitar setpoint. Saat merubah
nilai setpoint maka nilai Kp, Ki, dan Kd harus diganti untuk mendapatkan nilai yang baik.
Karena setiap adanya perubahan setpoint, maka nilai integral error bertambah terus dan
mengakibatkan overshoot yang sangat besar. Kita dapat mengatasinya dengan merubah
nilai Ki maka overshoot dapat dikurangi.
3. Pada trainer ini digunakan potensiometer tidak linear untuk mengatur nilai pada setpoint,
Kp, Ki, dan Kd. Sehingga memiliki nilai berbeda ketika mecapai putaran tertentu dari
potensiometer tersebut. Nilai pada potensiometer ini tidak akurat akibat dari adanya ripple
dari arduino. Ripple tersebut tidaklah terlalu besar sehingga dapat diabaikan.
51
PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pada bab IV ini akan dijelaskan mengenai pengujian alat serta hasil dari pengujian.
Pengujian dilakukan untuk mengetahui keberhasilan alat memenuhi setiap spesifikasi yang telah
diajukan. Pengujian meliputi dari perbagian maupun pada keseluruhan sistem.
4.1. Pengujian Sensor Rotary Encoder
Pengujian ini dilakukan untuk membandingkan pembacaan sensor rotary encoder dengan
alat ukur tachometer digital Lutron DT-1236L. Hasilnya ditunjukkan oleh tabel di bawah ini:
Tabel 4.1 Pengujian sensor rotary encoder
No. Pembacaan
Pembacaan
Absolute
Sensor
Tachometer
Error
(RPM)
(RPM)
(RPM)
1
53
55
2
2
125
125
0
3
222
223
1
4
309
308
1
5
375
373
2
6
428
426
2
7
465
464
1
8
512
512
0
4.2. Pengujian PWM terhadap RPM
Pengujian dilakukan dengan membaca sensor encoder yang terdapat pada Motor DC.
Kemudian data yang didapat dari sensor encoder tersebut diolah dan dikirim ke user interface
untuk diplotkan melalui komunikasi serial setiap 350ms.
Sifat motor yang tidak linear mengakibatkan pwm dan kecepatan putar tidak memiliki
linear sepenuhnya. Pada saat pada diinginkan kecepatan putar sebesar 0 dan 100 maka kecepatan
aktual-nya 0 dikarenakan nilai pwm-nya belum memenuhi untuk menghidupkan motor DC.
Berikut grafik percobaan motor DC yang menunjukan hubungan tidak linear:
22
Gambar 4.1 Grafik pwm terhadap rpm
4.4. Pengujian Tanpa Gangguan
Pada sub bab ini dilakukan pengujian terhadap sistem open-loop maupun closed-loop tanpa
adanya gangguan.
4.4.1. Pengujian Pada Sistem Open-loop
Pengujian dilakukan pada sistem open-loop sebagai berikut. Dengan nilai setpoint
kelipatan 50 dimulai dari 0 hingga 500 rpm. Berikut merupakan hasil pengujiannya:
Tabel 4.2 Pengujian Kecepatan Motor DC pada Open-loop
Setpoint
Kecepatan
Error
(RPM)
Aktual (RPM)
(RPM)
0
0
0
50
0
50
100
0
100
150
0
150
23
200
113
87
250
200
50
300
283
17
350
338
12
400
408
-8
450
451
-1
500
500
0
Dari Tabel 4.2 kita dapat melihat nilai error sangatlah besar ketika setpoint lebih kecil dari
200. Hal tersebut diakibatkan dari nilai pwm yang belum cukup untuk menggerakan motor tersebut.
Dan untuk pengujian setpoint di atas 200 dapat dilihat nilai error semakin kecil.
4.4.2. Pengujian pada Sistem Closed-loop
Pengujian sistem closed-loop memvariasikan nilai dari Kp, Ki, dan Kd. Ketiganya dapat
dipakai bersamaan maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap
suatu plant.
4.4.2.1. Pengujian dengan Nilai Kp
Pada pengujian hanya menggunakan nilai Kp saja ditujukan untuk melihat rise time dan
settling time dari sistem. Pengambilan nilai error dan kecepatan aktual ketika sistem sudah dalam
kondisi steady state. Berikut merupakan hasil dari pengujian menggunakan nilai Kp yang di
variasikan:
Tabel 4.3 Pengujian menggunakan variasi nilai Kp
Kp
Setpoint (RPM)
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
300
300
300
300
300
300
300
Kecepatan
Aktual
(RPM)
259
285
292
392
298
298
294
Error (RPM)
Rise
Time(s)
Settling
Time(s)
Maksimal
OS
41
15
8
8
2
2
6
>60
8.095
3.749
1.506
1.264
1
0.754
>60
>60
14.565
6.719
4.676
3.6
3.336
260
287
295
398
300
310
309
24
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
3.2
3.4
3.6
3.8
4
4.2
4.4
4.6
4.8
5
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
295
297
297
303
303
303
303
300
292
298
294
298
297
303
297
303
300
297
5
3
3
-3
-3
-3
-3
0
8
2
6
2
3
-3
3
-3
0
3
0.748
0.523
0.47
0.445
0.423
0.419
0.403
0.484
0.475
0.466
0.458
0.442
0.455
0.427
0.218
0.209
0.199
0
3.996
4.754
4.291
3.9
5.3
5
5.3
4.6
4.7
4.6
4.4
4.7
4.412
4
4
3.9
6.7
4.03
317
335
337
342
368
375
392
368
389
402
431
444
434
370
372
372
389
375
Dari hasil pengujian dapat disimpulkan nilai rise time dan settling time secara keseluruhan
akan meningkat lebih cepat ketika nilai Kp juga meningkat menjadi besar namun menyebabkan
osilasi sehingga untuk mencapai kondisi steady state membutuhkan waktu lebih. Hal ini sejalan
dengan dasar teori pada Bab II. Berikut merupakan grafik dari hasil pengujian menggunakan nilai
Kp yang bervariasi:
Gambar 4.2 Setpoint 300 dan Kp = 1
25
Gambar 4.3 Setpoint 300 dan Kp = 2
Gambar 4.4 Setpoint 300 dan Kp = 3
26
Gambar 4.5 Setpoint 300 dan Kp = 4
Gambar 4.6 Setpoint 300 dan Kp = 5
27
4.4.2.2. Pengujian dengan Nilai Kp dan Ki
Tugas dari Kp adalah meningkatkan rise time. Sedangkan untuk nilai Ki selain membantu
rise time lebih cepat akan mengakibatkan osilasi yang lebih besar. Berikut merupakan hasil
pengujian dengan nilai Kp dan Ki.
Tabel 4.4 Pengujian menggunakan nilai Kp konstan dan nilai Ki bervariasi
Kp
Ki
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
3.2
3.4
3.6
3.8
4
4.2
4.4
4.6
4.8
5
Set point
(RPM)
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
Kecepatan
Aktual (RPM)
300
298
298
301
300
304
301
297
304
295
301
300
303
303
303
300
300
300
303
301
303
309
291
303
289
Error
0
2
2
-1
0
-4
-1
3
-4
5
-1
0
-3
-3
-3
0
0
0
-3
-1
-3
-9
9
-3
11
Rise
Time(s)
0.464
0.436
0.413
0.407
0.215
0.214
0.208
0.22
0.389
0.165
0.416
0.143
0.13
0.426
0.128
0.12
0.424
0.42
0.437
0.422
0.437
0.43
0.426
0.185
0.176
Settling
Time(s)
4.07
4.07
4.013
5.682
5.365
5.334
5.476
6.415
6.742
7.15
8.226
11.497
10.026
13.599
12.865
11.055
14.539
13.865
16.673
15.631
16.673
25.865
34.423
46.291
47.41
Maksimal
OS
340
363
375
400
392
419
434
444
451
454
441
504
526
461
594
631
530
571
465
618
465
480
483
491
487
Dengan adanya nilai Ki yang semakin besar maka akan menyebabkan rise time meningkat
dan maksimal OS bertambah besar. Kontrol Ki dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan
respon steady state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat akan mengakibatkan ketidakstabilan
28
sistem. Sehingga menyebabkan kondisi untuk mencapai kondisi steady state dibutuhkan waktu
yang lebih lama. Berikut merupakan grafik dari nilai Kp konstan dan nilai Ki yang bervariasi:
Gambar 4.7 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 1
Gambar 4.8 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 2
29
Gambar 4.9 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 3
Gambar 4.10 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 4
30
Gambar 4.11 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 5
Gambar 4.12 Setpoint 300, Kp =2 dan Ki = 5 setelah 50 detik
Pada saat nilai Ki semakin besar maka osilasi bertambah besar dan membuat mencapai
kondisi steady state memerlukan waktu yang cukup lama.
31
4.4.2.3. Pengujian dengan Nilai Kp dan Kd
Untuk nilai Kd merupakan nilai yang akan bertanggung jawab untuk kemungkinan nilai
kesalahan mendatang, berdasarkan perubahan tiap waktu. Berikut merupakan pengujian alat
dengan nilai setpoint konstan 300, Kp konstan bernilai 2 dan variasi nilai Ki.
Tabel 4.5 Pengujian menggunakan nilai Kp konstan dan nilai Kd bervariasi
Kp
Kd
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
Set
point
(RPM)
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
Kecepatan
Aktual (RPM)
Error
(RPM)
Rise
Time(s)
Settling
Time(s)
Maksimal
OS
298
297
301
300
298
300
301
301
304
298
298
298
306
408
239
2
3
-1
0
2
0
-1
-1
-4
2
2
2
-6
-108
61
0.724
0.731
1.434
1.666
1.432
1.727
1.753
2.01
2.064
1.798
1.783
1.874
0.214
0.204
0
4.304
4.669
4.311
5.012
5.09
5.754
5.728
5.741
6.509
11.327
10.31
16.665
64.012
>60
>60
326
327
329
333
326
326
324
322
331
397
468
441
458
480
413
Dari Tabel 4.5 maka kita dapat melihat hasil perubahan dari nilai Kd dari kecil hingga besar.
Sesuai dengan teori bahwa nilai Kd dapat menurunkan nilai maksimal OS. Ketika hanya
menggunakan Kp bernilai 2, kita mendapatkan maksimal OS sebesar 337. Dan saat diberi nilai Kd
sebesar 1 maka nilai maksimal OS menurun menjadi 326. Akan tetapi ketika nilai Kd besar akan
menjadi masalah. Karena terlalu responsif terhadap perubahaan error( ). Berikut merupakan
gambar grafik dari hasil pengujian yang telah dilakukan:
32
�
Gambar 4.13 Setpoint 300, Kp = 2 dan Kd = 1
Gambar 4.14 Setpoint 300, Kp = 2 dan Kd = 2
33
Gambar 4.15 Setpoint 300, Kp = 2 dan Kd = 3
Gambar 4.16 Setpoint 300, Kp = 2 dan Kd = 3 setelah 50 detik
Pengujian nilai Kd hanya dilakukan sampai 3 dikarenakan pada pengujian telah
menunjukkan semakin besar nilai Kd maka settling time semakin lama atau malah tidak tercapai.
34
Kd bermanfaat untuk mengurangi osilasi secara umum, akan tetapi bukan berarti menaikkan Kd
akan membuat redaman semakin besar. Jika Kd terlalu tinggi mengakibatkan tanggapan mulai
berosilasi dengan cepat atau disebut dengan chatter.
4.4.2.4. Pengujian dengan Nilai Kp, Ki dan Kd Tanpa Gangguan
Pada pengujian rpm closed-loop tanpa adanya gangguan dengan nilai Set point 200 dan
500 rpm dengan nilai Kp, Ki, Kd yang berbeda setiap data. Maka didapatkan hasil sebagai
berikut:
Gambar 4.17 Setpoint 200, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
35
Gambar 4.18 Setpoint 300, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
Gambar 4.19 Setpoint 400, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
36
Gambar 4.20 Setpoint 500, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
Gambar 4.21 Setpoint 200, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
37
Gambar 4.22 Setpoint 300, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
Gambar 4.23 Setpoint 400, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
38
Gambar 4.24 Setpoint 500, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
Gambar 4.25 Setpoint 200, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
39
Gambar 4.26 Setpoint 300, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
Gambar 4.27 Setpoint 400, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
40
Gambar 4.28 Setpoint 500, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
4.5. Pengujian dengan Gangguan
Pada sub bab ini dilakukan pengujian terhadap sistem open-loop maupun closed-loop
yang diberi gangguan menggunakan magnetic brake dengan level 10.
4.5.1. Pengujian pada Sistem Open-loop dengan Gangguan
Pengujian pada sistem open-loop dilakukan dengan variasi nilai setpoint dai 200-500
dengan kelipatan 100. Berikut merupakan hasil dari pengujian yang telah dilakukan:
41
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.29 Open-loop dengan gangguan saat Setpoint 200
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.30 Open-loop dengan gangguan saat Setpoint 300
42
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.31 Open-loop dengan gangguan saat Setpoint 400
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.32 Open-loop dengan gangguan saat Setpoint 500
Pada saat sistem open-loop motor DC tidak mampu mengejar nilai setpoint ketika diberi
gangguan. Dan ketika dilepaskan gangguannya nilai rpm hanya berkisar antara setpoint.
43
4.5.2. Pengujian pada Sistem Closed-loop dengan Gangguan
Pengujian pada sistem closed-loop dilakukan ketika sudah mencapai kondisi steady state.
Sehingga akan terlihat perubahan kecepatan rpm ketika diberi gangguan dan akan berusaha
mengejar nilai setpoint kembali. Saat gangguan yang berupa gangguan magnetic brake
dihilangkan maka akan terlihat rpm naik melebihi setpoint akan tetapi akan kembali stabil
mengikuti nilai setpoint. Berikut merupakan hasil pengujian yang telah dilakukan:
Saat gangguan dilepas
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Gambar 4.33 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 200, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
44
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.34 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 300, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.35 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 400, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
45
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Mulai steady state
Gambar 4.36 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 400, Kp = 1, Ki = 1.5, Kd = 0.8
Mulai steady state
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.37 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 200, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
46
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.38 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 300, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Gambar 4.39 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 400, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
47
Saat gangguan dilepas
Mulai steady state
Saat diberi gangguan
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.40 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 500, Kp = 2, Ki = 0.8, Kd = 0.8
Saat gangguan dilepas
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Gambar 4.41 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 200, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
48
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.42 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 300, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.43 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 400, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
49
Saat diberi gangguan
Mulai steady state
Saat gangguan dilepas
Gambar 4.44 Closed-loop dengan gangguan
Setpoint 500, Kp = 2.5, Ki = 1.5, Kd = 0.5
Diatas merupakan hasil pengujian yang telah dilakukan dengan memberi gangguan berupa
magnetic brake. Terdapat keterang pada grafik kapan diberi gangguan, saat kondisi mulai steady
state, dan saat gangguan dihilangkan.
4.6. Analisis Hasil Pengujian
Sistem telah berhasil bekerja dengan baik sesuai spesifikasi yang telah ditentukan. Respon
sistem setiap percobaan berbeda sehingga mengakibatkan nilai rise time yang berbeda ketika diuji
kembali dengan nilai yang sama. Respon motor untuk mencapai setpoint sangatlah cepat, sehingga
menyebabkan grafik yang tertampil tidak semuanya mulai dari 0. Hal itu disebabkan adanya delay
pada pembacaan data untuk ditampilkan.
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dengan metode open-loop dan closed-loop
maka dapat disimpulkan bahwa:
1. Pada metode open-loop terlihat bahwa nilai dari motor dapat mengikuti setpoint ketika di
atas 200. Akan tetapi ketika nilai set point dibawah 200 maka motor memiliki error yang
jauh. Hal tersebut dikarenakan motor belum memiliki nilai pwm yang cukup untuk
bergerak mengikuti setpoint.
50
2. Pada metode closed-loop terlihat bahwa metode ini mampu mengontrol kecepatan dengan
baik. Terlihat pada grafik kecepatan aktual dapat mengejar nilai setpoint walaupun di
bawah 200 sekalipun dan mampu menjaga kecepatannya disekitar setpoint. Saat merubah
nilai setpoint maka nilai Kp, Ki, dan Kd harus diganti untuk mendapatkan nilai yang baik.
Karena setiap adanya perubahan setpoint, maka nilai integral error bertambah terus dan
mengakibatkan overshoot yang sangat besar. Kita dapat mengatasinya dengan merubah
nilai Ki maka overshoot dapat dikurangi.
3. Pada trainer ini digunakan potensiometer tidak linear untuk mengatur nilai pada setpoint,
Kp, Ki, dan Kd. Sehingga memiliki nilai berbeda ketika mecapai putaran tertentu dari
potensiometer tersebut. Nilai pada potensiometer ini tidak akurat akibat dari adanya ripple
dari arduino. Ripple tersebut tidaklah terlalu besar sehingga dapat diabaikan.
51