Kontrol PI Pada Pengaturan Kecepatan Motor DC

  Prosiding Seminar Nasional Teknologi Elektro Terapan 2017 Vol.01 No.01, ISSN: 2581-0049

  Implementasi Kontrol PI Pada Pengaturan Kecepatan Motor DC a)

  a)

  a)

Mila Fauziyah* , Denda Dewatama , Marsa Atisobhita

Abstrak: Motor DC merupakan mesin listrik yang mengkonversi energi listrik menjadi energi mekanik.

  Motor DC sampai saat ini banyak digunakan untuk pabrik dan industri. Agar penggunaan motor DC semakin banyak dan berkembang maka diperlukan kontrol agar kecepatan putar motor stabil dan sesuai dengan yang diinginkan. Salah satu kontrol yang dapat digunakan adalah kontrol PI, dimana kontrol P dan kontrol I didalam kontrol PI saling melengkapi yaitu kontrol I yang dapat mengeliminasi offset yang diakibatkan oleh kontrol P dan kontrol I yang lambat dapat ditutupi oleh kontrol P. Dengan menggunakan nilai Kp=0,18 dan Ki=0,109 dan

  setpoint

  40 RPM didapatkan respon dari motor DC yang cukup baik yaitu td (waktu tunda) sebesar 0 detik, tr (waktu naik) sebesar 11,5 detik, ts (settling time) sebesar 19 detik, tp (waktu puncak) sebesar 2 detik, Mo (Overshoot maksimum) sebesar 46 rpm dan ess (error stady state) sebesar 0%.

  Kata Kunci – Motor DC, Kontrol PI tiga bagian yaitu bagian yang berputar atau yang

  I. disebut rotor. Kemudian bagian yang tidak berputar PENDAHULUAN

  atau disebut dengan kutub medan atau statot, dan

  Motor DC adalah suatu mesin listrik yang yang terakhir adalah komutato.[5] berguna sebagai motor listrik jika terjadi proses konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik didalamnya [1]. Motor DC merupakan motor yang membutuhkan suplai tegangan searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan yang kemudian akan diubah menjadi energi mekanik [1]. Motor DC banyak digunakan sebelum motor AC dikenal yaitu untuk menghasilkan tenaga mekanik pada mesin-mesin industri dipabrik, dan lain sebagainya. Sampai saat ini, motor DC banyak

  Gambar 1. Motor DC Sederhana

  dipakai pada pabrik dan industri [2]. Agar penggunaan motor DC semakin banyak dan semakin

  2.2 Karakteristik Motor DC berkembang maka diperlukan kontrol agar kecepatan putar motor stabil dan sesuai dengan kecepatan putar yang diinginkan [3]. Salah satu kontrol yang dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan putar motor DC dalah kontrol PI. Kontrol PI merupakan gabungan antara kontrol P (Proportional) dan kontrol I (Integral). Kontrol P (Proportional) akan selalu menghasilkan offset sedangkan kontrol I (Integral) atau yang bisa juga disebut dengan pengendali reset berfungsi untuk mengeliminasi

  Gambar 2. Hubungan Antara Daya Dengan Torsi/Kecepatan [1] offset yang diakibatkan oleh kontrol P (Proportional).

  Sedangkan kontrol integral yang

  Dari gambar 2 dapat dilihat karakteristik dari

  lambat dapat ditutupi oleh pengendali

  motor yaitu diantaranya :

  Pada kondisi stall torque , yaitu menunjukkan bahwa kondisi motor pada saat torsi maksimum, akan tetapi motor

   proportional [1].

  II. TINJAUAN PUSTAKA dalam kondisi yang tidak berputar,

   Pada saat no load speed, yaitu motor pada

2.1 Motor DC

  kondisi kecepatan maksimum, akan tetapi tidak ada beban pada motor. [1]

  Motor DC membutuhkan tegangan searah pada kumparan medan yang kemudian diubah

  menjadi energi mekanik [4]. Motor DC terdiri dari _＊

  2.3 Sensor Kecepatan

  Sensor kecepatan yang digunakan adalah

  incremental rotary encoder . Keluaran dari Korespondensi Teknik Elektro, Politeknik Negeri Malang a) incremental rotary encoder adalah format digital. Sebuah Incremental rotary encoder terdiri dari LED yang digunakan sebagai sumber cahaya, disc

  encoder (rotating disc) atau disc yang berputar, fixed disc, photo-detector . LED dan photo detector

  3.1 Prinsip Kerja Alat Prinsip kerja pada alat ini, pertama nilai

  Keterangan : n = jumlah pulsa yang terbaca oleh rotary encoder dalam satu kali rotasi

  Rpm = …………………………. (1)

  Resolusi pada Incremental rotary encoder yang digunakan adalah 360 P/R yaitu dalam satu kali putaran Incremental rotary encoder menghasilkan 360 pulsa. Waktu pencuplikan yang diapakai adalah 100ms, sehingga kecepatan putar motor dapat diketahui dengan persamaan dibawah ini.

  Gambar 6. Perancangan Sensor Kecepatan

  kemudian akan dijadikan input untuk mikrokontroler kaki PD3 seperti terlihat dalam Gambar 6 di bawah ini.

  Incremental rotary encoder berupa pulsa yang

  membaca kecepatan putar motor. Keluaran dari

  rotary encoder. Sensor kecepatan digunakan untuk

  3.2.1 Perancangan Sensor Kecepatan Sensor yang digunakan adalah Incremental

  3.2 Perancangan Elektronik

  Kemudian motor akan aktif dan berputar. Besar kecepatan putar motor akan dibaca oleh sensor kecepatan yang selanjutnya pembacaan dari sensor kecepatan akan diolah oleh mikrokontroler untuk melihat selisih (error) dari nilai setpoint dan pembacaan oleh sensor kecepatan. Besar kecepatan putar motor yang dicapai pada saat itu juga akan ditampilkam pada LCD. Selanjutnya kontrol PI akan bertugas untuk mengontrol dan menstabilkan kecepatan motor agar sesuai dengan setpoint berdasarkan error yang didapat. Selama motor berputar, sensor arus akan membaca besar arus motor DC.

  setpoint kecepatan dimasukkan dengan menggunakan keypad dan ditampilkan di LCD.

  III. METODE PENELITIAN

  diletakkan secara sejajar sehingga cahaya dari LED akan mengenai photo detector pada saat disc berputar. Cahaya dari LED tidak selalu mengenai

  PID 0,6 Kcr 0,5 Pcr 0,125 Pcr

  Pcr

  PI 0,45 Kcr

  ∞

  P 0,5 Kcr

  Tipe Kontroler Kc Ti Td

  Gambar 5. Osilasi Berkesinambungan Dengan Periode P _cr [10] Tabel 1 Aturan Dasar Ziegler-Nichols Berdasarkan Kcr dan Pcr [10]

  Metode Osilasi Ziegler-Nichols, pertama-tama Td diatur dengan nilai nol dan Ti diatur dengan nilai tak terhingga. Selanjutnya Kp dinaikkan sampai nilai kritis Kcr tercapai dan mengakibatkan reaksi sistem akan berosilasi berkesinambungan [10].

  2.5 Metode PI Kontrol PI (Proportional Integral) adalah sistem kontrol atau pengendali gabungan antara kontrol proportional dan integral [8]. Kontrol PI berfungsi agar reaksi dari sebuah sistem lebih cepat dan menghilangkan offset [9].

  Gambar 4 Sensor Arus ACS712

  2.4 Sensor Arus Sensor arus ACS712 adalah sensor untuk mengukur arus AC atau DC dalam pembacaan arus di industri, otomotif, komersil dan sistem-sistem komunikasi [7].

  Gambar 3. Susunan Incremental Rotary Encoder [6]

  photo detector , tetapi hanya akan mengenai photo detector jika cahaya melewati slot-slot pada disc encoder [6]

2.5.1 Metode Osilasi Ziegler-Nichols

  0.54

  27

  = 3,3 s Setelah mendapatkan nilai Kcr dan Pcr, maka selanjutnya menghitung nilai Kp, Ki dan Kd berdasarnya rumus metode osilasi Ziegler-nichols yang terdapat pada tabel 2.1.

  Kp = 0,45 x Kcr = 0,45 x 1,04 = 0,468 Ti = Pcr/1,2 = 3.3/1,2 = 2,75 Ki = = = 0,17 IV.

  PEMBAHASAN

  4.1 Pengujian Rangkaian Sensor Kecepatan Pada pengujian ini dilakukan dengan mengatur besar duty cycle dari program yang selanjutnya melihat besar kecepatan motor pada LCD dan yang terbaca pada tachometer.

  Tabel 2. Tabel Hasil Pengujian Sensor Kecepatan Duty Cycle (%)

  Sensor (RPM) Tachometer (RPM)

  Error (%) 7,84 15,68 23,53 31,37 35,29

  27 39,21

  Pcr = 33 100

  35.2

  35

  0.57 43,13

  46.9

  46

  1.9 47,06

  55.7

  56

  = 3300 ms Pcr =

  Pcr = 83

  x = jumlah pulsa rotary encoder (datasheet) T = waktu pencuplikan (ms)

  dan nilai Pcr sebesar 3,3. Jarak antar gelombang sebesar 33 dan waktu pencuplikan 100ms, maka nilai Pcr sebesar 3,3 dapat dihitung:

  Ziegler-nichols. Nilai Kcr yang didapat sebesar 1,04

  motor DC yang diperoleh dari metode osilasi

  Gambar 9. Respon Osilasi Motor DC

  3.3.1 Perancangan Kontrol PI Ziegler-Nichols

  3.3 Perancangan PI

  3.2.2 Perancangan Sensor Arus

  Gambar 7. Perancangan Sensor Arus

  Sensor arus yang digunakan adalah modul sensor arus ASC712. Sensor arus digunakan untuk membaca besar arus pada motor. Digunakan modul sensor arus ACS712 yang 20 Ampere karena arus motor lebih dari 5 Ampere. Sensor ACS712 tidak menggunakan pengkondisi sinyal karena sensitivitas sensor arus lebih besar (100mV) jika dibandingkan step size ADC (4,88 mV). Nilai step size dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dibawah ini.

• – 50 = 33

  = tegangan referensi mikrokontroler (V)

  = satu kenaikan ADC (mV) X = nilai ADC n = Full scale ADC 10 bit

  Step size

  ……………………. (2) Keterangan :

  Step size =

  Driver motor digunakan untuk menggerakan

  motor DC. Driver motor berfungsi sebagai penguat karena tegangan dan arus keluaran mikrokontroler tidak dapat memenuhi kebutuhan motor. Rangkaian ini menggunakan transistor BD139 yang digunakan untuk memicu mosfet. Mosfet yang digunakan pada rangkaian ini adalah mosfet dengan tipe IRF3205. Mosfet digunakan sebagai saklar. Rangkaian driver motor DC dapat dilihat dalam Gambar 8 di bawah.

  Gambar 8. Driver Motor DC

  3.2.3 Perancangan Driver Motor

  50,98

  Ziegler-nichols sebesar 0,468 dan 0,17 dan

  6.58 47,06

  7.3 50,98

  7.95 54,90

  8.3 58,82

  8.69 62,74

  9.04 70,59

  9.8 78,43

  10.26 86,27

  10.78 94,12

  11.14 100

  11.85

  Pengujian kontrol PI (Proportional Integral) dilakukan untuk mengetahui bagaimana respon motor jika diberi kontrol Kp dan Ki. Nilai Kp dan Ki yang didapat dari perhitungan metode osilasi

  didapatkan hasil sebagai berikut :

  4.89 39,21

   Nilai Kp= 0,468 dan Ki=0,17

  Sebesar 0,17

  Analisa :

  td (waktu tunda) : 0 detik tr (waktu naik) : 11,5 detik ts (settling time) : 33 detik tp (waktu puncak) : 3,5 detik Mo (Overshoot maksimum) : 46 rpm ess (error stady state) : 0%

  Dari gambar 4.1 dapat dilihat bahwa repon sistem masih tidak bagus sehingga dilakukan fine

  tunning untuk mendapatkan respon sistem yang

  lebih baik dan didapatkan nilai Kp sebesar 0,18 dan Ki sebesar 0,109.

Gambar 4.3 Grafik Respon Sistem Dengan Kontrol PI Pada Setpoint 40 RPM

  Analisa :

  td (waktu tunda) : 0 detik tr (waktu naik) : 11,5 detik ts (settling time) : 19 detik tp (waktu puncak) : 2 detik Mo (Overshoot maksimum) : 42 rpm ess (error stady state) : 0%

  V. PENUTUP

  5.1 Kesimpulan Berdasarkan pengujian dan analisa yang sudah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa pada saat motor DC berputar pada kecepatan 40 RPM dengan nilai P (Proportional) sebesar 0,18 dan nilai I (Integral) sebesar 0,109 didapatnya respon sistem

  5.6 43,13

  2.54 35,29

  62

  92

  62 54,90

  68

  68 62,74

  75

  75 70,59

  80.8

  80

  0.99 78,43

  86.4

  86

  0.46 86,27

  91.3

  0.76 94,12

  1.66 31,37

  94.5

  94

  0.52 100

  99.5

  99

  0.4 Error Rata-rata (%) 0.3611765

  4.2 Pengujian Driver Motor Pengujian driver motor dilakukan dengan cara mengatur duty cycle dari program yang selanjutnya mengukur tegangan keluaran motor.

  Tabel 3. Tabel Hasil Pengujian Driver Motor Duty Cycle (%)

  Tegangan Motor (Vdc)

  7,84

  0.37 15,68

  0.92 23,53

4.3 Pengujian Kontrol PI (Proportional Integral)

  yang cukup baik yaitu dengan td (waktu tunda) sebesar 0 detik, tr (waktu naik) sebesar 11,5 detik, ts (settling time) sebesar 19 detik, tp (waktu puncak) sebesar 2 detik, Mo (Overshoot maksimum) sebesar 42 rpm dan ess (error stady state) sebesar 0%.

5.2 Saran

  Berdasarkan dari dari perancangan, pengujian dan analisa alat yang sudah dilakukan maka saran yang dapat diberikan untuk pengembangan penelitian selanjutnya adalah dapat menggunakan jenis kontrol lain untuk mendapatkan respon sistem yang lebih baik lagi.

  DAFTAR PUSTAKA

  [1] Sari, Ranti Permata. 2010. Penalaan Parameter Kontrol PID Dengan Metode Heuristic, Aplikasi : Sistem Pengendalian Kecepatan Motor DC . Jurnal Jurusan

Teknik Fisika. Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

[2] Rifa’i, Muhammad. 2012. Modul Ajar Mesin-Mesin Listrik.

  Malang: Politeknik Negeri Malang [3] Odinanto, Tjahja, dkk. 2015. Perancangan Pengendali Kecepatan Motor Arus Searah 1 HP 220 Volt Dengan Metode PI Berbasis Mikrokontroler . Jurnal IPTEK Vol Vol 19 No.1 Mei 2015.Jurusan Teknik Elektro-ITATS [4] Nugroho, Nalaprana & Agustina, Sri. 2015. Analisa Motor DC (Direct Current) Sebagai Penggerak Mobil Listrik .

  Jurnal Mikrotiga, Vol 2, No.1 Januari 2015. Universitas Brawijaya [5] Hamdani, Mohammad. 2010. Pengendalian Kecepatan Motor DC Terhadap Perubahan Temperatur Dengan Sistem Modulasi Lebar Pulsa . Skripsi Teknik Elektro Universitas Indonesia. [6] Kosasih, Herman. 2008. Pengukuran Kecepatan Putar

  Berbasis Real Time Linux . Skripsi Departemen Teknik Elektro. Universitas Indonesia.

  [7] Abdillah, Sofyan Hanif. 2014. Pengaturan Tegangan Output Photovoltalk Untuk Pengisian Aki Menggunakan Metode Perturb dan Observe . Skripsi Jurusan TEknik Elektro. Politeknik Negeri Malang [8] Darjat, dkk. 2008. Aplikasi Kontrol Proportional Inetegral Berbasis Mikrokontroler ATMega8535 Untuk Pengaturan Suhu Pada Alat Pengering Kertas .

  Proceeding, Seminar Ilmiah Nasional Komputer dan Sistem Inteligen (KOMMIT 2008). Universitas Diponegoro. [9] Putranto. 2016. Implementasi Metode PI (Proportional

  Integral) Pada Pengaturan Kecepatan Crusher Motor Dalam Proses Ekstraksi Buah Apel . Skripsi Teknik Elketro Politeknik Negeri Malang. [10] Ogata,Katsuhiko. 1997. Teknik Kontrol Automatik. Jakarta : Erlangga.