PERBANDINGAN UNJUK KERJA KONTROL POSISI PID PADA MODEL HELIKOPTER BERBASIS LABVIEW DAN RANGKAIAN ANALOG TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro

  

PERBANDINGAN UNJUK KERJA

KONTROL POSISI PID PADA MODEL HELIKOPTER

BERBASIS LABVIEW DAN RANGKAIAN ANALOG

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada

  

Program Studi Teknik Elektro

Disusun Oleh :

PAULUS TOFAN RAPIYANTA

  

NIM : 035114031

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

PERFORMANCE COMPARATION OF

PID POSITION CONTROL IN HELICOPTER MODEL

BASED ON LABVIEW AND ANALOG CIRCUIT

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the SARJANA TEKNIK Degree

in Electrical Engineering

  

By :

PAULUS TOFAN RAPIYANTA

  

Student Number : 035114031

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  “Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.”

  Yogyakarta, 23 Oktober 2007 Penulis,

  Paulus Tofan Rapiyanta

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

  Kita (manusia) memiliki satu kesamaan yang mendasar, yaitu sama-sama memiliki perbedaan.. maka, hargailah perbedaan itu

  Mungkin kita bukan siapa-siapa bagi dunia Tapi mungkin kita adalah dunia bagi seseorang Tugas Akhir ini kupersembahkan untuk: Sang pencipta yang empunya segalanya, Orang tua dan adik-adik tercinta, Teman-teman terbaik ku dan Malaikat kecil di hatiku....

  INTISARI

  Kontrol PID (Proportional-Integral-Derivative) merupakan salah satu metode pengendalian yang sering digunakan dalam sistem kendali. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan unjuk kerja kontrol PID yang dibuat dalam program LabVIEW dan rangkaian analog. Pada penelitian ini kontrol PID digunakan untuk mengendalikan posisi pada sebuah model helikopter.

  Perancangan kontrol PID menggunakan metode kurva reaksi dan kontroler disusun secara paralel. Kontrol PID dibuat dengan basis rangkaian analog dan dalam algoritma pemrograman LabVIEW. Kemudian, unjuk kerja kedua kontroler ini dibandingkan berdasarkan pada lima parameter yaitu: waktu tunda, waktu naik, lewatan maksimum, waktu penetapan dan steady state error. Parameter-parameter ini didapatkan dari hasil pengujian respon sistem pada kontrol PID berbasis LabVIEW dan rangkaian analog.

  Hasil dari penelitian ini adalah output posisi kontrol PID yang stabil dan perbandingan unjuk kerja antara kontrol PID berbasis LabVIEW dengan rangkaian analog. Kontrol PID berbasis LabVIEW memiliki waktu tunda dan waktu naik yang lebih cepat serta nilai Maksimum overshoot (Mp) yang lebih besar daripada kontrol PID berbasis rangkaian analog. Pada bidang vertical, kontrol posisi PID berbasis LabVIEW memiliki waktu penetapan (ts) yang lebih cepat jika input yang diberikan makin besar. Sedangkan, untuk bidang

  

horizontal terjadi hal yang sebaliknya. Pada bidang vertical, kontrol PID

  berbasis LabVIEW memiliki Steady State error (SSE) yang lebih besar daripada kontrol PID berbasis rangkaian analog . Sedangkan untuk bidang horizontal, nilai SSE berbanding terbalik dengan nilai input yang diberikan Kata kunci : PID, LabVIEW, unjuk kerja

  ABSTRACT

  PID (Proportional-Integral-Derivative) control is one of controlling methods that is usually used in control system. This research has a purpose to compare the performance of PID control based on LabVIEW and analog circuit. In this research, PID control is used to control the position of model helicopter.

  PID control design which uses curve reaction method and controller are arranged in parallel form. PID control is made based on analog circuit and LabVIEW programming algorithm. Then, the performance of these two controllers are compared based on five parameters : delay time, rise time, maximum overshoot, settling time and steady state error. These parameters are derived from the response examination result of PID control which is based on LabVIEW and analog circuit.

  The result of this research is the stable output position of PID control and the performance evaluation between PID control based on LabVIEW and analog circuit. PID control based on LabVIEW has the shorter delay and rise time than PID control which is based on analog circuit and also maximum overshoot (Mp) bigger than PID control which is based on analog circuit. On vertical position, PID control position based on LabVIEW has shorter settling time (ts) if the input is bigger, while horizontal position is on the contrary. On vertical position, PID control based on LabVIEW has bigger steady state error (SSE) than PID control which is based on analog circuit. While for horizontal position, the increasing of input will make the steady state error decrease and viceversa.

  Keyword : PID, LabVIEW, Performance evaluation.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir berjudul “Perbandingan Unjuk Kerja Kontrol Posisi PID Pada Model Helikopter Berbasis LabVIEW dan Rangkaian Analog”.

  Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulisan tugas akhir ini didasarkan pada hasil - hasil yang penulis dapatkan selama proses perancangan, pembuatan, pengujian dan pengamatan alat.

  Penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

  1. Ibu Wuri Harini, S.T., M.T., selaku Pembimbing I yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis.

  2. Bapak Elang Parikesit, S.T., selaku Pembimbing II yang telah memberikan ide judul dan bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis.

  3. Bapak Martanto, S.T., M.T. dan Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T. sebagai dosen penguji saat ujian kolokium yang telah memberikan perbaikan pada proposal tugas akhir penulis.

  4. Bapak dan ibu dosen teknik elektro yang telah memberikan bekal ilmu yang sangat berguna bagi penulis.

  5. Bapak dan ibu laboran dan karyawan teknik elektro dan mekatronika : mas Mardi, mas Broto, mbak Vie, mas Hardi, mas suryo, mas Oni dan kang Ucup yang telah banyak membantu proses pengerjaan tugas akhir ini.

  6. Bapak Aris Sukardjito dan seluruh karyawan/wati Sekretariat Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma yang telah membantu urusan administrasi penulis.

  7. Kedua orang tua, adik Gema dan Nana, atas dukungan dan doa yang tiada henti untuk penulis.

  8. Eyang kakung, putri dan seluruh keluarga, atas bimbingan dan dorongan selama studi dan pengerjaan tugas akhir ini.

  9. Malaikat kecil di hatiku, atas semua keindahan yang telah menjadi semangat bagi penulis selama studi dan pengerjaan tugas akhir ini.

  10. Tasura 52 crew : Widay, Win, Bakteri, Aweng dan masih banyak lagi yang tidak dapat disebutkan satu per satu, atas canda-tawa, pelajaran hidup dan kebersamaan yang indah selama penulis belajar di TE USD jogja.

  11. Teman-teman kost Flame (b’217an crew) : Pay, NanoNano, Anggey, Metha dan Agung atas support dan hari-hari bahagia yang telah dilalui bersama.

  12. Teman-teman kontrakan ponti : Bakri, Boboto, Topan, Sungkit, Manto dan Aan, atas ide, semangat dan kebersamaan yang telah diberikan kepada penulis.

  13. Bintang terang di langit malamku, 74 , atas motto, kebersamaan dan warna yang berbeda dalam hidup penulis selama di jogja.

  14. Teman-teman Elektro 2003 : Win, widy, Bakri, Pak Bo, Inndit, Jepri, Yosep, Suryo_mery, Dennis_Joe, Giegieh, Bos kera, Ika, Angga, Guntur, Wisnu, Putu, DC, om Ron dan masih banyak lagi yang tidak dapat disebutkan satu per satu, atas bantuan dan kebersamaannya selama di TE USD jogja.

  Penulis menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan dari penulisan tugas akhir ini. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan.

  Harapan penulis agar tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun semua pihak yang membacanya.

  Yogyakarta, 22 Oktober 2007 Penulis

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL………………………………………………. . i HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING………..…………… iii HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI………………………….. . iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA……………………………. v MOTTO DAN PERSEMBAHAN………………………….……… . vi

  INTISARI…………………………………………………………… vii

  ABSTRACT …………………………………………………………. viii

  KATA PENGANTAR……………………………………………… ix DAFTAR ISI……………………………………………………….. xi DAFTAR GAMBAR……………………………………………….. xiv DAFTAR TABEL………………………………………………….. xvii DAFTAR LAMPIRAN…………………………………………….. xviii

  BAB I. PENDAHULUAN…………………………………………

  1 I. Latar belakang………………………………………….

  1 II. Perumusan masalah……………………………………..

  2 III. Batasan masalah………………………………………..

  2 IV. Manfaat dan tujuan penelitian………………………….

  3 V. Metodologi penelitian…………………………………..

  3 BAB II. DASAR TEORI……………………………………………

  4 A. Kontrol PID (Proportional-Integral-Derivative)……… 4 1. Kontroler proportional………………………………….

  5

  2. Kontroler integral………………………………….. 6

  3. Kontroler derivative……………………………………. 7

  B. LabVIEW……………………………………………... 10 C. NI ELVIS……………………………………………...

  17 D. SENSOR………………………………………………. 19

  E. MOTOR DC…………………………………………...

  20 F. OP-AMP UNTUK KENDAL PID…………………….

  21

  1. Op-amp sebagai penguat……………………………

  21

  2. Op-amp sebagai buffer……………………………... 22 3. Op-amp sebagai penguat penjumlah………………..

  23 4. Op-amp sebagai integrator………………………….

  23

  6. Op-amp sebagai diferensiator………………………

  24 G. KARAKTERISTIK RESPON SISTEM KONTROL ...

  25 BAB III. PERANCANGAN………………………………………..

  27 A. Perancangan plant……………………………………… 28 B. Perancangan sensor……………………………………..

  29 C. Perancangan kontroler PID……………………………..

  30

  1. Penentuan parameter-parameter PID dengan metode kurva reaksi………………………………………….

  30

  a. Posisi vertical……………………………………... 32

  b. Posisi horizontal…………………………………... 35

  2. Perancangan blok konversi…………………………. 37

  a. Posisi vertical........................................................... 37

  b. Posisi horizontal....................................................... 40

  3. Pemrograman dengan software LabVIEW................. 41

  D. Perancangan kontroler PID dengan op-amp…………… 43

  1. Posisi vertical………………………………………. 43 a. Kontroler P………………………………………..

  43 b. Kontroler I..............................................................

  44 c. Kontroler D............................................................

  45

  2. Posisi horizontal........................................................ 46 a. Kontroler P..............................................................

  46 b. Kontroler I...............................................................

  46

  3. Rangkaian-rangkaian tambahan.................................

  48

  a. Rangkaian set point untuk posisi vertical………... 48 b. Rangkaian set point untuk posisi horizontal…….. .

  49

  c. Rangkaian error........…………………………….. 50 d. Rangkaian penjumlah……………………………. .

  51 E. Driver motor…………………………………………… 51 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN....………………………..

  53 A. Plant dan Rangkaian analog hasil perancangan..………

  53 B. Hasil pengujian......……………………………………..

  56 1. Pembahasan unjuk kerja Kontrol PID ........................

  57 a. Pengujian pertama...................................................

  57 b. Pengujian kedua......................................................

  61 c. Pengujian ketiga......................................................

  63 2. Pengujian Batas Kemampuan Kontroler....................

  65 3. Pengujian respon terhadap gangguan.........................

  69 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN.....………………………..

  75 A. KESIMPULAN................................................................

  75 B. SARAN..................……………………………………..

  76 DAFTAR PUSTAKA...........................................................

  77

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Block diagram sistem dengan feedback………………. 4Gambar 2.2 Diagram blok kontroler proportional………………… 5Gambar 2.3 Diagram blok kontroler integral……………………… 6Gambar 2.4 Diagram blok kontroler derivative….………………… 7Gambar 2.5 Respon tangga satuan (step) sistem…………………… 8 Gambar 2.6 Kurva respon berbentuk S……………………………..

  8 Gambar 2.7 Tampilan front panel………………………………….. 11

Gambar 2.8 Tampilan block diagram………………………………. 12Gambar 2.9 Contoh icon untuk subroutine RPM…………………… 12Gambar 2.10 Tools palette…………………………………………... 14Gambar 2.11 Controls palettes……………………………………… 15Gambar 2.12 Function palettes……………………………………… 16Gambar 2.13 Modul NI ELVIS………………………………………

  17 Gambar 2.14 Sisi atas modul NI ELVIS……………………………..

  18 Gambar 2.15 Rangkaian pembagi tegangan………………………….

  19 Gambar 2.16 Potensiometer…………………………………………. 19

Gambar 2.17 Hubungan seri resistansi pada potensiometer…………. 20Gambar 2.18 Simbol motor DC………………………………………

  20 Gambar 2.19 Prinsip kerja motor DC…………………………………

  21 Gambar 2.20 Rangkaian penguat inverting…………………………… 22

Gambar 2.21 Rangkaian buffer dengan op-amp……………………… 22 Gambar 2.22 Rangkaian penguat penjumlah………………………….

  23 Gambar 2.23 Rangkaian op-amp sebagai integrator…………………..

  23 Gambar 2.24 Rangkaian op-amp sebagai diferensiator……………….

  24 Gambar 2.25.Kurva respons tangga satuan yang menunjukkan

  td, tr, Mp, ts dan SSE ....................................................... 26

Gambar 3.1 Diagram blok sistem pengendali posisi..……………….

  27 Gambar 3.2 Rancangan plant……………………..………………… 28

Gambar 3.3 Rancangan rangkaian sensor……………………………

  29 Gambar 3.4 Diagram alir proses pengambilan data…………………

  32 Gambar 3.5 Grafik output plant terhadap waktu untuk posisi vertical

  34 Gambar 3.6 Grafik output plant terhadap waktu untuk posisi horizontal 36

Gambar 3.7 Grafik hubungan tegangan sensor vertical terhadap ketinggian.......................................................

  38 Gambar 3.8 Grafik hubungan tegangan sensor horizontal terhadap sudut putar.........................………………….

  40 Gambar 3.9 Diagram alir kontroler PID..…….……………………

  42 Gambar 3.10 Rangkaian kontroler P bidang vertical ………………… 44

Gambar 3.11 Rangkaian kontroler I bidang vertical...….…………… 45 Gambar 3.12 Rangkaian kontroler D bidang vertical ………………..

  45 Gambar 3.13 Rangkaian kontroler P bidang horizontal..……………. 46

Gambar 3.14 Rangkaian kontroler I bidang horizontal………………. 47Gambar 3.15 Rangkaian kontroler D bidang horizontal …..…………

  48 Gambar 3.16 Rangkaian setpoint untuk posisi vertical………………. 48

Gambar 3.17 Rangkaian setpoint untuk posisi horizontal.…………... 50 Gambar 3.18 Rangkaian pengurang……………….…………………..

  50 Gambar 3.19 Rangkaian penjumlah…………………..……………….

  51 Gambar 3.20 Grafik hubungan tegangan output terhadap tegangan input pada driver.............................................. 52

Gambar 4.1. Plant dan Driver motor...................................................

  53 Gambar 4.2. Rangkaian kontrol PID....................................................

  54 Gambar 4.3. Perbandingan blok PID pada kontrol PID berbasis Rangkaian analog dan LabVIEW ...................................

  55 Gambar 4.4. Respon sistem posisi vertical pada pengujian pertama untuk kontrol PID berbasis LabVIEW .............................

  57 Gambar 4.5. Sinyal kesalahan pada posisi vertical pada pengujian

Gambar 4.6. Respon sistem posisi horizontal pada pengujian pertama untuk kontrol PID berbasis LabVIEW.............................

  59 Gambar 4.7. Grafik respon sistem terhadap gangguan pada kontrol PID berbasis LabVIEW untuk posisi vertical....................... 70

Gambar 4.8. Grafik respon sistem terhadap gangguan pada kontrol PID berbasis LabVIEW untuk posisi horizontal................... 71Gambar 4.9. Grafik respon sistem terhadap gangguan pada kontrol PID berbasis Rangkaian Analog untuk posisi vertical.......... 72Gambar 4.10. Grafik respon sistem terhadap gangguan pada kontrol PID berbasis Rangkaian Analog untuk posisi horizontal..... 73

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Penalaan parameter PID dengan metode kurva reaksi……

  9 Tabel 2.2. Jenis-jenis wire berdasarkan tipe data……………………

  13 Tabel 3.1. Tabel karakteristik posisi vertical……………………….. 33

Tabel 3.2. Tabel karakteristik posisi horizontal…………………….. 35 Tabel 3.3. Hubungan tegangan sensor vertical terhadap ketinggian...

  37 Tabel 3.4. Persamaan konversi untuk posisi vertical ......................... 38

Tabel 3.5. Hubungan tegangan sensor horizontal terhadap Sudut putar .......................................................................

  39 Tabel 3.6. Persamaan konversi untuk posisi horizontal .....................

  40 Tabel 3.7. Tabel hubungan tegangan input terhadap output driver..... 51 Tabel 4.1. Parameter Karakteristik respon sistem kontrol .................

  56 Tabel 4.2. Perbandingan karakteristik respon sistem pada pengujian pertama .....................................................

  60 Tabel 4.3. Perbandingan karakteristik respon sistem pada pengujian kedua.........................................................

  62 Tabel 4.4. Perbandingan karakteristik respon sistem pada pengujian ketiga.........................................................

  63 Tabel 4.5. Batas kemampuan kontrol PID berbasis LabVIEW untuk posisi vertical ........................................................... 66

Tabel 4.6. Batas kemampuan kontrol PID berbasis LabVIEW untuk posisi horizontal ....................................................... 67Tabel 4.7. Batas kemampuan kontrol PID berbasis Rangkaian analog untuk posisi vertical ........................................................... 68Tabel 4.8. Batas kemampuan kontrol PID berbasis Rangkaian analog untuk posisi horizontal ....................................................... 69

  

DAFTAR LAMPIRAN

  Rangkaian Kontrol PID ............................................................... L-1 Rangkaian ERROR ..................................................................... L-2 Data Karakteristik respon sistem ................................................. L-3 Data Pengujian Ketahanan .......................................................... L-4 Tampilan front panel dan block diagram kontrol PID................ L-5

  

Datasheet LF 353 ........................................................................ L-6

Specifications of NI ELVIS......................................................... L-7

BAB I PENDAHULUAN I. LATAR BELAKANG Kontrol PID memiliki peranan penting dalam berbagai sistem kontrol. Dengan bentuk yang berbeda-beda, kontrol PID telah menjadi unsur terbesar

  dalam proses kendali di berbagai industri. Hal ini tidak terlepas dari kemampuan kontrol PID yang dapat mengurangi kesalahan pada kondisi stabil (offset steady

  

state ) [1]. Fungsi ini dilakukan pada blok integral. Selain itu, kontol PID juga

memiliki blok derivasi yang berfungsi untuk mempercepat proses.

  Dalam teknologi terdahulu, kontrol PID direalisasikan dengan transistor. Namun, pada perkembangan selanjutnya dapat digantikan dengan sebuah mikroprosesor [1]. Keunggulan mikroprosesor meliputi sisi penggunaannya yang praktis, adanya pengaturan otomatis hingga tingkat adaptasi yang baik terhadap adanya perubahan dalam sistem kontrol itu sendiri.

  Salah satu sistem yang telah menggunakan mikroprosesor adalah komputer. Piranti ini memungkinkan user untuk menciptakan sebuah sistem kontrol dalam bentuk virtual. Salah satu sarana yang dapat digunakan adalah software LabVIEW. Dalam penelitian ini ingin dimunculkan alternatif penggunaan kontrol PID yang lebih mudah dengan sarana-sarana pendukung yang selama ini kurang dikenal, misalnya: software LabVIEW dan modul NI ELVIS.

  Hasil dari penelitian ini adalah perbandingan unjuk kerja antara kontrol PID berbasis LabVIEW dengan kontrol PID berbasis rangkaian analog sehingga penelitian ini diharapkan dapat dipakai sebagai referensi penelitian-penelitian selanjutnya, khususnya yang membutuhkan informasi tentang perbandingan unjuk kerja dari kontrol PID berbasis LabVIEW maupun rangkaian analog. II. PERUMUSAN MASALAH Pengendalian posisi dalam penelitian ini dilakukan pada bidang vertical dan

  

horizontal yang diwujudkan dalam model helikopter. Kontroler PID akan dibuat

dengan dua basis yang berbeda, yaitu LabVIEW dan rangkaian analog (op-amp).

  Kontrol PID berbasis LabVIEW menggunakan algoritma PID yang dituliskan dalam software LabVIEW dan menggunakan perangkat interfacing berupa modul NI ELVIS. Sedangkan, kontrol PID yang berbasis rangkaian analog menggunakan

  

op- amp sebagai implementasi fungsi-fungsi dalam kontroler. Kedua kontroler

tersebut kemudian akan dibandingkan berdasarkan data karakteristiknya.

  Dari uraian tersebut muncul beberapa permasalahan, yaitu : 1.

  Perancangan PID agar plant dapat dikendalikan secara cepat dan akurat sesuai dengan nilai yang diinginkan

  2. Realisasi algoritma PID dalam program LabVIEW 3.

  Keterbatasan nilai input dan output pada perangkat interfacing, dalam hal ini modul NI ELVIS

4. Parameter karakteristik yang akan digunakan untuk membandingkan

  III. BATASAN MASALAH Pada perancangan dan penelitian ini, batasan masalahnya adalah :

  1. Menggunakan software LabVIEW 2.

  Mengguankan modul NI ELVIS sebagai perangkat interfacing

  unjuk kerja masing-masing kontroler

  4. Menggunakan metode kurva reaksi dalam perancangan PID 5.

  Perbandingan unjuk kerja menggunakan 5 parameter karakteristik yaitu : t

  d

  (waktu tunda)

  , t r

  (waktu naik)

  , M p

  (Maximum overshoot)

  , t s (waktu penetapan) dan SSE (Steady State Error).

  6. Tidak membahas aliran data dan komunikasi dengan komputer lain

  3. Aktuator menggunakan motor DC 12 Volt IV. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN Penelitian ini bertujuan membandingkan unjuk kerja dari dua buah kontroler yang dibuat dengan dua basis berbeda, yaitu basis LabVIEW dan rangkaian analog. Kontroler ini digunakan sebagai kontrol posisi pada sebuah model helikopter. Posisi yang akan diatur adalah posisi vertical (ketinggian) dan posisi

  horizontal (sudut putar).

  Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan data perbandingan dua buah konrol PID dengan basis yang berbeda sehingga dapat digunakan sebagai referensi untuk penelitian-penelitian selanjutnya. Selain itu, kontroler PID yang dihasilkan pada penelitian ini dapat dimanfaatkan pula sebagai media belajar untuk penelitian-penelitian yang berhubungan dengan kontrol PID maupun software LabVIEW.

  V. METODOLOGI PENELITIAN Penulis menggunakan beberapa metodologi penelitian dalam penyusunan proposal Tugas Akhir ini. Metodologi yang digunakan adalah sebagai berikut :

1. Studi pustaka; yaitu mempelajari berbagai informasi yang relevan dengan penelitian yang berasal dari buku pustaka, makalah, dan internet.

  2. Perancangan dan pembuatan plant; yaitu membentuk sebuah model peralatan yang akan dikendalikan.

  3. Pengambilan data plant; yaitu mengumpulkan data tentang plant yang akan digunakan untuk menentukan karakteristik plant

  4. Perancangan kendali; yaitu merencanakan proses kendali yang akan dikerjakan di dalam sistem agar diperoleh hasil seperti yang diinginkan

  5. Implementasi kendali; yaitu realisasi rancangan kendali dalam bentuk algoritma PID pada software LabVIEW dan rangkaian analog.

  6. Pengujian dan pengambilan data; yaitu menguji dan mengambil data yang dibutuhkan dalam analisis

  7. Analisa dan kesimpulan; yaitu membandingkan data kontrol PID berbasis LabVIEW dengan data pada kontrol PID berbasis rangkaian

BAB II DASAR TEORI A. Kontrol PID (Proportional-Integral-Derivative) Sebuah sistem memiliki dua komponen penyusun utama, yaitu proses dan

  kontrol [1]. Masukan blok proses dalam sebuah sistem adalah keluaran dari blok kontrol sedangkan untuk faktor koreksi dilakukan umpan balik (feedback) nilai

  

output . Secara sederhana, block diagram untuk sebuah sistem dengan umpan balik

digambarkan pada gambar 2.1.

  kontrol proses

  Σ Output Set point

  e (t) u (t)

  feedback

Gambar 2.1 Block diagram sistem dengan feedback

  Input blok kontrol adalah selisih nilai yang diinginkan (set point) dengan nilai aktual. Nilai ini sering juga disebut control error dengan simbol e(t).

  Keluaran blok kontrol adalah control variable u(t) yang telah mengolah nilai error menjadi nilai yang diinginkan. Jika dalam hal ini dipakai kontroler PID maka algoritmanya adalah sebagai berikut [2]: _t 1 de ( t )

• . e ( t ) dt Td .

   u(t) = Kp ( e(t) + ) (2.1)

∫

  Ti dt Output dari sistem akan dihubungkan pada peralatan yang disebut plant.

  Kontruksi dari plant bersifat tetap dan tidak dapat diubah-ubah lagi. Sehingga diperlukan sebuah blok kontrol yang dapat digunakan untuk mengendalikan karakteristik plant tersebut. Salah satu jenis kontrol yang dapat digunakan adalah

  PID (Proportional-Integral-Derivative). Kontroler ini terdiri dari tiga jenis kontrol yang berbeda yaitu :

  1. Kontroler Proportional Kontroler Proportional memiliki keluaran yang sebanding dengan besarnya masukan. Dalam hal ini, masukan kontroler adalah sinyal kesalahan (selisih antara nilai yang diinginkan dengan harga aktual). Nilai

  error E(s) akan mempengaruhi kontroler. Jika nilainya positif, maka akan

  mempercepat pencapaian nilai yang diinginkan. Namun sebaliknya, jika nilainya negatif, maka pencapaian nilai yang diinginkan akan menjadi lambat [2]. Diagram blok kontroler proportional digambarkan pada gambar 2.2.

  E (s) M (s) Kp

Gambar 2.2 Diagram blok kontroler proportional

  Kontroler proportional memiliki beberapa sifat yang harus diperhatikan jika akan diterapkan pada sebuah sistem, antara lain : a.

  Jika nilai Kp kecil, kontroler proportional hanya mampu melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga menghasilkan respon sistem yang lambat.

  b.

  Semakin besar nilai Kp, respon sistem akan semakin cepat mencapai keadaan mantapnya.

  c. Nilai Kp yang berlebihan akan mengakibatkan sistem tidak stabil, atau respon sistem akan berosilasi. Kontroler P tidak selalu mengacu pada perumusan yang dituliskan pada persamaan 2.1 karena terdapat beberapa sistem yang membutuhkan nilai minimum saat sinyal error e(t) bernilai nol. Nilai ini sering

  output

  dituliskan dengan simbol Ub yang dirumuskan sebagai berikut :

  u (t) = Kp . e (t) + Ub (2.2)

  dengan :

• U max U min

  Ub =

  

2

2.

  Kontroler Integral Kontroler integral digunakan untuk memperbaiki respon sistem, yaitu dengan membuat kesalahan keadaan mantapnya menjadi nol. Keluaran kontroler sangat dipengaruhi oleh perubahan yang sebanding dengan nilai sinyal kesalahan. Nilai keluaran ini merupakan jumlahan dari perubahan masukannya. Sehingga, jika sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, maka nilai keluaran akan dipertahankan pada nilai sebelum terjadinya perubahan masukan [2]. Diagram blok kontroler integral digambarkan pada gambar 2.3.

  E (s) M (s)

  1

• Ti . s
• Gambar 2.3 Diagram blok kontroler integral

  Ketika sinyal kesalahan E(s) berlipat ganda, maka nilai laju perubahan keluaran kontroler berubah menjadi dua kali dari semula. Kontroler

  integral memiliki beberapa sifat yang harus diperhatikan jika akan

  diterapkan pada sebuah sistem, antara lain [2]: a. erlambat respon karena

  Keluaran integral cenderung memp membutuhkan selang waktu tertentu.

  b. Ketika sinyal kesalahan berharga n ol, keluaran kontroler akan dipertahankan pada nilai sebelumnya.

  c. Jika sinyal kesalahan tidak berh arga nol, keluaran akan menunjukkan kenaikan atau penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal kesalahan dan nilai Ki. d.

  Semakin besar konstanta integral (Ki), semakin cepat pula offset hilang. Namun, akan mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal keluaran kontroler.

  3. Kontro ler Derivative Kontro ler derivative digunakan u ntuk mempercepat respon awal sistem.

  Keluaran kontroler derivative sangat dipengaruhi oleh perubahan masukan (sinyal kesalahan). J ika tidak terjadi perubahan pada masukan maka keluaran kontroler juga tidak akan mengalami perubahan. Namun sebaliknya, jika terjadi perubahan pada sinyal masukan maka keluaran kontroler ini juga akan berubah [2]. Diagram blok kontroler derivative digambarkan pada gambar 2.4.

  E (s) M (s)

• Td .s
• Gambar 2.4 Diagram blok kontroler derivative

  K ontroler derivative memiliki beberapa sifat yang harus diperhatikan jika akan diterapk an pada sebuah sistem, antara lain [2]: a. Kontroler derivative tidak dapat menghasilkan keluaran jika tidak terjadi perubahan pada sinyal kesalahan.

  b. aktu, maka keluaran

  Jika sinyal kesalahan berubah terhadap w kontroler akan tergantung pada niai Td dan laju perubahan sinyal kesalahan.

  c.

  Kontroler ini dapat mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif dan cenderung meningkatk an stabilitas sistem. Ko ntroler derivative tidak pernah digunakan tanpa adanya kontroler lain karena hanya bekerja pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode P erancangan kontroler PID dapat dibagi menjadi beberapa metode, salah satunya adalah metode Ziegler-Nichols. Metode ini diperkenalkan pertama kali oleh pa da tahun 1 942. Metode Ziegler-Nichols memiliki dua cara, yaitu metode kurva reaksi dan metode osilasi [1]. Metode kurva reaksi didasarkan pada reaksi sistem untai terbuka (open-loop). Pada metode ini, sistem diberi masukan sinyal u(t) berupa fungsi tangga satuan (step). Reaksi sistem ini akan berbentuk S seperti yang digambarkan pada gambar 2.5.

  Sistem

Gambar 2.5 Respon tangga satuan (step) sistem

  Kurva output dari sistem ini kemudian akan digunakan untuk m encari konstanta-konstanta yang akan dipakai untuk penalaan parame ter PID. Konstanta yang dibutuhkan ada lah dead time (waktu mati) dan waktu tunda. W aktu mati disim bolkan dengan L dan waktu tunda disimbolkan dengan T. Penentuan kedua konstanta tersebut digambarkan pada gambar 2.6.

  Garis singgung pada titik perubahan (infleksi)

  K

  66%

  t

  L T

Gambar 2.6 Kurva respon berbentuk S

  Dari gambar 2.6 terlihat bahwa kurva reaksi berubah naik setelah selang waktu L. Sedangkan, waktu tunda menggambarkan perubahan kurva setelah bersinggungan dengan garis kurva. Garis singgung itu akan memotong sumbu absis dan garis maksimum. Perpotongan garis singgung dengan sumbu absis ini merupakan ukuran waktu mati dan perpotongan dengan garis maksimum merupakan ukuran waktu tunda [2].

  Ziegler dan Nichols melakukan eksperimen dan menyarankan penalaan parameter PID berdasarkan pada perolehan kostanta T dan L. Tabel 2.1 merupakan rumusan penalaan parameter PID dengan metode kurva reaksi [2].

Tabel 2.1 Penalaan parameter PID dengan metode kurva reaksi

  Tipe Kontroler Kp Ti Td

  1

  . T/L P ~ 0

  k

1 PI . 0,9 T/L L/0,3

  k

1 PID . 1,2 . T/L

  2L 0,5L

  k

  Dengan k adalah perbandingan rentang nilai output terhadap inp ut yang dirumuskan sebagai berikut :

  OUT max OUT − min

  k = (2.3)

  IN max −

  IN min

  Cara lain dalam metode Ziegler-Nichols adalah metode osilasi. Metode ini didasarkan pada reaksi sistem untaian tertutup. Plant disusun serial dengan kontroler PID. Semula parameter integrator diatur tak berhingga dan parameter diferensial diatur nol (Ti = ~ ; Td = 0). Parameter proporsional kemudian dinaikkan bertahap hingga m encapai harga yang mengakibatkan reaksi sistem berosilasi [1]. Metode osilasi seri ng digunakan untuk merancang sistem yang mem iliki respon cepat. B.

  LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) LabVIEW adalah sebuah bahasa pemrogaman yang menggunakan sistem tampilan dan penulisan program berupa gambar ataupun grafik. Software ini dirilis pertama kali pada tahun 1986 dengan nama LabVIEW version 1. Pada awalnya LabVIEW ditujukan untuk mengatasi masalah kecepatan pada pemr raman sistem instrumentasi. Perkembangan terkini dari LabVIEW adalah

  version

  8. Seri ini telah dilengkapi dengan teknologi terbaru yang telah disem udah digunakan, seri terbaru ini juga dapat

  nt panel terdiri dari

  beberapa jenis n grafik. Pada bagian output ini, pengguna dapat og purnakan. Selain lebih m dioperasikan pada sistem yang kecil misalnya pocketPC [3].

  Software

  LabVIEW sangat berguna di bidang industri, pendidikan maupun laboratorium penelitian, khususnya dalam hal pengolahan data dan pengendalian. Sebuah program dalam LabVIEW terdiri dari satu atau lebih Virtual Instruments (VIs), yang dapat menggantikan fungsi alat-alat yang sebenarnya [3].

  VI (Virtual Instruments) terdiri atas 3 bagian utama, yaitu :

  1. Front panel merupakan tampilan input dan output yang digunakan untuk berkomunikasi dengan pengguna (user). Fro

  bagian input dan output. Bagian input ini diwujudkan dengan beberapa jenis control, seperti : knobs, push button dan graphs. Pengguna (user) dapat memberikan nilai input pada control-

  control tersebut melalui keyboard ataupun mouse. Sedangkan

  bagian output pada front panel diwujudkan dalam

  indicator

  da mengamati hasil dari proses yang dilakukan pada program. Nilai

  input dan output dapat berupa angka-angka (numeric), huruf (text)

  maupun bentuk gelombang (wave) [3]. Tampilan Front panel digambarkan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Tampilan Front panel

  2. B lock diagram a dalah program yang sebenarnya, tempat yang memuat program d an seluruh alur proses yang dilakukan. Sehingga block diagram s ering juga disebut sebagai kode pelaksanaan yang sebenarnya. P ada bagian ini, semua komponen masukan (control) diolah b erdasarkan persamaan sistem yang diinginkan. Hasil proses tersebut kemudian dihubungkan dengan komponen-komponen output sebagai p enampil melalui proses wiring.

  Block diagra m memuat fungsi-fungsi, nilai konstanta dan

  hubungan antar object yang terdapat pada front panel. Fungsi yang dapat digunakan dalam pemrograman ini mencakup fungsi-fungsi aritmatika, komparasi, boolean dan fungsi-fungsi yang berada pada

  domain waktu. Selain itu, juga dapat disertakan jenis-jenis structures yang akan sangat berguna dalam pemrograman.

  Structures yang dimaksud mencakup sequence structures, event

  structures dan looping. Tampilan block diagram digambarkan pada g ambar 2.8.