View of IMPLEMENTASI PENGONTROL PID PADA MODEL FISIS ELEKTRONIK

  Eksakta Vol.18 No.2 Oktober 2017 http://eksakta.ppj.unp.ac.id

  E-ISSN : 2549-7464 P-ISSN : 1411-3724

  

IMPLEMENTASI PENGONTROL PID PADA MODEL FISIS

ELEKTRONIK

  1

  2

  3 Darmawan Hidayat , Eppstian Syah As’ari , Nendi Suhendi Syafei 1,3)

  JurusanTeknik Elektro, Universitas Padjadjaran

  2)

  Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Padjadjaran Jl. Raya Bandung-Sumedang km. 21, Jatinangor, 45363, Jawa Barat

  

darmawan.hidayat@unpad.ac.id

ABSTRAK

  Pengontrol proporsional, integral plus derivatif (PID) merupakan suatu strategi kendali yang paling banyak digunakan di industri untuk mengatasi masalah-masalah dalam sistem kendali dan untuk keperluan sistem kendali otomatik suatu proses. Oleh karena itu, pemahaman atas kinerja dan penerapan pengontrol PID sangat diperlukan guna keperluan analisis performansi suatu sistem kendali. Makalah ini melaporkan implementasi pengontrol PID dan analisis respon pengontrol PID elektronik sistem kendali umpanbalik pada suatu model fisis elektronik yang dibangun dari komponen elektronika resistor (R) dan kapasitor (C) guna keperluan peraga kelas dan praktikum sistem kendali di Program Studi Teknik Elektro, Universitas Padjadjaran. Dengan cara ini besaran yang terlibat adalah tegangan sehingga memudahkan pengamatan di osiloskop untuk analisis respon pengaruh parameter K p , K i dan K d pengontrol PID di laboratorium. Analisis respon dilakukan melalui eksperimen dan simulasi komputer. Analisis respon menunjukkan bahwa jika K diperbesar

  p maka keadaan mantap akan lebih lambat tercapai, tetapi terjadi kesalahan keadaan mantap.

  Setelah menggunakan pengontrol integral, kesalahan keadaan mantap hilang dan jika K i diperbesar maka keadaan mantap lebih cepat tercapai, tetapi osilasi bertambah. Setelah menggunakan pengontrol diferensial,osilasi berkurang dan jika K d diperbesar maka keadaan mantap akan lebih cepat tercapai. Sistem kendali dengan pengontrol PID telah dibangun dan diuji melalui model fisis elektronik rangkaian RC. Hasil analisis respon sistem melalui eksperimen dan simulasi menyimpulkan bahwa perangkat sistem kendali umpanbalik yang dibangun menunjukkan performansi yang sesuai dengan teori kendali otomatik dan dapat digunakan guna keperluan proses belajar-mengajar.

  Keywords : pengontrol PID, analisis sistem, model fisis elektronik, simulasi, respon kendali

PENDAHULUAN pengontrol dua posisi atau on-off ,

  pengontrol proporsional (P), pengontrol Terdapat beberapa aksi dasar integral (I), pengontrol proporsional plus pengontrolan yang biasa digunakan pada integral (PI), pengontrol proporsional pengontrol otomatik di industri. plus derivatif (PD), dan pengontrol

  Pengontrol-pengontrol tersebut adalah

  Eksakta Vol. 18 No. 2 Oktober 2017 E-ISSN : 2549-7464, P-ISSN : 1411-3724

  proporsional plus integral plus derivatif (PID) [1,2]. Pengontrol P memiliki keunggulan mempercepat respon, namun juga memiliki kelemahan. Respon yang dihasilkan akan mengalami Error Steady

  State (kesalahan keadaan-mantap).

  Kesalahan keadaan mantap ini menyebabkan nilai respon ketika keadaan-mantap tidak sama dengan nilai acuannya (set point). Dengan kata lain akurasi pengontrolan respon mengandung kesalahan. Masalah tersebut dapat diatasi dengan pengontrol PI, respon yang dihasilkan tidak mengalami kesalahan keadaan mantap, namun respon akan mengalami peningkatan osilasi. Tetapi masalah pada pengonrol PI ini dapat diatasi dengan pengontrol PD, sehingga osilasi respon dapat dikurangi. Untuk mengatasi masalah-masalah tersebut dan menghasilkan respon yang baik sesuai dengan kriteria pengontrolan, pengontrol PID adalah solusinya. Pengontrol PID memiliki beberapa parameter pengaturan untuk pengontrolan yang memungkinkan untuk mengatur dinamika sistem kendali seperti yang diinginkan, sehingga banyak digunakan dalam sistem kontrol di industri[3,4].

METODE PENELITIAN

  Pengontrol PID memiliki tiga parameter pengontrolan, yaitu pengontrol Proportional (P), Integral (I), dan Derivatif (D). Tiga komponen tersebut merupakan tiga parameter independen. Dengan mengatur parameter P, I, dan D maka kriteria pengontrolan dapat dipenuhi, seperti: respon sistem cepat, tidak terdapat kesalahan keadaan mantap, overshoot dapat dikurangi, osilasi dapat diredam, waktu-settling yang cepat [5,6,7]. Oleh karena itu, diperlukan model suatu sistem kendali yang menerapkan pengontrol PID guna analisis performansi pengontrol PID untuk pengendalian suatu besaran fisis. Tujuan makalah ini adalah memaparkan suatu strategi untuk analisis performansi pengontrol PID dengan menggunakan model fisis elektronik yang dibangun dari komponen elektronik resistor dan kapasitor (R dan C). Untuk proses pembelajaran teknik kendali otomatik dapat digunakan solusi ini. Jadi, penelitian ini juga dapat memberikan solusi alternatif untuk keperluan pembelajaran (praktikum) di laboratorium khususnya Praktikum Pengaturan dan Kendali.

  Sistem kendali umpanbalik dengan pengontrol PID dapat dilihat pada

  Gambar 1.a, yang terdiri dari sistem

  detektor-kesalahan pengontrol PID, proses dan komponen umpanbalik [8,9]. Seluruh sistem dalam sistem kendali ini dibangun dari model fisis rangkaian elektronik komponen resistor dan kapasitor (R dan C).Gambar 1.b memperlihatkan rangkaian sistem detektor kesalahan, pengontrol PID, penjumlah dan proses. Detektor kesalahan diwujudkan dalam sebuah rangkaian komparator operasional- ampifier (op-amp). Pengontrol P dari sebuah penguat proporsional dengan penguatan K p sedangkan pengontrol I dan D dibangun dari sebuah rangkaian op- amp integrator dan diferensiator, yang penguatannya dapat diatur dengan nilai masing-masing K i dan K d . Proses dan umpanbalik diwujudkan dengan sistem orde-satu (Gambar 1.b). Dengan cara ini, seluruh besaran fisis yang terlibat adalah berupa tegangan sehingga seluruh sinyal

• satuan. Pengaruh terhadap respon an-mantap respon

  i

  s) dan respon C(s),

  Eksakta Vol. 18 No. 2 Oktober 2017 SN : 1411-3724

  b) rangkaian elektronik pengontrol PID dan proses

  t transien dan keadaan- diteliti. Sinyal aksi U(s) diamati melalui seb (Combiscope Philips direkam menggunakan ndali umpanbalik dengan pengontrol PID (a) blok di

  d

  dan K

  , K

  Eksakta Vol. 18 No. 2 Oktober 2017

  p

  diamati dengan dan selanjutnya e komputer guna gendalian berbasis an alat peraga m [3]. meliputi analisis antap terhadap sinyal masukan step-sa nilai K

  Eksakta Vol. 18 No. 2 Oktober 2017 E-ISSN : 2549-7464, P-ISSN :

  kendali (b)

  Gambar 1. Sistem kenda

  Analisis respon me transien dan keadaan-ma

  respon sistem dapat dia mudah pada osiloskop da dapat dibuat antarmuka ke kom membangun sistem pengenda komputer dan keperluan pengajaran di laboratorium

  ebuah osiloskop PM3331) dan n kamera digital. ok diagram sistem oses. EKSAKTA Vol. 18 No. 2 November 2017

  E-ISSN : 2549-7464, P-ISSN : 1411-3724 maka terjadi overshoot dan osilasi pada

HASIL PENELITIAN DAN

  respon sistem. Kesalahan keadaan mantap

  PEMBAHASAN

  hasil perhitungan (e )

  ss (t) hitung

  menggunakan Persamaan (1) sesuai Pengaruh pengontrol proporsional pada dengan respon hasil pengujian dan respon sistem kendali terhadap masukan simulasi Simulink. Hasil ini menunjukkan step-satuan dapat dilihat pada Gambar 2. bahwa sistem kendali umpanbalik

  Untuk nilai K p sama dengan satu terdapat mengandung kesalahan keadaan-mantap kesalahan keadaan-mantap yaitu terdapat yang dapat diperkecil dengan menerapkan selisih nilai antara acuan dan respon, e ss (t) pengontrol proporsional. (Gambar 2.c dan d). Jika K diperbesar

  p

    (seperti Gambar 2.e dan f, K =3) maka [

  1 G ( s ). H ( s )] G ( s )

  p

  

  ess ( t ) lim (1) _{s }

  keadaan mantap akan lebih cepat tercapai 

  1 G ( s ). H ( s ) dan kesalahan keadaan-mantap mengecil. Namun, kesalahan keadaan-mantap tetap terjadi dan dengan memperbesar nilai K p , EKSAKTA Vol. 18 No. 2 November EKSAKTA Vol. 18 No. 2 November EKSAKTA Vol. 18 No. 2 November 2017 2017 2017

  E-ISSN : 2549-7464, P-ISSN : 1411-3724 E-ISSN : 2549-7464, P-ISSN : 1411-3724 E-ISSN : 2549-7464, P-ISSN : 1411-3724

  

Gambar 2. Pengujian peng ngontrol P (a) sistem kendali dengan pengontrol P ol P (b) karakteristik

  respon. Hasil uji eksperime en dan simulasi pengaruh pengontrol proporsiona onal untuk nilai (c), (d) K p =1, (e), (f) K p =3

  

Gambar 3 memperlihatka hatkan pengaruh semakin besar, K i =5 sepe eperti terlihat pada

  pengontrol integral pada r a respon sistem, Gambar 3.e dan f, kes kesalahan keadaan- dengan nilai K p tetap se p sebesar 5 dan mantap dapat hilang da dan waktu-settling variasi nilai Ki sebesar 1 1 dan 3.Dengan semakin cepat dari 16,3 s 16,3 s menjadi 3,47 s, menerapkan nilai K i i =1, =1, kesalahan namun meningkatkan n osilasi dan keadaan-mantap menjadi njadi berkurang overshoot (Gambar 3.b 3.b). Hasil ini (Gambar 3.c dan d). Ni Nilai K i yang menunjukkan bahwa peng pengontrol integral

  EKSAKTA Vol. 18 No. 2 November 2017

  E-ISSN : 2549-7464, P-ISSN : 1411-3724 dapat menghilangkan kesal mantap dan mempercepat

  Gambar 2. Pengujian pe

  karakteristik respon. Hasil untuk ni Masalah meningkatnya overshoot pada pengontrol dengan menerapkan diferensial seperti terlihat pa

  masing-masing adalah 5, da

  EKSAKTA Vol. 18 No. 2 November 2017

  E-ISSN : 2549-7464, P-ISSN : 1411-3724 salahan keadaan- at waktu-settling respon dengan meningkatnya overshoot ian pengontrol PI (a) sistem kendali dengan pengont sil uji eksperimen dan simulasi pengaruh pengontr uk nilai K p =5 dan nilai (c), (d) K i =1, (e), (f) K i =3 a osilasi dan ol PI daat diatasi pengontrol hat pada Gambar tan K p dan K i 5, dan variasi nilai

  K d

  adalah nol dan 5, te menjadi berkurang dari

  1.64 V (Gambar 4.b–f) berkurang. Hasil ini peranan pengontrol dife pengurang osilasi da

  EKSAKTA Vol. 18 No. 2 November 2017

  E-ISSN : 2549-7464, P-ISSN : 1411-3724 konsekuensi hoot dan osilasi. gontrol PI (b) ontrol proporsional

  5, terlihat overshoot ri 1,78 V menjadi

  f) dan osilasi juga

  ini menunjukkan diferensial sebagai dan overshoot.

4. Dengan nilai konstan

  EKSAKTA Vol. 18 No. 2 November EKSAKTA Vol. 18 No. 2 November EKSAKTA Vol. 18 No. 2 November 2017 2017 2017

  E-ISSN : 2549-7464, P-ISSN : 1411-3724 E-ISSN : 2549-7464, P-ISSN : 1411-3724 E-ISSN : 2549-7464, P-ISSN : 1411-3724

  Gambar 4. Penguji ujian pengontrol PID (a) sistem kendali dengan n pengontrol PID

  (b) karakteristik respon. pon. Hasil uji eksperimen dan simulasi penga ngaruh pengontrol proporsional untuk nilai K K p p = =5, K i =5 dan nilai (c), (d) K d =1, (e), (f) K d =3 aktual dan online sehingga s dapat

KESIMPULAN ULAN

  digunakan untuk alat pe peraga kelas dan Hasil eksperimen dan da simulasi laboratorium guna mem emudahkan proses menyimpulkan bahwa penga pengaturan respon belajar-mengajar log logika sistem sistem kendali pengontrol trol PID untuk pengendalian. model fisis elektronik ya yang dibangun dapat ditala (tuning) melalui alui parameter P, I dan D, sehingga denga engan penalaan parameter P,

  I dan n

  D, kriteria DAFTAR PUS USTAKA pengendalian dapat di dicapai.Respon sistem kendali ini dapat di t diamati secara EKSAKTA Vol. 18 No. 2 November 2017

  E-ISSN : 2549-7464, P-ISSN : 1411-3724 [1] X.Gao, C. Shang, D. Huang, and F. Yang. A novel approach to

  Optimized PID Controller for Magnetic Levitation System . IFAC-

  monitoring and control during petrol transportation using PLCbased PID controller . Journal of Applied

  Meenakshipriya. Parameter

  Systems and Information Technology 4 (2017) 310–321. [9] E.B. Priyanka, C. Maheswari, B.

  Speed response of brushless DC motor using fuzzy PID controllerunder varying load condition . Journal of Electrical

  Procedia Computer Science 86 ( 2016 ) 91 – 94. [8] Varshney, D. Gupta, B. Dwivedi.

  Design for Electro-hydraulic Servo Valve System with Genetic Algorithm .

  Assawinchaichote. PID Controller

  Papers on Line 49-1 (2016) 778–782. [7] T. Samakwong, W.

  Transactions 57 (2015) 211–219. [6] S. Yadav, S. K. Verma, S. K. Nagar.

  monitoring and maintenance of industrial PID controllers . Control

  controllers for integrating systems using direct synthesis method . ISA

  [5] Ch. Anil, R. P. Sree. Tuning of PID

  performance electronically tunable log-domain current-mode PID controller . Microelectronics Journal xxx (2017) 1–12 (Article in-press).

  International Symposium on Dynamics and Control of Process Systems. The International Federation of Automatic Control December 18- 20, 2013. Mumbai, India. [4] P. Prommee, K. Angkeaw. High

  the PID controller using desired closed-loop response . 10th IFAC

  [3] M. N. Anwar and S. Pan. Synthesis of

  and Implementation of Stable PID Controller for Interacting Level Control System . Procedia Computer Science 79 (2016) 737 – 746.

  Engineering Practice 64 (2017) 111– 126. [2] C. B. Kadu and C.Y. Patil. Design

  Research and Technology 14 (2016) 125–131. [10]