SIMULASI SISTEM KONTROL PID UNTUK MOTOR DC DENGAN SIMULINK MATLAB

Penulis : Henry Toruan diterbitkan di Polimedia No.

ABSTRAK

Penggunaan program simulasi berbantuan komputer untuk memahami kerja suatu sistem kontrol semakin popular. Keuntungan nyata penggunaan komputer dalam memahami sistem tersebut adalah mempermudah kerja karena tidak membutuhkan berbagai peralatan seperti alat ukur, generator fungsi, osiloskop, kabel konektor, sumber daya, protoboard untuk merealisasi sistem untuk dianalisa. Kita dapat menentukan parameter kontrol yang sesuai sebelum merealisasi sistem tersebut. Tulisan ini akan membahas penggunaan simulink pada Matlab dalam merancang sistem kontrol PID pada motor DC.

KATA KUNCI

Kontrol motor DC, PID, simulink Matlab

PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi kontrol mengalami banyak perkembangan dari kontrol konvensional ke kontrol otomatis sampai kontrol cerdas. Demikian juga perkembangan teknologi komputer terus berkembang seiring perkembangan teknologi elektronika yang semakin maju. Sistem kontrol dibutuhkan untuk memperbaiki tanggapan sistem dinamika agar didapat sinyal keluaran seperti yang diinginkan. Untuk dapat merancang sistem kontrol yang baik diperlukan analisis untuk mendapatkan gambaran tanggapan sistem terhadap aksi pengontrolan. Sebelum merancang sistem kontrol, kita harus memodelkan sistem dinamika terlebih dahulu. Permasalahan yang dihadapi dalam merancang sistem kontrol adalah mendapatkan fungsi alih dari sistem tersebut dengan pendekatan matematika kemudian menganalisisnya apakah sistem tersebut sudah baik atau belum. Dengan bantuan matlab proses analisa fungsi alih akan menjadi jauh lebih mudah dan cepat sehingga akan lebih memudahkan dalam merancang suatu sistem kontrol. Hal lebih lanjut adalah melihat respon keluaran sistem tersebut terhadap gangguan yang ada.

Permasalahan yang akan dibahas pada laporan ini adalah bagaimana menganalisa pengaruh gangguan terhadap suatu sistem kontrol motor DC menggunakan simulink matlab.

TINJAUAN PUSTAKA

Pemodelan sistem

Motor DC diilustrasikan seperti Gambar 1 dimana input motor berupa tegangan suplai (ν) dan output adalah posisi rotasi (θ).

Gambar 1. Ilustrasi motor DC

Pada kasus kontrol ini yang digunakan adalah motor DC dengan parameter-parameter fisik motor sebagai berikut :

Moment inertia motor (J) =0.01 kg m²/s²

Damping ratio sistem mekanis (b) =0.1 Nms

Konstanta electromotive force (k=k_t=k_e)=0.01 Nm/A

Resistansi motor (R) = 1Ω

Induktansi motor (L) = 0.5 H

Torsi motor berhubungan dengan arus armature dengan faktor konstanta armature k_t dan emf balik e berhubungan dengan kecepatan rotasi ω dengan factor konstanta motor k_e.

Berdasarkan Gambar 1 diatas, dengan mengkombinasikan hukum Newton dan Kirchhoff dimana k_t=k_e= k maka dapat ditulis persamaan :

Hubungan antara kecepatan rotasi dan posisi rotasi adalah :

Operasi transformasi Laplace pada persamaan diatas akan menghasilkan :

Selanutnya didapatkan fungsi alih yang merupakan perbandingan antara kecepatan rotasi terhadap tegangan input.

Model matematika motor DC pada simulink dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Model matematika motor DC pada simulink

Kontrol PID sering digunakan karena merupakan kontrol sistem tertutup yang cukup sederhana dan kompatibel dengan sistem kontrol lainnya seperti fuzzy, adaptif dan robust kontrol. Fungsi alih C(s) pada sistem kontrol PID merupakan besaran yang nilainya tergantung pada nilai konstanta dari sistem Proportional, Integral dan Derivative.

Sistem kontrol PID terdiri dari 3 buah cara pengaturan, yaitu kontrol P, I dan D dengan masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Dalam implementasinya masing-masing cara dapat bekerja sendiri ataupun gabungan diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol ini yang perlu dilakukan adalah mengatur parameter P, I dan D agar tanggapan sinyal keluaran sistem terhadap masukan tertentu sebagaimana yang diinginkan. Tanggapan sistem kontrol PID terhadap perubahan parameter P, I dan D dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Tanggapan sistem kontrol PID terhadap perubahan parameter P, I dan D

Tanggapan Lup Tertutup	Waktu Naik	Overshoot	Waktu Turun	Kesalahan Keadaan Tunak
Proportional (KP)	Menurun	Meningkat	Perubahan kecil	Menurun
Integral (KI)	Menurun	Meningkat	Meningkat	Hilang
Derivative(KD)	Perubahan kecil	Menurun	Menurun	Perubahan kecil

Untuk merancang sistem kontrol PID dilakukan dengan metode coba-coba atau trial and error dengan kombinasi antara P, I dan D sampai ditemukan nilai yang tepat untuk menghasilkan respon keluaran sistem seperti yang diinginkan karena parameter K_P ,K_I , dan K_D tidak berdiri sendiri.

METODE PENELITIAN

Penganalisaan terhadap gangguan dapat dilakukan dengan memodelkan sistem motor DC, kontroler dan membuat simulasi tegangan referensi dan gangguan pada simulink matlab. Pada sistem ini gangguan diset terjadi pada detik ke-5 dengan besar gangguan konstan 2 V hingga seterusnya. Model dari sistem keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 3. Model sistem motor DC dapat dilihat pada Gambar 4. Rancangan model kontroler PID yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 3. Model simulasi sistem dengan simulink matlab

Gambar 4. Model sistem motor DC

Gambar 5. Rancangan model kontroler PID

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tampilan osiloskop dari sinyal referensi, gangguan dan respon keluaran sistem kontrol dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6. Tampilan sinyal referensi, gangguan dan respon keluaran sistem kontrol

Dari respon keluaran sistem dapat dilihat bahwa saat terjadi gangguan pada detik ke-5 sebesar 2 Volt, sistem sedikit terganggu tetapi pada saat yang singkat sistem kembali pada keadaan semula seperti yang diinginkan yaitu saat referensi 10 Volt.

Kita dapat mengganti parameter Kp, Ki, dan Kd pada model kontroler PID untuk mendapatkan respon keluaran lain yang mungkin lebih baik.

SIMPULAN

Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa perancangan suatu sistem kontrol akan menjadi lebih mudah dan menarik dengan menggunakan bantuan program aplikasi komputer matlab dengan fasilitas simulink-nya.

SARAN

Setelah melihat dan menganalisis masalah yang dihadapi mahasiswa jurusan Teknik Elektro dalam mempelajari teori perkuliahannya, perlu disarankan penyediaan komputer khusus untuk simulasi dan analisis agar mereka lebih termotivasi mempelajari prinsip kerja suatu sistem yang cenderung membosankan karena tidak dapat mengetahui secara pasti keluaran yang semestinya dan melihat pengaruh input terhadap outputnya.

RUJUKAN

Djoko Purwanto, PhD. 2006. Perancangan Sistem Kontrol dengan Matlab. Surabaya, ITS.

Ogata, Katsuhiko. 1997. Teknik Kontrol Automatik Jilid I dan II, Edisi 2. Jakarta: Erlangga.

Stanley M.Shinners. 1998. Matlab and Simulink Based Books. Modern Control System Theory and Design, 2ed. New York: John Wiley &Sons,Inc.

Thomas Wahyu Dwi Hartanto dan Y.Wahyu Agung P. 2003. Analisis dan Desain Sistem Kontrol dengan Matlab. Yogyakarta: ANDI

Selengkapnya...

RANCANG BANGUN PLC BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535

Masih dalam proses penerbitan di Jurnal Polimedia
Selengkapnya...

Penentuan Pola Campuran Pertamax dan Premium Menggunakan Sensor Gas Semikonduktor dengan Algoritma FFT

Masih dalam proses penelitian DIPA Polmed 2012

Selengkapnya...

Membiasakan yang benar bukan......
membenarkan yang biasa Selengkapnya...

Presentasi Seminar Nasional UISU 2009

Slide presentasi ini merupakan materi pada acara seminar nasional tentang instrumentasi disajikan pada seminar yang diselenggarakan oleh UISU

Seminar Nasional UISU 2009
Selengkapnya...

SIMULASI MIKROKONTROLER (AVSIM51)

oleh Henry Toruan

Simulasi mikrokontroler diperlukan untuk melihat pengaruh instruksi yang diberikan pada mikrokontroler tersebut. Hal ini sangat membantu saat mempelajari instruksi-instruksi mikrokontroler dan perancangan suatu aplikasi mikrokontroler.

Simulasi untuk mikrokontroler secara umum dapat dilakukan dengan melakukan 3 tahap, yaitu :

1. Pembuatan listing program

2. Pembuatan file kompilasi

3. Melakukan simulasi dengan file yang sudah terkompilasi

Listing program yang akan dibuat menggunakan text editor Notepad. File yang sudah dibuat selanjutnya disimpan menggunakan ekstensi h51 pada lokasi yang sama. File program akan dikompilasi menggunakan program assembler 51xasm untuk menghasilkan file hexadecimal yang akan diperlukan untuk melakukan simulasi. Simulator mikrokontroler yang akan digunakan adalah Avsim51 untuk mikrokontroler keluarga intel 8051.

Program latihan pertama menggunakan Notepad untuk melihat perubahan isi memori dan akumulator dengan instruksi MOV dapat dilihat pada Gambar 1

Gambar 1 Program latihan 1

Proses kompilasi dapat dilihat pada Gambar 2 dimana kita dapat memanggil program 51xasm dan mengetikkan nama file tanpa ekstensi. Secara otomatis program akan menghasilkan file hexadecimal dengan nama yang sama dengan nama programnya bila tidak terdapat pesan kesalahan seperti pada Gambar 3.

Gambar 2 Proses kompilasi program

Gambar 3 Tampilan proses kompilasi saat telah berhasil

Bila masih ada kesalahan, kita dapat melihat pesan kesalahan tersebut dengan membuka file berekstensi prn. Setelah perbaikan dilakukan, dapat dilakukan proses kompilasi kembali. Bila telah sukses dikompilasi, file prn yang terbentuk dapat dilihat pada Gambar 4. Report disebelah kiri adalah alamat memori dan instruksi dalam bahasa mesin atau heksadesimalnya. File heksadesimalnya sendiri dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 4. File report hasil kompilasi

Gambar 5. File hexadecimal hasil kompilasi

Kita dapat menjalankan program simulasi mikrokontroler avsim51.exe yang terdapat dalam direktori D:\MC8031 dengan mengetikkan avsim51 dalam direktori tersebut pada MsDos Prompt.

Menu awal program dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5 Menu awal program simulasi mikrokontroler Avsim51

Pada simulasi ini kita akan menggunakan mikrokontroler keluarga 8031 sehingga kita mengetikkan c pada menu pilihan sehingga tampil menu berikutnya seperti tampak pada Gambar 6.

Gambar 6 Menu pilihan Avsim51 untuk mikrokontroler keluarga 8031

Ketik L(Load) > P(Program) dan ketikkan nama file hexadecimal-nya, yaitu latih1.hex sehingga tampilan program dapat dilihat pada Gambar 7:

Gambar 7 Hasil simulasi program latih1

Untuk melakukan simulasi secara bertahap kita tekan F10 dan lihat pengaruhnya pada mikrokontroler untuk setiap tahap. Untuk melakukan reset atau pengalamatan dari suatu lokasi memori dapat dilakukan dengan menekan tombol esc dan menggantikan alamat pada PC (Program Counter) dengan mengetikkan angka tertentu. Untuk keluar dari program pilih menu Quit dan Exit.

Program latihan kedua, hasil proses kompilasinya dan file hexadesimalnya dapat dilihat pada Gambar 8, 9 dan 10.

Gambar 8 Program latihan kedua

Gambar 9 Hasil kompilasi program latihan kedua

Gambar 10 Hasil file hexadecimal program latihan kedua

Hasil simulasi program latihan kedua dapat dilihat pada Gambar 11.

Gambar 11 Hasil simulasi program latihan kedua

Selengkapnya...

Tutorial EAGLE 4.16r2 Professional

oleh : Henry Toruan

1. Untuk memulai Eagle Board, Pilih File>New>Board

2. Untuk mengambil komponen, Pilih icon Add Pilih katagori komponen dan komponennya

3. Untuk mengambil komponen mikrokontroler AT89S51, Pilih Atmel>DIL40

4. Untuk mengambil komponen resistor, Pilih rcl>0204/7 (7.5 mm)

5. Untuk mengambil komponen resistor pack 9 pin, Pilih resistor-net>RN-9

6. Untuk mengambil komponen Led petak kecil, Pilih led>Led2x5 (2x5mm)

7. Untuk meletakkan komponen, Bawa komponen ke lokasi lembar kerja yang diinginkan, putar posisinya dengan klik kanan mouse dan letakkan dengan klik kiri mouse.

Untuk mengakhirinya Tekan tombol esc dan Pilih cancel.

8. Untuk memperbesar/memperkecil tampilan saat pengeditan, gunakan scroll mouse

9. Untuk menghapus komponen, Pilih icon Delete dan klik kiri pada komponen

10. Untuk memindahkan komponen, Pilih icon Move >klik kiri mouse pada komponen, tahan sambil bawa dan lepaskan pada lokasi yang diinginkan.

11. Untuk melakukan proses undo, Pilih Edit>Undo atau alt+backspace atau F9. Untuk buat short cut baru, Pilih Options>Assign

12. Pengaturan jalur, Pilih icon Wire . Pilih layer, jenis bengkokan, tebal jalur dan jenis pastikan continuous.

Untuk menghubungkan jalur, klik kiri mouse pada ujung kaki awal komponen, bawa pada ujung akhir komponen dan klik kiri 2x.

13. Untuk penambahan teks, Pilih icon Teks , atur letak layer, besar font dan pastikan jenisnya proportional. Ketikkan teks yang diinginkan>OK. Bawa, putar dengan klik kanan mouse dan letakkan pada posisi yang diinginkan dengan klik kiri. Untuk akhiri, tekan tombol esc>ok.

14. Pengaturan Grid, Pilih icon Grid. Pilih View > Grid. Pengaturan defaultnya adalah :

Untuk memudahkan kerja, pilih satuan mm.

15. Pengaturan background, Pilih Options>User Interface. Pengaturan defaultnya adalah :

16. Pengaturan pencetakan

Pilih Bagian yang dicetak contohnya untuk pcb bottom layer, Pilih icon Display Pilih Bottom(16), Pads(17), Vias(18)

Untuk mencetak, Pilih File>Print>Page>Atur posisi Vertical dan Horizontalnya agar dapat mencetak 6 buah layout pada satu kertas untuk 6 kali pencetakan.

Catatan pada versi 5 telah ada fasilitas print preview.

Skematik Sistem minimum AT89S51 yang dikerjakan pada pelatihan guru SMK N-1 Berastagi :

Layout PCB yang dikerjakan pada pelatihan guru SMK N-1 Berastagi :

TAMBAHAN :

Untuk mengkopi komponen, pilih ikon kopi klik komponen yang akan dikopi > Atur posisinya > Letakkan pada lembar kerja.

· Untuk DB9 yang melekat pada board > con-subd > F09HP

· Untuk konektor header > con-lstb > MA05-2 (2baris @5pin)

· Untuk Led > led > LD 260

· Untuk Resistor > rcl

· Untuk Elco > rcl > E1.8-4

· Untuk Kristal > crystal > HC49U

· Untuk Dioda > diode > D5

· Untuk jumper > jumper > JP1 (2pin)

· Untuk dip switch > switch omron > B3F-10XX

Untuk mengedit jalur jalur PCB apakah telah terkoneksi baik dengan pad-nya, maka hilangkan dahulu layer View > Display>Hide layers >tPlace non aktifkan. Aktifkan hanya layer top, button, pad dan vias.

Untuk buat jumper di lapis atas, gunakan ikon via dan letakkan pada posisi serapat mungkin. Gunakan ikon wire kemudian pilih layer Top dan hubungkan kedua via yang ada.

Bila bosan dengan tampilan kerja Ubah dengan Option > User Interface dan atur settingnya.

Untuk Pengaturan bagian pinggir PCB untuk pentanahan, gunakan ikon dan gunakan pad bentuk lingkaran untuk tempat baut alas PCB.

Hasilnya dapat menyegarkan suasana kerja. Tapi untuk kerja lama setting defaultnya lebih baik.

Selengkapnya...