skd-laporan akhir-131311051-millatina-polban
Post on 10-Sep-2015
25 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
Perancangan dan Realisasi Sistem Kendali Digital pada
Plant Level Air dengan Metode Ziegler-Nichols &
Coohen-Coon menggunakan Matlab dan Arduino
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan mata kuliah
Sistem Kendali Digital
DIPLOMA III/D-3 TEKNIK ELEKTRONIKA
TEKNIK ELEKTRO
Oleh:
Millatina F R
131311051
Politeknik Negeri Bandung
2015
-
i
ABSTRAK
Suatu sistem yang telah dirancang tidak akan selalu menghasilkan respon
atau output yang sesuai dengan perancangan. Dibutuhkan suatu pengendalian atau
pengontrolan untuk mengurangi error yang didapat agar sistem bisa stabil sesuai
yang diharapkan. Metoda Kendali PID yang di rancang menggunakan software
Matlab 2013 yang berupa Simulink dan script yang dihubungkan ke modul
Arduino UNO agar perancangan tunning PID dapat dihubungkan ke modul sistem
kendali level air. Terdapat dua metode yang digunakan untuk mendapatkan respon
dengan rise time, overshoot, steady state error dan settling time yang kecil yaitu
menggunakan metoda Ziegler Nichols tipe 1 dan Ziegler Nichols tipe 2. Hasil dari
manual tunning PID Ziegler Nichols 2 lebih sesuai apabila diaplikasikan pada
modul sistem kendali level air dibandingkan dengan Ziegler Nichlos tipe 1.
Metode Ziegler Nichols tipe 2 ini diterapkan pada jenis sistem seperti kendali
level air ini karena tidak membutuhkan waktu yang lama untuk mendapatkan
respon yang digunakan untuk mencari parameter PID. Kendali level air ini dapat
diaplikasikan pada industri-industri seperti tangki pengisian minyak, bendungan,
pengisian botol/ kaleng minuman, dan sebagainya. Kendali level air juga dapat
diaplikasikan pada sistem pendeteksi banjir.
Kata Kunci : Level Air, Ziegler Nichols, Matlab, Arduino Uno, dan Kendali PID
-
ii
ABSTRACT
A system that has been designed will not always produce a response or
output in accordance with the design. It takes a controlling or controlled to reduce
error obtained so that the system can be stabilized as expected. PID control
method that is designed using the software Matlab Simulink and 2013 in the form
of scripts that are connected to the Arduino UNO module so that the design of
tunning PID module can be connected to a water level control system. There are
two methods used to get a response to the rise time, overshoot, steady state error
and settling time is small, namely using Ziegler Nichols method of Ziegler
Nichols type 1 and type 2. The results of the manual Ziegler Nichols tuning PID 2
is more appropriate when applied to the module system control the level of water
compared with Nichlos Ziegler Ziegler Nichols type 1. Type 2 Method is applied
to the type of water level control system such as this because it does not take long
to get a response that is used to find the PID parameters. The water level control
can be applied to industries such as oil charging tank, dam, charging bottles / cans
of drink, and so on. Water level control can also be applied to flood detection
system.
Key Word : Water Level,Ziegler Nichols, Matlab, Arduino Uno and PID
Controller.
-
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT yang mana atas rahmat dan
bimbingan-Nya laporan akhir ini yang berjudul SISTEM KENDALI DIGITAL PADA
PLANT LEVEL AIR dapat terselesaikan tepat pada waktunya. Laporan ini dibuat
untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan mata kuliah Sistem Kendali Digital,
program studi D-3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri
Bandung.
Selama pelaksanaan pembuatan laporan, penulis banyak mendapatkan bantuan dan
bimbingan dari banyak pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan banyak terima kasih
kepada pihak - pihak berikut :
1. Orang tua dan keluarga lainnya yang telah memberikan dukungan materil maupun
moril.
2. Bapak Feriyonika, S.T., M.Sc. Eng. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan
bimbingan dan nasehatnya kepada penulis yang sangat bermanfaat sekali dalam
menyelesaikan laporan akhir ini.
3. Rekan-rekan EC 2B 2013 yang selalu memberikan dukungan dan semangatnya
kepada penulis.
Penulis menyadari dalam penyusunan laporan akhir ini masih jauh dari kata
sempurna, masih banyak kekurangan yang disadari penulis sendiri, oleh karena itu kritik
atau saran sangat diharapkan untuk mendukung penulisan laporan ini untuk menjadi lebih
baik lagi. Akhir kata penulis berharap, laporan ini dapat memberikan manfaat khususnya
untuk penulis sendiri dan umumnya untuk pembaca guna yang dapat membuat tulisan
menjadi lebih baik lagi.
Bandung, Januari 2015
Penulis
-
iv
DAFTAR ISI
ABSTRAKSI ........................................................................................................... i
ABSTRACT ............................................................................................................ ii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... iii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. v
DAFTAR TABEL ................................................................................................ vi
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Tujuan ...................................................................................................... 2
BAB II DASAR TEORI ....................................................................................... 3
2.1 Sistem Kendali PID ................................................................................. 3
2.1.1 Pengontrol proporsional 1............................................................. 4
2.1.2 Pengontrol Integral ........................................................................ 4
2.1.3 Pengontrol Derivative .................................................................... 5
2.2 Metode Ziegler Nichols ........................................................................... 5
2.2.1 Ziegler Nichols Tipe 1 ................................................................... 6
2.2.2 Ziegler Nichols Tipe 2 ................................................................... 7
2.3 Matlab ...................................................................................................... 8
2.4 Arduino uno ............................................................................................. 9
BAB III METODA DAN PENYELESAIAN .................................................... 11
3.1 Blok diagram kendali Level Air ............................................................ 11
3.2 Alat dan bahan ....................................................................................... 11
3.3 Perancangan dan Pengujian Perangkat Keras (Hadware) ...................... 12
-
v
3.3.1 Modul Power Suppy (PS-6) ......................................................... 12
3.3.2 Modul Power Amplifier (PA-6) .................................................. 12
3.3.3 Modul Reference Variable Generator (RVG-6) .......................... 12
3.3.4 Modul PID (PA-6) ....................................................................... 13
3.4 Perancanagn dan Pengujian Perangkat Lunak (Software) ..................... 13
3.4.1 Script Matlab ............................................................................... 13
3.4.2 Sistem Kendali Ziegler Nichols Tipe 1 ....................................... 13
3.4.3 Sistem Kendali Ziegler Nichols Tipe 2 ...................................... 13
3.4.4 Sistem Kendali dengan Metoda Cohen Coon ............................. 14
3.4.5 PID Arduino ................................................................................ 14
BAB IV DATA DAN ANALISA ........................................................................ 15
4.1 Sistem Kendali Ziegler Nichols Tipe 1 ................................................. 15
4.1.1 Proses Manual Tuning ............................................................... 17
4.2 Sistem Kendali Ziegler Nichols Tipe 2 ................................................. 18
4.3 Cohen Coon ........................................................................................... 20
4.4 PID Script Matlab .................................................................................. 22
4.5 PID Script Arduino ............................................................................... 25
BAB V KESIMPULAN ...................................................................................... 29
5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 29
5.1 Saran ...................................................................................................... 30
DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................................
-
vi
DAFTAR TABEL
Tabel II.1 Fungsi dari Kp, Ki, dan Kd 3
Tabel IV.1 hasil perhitungan untuk menentukan respon nilai Ki, Kp, dan Td
16
Tabel IV.2 hasil perhitungan untuk menentukan respon awal pada plant PID
asli 16
Tabel IV.3 Perhitungan waktu matlab dan waktu sebenarnya 21
-
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 Diagram blok kontroler proposional 4
Gambar II.2 Kurva Sinyal 5
Gambar II.3 Blok diagram Derivative 5
Gambar II.4 Arduino Uno 9
Gambar III.1 Model Blok Simulink untuk mencari parameter PID 13
Gambar III.2 Model Blok Simulink untuk mencari PCR dan KCR 14
Gambar III.3 Model Blok Simulink Cohen Coon 14
Gambar IV.1 Plant keseluruhan dari Kendali Level Air 15
Gambar IV.2 Respon untuk menentukan nilai Ki, Kp, dan Td 16
Gambar IV.3 Respon sinyal Awal 17
Gambar IV.4 Proses Manual Tuning 17
Gambar IV.5 Plant kendali Level Air Keseluruhan 18
Gambar IV.6 Respon awal 18
Gambar IV.7 Sinyal berosilasi dengan PCR 19
Gambar IV.8 Respon dari Waktu Sebenarnya 19
Gambar IV.9 Plant Level Air keseluruhan 20
Gambar IV.10 Respon awal sinyal berosilasi 20
Gambar IV.1I Hasil Desain Metode Cohen Coon 21
Gambar IV.12 Hasil Manual tuning 22
Gambar IV.13 Respon Awal 23
Gambar IV.14 Respon Sebelum Manual Tunning 24
Gambar IV.15 Respon dari Manual Tuning 24
Gambar IV.16 Hasil Respon sistem menggunakan Arduino Uno 28
-
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam dunia industri sistem kendali sangatlah banyak digunakan terutama
sistem kendali level air, karena kendali level air sangatlah sederhana juga salah
satu dari sekian banyak sistem yang ada dalam dunia industri, Misalnya tangki
pengisian minyak, bendungan, pengisian botol minuman atau kaleng minuman,
aplikasi pada pendeteksi banjir, sistem pendeteksi air pasang-surut air laut, pompa
tangki air di rumah-rumah dan sebagainya. Saat ini banyak sekali ditawarkan
suatu metode kontrol yang efektif dan mudah untuk diimplementasikan, salah
satunya kontrol dengan sistem PID (Proporsional Integral Derivative).
Kepopuleran PID sebagai komponen kontrol proses dilator belakangi terutama
oleh kesederhanaan struktur, serta kemudahan dalam melakukan tuning parameter
kontrolnya. Pada tingkat pengoperasian, seorang operator tidak dituntut untuk
menguasai pengetahuan matematika yang relative rumit, melainkan hanya
dibutuhkan pengalaman lapangan saja. (Dede iskandar,2015)[1]
Dalam perancangan yang dilakukan untuk melakukan proses manual tunning
dapat dilakukan dengan menggunakan software Matlab. Matlab dapat digunakan
untuk mensimulasi sebagai alat untuk mempelajari dasar-dasar kendali PID
sebelum dihubungkan langsung pada plant. Matlab yang dilengkapi Control
Toolbox, membantu perancangan.[2]
Arduino UNO merupakan mikrokontroller yang digunakan untuk
mengkomunikasikan script dan Simulink yang sebelumnya telah dirancang oleh
matlab untuk dihubungan juga dengan modu kendali level air.[3]
Pada laporan akhir ini penulis akan menggunakan algoritma PID dengan
melakukan manual tunning untuk mengendalikan modul plant level air. Metode
yang dipakai untuk mendapatkan parameter PID adalah dengan menggunakan
metode Ziegler Nichols tipe 1 (open loop) dan tipe 2 (closed loop). Setelah
parameter-parameter PID (Kp, Ti, Td) didapat, selanjutnya nilai dari parameter
tersebut di gunakan ke modul PID. Respon sistem akan di analisis dan akan
-
2
diperbaiki dengan teknik manual tuning oleh karena itu, dilakukan percobaan
dengan judul Perancangan dan Realisasi Sistem Kendali Digital pada Plant Level
Air dengan Metode Ziegler-Nichols & Coohen-Coon menggunakan Matlab dan
Arduino
1.2 Tujuan
Tujuan dari percobaan ini adalah:
-Dapat menggunakan modul sistem kendali level air dengan menggunakan
metode Ziegler Nichlos tipe 1 dan 2.
- Dapat merancang Arduino Uno yang dihubungkan ke matlab dan plant level
air.
- Dapat melakukan pengujian dan penerapan pada sistem kendali PID.
-
3
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sistem Kendali PID
Didalam suatu sistem kontrol kita mengenal adanya beberapa macam aksi
kontrol, diantaranya yaitu aksi kontrol proporsional, aksi kontrol integral dan aksi
kontrol derivative. Masing-masing aksi kontrol ini mempunyai keunggulan-
keunggulan tertentu, dimana aksi kontrol proporsional mempunyai keunggulan
rise time yang cepat, aksi kontrol integral mempunyai keunggulan untuk
memperkecil error ,dan aksi kontrol derivative mempunyai keunggulan untuk
memperkecil error atau meredam overshot/undershot. Untuk itu agar kita dapat
menghasilkan output dengan risetime yang cepat dan error yang kecil kita dapat
menggabungkan ketiga aksi kontrol ini menjadi aksi kontrol PID. Parameter
pengontrol Proporsional Integral derivative (PID) selalu didasari atas tinjauan
terhadap karakteristik yang di atur (plant). Dengan demikian bagaimanapun
rumitnya suatu plant, prilaku plant tersebut harus di ketahui terlabih dahulu
sebelum pencarian parameter PID itu dilakukan.
Tabel II.1 Fungsi dari Kp, Ki, dan Kd
Sistem Kendali PID memiliki transfer Function seperti berikut:
Terdapat 3 pengaruh perubahan konstanta parameter-parameter PID yang
sangat berpengaruh terhadapt respon. Adapun penjelasannya sebagai berikut
-
4
2.1.1 Pengontrol proporsional
Pengontrol proposional memiliki keluaran yang sebanding atau
proposional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang
diinginkan dengan harga aktualnya). Secara lebih sederhana dapat dikatakan
bahwa keluaran pengontrol proporsional merupakan perkalian antara konstanta 6
proposional dengan masukannya. Perubahan pada sinyal masukan akan segera
menyebabkan sistem secara langsung mengeluarkan output sinyal sebesar
konstanta pengalinya. Pada gambar 2.1 menunjukkan blok diagram yang
menggambarkan hubungan antara besaran setting, besaran aktual dengan besaran
keluaran pengontrol proporsional. Sinyal keasalahan (error) merupakan selisih
antara besaran setting
dengan besaran aktualnya. Selisih ini akan mempengaruhi pengontrol, untuk
mengeluarkan sinyal positif (mempercepat pencapaian harga setting) atau negatif
(memperlambat tercapainya harga yang diinginkan).
Gambar II.1
Diagram blok kontroler proposional
2.1.2 Pengontrol Integral
Pengontrol integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki
kesalahan keadaan stabil nol. Jika sebuah plant tidak memiliki unsur integrator
(1/s), pengontrol proposional tidak akan mampu menjamin keluaran sistem
dengan kesalahan keadaan stabilnya nol. Dengan pengontrol integral, respon
sistem dapat diperbaiki, yaitu mempunyai kesalahan keadaan stabilnya nol.
Pengontrol integral memiliki karaktiristik seperti halnya sebuah integral.
Keluaran sangat dipengaruhi oleh perubahan yang sebanding dengan nilai sinyal
kesalahan. Keluaran pengontrol ini merupakan penjumlahan yang terus menerus
dari perubahan masukannya. Kalau sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan,
keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan.
Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh
-
5
kurva kesalahan penggerak. Sinyal keluaran akan berharga sama dengan harga
sebelumnya ketika sinyal kesalahan berharga nol. Pada Gambar 2.3 menunjukkan
contoh sinyal kesalahan yang dimasukan ke dalam pengontrol integral dan
keluaran pengontrol integral terhadap perubahan sinyal kesalahan.
Gambar II.2 Kurva Sinyal
Kurva Sinyal Kesalahan e(t) terhadap t pada pembangkit kesalhan nol.
2.2.3 Pengontrol Derivative
Keluaran pengontrol Derivative memiliki sifat seperti halnya suatu
operasi differensial. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol,
akan
mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Pada Gambar 2.4
menunjukkan blok diagram yang menggambarkan hubungan antara sinyal
kesalahan dengan keluaran pengontrol.
Gambar II.3
Blok diagram Derivative
2.2 Ziegler Nichlos
Pada saat ini lebih dari separuh pengontrol yang digunakan di industri
adalah pengontrolan PID digital. Pada masa lampau, pengontrol yang digunakan
kebanyakan berupa analog. Tuning pengontrolan adalah proses menentukan
-
6
parameter pengontrol untuk menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Tuning
pengontrol dapat mengoptimalisasikan sistem proses dan meminimalisasi error
antara variabel proses dan set point. Metoda trial and error adalah salah satu
metoda tuning pengontrol tradisional yang dilakukan berdasarkan pengalaman dan
membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mendapatkan hasil yang diinginkan.
Selain itu ada metoda tuning lain yang dikembangkan dari metoda trial and error
yaitu metoda Ziegler-Nichols dan metoda Cohen-Coen. Metoda Ziegler-Nichols
ini dapatdigunakan pada sistem open loop dan closed loop, sedangkan metoda
Cohen-Coon biasanya hanya digunakan untuk sistem open loop. Sistem closed
loop adalah sistem yang menggunakan feedback untuk mengontrol, sedangkan
sistem open loop adalah sistem yang output-nya tidak dibandingkan dengan input.
2.2.1 Ziegler Nichlos Tipe-1 (Open Loop)
Open Loop terbuka atau kontrol lup terbuka adalah suatu sistem
yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol.
Artinya sistem control terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai
umpan balik dalam masukan.
Persamaan umum PID. Dalam domain waktu sinyal kendali, u(t),
ditulis sbb:
-
7
Pengertian integral = Sum = Menjumlah
e = Integral Error
de = Differential = Perubahan
dt = Jika Lebih cepat ada domain waktu
2.2.2 Metode Ziegler Nichols Tipe 2 (close loop)
Dibandingkan dengan Ziegler-Nichlos, Cohen and Coon bisa
dipakai untuk mendesain PD-Controller. Cohen and Coon juga
bisadipakai untuk plant yang memiliki deadtime yang besar.
Ada tahapan untuk mendesain dengan Cohen and Coon:
Close loop perubahan respon:
-
8
2.3 Matlab
Matlab atau yang sering kita sebut dengan (Matrix Laboratory) yaitu
sebuah program untuk menganalisis dan mengkomputasi data numerik, dan
MATLAB juga merupakan suatu bahasa pemrograman matematika lanjutan, yang
dibentuk dengan dasar pemikiran yang menggunakan sifat dan bentuk
matriks.MATLAB yang merupakan singkatan dari Matrix Laboratory, merupakan
bahasa pemrograman yang dikembangkan oleh The Mathwork Inc. yang hadir
-
9
dengan fungsi dan karakteristik yang berbeda dengan bahasa pemrograman lain
yang sudah ada lebih dahulu seperti Delphi, Basic maupun C++.
Pada awalnya program aplikasi MATLAB ini merupakan suatu interface
untuk koleksi rutin-rutin numerik dari proyek LINPACK dan EISPACK, dan
dikembangkan dengan menggunakan bahasa FORTRAN, namun sekarang ini
MATLAB merupakan produk komersial dari perusahaan Mathworks, Inc.Yang
dalam perkembangan selanjutnya dikembangkan dengan menggunakan bahasa
C++ dan assembler, (utamanya untuk fungsi-fungsi dasar MATLAB). MATLAB
telah berkembang menjadi sebuah environment pemprograman yang canggih yang
berisi fungsi-fungsi built-in untuk melakukan tugas pengolahan sinyal, aljabar
linier, dan kalkulasi matematis lainnya. MATLAB juga menyediakan berbagai
fungsi untuk menampilkan data, baik dalam bentuk dua dimensi maupun dalam
bentuk tiga dimensi.
2.4 Arduino Uno
Gambar 2.4 Arduino Uno
Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328. Uno
memiliki 14 pin digital input / output (dimana 6 dapat digunakan sebagai output
PWM), 6 input analog, resonator keramik 16 MHz, koneksi USB, jack listrik,
header ICSP, dan tombol reset. Uno dibangun berdasarkan apa yang diperlukan
untuk mendukung mikrokontroler, sumber daya bisa menggunakan power USB
(jika terhubung ke komputer dengan kabel USB) dan juga dengan adaptor atau
baterai. Arduino Uno berbeda dari semua papan sebelumnya dalam hal tidak
menggunakan FTDI chip driver USB-to-serial. Sebaliknya, fitur Atmega16U2
-
10
(Atmega8U2 sampai versi R2) diprogram sebagai konverter USB-to-serial. Revisi
2 dari Uno memiliki resistor pulling 8U2 HWB yang terhubung ke tanah,
sehingga lebih mudah untuk menggunakan mode DFU.
-
11
BAB III
METODA DAN PROSES PENYELESAIAN
Pada bab ini menjelaskan tahap tahap dari awal sampai akhir untuk
menyelesaiakan dari hasil penelitian.
3.1 Blok diagram kendali Level Air
Blok diagram
Keterangan:
1. Blok Input
Blok input terdiri dari modul catu daya dimana catu daya menyuplai
tegangan untuk seluruh modul sebesar +15V.
2. Blok Proses
Blok proses terdiri dari modul Set Point (Reference Variable Generator ),
modul PID dan modul Power Supply (penguat daya).
3. Blok Output
Blok output merupakan output dari plant yang merupakan modul kendali
level air.
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan modul yang digunakan dalam penelitian kendali level air.
1. Laptop 1Buah
2. Arduino Uno 1Buah
CATU
DAYA
INPUT
SET
POINT PID PENGUAT
PROSES
PLANT
OUTPUT
-
12
3. Multimeter 1Buah
4. Kabel Penghubung 1Buah
4. Modul Power Supply (PS-6) 1Buah
5. Modul Power Amplifier (PA-6) 1Buah
6. Modul Reference Variable Generator (RVG-6) 1Buah
7. Modul PID-6 1Buah
3.3 Perancangan dan Pengujian perangkat keras (Hardware)
3.3.1 Modul Power Supply (PS-6)
Catu daya akan bekerja sebagai sumber tegangan apabila power ON/OFF
diubah ke posisi ON. Pada catu daya terdapat potensiometer U untuk mengubah
tegangan yang diinginkan dan digunakan untuk mengatur besarnya tegangan.
Apabila arah panahnya diputar kekiri maka nilai tegangannya 0 volt. Sebaliknya
apabila diputar kearah yang berlawanan tegangannya akan maksimal.
3.3.2 Modul Power Amplifier (PA-6)
Power Amplifier atau Penguat Daya adalah sebagai sumber untuk
mendapatkan tegangan input dari modul PID yang dihubungkan
menggunakan konektor yang secara mekanis telah sejajar dengan channel-
channel untuk memberikan input pada modul sebelumnya.
3.3.3 Modul Reference Variable Generator (RVG-6)
Setpoint atau referense variable generator adalah sebagai input
tegangan dengan range (-10) Volt sampai (+10) Volt atau 0 Volt sampai
(+10) Volt. Kedua pilihan ini bisa diatur dengan memindahkan jumper
penghubung.
-
13
3.3.4 Modul PID (6)
Modul PID ini terdiri dari 3 pengaturan parameter yaitu Kp, Ti dan
Td. Pengaturan parameter tersebut dilakukan secara analog. Sehingga
pengaturan input pada modul sering tidak presisi.
3.4 Perancangan dan Pengujian Perangkat Lunak (Software)
3.4.1 Script Matlab
Script dari Matlab ini digunakan untuk menjalankan sistem yang
telah stabil, dalam artian sudah mengandung nilai Kp, Ki dan Kd yang
sesuai atau yang telah ditentukan . Sehingga respon yang didapat dari
sistem ini memiliki Rise time, settling time, overshoot dan steady state
error yang sangat kecil.
3.4.2 Sistem Kendali PID Ziegler Nichols Tipe 1 (Open Loop)
Dalam metode ini sistem kendali level air diatur dengan sistem
kendali terbuka (open loop). Pada Simulink Matlab, scope akan
memperlihatkan respon berupa Kurva S. Dengan menggunakan metode
tipe 1(Open Loop) untuk mendapatkan parameter L dan T.
Gambar III.1
Model Blok Simulink untuk mencari parameter PID
3.4.3 Sistem Kendali PID Ziegler Nichols Tipe 2(Close Loop)
Dalam metode ini sistem kendali level air diatur dengan sistem
kendali tertutup (close loop) dengan rangkaian feedback. Pada simulink
Matlab ini scope akan menunjukkan grafik yang berosilasi. Parameter Kp
pada modul PID diatur agar menghasilkan osilasi yang konsisten.
-
14
Gambar III.2
Model Blok Simulink untuk mencari PCR dan KCR
3.4.4 Sistem Kendali dengan Metoda Cohen Coon
Gambar III.3
Mode Blok Simulink untuk mencari Td, Gp, T
Dalam metode ini sistem kendali level air diatur dengan sistem
kendali dengan menggunakan Metode Cohen Coon, dengan rangkaian
feedback sama seperti Ziegler Nichols Tipe 2.
3.4.5 PID Arduino
Pemrograman PID ini pada Arduino berfungsi untuk
menggerakkan sistem tanpa bantuan laptop (stand alone).
-
15
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Kendali level air dengan Ziegler Nichols Tipe 1 (Open Loop)
Gambar IV.1
Plant keseluruhan dari Kendali Level Air
Pada gambar diatas adalah plant level air secara keseluruhan yang
dirancang dengan Catu Daya, Set Point, PID, Penguat Daya dan Level Air. Plant
tersebut terdapat Catu daya yang terhubung dengan 220Vac yang dihubungkan
dengan Set Point, yang berfungsi untuk mengatur keluaran air dari plant level air,
dan dihubungkan juga dengan PID, yang berfungsi sebagai pengaturan untuk KP,
Ti dan Td. Lalu PID tersebut dihubungkan ke plant penguat daya karena untuk
menguatkan keluaran. Dan yg terakhir penguat daya dihubungkan pada plant
Level Air, plant ini adalah untuk melihat hasil respon yang didapat lalu dari level
air diumpan bailikkan dengan PID. Dan sudah dirancang juga dengan
menggunakan arduino UNO.
-
16
Gambar IV.2
Respon untuk menentukan nilai Ki, Kp, dan Td
Tabel 4.1 hasil perhitungan untuk menentukan respon nilai Ki, Kp, dan Td
Langkah selanjutkan melihat respon awal dari perhitungan selanjutnya dengan
table dibawah ini
Tabel 4.2 hasil perhitungan untuk menentukan respon awal pada plant PID asli
-
17
Gambar IV.3
Respon sinyal Awal
Gambar ini adalah respon awal yang didapat dari hasil
memasukan nilai Kp, Ti dan Td pada plant PID asli.
4.1.1 Proses Manual Tuning
Gambar IV.4
Proses Manual Tuning
Gambar diatas adalah hasil respon dari manual tuning agar respon
yang sebelumnya lebih baik, agar overshoot dan over damp berkurang
caranya dengan memasukan ke PID, KP , TD dan Ti.
-
18
4.2 Kendali level air dengan Ziegler Nichols Tipe 2 (Close Loop)
Gambar IV.5 Plant kendali Level Air Keseluruhan
Gambar diatas adalah plant keseluruhan Level Air yang dihubungkan
dengan Arduino Uno.
Gambar IV.6 Respon awal
Gambar diatas adalah sinyal berosilasi saat Arduino Uno disambungkan ke
Matlab dan Modul kendali Level Air.
-
19
Gambar IV.7
Sinyal berosilasi dengan PCR
Gambar diatas adalah respon saat sinyal berosilasi dengan PCR. Dengan
membandingkan dengan Real Time (Waktu sebenarnya).
Gambar IV.8 Respon dari Waktu Sebenarnya
Gambar diatas adalah respon dari perhitungan waktu matlab dan waktu
sebenarnya dengan mengatur atur set point.
-
20
4.3 Cohen and Coon
Gambar IV.9 Plant Level Air keseluruhan
Gambar IV.10 Respon awal sinyal berosilasi
Gambar diatas adalah respon awal sinyal berosilasi ketika semua plant
dirancang dengan Arduino Uno dan Matlab dengan menggunakan Blok Simulink
yang telah dibuat.
-
21
Tabel IV.3 Perhitungan waktu matlab dan waktu sebenarnya
IV.1I Hasil Desain Metode Cohen Coon
Gambar diatas adalah hasil desain dari metode Cohen Coon dengan memasukkan
Nilai perhitungan pada tabel sebelumnya.
-
22
Gambar IV.12 Hasil Manual tuning
Gambar diatas adalah Hasil respon dari Manual tuning dengan mengatur
set point dan menambahkan nilai Kp dan Td.
4.4 PID Script Matlab
Berikut adalah Script PID yang digunakan dalam matlab dengan
berdasarkan perhitungan sebelumnya untuk melihat hasil respon.
%===============START=========
====== clf
%Time Sampling Ts=0.053703; pinMode(a,6,'output') pinMode(a,13,'output') pinMode(a,10,'input') %Setting Parameter PID Kp =30; Ti =50; Td =0;
Ki =Kp/Ti; Kd=Kp*Td;
%=======Kondisi Error Awal error_sebelum=0; errorI_sebelumnya=0;
%=========Set untuk Plot y1=0; y2=0;
t=0; x=0; digitalWrite(a,13,1); start=digitalRead(a,10);
while (start==1) tic x=x+1; %=============================
====== %Tentukan PV (proses value)
awal SP = analogRead(a,0); SP = SP*0.0049;
%Tentukan PV (proses value)
awal PV = analogRead(a,5); PV = PV*0.0049;
%Hitung Error error = SP - PV;
%Hitung Error Integral errorI_sekarang = ((error
+ error_sebelum)/2)*Ts;
-
23
errorI = (errorI_sekarang)
+ (errorI_sebelumnya);
%Hitung Error Differential errorD = (error -
error_sebelum)/Ts;
%Kendali PID outP = Kp*error; outI = Ki*errorI; outD = Kd*errorD; outPID = outP + outI +
outD; outPID=outPID/5; %=============================
====== %Membatasi agar nilai PID
tidak > 10 if outPID > 10 outPID=10; else outPID=outPID; end
%Membatasi agar nilai PID
tidak
-
24
Gambar IV.14 Respon Sebelum Manual Tunning
Gambar diatas adalah hasil respon sebelum dilakukannya Manual Tuning dengan
memasukkan hasil perhitungan Kp, Ki, dan Td ke dalam Script yang ada pada Matlab.
Gambar IV.15 Respon dari Manual Tuning
Gambar diatas adalah hasil respon dari proses manual tuning dengan
memasukkan nilai perhitungan Kp, Ki, dan Td yang hasil perhitungannya berbeda dari
hasil perhitungan sebelumnya.
-
25
4.5 PID Script Arduino
Berikut adalah Script yang dijalankan dalam software Arduino Uno yang telah
dimasukkan nilai perhitungan Kp, Ki, dan Td dengan menambahkan LCD ketika
perancangannya.
#include
// initialize the library with the numbers
of the interface pins
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
int Output = 6;
float Ts = 0.01;
float Kp = 30;
float Ti = 50;
float Td = 0;
float Ki = Kp/Ti;
float Kd = Kd*Td;
float Setpoint, Feedback, Setpoint1,
Feedback1;
float error;
float errorD, errorD1;
float errorI, errorIsekarang,
errorIsekarang1, errorIsekarang2;
float outP, outI, outD, outPIDsebelum;
float errorsebelum = 0;
float errorIsebelum = 0;
int outPID;
void setup() {
pinMode(3,OUTPUT);
lcd.begin(16, 2);
// put your setup code here, to run once:
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("SP :");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("PV :");
lcd.setCursor(10, 0);
lcd.print("mbar");
lcd.setCursor(10, 1);
lcd.print("mbar");
}
void loop() {
// put your main code here, to run
repeatedly:
-
26
Setpoint = analogRead(A0);
Setpoint1 = Setpoint*0.0049;
Feedback = analogRead(A5);
Feedback1 = Feedback*0.0049;
error = Setpoint1-Feedback1;
errorIsekarang = error+errorsebelum;
errorIsekarang1 = errorIsekarang/2;
errorIsekarang2 = errorIsekarang1*Ts;
errorI = errorIsekarang2 +
errorIsebelum;
errorD1 = error - errorsebelum;
errorD = errorD1/Ts;
outP = Kp*error;
outI = Ki*errorI;
outD = Kd*errorD;
outPIDsebelum = outP + outI + outD;
if(outPIDsebelum>10)
{
outPIDsebelum=10;
}
else if(outPIDsebelum
-
28
Gambar IV.16 Hasil Respon sistem menggunakan Arduino Uno
Gambar diatas adalah proses upload program ke Arduino yang berhasil,
plant akan menyala sesuai dengan set point yang diatur melalui modul setpoint
(RVG-6). Respon Arduino tidak berupa grafik melainkan berupa deret bilangan
seperti gambar pada IV.16 yang menunjukkan proses berjalannya respon pada
sistem level air.
-
29
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil saat proses pengujian, pengambilan data dan analisa
percobaan yang telah dilakukan mengenai Sistem Kendali PID pada Sistem
Kendali Level Air, dapat disimpulkan bahwa:
1. Pada plant level air menggunakan Ziegler Nichols tipe 1 yang dihubungkan
dengan arduino uno tidak selalu memiliki respon atau hasil yang baik dengan
menggunakan PID, KP TD dan Ti dengan mengeset sendiri mendapatkan hasil
respon yang didapat menjadi lebih baik karena berkurangnya overshoot dan over
damp.
2. Sistem kendali level air yang yang dikendalikan menggunakan Arduino Uno
menggunakan Ziegler Nichols tipe -2 adalah mencari respon lalu diumpan
balikkan lalu dikendalikan menggunakan set point agar hasil desain yang
diinginkan sedikit terlihat bagus. Namun jika respon yang tidak diinginkan terjadi
disini kita dapat mengatur atur set point atau memperbesar Ki.
3.Pada sistem kendali level air yang yang dikendalikan menggunakan Arduino
Uno menggunakan Cohen Coon adalah metode untuk tuning, yang berarti bahwa
langkah perubahan dapat diperkenalkan ke input setelah berada pada keadaan
tunak. Maka output dapat diukur berdasarkan waktu yang konstan dan waktu
tunda dan tanggapan ini dapat digunakan untuk mengevaluasi parameter kontrol
awal. Digunakan untuk sistem dengan waktu tunda dan lebih cepat waktu respons
loop tertutupnya.
4. Sistem Kendali Level Air dengan menggunakan shield arduino tanpa LCD dan
masih menggunakan laptop, respon yang didapat hasilnya mencapai stady state
namun masih ada perubahan perubahan sangat kecil ketika setpoint diatur dengan
feedback yang didapat. Setelah itu mencoba menambahkan script PID dengan
mengupload di dalam software arduino dengan menambahkan LCD dan tanpa
bantuan laptop (Stand Alone) respon yang didapat adalah hasilnya mencapai
stady state juga namun nilai setpoint yang didapat dengan nilai proses valuenya
masih ada perbedaan lumayan kecil namun perbedaan tersebut sangat kecil
-
30
mungkin perbedaan ini disebabkan oleh pompa air yang membuat air ketika terisi
tidak stabil.
5.2 Saran
Demi untuk kesempurnaan, dan pengembangan kajian dari ilmiah ini, maka
penulis memberikan saran, sebagai berikut:
- Disarankan harus lebih jeli dalam melakukan tunning terutama dalam mennentukan parameter-parameter PID.
-
31
DAFTAR PUSTAKA
[1]Water Level
Control,http://www.academia.edu/10526784/LAPORAN_PRAKTIKUM_SIMU
LASI_WATER_LEVEL_CONTROL.D.html. Diakses 5 Juli 2015
[2]Pengendalian Level, http://serbamurni.blogspot.com/2013/12/laoran-
praktikum-pengendalian-level.html. Diakses 5 juli 2015
[3]Teori Kontrol PID,
http://www.academia.edu/4607460/Teori_Kontrol_PID_Proportional_Integral_De
rivative.html. Diakses 5 Juli 2015
[3]Metoda Tuning Ziegler NBichols,
http://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-
nichols.html. Diakses 5 Juli 2015
[4]Sugitriana, Juwita, Sistem Kendali PID pada Modul Kendali Level
Air.Laporan Akhir, Politeknik Negeri Bandung, 2015
http://www.academia.edu/10526784/LAPORAN_PRAKTIKUM_SIMULASI_WATER_LEVEL_CONTROL.D.htmlhttp://www.academia.edu/10526784/LAPORAN_PRAKTIKUM_SIMULASI_WATER_LEVEL_CONTROL.D.htmlhttp://serbamurni.blogspot.com/2013/12/laoran-praktikum-pengendalian-level.htmlhttp://serbamurni.blogspot.com/2013/12/laoran-praktikum-pengendalian-level.htmlhttp://www.academia.edu/4607460/Teori_Kontrol_PID_Proportional_Integral_Derivative.htmlhttp://www.academia.edu/4607460/Teori_Kontrol_PID_Proportional_Integral_Derivative.htmlhttp://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-nichols.htmlhttp://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-nichols.html
top related