iKATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Tuhan yangMaha Esa, yang telah memberikan berkat, rahmat, serta karunia-Nya,

sehingga kami dapat menyelesaikan Laporan project UAS Ball andBeam Control System.

Adapun maksud dan tujuan dari penyusunan LaporanProject ini adalah untuk Laporan Project Ujian Akhir Semester darimata kuliah Praktikum Sinyal Sistem Kontrol yang sudah kami

lakukan sebelumnya.Laporan ini disusun berdasarkan project yang telah kami

buat dan refrensi dari beberapa sumber. Namun dalam

penyusunannya, kami menyadari masih banyak kekurangan dan jauhdari taraf kesempurnaan. Oleh karena itu, dengan rendah hati kamimenanti saran dan kritik yang sifatnya membangun.

Dalam kesempatan ini perkenankanlah kami menyampaikan

rasa terimakasih kepada Bapak Bayu Sandi Marta selaku pembimbing

atau dosen Praktikum Sinyal Sistem Kontrol.

Surabaya, 28 Juni 2015

Penyusun

ii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Blok Diagram PID Controller

Gambar 2.2 Blok Diagram Kp

Gambar 2.3 Nilai Kp kecil

Gambar 2.4 Blok Diagram Kontrol Integral

Gambar 2.4 Blok Diagram Kontrol Derivative

Gambar 2.5 Respon Sistem

Gambar 2.6 Prinsip kerja Sensor UltrasonikGambar 2.7 Bentuk fisik SRF04

Gambar 2.8 PIN Sensor SRF04

Gambar 2.9 Kerja Sensor SRF04Gambar 2.10 Diagram Kerja Sensor SRF04Gambar 2.11 Motor Servo standar Hitec HS-311

Gambar 2.12 Diagram pulsa Motor Servo

Gambar 2.13 LCD 16x2

Gambar 3.1 Rancangan Ball and Beam

Gambar 3.2 Alat Peraga Ball and Beam

Gambar 3.3 User Interface

Gambar 3.4 Pengaturan PID

Gambar 3.5 Servo dan Sensor

iii

Daftar Tabel

Tabel 2.1 tabel pengaruh Kp, Ki dan Kd

Table 2.2 Konfigurasi PIN LCD 16x2

iv

Daftar Isi

KATA PENGANTAR................................................................ i

DAFTAR ISI .............................................................................. ii

DAFTAR GAMBAR.................................................................. iii

DAFTAR TABEL ...................................................................... iv

BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Tujuan11.2 Latar Belakang..2

BAB II. DASAR TEORI

2.1 PID..32.2 Sensor SRF-0492.3 Servo 142.4 LCD 16x2.16

BAB III. PERANCANGAN ALAT

3.1 Gambaran Alat..18

3.2 Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras.. ..18

3.2.1 Perangkat Keras Modul Mekanik. 18

3.2.2 Perangkat Keras Modul Elektronik ...20

BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS 24

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN. .30

DAFTAR PUSTAKA.. 31

LAMPIRAN. 32

v

1BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang

Keseimbangan merupakan salah satu bagian dari kontrol sistem.Untuk menyeimbangkan suatu papan , kita dapat menggunakan salah

satu tangan sebagai kontrol untuk menaikkan atau merunkan salah satu

sisi beam dengan tujuan untuk menyeimbangkan bola agar dapatseimbang berada pada beam.Sistem ini biasanya dapat ditemukan

dikebanyakan Laboratorium Kontrol di beberapa universitas. Sistem ini

biasanya berhubungan dengan kontrol nyata seperti kontrol untuk

menyetabilkan pesawat saat akan mendarat dan saat pesawat mengalami

turbulensi.

Stuktur dasar kontrol ball and beam terdiri dari sebuah beam yangtersusun secara horizontal dengan salah satu sisi terhubung pada tiang

penyangga dan sisi lainnya terhubung dengan lengan yang dikontrol

oleh motor. Tujuan dari sistem adalah untuk mengontrol posisi bolaagar sesuai dengan titik referensi dan meminimalisir gangguan seperti

saat bola disentuh oleh jari. Sinyal kontrol dapat diperoleh denganmemberikan umpan balik informasi posisi bola.Sinyal kontrol tegangan

menuju ke motor DC melalu amplifier, sehinga torsi yang dihasilkandari motor akan mengerakkan balok sesuai sudut yang diinginkan.

Dengan demikian bola dapat berada di posisi yang diinginkan.

21.2. Rumusan Masalaha. Apakah yang dimaksud dengan Ball and Beam Control System

?

b. Bagaimana memodelkan simulasi Ball and Beam ControlSytem ?

c. Bagaimana kontroler PID yang diterapkan pada system ?

1.3. Tujuana. Mengetahui apa yang dimaksud dengan Ball and Beam Control

System.b. Merancang model simulasi Ball and Beam Control System.c. Menerapkan control PID pada Ball and Beam Control System.

3BAB II

DASAR TEORI

Pada bab ini akan dibahas beberapa teori pendukung yang

digunakan sebagai acuan dalam merealisasikan system. Teori-teori yang

digunakan terdiri dari PID controller, Sensor SRF-04 dan Servo.

2.1 PIDPID (ProportionalIntegralDerivative controller) merupakan

kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan

karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut. Pengontrol PID

adalah pengontrol konvensional yang banyak dipakai dalam duniaindustri. Komponen PID terdiri dari 3 jenis, yaitu Proportional,Integratif, dan Derivatif. Ketiganya dapat dipakai bersamaan maupun

sendiri-sendiri, tergantung dari respon yang diinginkan terhadap suatu

plant.

Gambar 2.1 Blok Diagram PID Controller

4Adapun persamaan Pengontrol PID adalah :

Keterangan :mv(t) = output dari pengontrol PID atau Manipulated VariableKp = konstanta ProporsionalTi = konstanta IntegralTd = konstanta Detivatife(t) = error (selisih antara set point dengan level aktual)Persamaan Pengontrol PID diatas dapat juga dituliskan sebagai berikut :

dengan :

Ada 3 macam control PID yaitu control PI, PD, dan PID. PI adalah

kontrol yang menggunakan komponen proportional dan integratif. PD

adalah kontrol yang menggunakan komponen proportional dan

derivatif. Dan PID adalah kontrol yang menggunakan komponenproportional, integratif, dan derivatif.

52.1.1 Kontrol ProportionalKontroller merupakan sebuah penguat input sehingga hasil pada

output tidak semakin menjadi kecil pada sebuah sistem. Outputproportional adalah hasil pekalian antara konstata proposional dengannilai error nya. Perubahan yang terjadi pada sinyal input akanmenyebabkan sistem secara langsung mengubah output sebesar konstata

pengalinya.

Jika nilai Kp kecil, controller proporsional hanya mampu melakukan

koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon

sistem yang lambat.

Jika nilai Kp besar, respon sistem menunjukan semakin cepatmencapai keadaan yang stabil, tetapi juga memungkinkan motorberputar diatas set point.

Gambar 2.2 Blok Diagram Kp

Gambar 2.3 Nilai Kp kecil

62.1.2 Kontrol Integratif

Kontroller proporsional tidak akan mampu menjamin output darisistem akan menuju ke keadaan yang diinginkan kalau sebuah planttidak memiliki unsur integrator. Pada controller integral, respon kepadasistem akan meningkat secara kontinu terus-menerus kecuali nilai error

yang diintegralkan dengan batasan atas t dan batasan bawah 0 (nol).

U(t) = Ki

Pada diagram blok controller integral, menunjukan hubungan antaranilai error dengan output. Kontorller integral membantu menaikanrespon sehingga menghasilkan output yang diinginkan.

2.1.3 Kontrol Derivatif

Keluaran pengontrol Derivative memiliki sifat seperti halnya suatu

operasi differensial. Perubahan yang mendadak pada masukan

pengontrol, akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan

cepat. Gambar 2.5 menunjukkan blok diagram yang menggambarkanhubungan antara sinyal error dengan keluaran pengontrol.

Gambar 2.4 Blok Diagram Kontrol Integral

7Karakteristik pengontrol derivative adalah sebagai berikut:1. Pengontrol ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada

perubahan pada masukannya (berupa sinyal kesalahan).2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran yang

dihasilkanpengontrol tergantung pada nilai td dan laju perubahansinyal kesalahan.(powel, 1994, 184).

3. Pengontrol derivative mempunyai suatu karakter untuk mendahului,sehingga pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikansebelumpembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrolderivative dapat mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikanaksi yang bersifat korektif, dan cenderung meningkatkan stabilitas

sistem .

2.1.3 Parameter Kontrol PID

Ada beberapa parameter dalam menentukan suatu sistem close loop,yaitu rise time, overshoot, settling time, dan steady state error. Rise timeadalah waktu yang dibutuhkan oleh output plant yang melebihi 90%dari tingkat yang diinginkan saat pertama kali sisem dijalankan.Overshoot adalah seberapa besar peak level lebih tinggi dari steadystate, untuk membuat normal lagi steady state. Settling time adalahwaktu yang dibutuhkan sistem untuk meng-konvergenkan steady state.Steady state error adalah perbedaan antara steady state ouput denganoutput yang diinginkan.

Gambar 2.4 Blok Diagram Kontrol Derivative

8Response CloseLoop

RiseTime Overshoot

SettlingTime

Steady-StateError

Proporsional Decrease Increase Smallchanges Decrease

Integral Decrease Increase Increase Eliminate

Derivatif Smallchanges Decrease Decrease

Nochanges

Tabel 2.1 tabel pengaruh Kp, Ki dan Kd

Gambar 2.5 Respon Sistem

92.2 SensorSensor adalah alat untuk mendeteksi / mengukur sesuatu yang

digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan

kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam lingkungan sistempengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang

menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan

diolah oleh kontroler sebagai otaknya. Sensor dalam teknik pengukuran

dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah besaran fisik(misalnya: temperatur, gaya, kecepatan putaran) menjadi besaran listrikyang proposional). Salah satu sensor yang digunakan dalam pembuatantugas akhir ini adalah sensor ultrasonik.

2.2.1 Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang mengubah besaran fisis(bunyi) menjadi besaran listrik. Pada sensor ini gelombang ultrasonicdibangkitkan melalui sebuah benda yang disebut piezoelektrik.Piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik denganfrekuensi 40 kHz ketika sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut.

Gambar 2.6 Prinsip kerja Sensor Ultrasonik

10

Sensor ultrasonik secara umum digunakan untuk suatu

pengungkapan tak sentuh yang beragam seperti aplikasi pengukuranjarak. Alat ini secara umum memancarakan gelombang suara ultrasonikmenuju suatu target yang memantulkan balik gelombang kearah sensor.Kemudian sistem mengukur waktu yang diperlukan untuk pemancaran

gelombang sampai kembali ke sensor dan menghitung jarak targetdengan menggunakan kecepatan suara dalam medium.

Rangkaian penyusun sensor ultrasonik ini terdiri dari

transmitter,reiceiver, dan komparator. Selain itu, gelombang ultrasonik

dibangkitkan oleh sebuah kristal tipis bersifat piezoelektrik. Bagian-bagian dari sensor ultrasonic adalah sebagai berikut :

1. PiezoelektrikPeralatan piezoelektrik secara langsung mengubah energi listrik

menjad ienergi mekanik. Tegangan input yang digunakan menyebabkanbagian keramik meregang dan memancarkan gelombang ultrasonik.

Tipe operasi transmisi elemen piezoelektrik sekitar frekuensi 32 kHz.Efisiensi lebih baik, jika frekuensi osilator diatur pada frekuensiresonansi piezoelektrik dengan sensitifitas dan efisiensi paling baik. Jikarangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik

yang sama dapat digunakan sebagai transmitter dan reiceiver.

2. Transmitter

Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar

gelombang ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40 kHz yang

dibangkitkan dari sebuah osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40

KHz, harus dibuat sebuah rangkaian osilator dan keluaran dari osilatordilanjutkan menuju penguat sinyal. Besarnya frekuensi ditentukan oleh

11

komponen kalang RLC / kristal tergantung dari desain osilator yang

digunakan. Penguat sinyal akan memberikan sebuah sinyal listrik yangdiumpankan ke piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik sehinggabergetar dan memancarkan gelombang yang sesuai dengan besar

frekuensi pada osilator.

3. ReceiverReceiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan

piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulanyang berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu

benda atau gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter.Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible,elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat

gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan

menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.

2.2.2 Sensor Ultrasonik Devantech SRF04

Sensor jarak SRF04 adalah sebuah device transmitter dan receiverultrasonic dalam 1 package buatan Devantech yang dapat membaca

jarak dengan prinsip sonar.

Gambar 2.7 Bentuk fisik SRF04

12

Spesifikasi SRF04:

Tegangan keja : 5V DCKonsumsi arus : 30mA (max 50mA)Frekuensi kerja : 40KHzJangkauan : 3cm - 300cm

Input trigger : 10us, level pulsa TTLDimensi : PxLxT (24 x 20 x 17) mm

SRF04 mempunyai 4 pin yaitu VCC, Trigger, Output dan Gnd.

Modul sensor ultrasonic SRF04 ini dapat mengukur jarak antara 3cm sampai 300 cm. Secara prinsip modul sensor ultrasonic ini terdiri

dari sebuah chip pembangkit sinyal 40KHz,sebuah speaker ultrasonic dan sebuah microphone ultrasonic. Speaker

ultrasonic mengubah sinyal 40 KHz menjadi

Gambar 2.8 PIN Sensor SRF04

13

suara ultrasonic sementara microphone ultrasonic berfungsi untuk

mendeteksi pantulan dari suara ultrasonic tersebut.

Prinsip kerja SRF04 adalah transmitter memancarkan seberkassinyal ultrasonic (40KHz) yang bebentuk pulsatic, kemudian jika didepan SRF04 ada objek padat maka receiver akan menerima pantulansinyal ultrasonic tersebut. Receiver akan membaca lebar pulsa (dalambentuk PWM) yang dipantulkan objek dan selisih waktu pemancaran.Dengan pengukuran tersebut, jarak objek di depan sensor dapatdiketahui. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar di bawah ini :

Gambar 2.9 Kerja Sensor SRF04

Gambar 2.10 Diagram Kerja Sensor SRF04

14

Dari diagram diatas bisa dibaca seperti berikut ini :

1. Untuk memulai proses pengiriman data pertamatama pin triggerharus diberikan input high selama minimal 10 microsecond,

kemudian setelah itu diberikan input low lagi.

2. Dari proses diatas sensor ultrasonic akan mengirimkan 8 Cyclesonic burst yang mana lebar pulsanya tergantung pada jarak antarasensor dan penghalang.

3. Setelah proses 2 selesai dikerjakan modul SRF04 akan mengolahdata dan dikirimkan ke microcontroller melalui pin echo denganrentang waktu antara 100 microsecond sampai 18 milisecond.

4. Setelah ke-3 proses diatas selesai dilakukan maka akan mendapat

nilai waktu pemantulan dari penghalang ke sensor. dan dari situ

kita tinggal memasukan rumus untuk mengkonversi nilai waktu ke

jarak dalam centimeter maupun inci.5. Setelah semua proses selesai untuk mengulang pembacaan nilai

ultrasonic SRF04 harus diberi jedah sekitar minimal 10 milisecond.

2.3 ServoMotor servo adalah sebuah motor dengan sistem umpan balik

tertutup di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali kerangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor servo

merupakan salah satu jenis motor DC. Berbeda dengan motor stepper,motor servo beroperasi secara close loop. Poros motor dihubungkan

dengan rangkaian kendali, sehingga jika putaran poros belum sampaipada posisi yang diperintahkan maka rangkaian kendali akan terus

15

mengoreksi posisi hingga mencapai posisi yang diperintahkan. Motor

servo banyak digunakan pada peranti R/C (remote control) sepertimobil, pesawat, helikopter, dan kapal, serta sebagai aktuator robot

maupun penggerak pada kamera. Gambar 10.1 merupakan motor servo

standar.

2.3.1 Prinsip Kerja Motor ServoMotor servo dikendalikan dengan memberikan sinyal modulasi lebar

pulsa (Pulse Wide Modulation / PWM) melalui kabel kontrol. Lebarpulsa sinyal kontrol yang diberikan akan menentukan posisi sudutputaran dari poros motor servo. Sebagai contoh, lebar pulsa dengan

waktu 1,5 ms (mili detik) akan memutar poros motor servo ke posisisudut 90. Bila pulsa lebih pendek dari 1,5 ms maka akan berputar kearah posisi 0 atau ke kiri (berlawanan dengan arah jarum jam),sedangkan bila pulsa yang diberikan lebih lama dari 1,5 ms maka poros

motor servo akan berputar ke arah posisi 180 atau ke kanan (searahjarum jam).

Gambar 2.11 Motor Servo standar Hitec HS-311

16

Ketika lebar pulsa kendali telah diberikan, maka poros motorservo akan bergerak atau berputar ke posisi yang telah diperintahkan,

dan berhenti pada posisi tersebut dan akan tetap bertahan pada posisi

tersebut. Jika ada kekuatan eksternal yang mencoba memutar atau

mengubah posisi tersebut, maka motor servo akan mencoba menahanatau melawan dengan besarnya kekuatan torsi yang dimilikinya (ratingtorsi servo). Namun motor servo tidak akan mempertahankan posisinyauntuk selamanya, sinyal lebar pulsa kendali harus diulang setiap 20 ms(mili detik) untuk menginstruksikan agar posisi poros motor servo tetapbertahan pada posisinya.

2.4 LCD 16x2LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampilan

yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. Pada LCD

berwarna semacam monitor, terdapat banyak sekali titik cahaya (pixel)yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai suatu titik cahaya.

Walaupun disebut sebagai titik cahaya, namun kristal cair ini tidak

Gambar 2.12 Diagram pulsa Motor Servo

17

memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya di dalam sebuah

perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih di bagian belakangsusunan kristal cair tadi.

Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah yangmembentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik

akan berubah karena pengaruh polarisasi medan magnetik yang timbuldan oleh karenanya akan hanya membiarkan beberapa warna diteruskan

sedangkan warna lainnya tersaring.

Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah :a. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.b. Mempunyai 192 karakter tersimpan.c. Terdapat karakter generator terprogram.

d. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit.e. Dilengkapi dengan back light.

Gambar 2.13 LCD 16x2

Table 2.2 Konfigurasi PIN LCD 16x2

18

BAB IIIPERANCANGAN ALAT

Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan realisai dari

perangkat keras, serta perangkat lunak dari peraga Ball and Beam.

3.1 Gambaran Alat

Alat yang akan direalisasikan dalam project ini adalah sebuah alatperaga yang disebut Ball and Beam yang terdiri dari sebuah bola (ball)yang terletak pada sebuah batang (beam) yang mempunyai poros pada salahsatu ujung sisinya dan dapat diatur sudutnya untuk mengendalikan letak /posisi dari bola. Dalam melakukan pengendalian dari posisi bola tersebutdigunakan system kontrol PID. Selain itu, alat tersebut akan dilengkapi

dengan sebuah program yang digunakan untuk konfigurasi nilai dari Kp, Ki

dan Kd yang digunakan dalam system control PID.

3.2 Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan hinggaperealisasian perangkat keras. Perancangan perangkat keras yang akan

dijelaskan meliputi modul mekanik dan modul elektronik yang meliputimodul elektronik pada mekanik dan controller.

3.2.1 Perangkat Keras Modul Mekanik

Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perancangan perangkatkeras dan mekanik dari alat peraga Ball and Beam beserta bagian-

19

bagiannya juga. Gambar dibawah ini menunjukkan rancangan desaindari mekanik alat peraga Ball and Beam.

Mekanik yang dirancang mempunyai dimensi total panjang 80 cm,lebar 20 cm, dan tinggi 30 cm. Sedangkan base yang digunakan sebagaialas tempat holder, servo adapter, serta box controller mempunyai

ukuran panjang 80 cm dan lebar 20 cm.Ball (bola) adalah obyek yangakan dikendalikan letak / posisinya. Bola akan digunakan adalah bola

pimpong yang mempunyai diameter 4 cm dengan berat sekitar 0.1 gramBeam (batang) adalah bagian mekanik dimana bola diletakkan.

Bagian ini terbuat dari 2 akrilik dengan masing-masing panjang 65 cmdan lebar 3 cm yang dihubungkan dengan baut dan juga mur padamasing-masing ujung dari beamnya. Pada sisi ujung dari beam terdapatsensor ultrasonic yang digunakan untuk mendeteksi jarak bola dari titikseimbang. Lever arm yang digunakan mempunyai panjang 25 cm.Dimana lever arm ini berfungsi sebagai penggerak batang (beam) keatasdan atau kebawah sesuai pergerakan servo.

Gambar 3.1 Rancangan Ball and Beam

20

3.2.2 Perangkat Keras Modul Elektronik

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkatkeras modul elektronik yang digunakan dalam alat peraga Ball and

Beam.

3.2.2.1 Pengendali Utama

Pengendali utama bertugas mendapatkan data sensor,memfilter data sensor, mengkonversi data sensor ke jarak, melakukanproses kalkulasi PID, dan memberi pulsa motor servo. Bagian ini

dirancang berbasis mikrokontoller sebagai pusat pengolahan data dan

sebagai pengontrol bagian-bagian lainnya, microcontroller yang

Gambar 3.2 Alat Peraga Ball and Beam

21

termasuk dalam keluarga AVR yaitu ATmega16 buatan AtmelCorporation. Atmega16 dipilih karena fasilitas-fasilitas pendukungmikrokonroller ini cukup lengkap untuk melakukan fungsi-fungsi

diatas.

3.2.2.2 Sensor Posisi Bola

Sensor ini menggunakan sensor ultrasonic SRF-04 yang

digunakan untuk mendeteksi keberadaan bola. Prinsip kerja sensor iniadalah transmitter mengirimkan seberkas gelombang ultrasonik, laludiukur waktu yang dibutuhkan hingga datangnya pantulan dari obyek.

Lamanya waktu ini sebanding dengan dua kali jarak sensor denganobyek, sehingga jarak sensor dengan obyek. SRF04 dapat mengukurjarak dalam rentang antara 3cm 6m dengan output panjang pulsa yangsebanding dengan jarak obyek. Sensor ini memerlukan 4 pin I/O untukberkomunikasi dengan mikrokontroller, yaitu VCC, TRIG, ECHO dan

GND.

3.2.2.2 Aktuator

Aktuator yang digunakan pada mekanik Ball and Beam adalahsebuah motor servo yang dipasang di lengan yang berfungsi sebagai

pengatur sudut beam sehingga beam dapat bergerak naik dan turun

(tilting).Sebagai actuator digunakan sebuah moto servo.

22

3.2.2.3 DebuggerBagian debugger berfungsi sebagai penanda alat ke pengguna

sehingga pengguna dapat memantau status dari alat Ball and Beam.

Bagian ini secara keseluruhan terhubung dan dikendalikan oleh bagian

pengendali utama. Debugger yang digunakan terdiri atas sebuah LCD

karakter 16x2. LCD karakter 16x2 berfungsi sebagai penampilinformasi yang ada pada system. LCD akan menampilkan informasi

tentang status koneksi serial dengan program user interface dan jugapenampil status beam. Pada perancangan pin LCD dihubungkan dengan

PORT C pada mikrokontoller.Kemudian pada LCD ini terdapat sebuahmenu untuk melakukan setting pada Ball and Beam. Saat mengaturnya

digunakan push button dan switch.

Gambar dibawah ini adalah pengaturan nilai dari Kp, Kd, Ki dan

juga set point. Set point adalah titik yang ditentukan agar bola dapatberhenti tepat pada titik tersebut.

Gambar 3.3 User Interface

Gambar 3.4 Pengaturan PID

23

Untuk selanjutnya adalah gambar yang menjunkkan pengaturan darinilai ocr untuk menentukan sudut atau posisi awal dari Alat peraga Balland Beam. Dan pada pengaturan ini sebenarnya yang di atur adalah

posisi sudut dari motor servo.

Gambar 3.5 Servo dan Sensor

24

BAB IVPENGUJIAN DAN ANALISIS

Pada project kali ini adalah penerapan teori system ball and beamdengan menggunakan control PID. Cara kerja dari system ini adalahbergerak sesuai dengan kondisi bola terhadap titik yang sudah

ditentukan pada beam. Untuk menggerakkan ball and beam digunakan

motor servo standart 5 volt dan di ontrol dengan ATmega 16.Sebagai parameter atau tolok ukur untuk kestabilan system

digunakan sensor ultrasonic SRF04 untuk mengukur jarak antara titikdengan bola. Sehingga data dari sensor ini akan dijadikan referensiuntuk menggerakkan motor servo. Secara umum prinsip kerja darisystem ini adalah sensor ultrasonic membaca jarak bola. Data yandibaca dari sensor akan dikonversi kedalam satuan cm. Nilai konversi

ini yang digunakan untuk menentukan nilai error yang digunakan

untukkontrol pada ball and beam. Nilai error didapatkan dari kondisi

data dikurangkan dengan setpoint, yaitu nilai sensor dikurangkandengan nilai titik yang diinginkan. Lalu untuk mengatur kondisi pada

system digunakan control PID yaitu dengan mengatur nilai Kp, Ki dan

Kd. Untuk lebih jelasnya perhatikan source code berikut.

25

- Deklarasi header, define, dan global variabel

Pada gambar diatas ditunjukkan deklarasi pada awal program, dimanaterdapat deklarasi variable serta konstanta. Digunakan library delay.h

untuk konfigurasi delay, lalu alcd digunakan untuk konfigurasi LCD.

Untuk conter digunakan untuk pembacaan sensor, sedangkan setPointadalah variable yang digunakan untuk menentukan titik stabil, dan data

merupakan hasil pembacaan dari senor. Untuk variable calibServo

digunakan untuk melakukan kalibrasi titik stabil beam. Untuk variablebuffer dan buffer2 digunakan untuk menampilkan di LCD. Kp, Ki, dan

Kd digunakan sebagai konstanta pada PID. Untuk variable yang

digunakan untuk DUI (Display User Interface) adalah menu, setting,

26

dan demo. Sedangkan variable eeprom digunakan untuk menyimpan

hasil turning pada memori eeprom ATmega 16.- Inisialisasi Timer1

Pada gambar diatas ditunjukkan inisialisasi pada Timer1. Pada projectkali ini diunakan Mode Phase Correct. Dengan nilai TOP berdasatkan

nilai pada ICR. Nilai ICR diset dengan nilai 752F nilai ini didapatkanberdasarkan.

Nilai 50 Hz merupakan nilai frekwensi PWM. Nilai TOP digunakanuntuk melakukan settingan pada ICR.

27

- Kontrol PID

Selanjutnya adalah program PID. Dimana pada fungsi ini dilakiukaninisilaisasi nilai LastError yang digunakan untuk mengetahui nilai error

sebelumnya, dan Integral, Rate yang digunakan untuk controlProporsional dan Integral. Untuk mengetahui nilai error digunakan

dengan pengurangan nilai sensor dengan setPoint. Kemudian untuk

perhitungan PID sesuai dengan rumus yaitu nilai P didapatkan dari Kp*

error sedangkan untuk I = Ki*Integral sedangkan untuk nilai D =Kd*Rate. Untuk masing- masing control memiliki beberapa fungsi

diantaranya untuk P digunakan untuk memperbaiki risetime, I untuk

steady state error dan D digunakan untuk mengurangi overshoot. Hasil

control PID nantinya akan digunakan sebagai referensi untuk controlmotor servo. Sedangkan untuk PID dipengaruhi oleh data hasil

pembacaan sensor.

28

- Main Program

29

Pada fungsi main diisi dengan program untuk inisialisasi data dan jugauntuk melakukan control pada ATmega 16. Diantaranya untukmelakukan demo dan juga untuk melakukan control pada konstanta PIDdan juga kalibrasi nilai servo. Selain itu digunakan untuk pembacaandata.

30

BAB V

KESIMPULAN

Pada bab ini akan dipaparkan kesimpulan yang telah didapatkanselama perancangan, pembuatan dan pengujian alat. Pada bab ini jugaakan dipaparkan beberapa saran yang dapat dipertimbangkan untuk

kedepannya.

2.5 KesimpulanBerdasarkan perancangan, perealisasian dan pengujian dapat ditarikkesimpulan bahwa:

1. Sistem ini dapat digunakan untuk menunjukkan efek kesimbanganbenda.

2. Dalam merealisasikan system dibutuhkan suatu control yangdigunakan untuk mengatur kestabilan bola, dalam hal ini

menggunakan control PID.

2.6 SaranBeberapa saran yang dapat diberikan penulis untuk penegmbangan

system ball and beam adalah sebagai berikut :

1. Menggunakan sensor jarak yang mempunyai respon lebih cepat agarrespon system lebih cepat.

2. Melakukan pemodelan system yang lebih mendetail agar hasil

pemodelan yang didapatkan lebih baik lagi.

31

32

DAFTAR PUSTAKA

Agus, M., J. Alam, Borland Delphi 5.0, Elex Media Komputindo, Jakarta, 2000.J.B. Rice, Ball On Beam Balance (BOBB), Makalah Internet.Malvino, Albert Paul, Prinsip Prinsip Elektronika Jilid I, Diterjemahkan oleh

Sahat Pakpahan, Erlangga, Jakarta, 1996.Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan), Diterjemahkan

oleh Edi Leksono, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1990.Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan), Diterjemahkan

oleh Edi Leksono, Jilid 2, Erlangga, Jakarta, 1991.Phillips, Charles L., Royce D. Harbor, Sistem Kontrol DasarDasar (Feedback

Control System 3e), Diterjemahkan oleh Prof. R. J. Widodo, Prentice Hall(Asia), 1998.

Wellstead, Peter, Ball And Beam System, Makalah Internet.

33

LAMPIRAN

Bagian Mekanik Ball And Beam

Gambar 6.1. Beam

Gambar 6.2. Level Arm

Gambar 6.3. Tempat Servo

34

Gambar 6.4. Penumpu Dari Ball dan Beam

Gambar 6.4. Sensor Ultrasonik SRF04

Gambar 6.5 Hardware Minimum Atmega 16

35

Gambar 6.6 Skematik

36

DAFTAR GAMBAR(1).pdfLaporan Ball and Beam.pdf