Sistem Kendali Plant Menggunakan Matlabdan Script Arduino

Plant Control System Using Matlab and Script Arduino

Laporan disusun untuk memenuhi salah satu syaratmenyelesaikan pembelajaran DIPLOMA III PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA

Di Jurusan TEKNIK ELEKTRO

Oleh:KIKI ABDUL BAKI

131311049

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG2015

ABSTRAK

Kiki Abdul Baki: Sistem Kendali Suhu. Laporan Akhir: Program Studi Teknik

Elektronika D3. Politeknik Negeri Bandung. 2015

untuk merancang sebuah sistem kendali digital (SKD) diperlukan pengendali plant temperatur

menggunakan kendali digital dan konsep real- time. Arduino Uno adalah sebuah modul yang

dipakai dalam praktikum kendali suhu. Arduino Uno ini berguna sebagai kontroler pada

system kendali ini, feature dari Arduino Uno memiliki keunggulan dengan pemrograman yang

sederhana dan mudah sehingga tidak perlu menggunakan chip dan memiliki sarana komunikasi

USB. Metode PID Ziegler-Nichols merupakan metode utama yang digunakan dalam

praktikum ini dengan matlab sebagai simulator dan interface. Sistem kendali digital

menggunakan Arduino Uno sebagai kontroler pada sistem kendali temperatur dengan kinerja

yang cukup praktis dan sederhana. Pada metode Ziegler Nichols digunakan manual tunning

agar mendapat system kendali yang stabil. System kendali temperature banyak digunakan

seperti pada kendali temperature incubator dan sistem kendali.

Kata kunci: sistem kendali, plant, arduino, real-time

i

ii

DAFTAR ISI

ABSTRAK ..................................................................................................................................... iDAFTAR ISI ................................................................................................................................. ii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................... iv

DAFTAR TABEL .........................................................................................................................v

BAB I PENDAHULUAN ..............................................................................................................1

1.1 Latar Belakang ......................................................................................................................1

1.2 Tujuan ....................................................................................................................................1

1.3 Rumusan Masalah .................................................................................................................11.4 Batasan Masalah ....................................................................................................................2

BAB II LANDASAN TEORI ........................................................................................................3

2.1 Sistem Kendali ......................................................................................................................3

2.2 Plant Temperature ..................................................................................................................4

2.2.1 Jenis-jenis Alat Ukur Temperature ............................................................................4

2.3 PID (Proportional-Integrative-Derivative) ............................................................................52.3.1 Kontrol Proporsional ..................................................................................................5

2.3.2 Kontrol Integratif .......................................................................................................5

2.3.3 Kontrol Derivatif ........................................................................................................62.4 Manual Tunning .....................................................................................................................6

BAB III PROSES PERANCANGAN ...........................................................................................9

3.1 Perancangan Alat Kendali Suhu ............................................................................................9

3.1.1 Modul Power Supply .................................................................................................9

3.1.2 Modul Set Point .........................................................................................................9

3.1.3 Modul PID ...............................................................................................................103.1.4 Modul Power Amplifier ...........................................................................................11

3.1.5 Modul Plant Kendali Temperatur ............................................................................123.2 Sistem Perancangan Kendali Suhu ......................................................................................13

3.2.1 Metode Ziegle Nichols Tipe 1 .................................................................................13

3.2.2 Metode Ziegle Nichols Tipe 2 .................................................................................14

3.2.3 Script Arduino Matlab .............................................................................................143.2.4 Stand Alone Control ................................................................................................15

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................................17

4.1 Ziegler Nichols Tipe 1 .........................................................................................................17

3

4.2 Ziegler Nichols Tipe 2 .........................................................................................................18

4.3 Script Pada Arduino ............................................................................................................214.4 Stand Alone Arduino dan LCD ...........................................................................................23

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................................................29

5.1 KESIMPULAN ...................................................................................................................29

5.2 SARAN ...............................................................................................................................29

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... vi

4

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kendali PID dalam Sistem Kendali ......................................................................................... 5

Gambar 2.2 Closed loop with feedback ...................................................................................................... 7

Gambar 2.3 Cara mencari nilai L dan T....................................................................................................... 8

Gambar 3. 1 Modul Power Supply .............................................................................................................. 9

Gambar 3. 2 Modul Set Point..................................................................................................................... 10

Gambar 3.3 Modul PID ...............................................................................................................10

Gambar 3.4 Modul Power Amplifier ..........................................................................................11

Gambar 3.5 Modul Kendali Temperatur...................................................................................... 12

Gambar 3.6 Sistem Kendali Suhu ............................................................................................... 13

Gambar 3.7 Sistem Kendali Suhu Ziegler Nichols 1 .................................................................. 13

Gambar 3.8 Tampilan Kendali pada Simulink Matlab dengan Slidergain ......................................... 14

Gambar 3.9 Desain plant PID ....................................................................................................... 14

Gambar 3.10 proses desain ........................................................................................................... 15

Gambar 3.11 proses desain stand alone ......................................................................................... 15

Gambar 4.1 Pencarian Nilai Ziegler-Nichols Tipe 1 pada Matlab ........................................................... 17

Gambar 4.2 Sistem Kendali Suhu Ziegler-Nichols Tipe 1......................................... 17

Gambar 4.3 Modul Hasil Manual Tuning Ziegler-Nichols Tipe 1............................................................ 18

Gambar 4.4 Hasil Kendali Simulink Matlab ............................................................................................ 18

Gambar 4.5 Hasil Kendali Simulink Matlab ............................................................................................ 19

Gambar 4.6 M Hasil Kendali Simulink Matlab ........................................................................................ 19

Gambar 4.7 hasil respon ............................................................................................................. 20

Gambar 4.8 respon hasil tunning ................................................................................................ 20

Gambar 4.9 nilai proses value di bawah setpoint ....................................................................... 27

Gambar 4.10 nilai proses value di atas setpoint .......................................................................... 28

Gambar 4.11 nilai proses value sama dengan setpoint ............................................................... 28

5

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Tabel Ziegler-Nichols ..........................................................................................................7

Tabel 2. 2 Karakterisrik Kp, Ki, dan Kd .................................................................................................8

1

1.1 LATAR BELAKANG

BAB I

PENDAHULUAN

Di zaman yang modern ini, banyak industry yang menjadi tujuan dari kebijakan-kebijakan

dalam pengemabangan teknologi diarahkan pada penciptaan suatu alat pengendalian yang

sempurna yang secara terpadi ditunjang oleh pengembangan teknologi modern dengan

mengeksloitasi semua kemampuan dan pengetahuan yang ada untuk meningkatkan kualitas

dan kuantitas hasil produksi. Suatu alat pengendalian otomatis ini sangat banyak digunakan

dalam dunia indutri, dengan perkembangan sangat pesat dan peran penggunaan pengendalian

otomatis sangat penting. Hal ini dikarenakan pengandalian otomatis erat sekali hubungannya

dengan efisiensi waktu, tenaga kerja, hemat energy, ramah lingkungan dan proses produksi

yang tinggi. Salah satu system kendali yang banyak digunakan diindustri adalah pengendali

PID (Proportional Integral Derivatif). Kendali PID merupakan gabungan dari ketiga macam

metode kendali yaitu pengendali Proportional, pengendali Integral dan pengendali Derivatif.

1.2 TUJUAN

1. Mendesain kendali PID dengan Ziegler Nichols Tipe 1 & 2 menggunakan Arduino

Matlab.

2. Mendesain kendali suhu dengan script Arduino matlab.

3. Mendesain respon script dengan system closed loop.

4. Mendesain kendali suhu PID dengan stand alone mengggunakan Arduino matlab.

5. Mengetahui system kendali proportional (Kp)/gain sebagai controller.

6. Mengetahui sinyal hasil desain metode ZN 1 & 2.

7. Menentukan nilai Kp, Ki dan Kd.

8. Mencari nilai manual tunning/memaksimalkan respon yang diinginkan.

9. Mengetahui sinyal hasil desain script.

1.3 PERUMUSAN MASALAH

1. Apa pengertian Sistem kendali…?

2. Apa manfaat sistem kedali pada dunia industry dan kehidupan sehari…?3. Bagaimna cara mendesain metode Ziegle Nichols Tipe 1 dan Tipe 2, script Arduino

Matlab dan stand alone control dengan LCD…?4. Bagaimana bentuk gelombang hasil desain kendali dan script Arduino matlab…?

2

1.4 BATASAN MASALAH

Pada praktikum kendali ini dikenalkan proses desain Ziegle Nichols Tipe 1, Ziegle

Nichols Tipe 2, script Arduino Matlab dan stand alone control dengan LCD.

Hasil gelombang dilakukan dengan melihat discope matlab dan dilakukan juga dengan

manual Tunning.

Pada script Arduino matlab dibuat terlebih dahulu programe.

Stand alone control menggunakan LCD untuk mengetahui nilai suhu kendalinya.

Pada stand alone control disyaratkan membuat shield Arduino agar penempatan LCD

terhadap Arduino lebih aman.

3

BAB II DASAR

TEORI

2.1 Sistem kendali

Sistem kendali adalah proses pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel,

parameter) sehingga berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkuman harga (range)

tertentu. Dalam dunia industri, dituntut suatu proses kerja yang aman dan berefisiensi tinggi

untuk menghasilkan produk dengan kualitas dan kuantitas yang baik serta dengan waktu yang

telah ditentukan. Otomatisasi sangat membantu dalam hal kelancaran operasional, keamanan

(investasi, lingkungan), ekonomi (biaya produksi) dan mutu produk.

proses yang dilakukan pada praktikum kali ini yaitu mengendalikan suhu atau temperatur

dengan menggunakan alat-alat kontrol dalam proses produksi dinamakan sistem pengontrolan

proses (process control system). Sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem

pengontrolan disebut pengontrolan instrumentasi proses (process control instrumentation).

Dalam sistem kendali, kedua hal tersebut berhubungan erat meskipun keduanya merupakan dua

hal yang berbeda. Ada 3 parameter yang harus diperhatikan sebagai tinjauan pada suatu sistem

kontrol proses, yaitu :

1. Cara kerja sistem kontrol

2. Keterbatasan operator dalam pengontrolan proses

3. Peran instrumentasi pada pengontrolan proses

Langkah yang harus dikerjakan antara lain seperti mengukur, membandingkan, menghitung

dan mengkoreksi. Pada saat operator mengamati suhu, yang dikerjakan sebenarnya adalah

mengukur process variable (besaran parameter proses yang dikendalikan). Pada proses

pengontrolan suhu, process variable-nya adalah suhu, lalu operator membandingkan apakah

hasil pengukuran tersebut sesuai dengan apa yang diinginkan. Besar proses variabel yang

diinginkan tadi disebut desired set point. Perbedaan antara process variabel dan desired set

point disebut error.

Dalam sistem kontrol suhu dapat dirumuskan secara matematis sebagai berikut :

Error = Set Point – Process Variable

2.2 Plant Temperature

Tujuan dari system kontrpl suhu adalah untuk membatasi suhu atau temperature sesaui

dengan yang diinginkan. Skala temperature adalah besar dari satu unit ukuran yaitu satu

energi termal rata-rata permolekul dinyatakan oleh satu unit dari skala tersebut.

Skala temperature absolute yaitu skala yang menetapkan temperature nol suatu material

yangtidak mempunyai energy termal. Skala yang biasa digunakan dalam temperature, yaitu:

1. Skala Fahreinheit (oF)

2. Skala Celcious (oC)

3. Skala Reamur (oR)

4. Skala Klevin (K)

2.2.1 Jenis-Jenis Alat Ukur TemperaturSecara sederhana, alat ukut temperatur yang digunakan pada praktikum kali ini

dibagi kedalam dua kelompok besaran yaitu:

1. Alat ukur temperatur dengan metode pemuaian (Termometer)

2. Alat ukur temperatur dengan metode elektris (Sensor Suhu)

4

5

2.3 PID (Proportional – Integrative – Derivative)

Sistem Kontrol PID ( Proportional–Integral–Derivative controller ) merupakan

kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik

adanya umpan balik pada sistem tesebut ( Feed back ).

Sistem kontrol PID terdiri dari tiga buah cara pengaturan yaitu kontrol P (Proportional), D

(Derivative) dan I (Integral), dengan masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan.

Dalam implementasinya masing-masing cara dapat bekerja sendiri maupun gabungan

diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol PID yang perlu dilakukan adalah mengatur

parameter P, I atau D agar tanggapan sinyal keluaran system terhadap masukan tertentu

sebagaimana yang diinginkan.

Gambar 2.1 Kendali PID dalam Sistem Kendali

2.3.1. Kontrol ProporsionalKontrol P jika G(s) = kp, dengan k adalah konstanta. Jika u = G(s) • e maka u =

Kp • e dengan Kp adalah Konstanta Proporsional. Kp berlaku sebagai Gain (penguat)

saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroler. Penggunaan kontrol P

memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun

demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar yang sederhana kontrol P ini cukup mampu

untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time.

2.3.2. Kontrol IntegratifJika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai u(t) =

[integrale(t)dT]Ki dengan Ki adalah konstanta Integral, dan dari persamaan diatas,

G(s) dapat dinyatakan sebagai u = Kd.[deltae / deltat] Jika e(T) mendekati konstan

(bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat

memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil.

Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun

pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi

6

sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi

justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde sistem

2.3.3. Kontol DerivatifSinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai G(s) =

s.Kd Dari persamaan di atas, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam konteks

"kecepatan" atau rate dari error. Dengan sifat ini ia dapat digunakan untuk

memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol

Derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol

ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat

dipakai sendiri

Untuk mendapatkan aksi kontrol yang baik diperlukan langkah coba-coba dengan

kombinasi antara P, I dan D sampai ditemukan nilai Kp, Ki dan Kd seperti yang

diiginkan.

(1) Memahami cara kerja system,

(2) Mencari model sistem dinamik dalam persamaan differensial,

(3) Mendapatkan fungsi alih sistem dengan Transformasi Laplace,

(4) Memberikan aksi pengontrolan dengan menentukan konstanta Kp, Ki dan Kd,

(5) Menggabungkan fungsi alih yang sudah didapatkan dengan jenis aksi pengontrolan,

(6) Menguji sistem dengan sinyal masukan fungsi langkah, fungsi undak dan impuls

ke dalam fungsi alih yang baru,

(7) Melakukan Transformasi Laplace balik untuk mendapatkan fungsi dalam kawasan

waktu,

(8) Menggambar tanggapan sistem dalam kawasan waktu

2.4 Manual Tuning

Tuning kontrol PID bertujuan untuk menentukan parameter atau nilai dari kontrol

proporsional, integratif dan derivatif. Proses manual tuning PID ini dilakukan dengan cara

trial and error hingga didapatkan hasil respon yang stabil dan sesuai dengan yang

diinginkan. Dalam penggunaan kendali PID berarti mengolah suatu sinyal kesalahan atau

error, yang nantinya dijadikan suatu sinyal kendali yang dilanjutkan ke aktuator dalam

sistem closed loop yang menggunakan feedback, seperti blok diagram berikut:

7

Gambar 2.2 Closed loop with feedback

Metode Ziegler-Nichols merupakan sebuah metode tuning PID yang

dikembangkan oleh John G. Ziegler dan Nathaniel B. Nichols. Tuning ini dilakukan

dengan mengatur nilai I (integral) dan D (derivatif) dengan nilai nol, dengan nilai P

(proporsional) ditambahkan (dari nilai 0) hingga mendapatkan nilai P terbaik dimana

output dari sistem kendali memiliki amplitudo yang konstan. Dengan cara lain yaitu

menggunakan aturan tunning Ziegler-Nichols dengan rumus seperti dibawah ini

Controller Kp Ti Td

P T/L ∞ 0

PI 0.9(T/L) L/(0.3) 0

PID 1.2(T/L) 2L 0.5l

Tabel 2. 1 Tabel Ziegler-Nichols

Dimana nilai L merupakan delay time yang berasal dari penarikan garis lurus

settling time dikurangi T yang merupakan risetime. Karena kita menggunakan

kontroller PID bukan P atau PI saja maka kita menggunakan rumus ke 3, berikut

merupakan cara dalam mencari nilai L dan T

8

Gambar 2.3 Cara mencari nilai L dan T

Kemudian bila telah diketahui nilai T dan L maka cari nilai Kp, Ki dan Kd dengan

rumus ke 3 lalu masukan nilai tersebut kedalam matlab. Bila respon system yang

dihasilkan tetap tidak stabil maka hasil selanjutnya yang tetap dilakukan yaitu melalui

manual tunning dengan cara trial and error berdasarkan dengan karakteristik Kp, Ki

dan Kd yang harus diperhatikan sehingga kita tidak sembarangan dalam melakukan

tunning tersebut.

Tabel 2. 2 Karakterisrik Kp, Ki, dan Kd

Dengan berdasarkan tunning melaui Ziegler Nichols dan manual tunning trial and error

maka kita mendapatkan hasil respon system kendali yang lebih stabil dan sesuai dengan

yang diinginkan.

9

BAB III

PROSES PERANCANGAN

3.1. Perancangan Alat kendali suhu

Perancangan alat ini akan menjelaskan modul-modul yang akan digunakan sistem

kendali suhu.

3.1.1. Modul Power SupplyModul power supply berfungsi sebagai sumber daya untuk seluruh plant yang

digunakan pada sistem kendali temperatur. Modul power supply ini memiliki input

tegangan AC 220 V dengan tegangan output sebesar +15 Vdc, +5 Vdc, -15Vdc,

selain itu modul power supply ini juga memiliki tegangan output lain sebesar +24

Vdc, +12 Vdc dan +6 Vdc.

Gambar 3. 1 Modul Power Supply

3.1.2. Modul Set PointModul set point berfungsi untuk memberikan nilai input yang digunakan kepada

sistem kendali sesuai yang diinginkan dan nantinya nilai set point ini akan dijadikan

acuan untuk hasil output sistem kendali. Pada modul set point ini memiliki nilai yang

dapat diatur, yaitu -10 Vdc sampai +10 Vdc dan 0v sampai +15v.

10

Gambar 3. 2 Modul Set Point

3.1.3. Modul PIDModul PID berfungsi sebagai kontrol atau pengendali pada sistem kendali suhu

memberikan nilai untuk mengolah nilai dari set point menjadi hasil respon sesuai

dengan yang diinginkan. Pada modul PID ini terdapat 3 nilai yang dapat diatur, yaitu

Kp, Ti, dan Td. Pada penggunaan modul PID ini ketiga nilai parameter tersebut dapat

digunakan salah satunya atau dapat juga digunakan ketiganya.

Gambar 3. 3 Modul PID

11

3.1.4. Modul Power AmplifierModul power amplifier atau modul penguat daya berfungsi untuk menguatkan

arus atau daya yang keluar dari modul PID agar dapat digunakan untuk

mengendalikan plant. Pada modul penguat daya terdapat dua keluaran, yaitu

tegangan positif dan tegangan negatif dengan besar tegangan yang sama.

Gambar 3. 4 Modul Power Amplifier

12

3.1.5. Modul Plant Kendali TemperaturModul kendali temperatur yaitu plant yang dikendali pada sistem kendali pada

praktikum ini. Modul ini menggunakan sebuah lampu yang diletakkan pada sebuah

tabung, dimana panas dari lampu tersebut menjadi sumber panas yang akan dibaca

besar suhunya oleh sensor yang terdapat didekat lampu. Semakin panas suhu yang

diinginkan maka lampu akan semakin terang, bila suhu yang diinginkan cukup

rendah maka lampu akan redup. Untuk penurunan suhu yang dibaca, modul kendali

temperatur ini menggunakan suhu ruangan ataupun kita dapat menggunakan fan yang

dapat digunakan untuk mendinginkan lampu dan juga dapat digunakan sebagai

gangguan untuk pengetesan kestabilan sistem kendali. Sensor yang terdapat pada

modul ini dapat dibaca dalam 2 besaran, yaitu dalam tegangan dan dalam arus dengan

resolusi 1V/100C atau 2mA/100C

Gambar 3. 5 Modul Kendali Temperatur

13

3.2 sistem perancangan kendali suhu

3.2.1 Metode Ziegle Nichols Tipe 1

Gambar 3.6 Sistem Kendali Suhu

Gambar diatas merupakan sistem kendali temperatur dengan menggunakan

Arduino Uno untuk mencari nilai dalam metode Ziegler-Nichols tipe 1. Sistem

kendali temperatur tersebut dihubungan ke aplikasi Matlab dengan hasil sebagai

beriku

Gambar 3.7 Sistem Kendali Suhu Ziegler-Nichols Tipe 1

14

3.2.2 Metode Ziegle Nichols Tipe 2Sistem kendali temperatur dengan menggunakan Arduino Uno dengan metode

Ziegler-Nichols tipe 2. Pada percobaan kali ini digunakan modul PID langsung pada

matlab dengan simulink sebagai berikut dan menggunakan slider gain.

Gambar 3.8 Tampilan Kendali pada Simulink Matlab dengan Slidergain

3.2.3 Script Arduino MatlabDalam praktikum kendali suhu dengan script, menggunakan power supply sebagai tegangan

sumber yang diset sebesar ±15V. Proporsional integral differential sebagai pengali dua, penguat amplifierdan plant kendali suhu.

Gambar 3.9 Desain plant PID

15

Selain menggunakan desain seperti pada gambar diatas. Kita menggunakan Arduino

dan potensiometer sebagai setpoint. Fungsi potensiometer untuk merubah nilai kendali

yang diinginkan. Resistor 15kohm dipasang untuk pengali dua, kaki positifnya dipasang

ke konektor positif dari PID.

Gambar 3.10 proses desain

3.2.4 Stand Alone ControlDalam praktikum kendali suhu dengan dengan stand alone, menggunakan power

supply sebagai tegangan sumber yang diset sebesar ±15V. Proporsional integral

differential sebagai pengali dua, penguat amplifier, PID controller, plant kendali

suhu dan Arduino shield.

Gambar 3.11 proses desain stand alone

16

Potensiometer digunakan sebagai setpoint. Proses desain stand alone plant suhu

seperti terlihat pada gambar bahwa output dari plant suhu dikoneksikan ke pengali

tegangan dan PID dikoneksikan ke analog in pada Arduino.

17

BAB IV

DATA DAN ANALISA

Data dan analisa yang telah dilakukan pada praktikum sistem kendali suhu, yang

terdiri dari sistem kendali suhu menggunakan Ziegler-Nichols tipe 1, Ziegler-Nichols tipe

2, script pada Arduino Uno dan Stand Alone control.

4.1. Ziegler-Nichols Tipe 1

Gambar 4. 1 Pencarian Nilai Ziegler-Nichols Tipe 1 pada Matlab

Selanjutnya nilai yang terdapat pada grafik tersebut menjadi dasar untuk mencari Kp,

Ki dan Kd yang akan digunakan dalam kendali PID. Setelah ditemukan nilai Kp, Ki

dan Kd maka sistem kendali temperatur dipasangkan modul kendali PID seperti gambar

berikut

Gambar 4. 2 Sistem Kendali Suhu Ziegler-Nichols Tipe 1

18

Setelah memasukkan nilai Kp, Ki dan Kd pada modul kendali PID maka hal

berikutnya yaitu melakukan manual tuning. Manual tuning ini memiliki tujuan agar

respon yang didapat lebih stabil. Berikut ini merupakan hasil manual tuning yang telah

dilakukan

Gambar 4. 3 Hasil Manual Tuning Ziegler-Nichols Tipe 1

4.2. Ziegler-Nichols Tipe 2Sistem kendali temperature tersebut dihubungkan keaplikasi matlab dengan hasil

sebagai berikut:Pengecekan Identifikasi osilasi plant suhu dimulai saat terjadi over shoot dari responspertama yang selanjutnya akan dilanjutkan dengan osilasi. Berikut gelombang yang diperoleh :

Gambar 4. 4 Hasil Kendali Simulink MatlabRespons pertama terjadi overshoot dan untuk selanjutnya akan terjadi osilasidengan amplitudo yang tetap sehingga di dapat perioda yang terukur adalah sbb:

19

Kp Ti Td Ki Kd18,54 22,88 5,72 0,81 106,04

Gambar 4. 5 Hasil Kendali Simulink Matlab

Garis Awal = 5079Pcr = Garis Akhir – Garis Awal

= 5651 – 5079= 572

Gambar 4.6 Hasil Kendali Simulink Matlab

Garis akhir = 5651

Perbandingan antara waktunya dengan waktu matlab yaitu 8 : 100 untuk waktu sebenarnyaUntuk mengetahui Kcr Diperlukan pengetsan dengan menggunakan masukan padapenguat sehingga dapat diketahui penguatan :

Vin = 2,3 mVVout = 71 mVPenguatan = 71mV

2.3mV

Penguatan =71mV= 30,862,3 mV

Kcr = 30,86Pcr = 45,76

Setelah diketahui harga dari Kcr dan Pcr maka dapat diketahui harga dari Kp, Tidan Td. Tahap selanjutnya yaitu memasukan nilai Kp, Ti dan Td pada PID denganrespons sebagai berikut :

Gambar 4.7 hasil responDari gambar 6 diketahui bahwa Respons yang terlihat bisa diketahui bahwa

waktu settling time dan waktu steady-state yang dibutuhkan cukup lama dan memakanwaktu. Maka diperlukan proses tunning untuk memperbaiki gelombang respons yangdiinginkan, tetapi perlu diingat bahwa plant suhu memiliki karakteristik yang berbedadengan plant lain, selain waktu responsnya yang lama juga laju dari kenaikan danpenurunan suhu yang lambat karena saat suatu benda yang memiliki panas apabiladidinginkan tidak akan langsung mencapai suhu yang diinginkan tetapi akan bertahapsecara lambat.

Dalam proses tunning akan terkonsentrasi pada pengurangan waktu Selting timedan waktu untuk mencapai steady-state yang cepat maka nilai PID yang didapatkanyaitu :

Kp= 30, Ti = 40, Td = 14didapat Respons sebagai berikut :

Gambar 4.8 respon hasil tunning

Dari respons yang didapat dapat ditentukan bahwa lebih baik dari sebelumnya.Dalam tunning kali ini kami mengalami kesulitan dalam penyesuaiaan gelombangrespons dengan yang kami inginkan hal ini dapat disebabkan oleh keadaan plant yangsudah berubah atau penguatan yang tidak sesuai.

20

21

Dari respons yang didapat waktu steady-state yang diinginkan lebih cepat juga seltingtime yang didapat dengan menaikan harga Kp, Ti dan Td dengan perkiraan menurunkansedikit over shot dan menurunkan sedikit harga Ki dengan menikan harga Ti.

4.3. Script pada Arduino Uno

Pada praktikum yang terakhir yaitu menggunakan script pada Arduino Uno dimana script

tersebut mengganti modul kendali PID, dengan kata lain Arduino Uno berperan sebagai

kontroler PID, dengan cara mengubah nilai Kp, Ki, dan Kd pada script yang terdapat pada

Arduino Uno. Langkah awal yang dilakukan yaitu meng-upload script PID kedalam Arduino

Uno, berikut merupakan script PID yang digunakan

%Praktikum Sistem Kendali Digital%T. Elektronika POLBAN%Menggunakan desain Ziegler Nichols%Dengan Tool Box Matlab yang memiliki performance magus padasimulink%========START========%Pin 6 Sebagai keluaran PWM (DC)%A (5) sebagai pembaca umpan balik

clf %menghapus figur jika masih ada yang tertampil

%Time SamplingTs = 5/100; %besarnya sampling

pinMode(a,3,'output') % set pin 6 arduino sebagai output kendalipinMode(a,9,'output')digitalWrite(a,9,1);

22

%seting parameter PIDKp = 60;Ki = 1;Kd = 175;%============kondisi error awalerror_sebelum = 0;errorI_sebelumnya = 0;%============set untunk ploty1=0; %plot nilai Setpointy2=0; %plot nilai Responst=0; %waktu loopingx=0;start = digitalRead(a,8);while(start==1) %600 merupakan nilai pengulangan tergantungjenis plant untuksuhu bisa melebihi%======================================================

%Penentuan PVx = x+1;SP = analogRead(a,0);SP = (SP * 0.0049) * 2;PV = analogRead(a,5);PV = (PV * 0.0049) * 2; %untuk nominal 0-1023 setara 0-5V%hitung Errorerror = SP - PV;%Menghitung Error IntegralerrorI_sekarang = ((error + error_sebelum)/2)*Ts; %Luas Error sekarangerrorI = (errorI_sekarang) + (errorI_sebelumnya); %Error Integral Total%menghitung Error DiferentialerrorD = (error - error_sebelum)/Ts;%Kendali PID outP= Kp*error; outI =Ki*errorI; outD =Kd*errorD;outPID = outP + outI + outD;

outPID = outPID/10%====================================================%membatasi agar nilai PID tidak lebih dari 255if outPID > 10

outPID = 10;else

outPID = outPID;end%membatasi agar PID tidak kurang dari 0if outPID < 0

outPID = 0;else

outPID = outPID;endoutPID = outPID/2

23

4.4 Stand Alone

Programe Arduino

Programe diarduino ini adalah bagian utama. Pada bagian ini kita harus

mendeklarasikan terlebih dahulu setiap instruksi yang akan kita buat untuk programe

selanjutnya. Dan juga kita menentukan berapa nilai Kp, Ki dan Kd.

24

Bagian ini merupakan isi statement programe kendali suhu. Pinmode yang digunakan

adalah pinmode 6. Dan serial ini untuk mengecek apakah programe yang dibuat itu

sudah benar agar ketika ditampilkan ke lcd itu datanya sudah benar seperti yang

diinginkan.

25

Selanjutnya dalam program, kita perlu membatasi kemampuan pembacaan

Arduino. Agar ketika kita menjalankan program data sesuai dengan kemampuan

Arduino yaitu 0-255. Setelah semua statement sudah dibuat, lalu kita tampilkan di

monitor agar ketahuan apakah program yang dibuat sudah sesuai dan kendali suhunya

sesuai dengan semua instruksi yang dibuat.

Pada praktikum kendali suhu ini kita menemukan ketidakstabilan plant suhu

dengan ditunjukan data pada serial 127 dan itu terus diulangi beberapa kali. Bisa

dilihat pada data sebagai berikut:

26

Kondisi seperti ini bisa diasumsikan bahwa kondisi plant yang sudah tidak baik akibat

beberpa kali pemakaian dan instruksi control yang berbeda yang mengakibatkan pada

kinerja plant kendali suhu.

Setelah semua percobaan pada monitor sudah baik maka kita buat program untuk

menampilkan ke layar LCD, dengan program seperti dibawah ini:

27

Lcd yang digunakan adalah lcd yang berukuran 16x2. Pada instruksi penulisan pada

lcd kita sesuaikan sama kapasitas lcd tersebut. Pada layar lcd ada beberapa keterangan

seperti: setpiont (SP=), proses value (PV=), dan keterangan derajar (oC).

HASIL PENGUJIANNYA SEBAGAI BERIKUT:a. Data ketika proses value dibawah setpoint

Gambar 4.9 nilai proses value di bawah setpoint

28

Pada kondisi ini suhu terus naik dan melebihi setpoint. Dan untuk kembali lagikekondisi normal kita harus menunggu lama dan proses menurunnya juga kurang baik,bisa di lihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 4.10 nilai proses value di atas setpoint

Pada data ini adalah ketika proses value lebih dari setpoint dan suhu kembali kekondisi normal. Perbedaan penurunan suhu pada kondisi normal ini mengalamipenurunan yang cukup besar yaitu 7oC. untuk hasil kendali suhu yang baik adalahketika tidak terlalu jauh penurunan suhu dari setpoint, kita asumsikan 2oC.

Dan ini adalah data ketika kendali suhu mengalami steady state:

Gambar 4.11 nilai proses value sama dengan setpoint

29

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

5.1. SIMPULAN

Berdasarkan perancangan dan hasil praktikum yang telah dilakukan pada sistem kendali

digital dengan plant kendali temperatur dan metode Ziegler-Nichols menggunakan Arduino

Uno, Matlab, script dan Stand Alone maka dapat disimpulkan

1. Sistem kendali digital dapat dilakukan dengan modul PID dan Arduino dengan

menggunakan metode Ziegler-Nichols

2. Praktikum sistem kendali suhu dilakukan dengan 3 metode, yaitu Ziegler-Nichols

tipe 1, Ziegler-Nichols tipe 2 dan Script pada Arduino dengan tujuan

mendapatkan hasil sistem respon yang stabil

3. Hasil praktikum sistem kendali suhu didapat respon stabil ketika menggunakan

metode Ziegler-Nichols tipe 1

4. Arduino Uno dapat digunakan sebagai pengendali tanpa menggunakankendali PID, dengan menggunakan metode script

5.2. SARAN

Untuk perbaikan dan pengembangan pada praktikum selanjutnya dalam sistem kendali digital,

maka terdapat beberapa saran sebagai berikut

a. Melakukan prosedur praktikum sesuai dengan yang diberikan oleh dosen agar praktikum

berjalan dengan baik

b. Sebaiknya dilakukan pengecekan terhadap setiap modul secara berkala agar kondisi

modul tetap baik

c. Perbaikan jumper-jumper yang digunakan dalam praktikum, karena terdapat banyaknya

jumper dalam kondisi yang buruk atau kurang baik.

30

DAFTAR PUSTAKA

“Sistem Kendali Digital” http://id.wikipedia.org/wiki/Sistem_kendali

Bayusari. Ike, Caroline, S. Romli, dan Y. S. Bhakti, “Perancangan Sistem Pemantauan

Pengendali Suhu pada Stirred Tank Heater menggunakan SCADA”, Makalah,

Universitas Sriwijaya, 2013

Saifulloh, Miftah, “Implementasi Metode Kuzzy Logic Sugeno pada Pengaturan Suhu

Ruang Penyimpanan Berbasis Mikrokontroler”, Makalah, Universitas Pendidikan

Indonesia, 2013

“PID tuning” http://www.academia.edu/5131615/PID_tuning

“Pengertian kendali PID” http://catatan-elektro.blogspot.com/2011/11/pengertian-

kendali-pid.html

“Tuning Kontroller PID Line Follower”

https://fahmizaleeits.wordpress.com/tag/tuning-pid-controller/