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