STUDI PERBANDINGAN KENDALI MOTOR DC PID IDEAL DAN FUZZY SET POINT

Download 23 Okt 2017 ... Dengan LabView dapat dibuat sistem pengendalian beserta user ... Kata Kunci: Motor DC, Kendali PID Ideal, Kendali Fuzzy Set...
0 downloads 275 Views 1MB Size
Download PDF
Love PNG Images
STUDI PERBANDINGAN KENDALI MOTOR DC PID IDEAL DAN FUZZY SET POINT MENGGUNAKAN LABVIEW

TUGAS AKHIR

Disusun Oleh: NURUL HIKMAH 4211531019

PROGRAM STUDI TEKNIK MEKATRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI BATAM 2017

STUDI PERBANDINGAN KENDALI MOTOR DC PID IDEAL DAN FUZZY SET POINT MENGGUNAKAN LABVIEW

TUGAS AKHIR

Disusun Oleh: Nurul Hikmah 4211531019

Disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan Program Diploma IV Program Studi Teknik Mekatronika Politeknik Negeri Batam

PROGRAM STUDI TEKNIK MEKATRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI BATAM 2017

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR Saya yang bertanda tangan dibawah ini menyatakan bahwa isi sebagian maupun keseluruhan Tugas Akhir saya yang berjudul: “STUDI PERBANDINGAN KENDALI MOTOR DC PID IDEAL DAN FUZZY SET POINT MENGGUNAKAN LABVIEW” adalah hasil karya sendiri, diselesaikan tanpa menggunakan bahan-bahan yang tidak diijinkan dan bukan merupakan karya pihak lain yang saya akui sebagai karya sendiri. Semua referensi yang dikutip atau dirujuk telah ditulis secara lengkap pada daftar pustaka. Apabila ternyata pernyataan saya ini tidak benar, saya bersedia menerima sanksi sesuai peraturan yang berlaku.

Batam, 23 Desember 2016

Nurul Hikmah 4211531019

i

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR II Tugas Akhir disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Terapan Teknik (S. Tr. T) di Politeknik Negeri Batam Oleh Nurul Hikmah 4211531019 Tanggal Sidang: 1 Januari 2017 Disetujui Oleh : Dosen Penguji :

Dosen Pembimbing :

1. Iman Fahruzi, M. T

1. Sumantri K.R, M. T

NIP/NIK : 100007

NIP/NIK : 104030

2. Rifqi Amalya Fatekha NIP/NIK : 113107

ii

STUDI PERBANDINGAN KENDALI MOTOR DC PID IDEAL DAN FUZZY SET POINT MENGGUNAKAN LABVIEW

Nama Mahasiawa

: Nurul Hikmah

NIM

: 4211531019

Pembimbing I

: Sumantri K.R, MT.

Pembimbing II

:-

Email

: [email protected]

ABSTRAK Banyak hal yang mempengaruhi kecepatan motor DC, diantaranya pada saat diberi beban maka kecepatan motor akan melambat. Agar mendapatkan nilai kecepatan yang stabil pada saat diberi beban yang bervariasi sehingga kecepatan motor yang didapat stabil. Dengan merancang suatu kendali PID Ideal dan Fuzzy Set Point yang dapat mengendalikan perputaran kecepatan motor DC agar stabil. Pada sistem Kendali motor DC memerlukan user interface untuk membantu dalam memantau proses pengendalian kecepatan motor DC. Salah satu perangkat lunak yang dapat digunakan untuk membuat interface adalah LabView. Dengan LabView dapat dibuat sistem pengendalian beserta user interface-nya. Setelah merancang Kendali PID Ideal pada motor DC, hasil keluaran Kendali PID Ideal dibandingkan dengan hasil keluaran Fuzzy Set Point yang telah dirancang sebelumnya guna mengetahui kendali mana yang lebih stabil keluarannya. Nilai Set Point yang digunakan untuk melakukan perbandingan pada Kendali PID Ideal dan Fuzzy Set Point ini adalah 2000, dengan KP pada PID sebesar 6000. Maka didapatlah hasil keluaran kecepatan motor DC tersebut, dengan waktu yang berbeda. Pada Kendali PID Ideal membutuhkan waktu yang lama untuk mencapai steady state, sedangkan Fuzzy Set Point membutuhkan waktu yang cepat untuk mencapai steady state. Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa kedua kendali tersebut sama sama stabil akan tetapi waktu yang ditempuh untuk mendapatkan kecepatan stabil Kendali PID Ideal lebih lama dibandingkan Kendali Fuzzy Set Point.

Kata Kunci: Motor DC, Kendali PID Ideal, Kendali Fuzzy Set Point.

iii

STUDY COMPARISON OF DC MOTOR CONTROL OF IDEAL PID AND FUZZY SET POINT USING LABVIEW

Student Name

: Nurul Hikmah

Student ID

: 4211531019

Advisor I

: Sumantri K.R, MT.

Advisor II

:-

Email

: [email protected]

ABSTRACT Many things that affect the speed of DC motor, such as when given the load then the speed of the motor will be slow down. In order to get the value of a stable speed when given varies load so that the motor speed obtained stable. By designing a PID Ideal and Fuzzy Set Point Control that can Control the rotation of DC motor speed to be stable. On a DC motor Control system requires a user interface to assist in monitoring the DC motor speed Control process. One of the software that can be used to create interface is LabView. With LabView can be created Control system and its user interface. After designing a PID Ideal Control on a DC motor, the PID Ideal Control output is compared with the predesigned Fuzzy Set Point output to determine which Control is more stable. Set Point Value that be used to perform comparison on PID Control and Fuzzy Set Point is 2000, with KP at PID is 6000. So it is gotten the output result of speed of DC motor, with different time. On the PID Ideal Control takes a long time to reach steady state, while the Fuzzy Set Point takes a fast time to reach the steady state. Based on the tests have be done, it can be concluded that both Controls are equally stable but the time taken to obtain stable speed PID Ideal Control is longer than the Fuzzy Set Point Control.

Keyword: DC Motor, PID Ideal Control, Fuzzy Set Point Control

iii

KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis haturkan kepada Allah S.W.T, karena berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir dengan judul Studi Perbandingan Kendali Motor DC PID Ideal dan Fuzzy Set Point Menggunakan Labview. Tak lupa shalawat beriring salam, penulis sampaikan kepada junjungan alam Nabi Muhammad S.A.W, karena berkat beliaulah kita dapat merasakan zaman saat ini yang penuh dengan ilmu pengetahuan dan teknologi Penulisan Laporan Tugas Akhir ini dimaksudkan untuk melengkapi persyaratan kelulusan tingkat Diploma IV Program Studi Teknik Mekatronika Politeknik Negeri Batam.

Untuk

memenuhi

persyaratan

tersebut

maka

penulis

mencoba

untuk

mengaplikasikan sebuah persamaan PID dan fuzzy yang diterapkan pada Labview untuk memberikan kontrol terhadap perputaran Motor DC. Penulisan Laporan Tugas Akhir ini, dapat tersusun dan selesai dengan baik tak terlepas dari bantuan dan dukungan dari semua pihak yang ikut dalam membimbing penulis untuk menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Allah S.W.T, atas anugerah yang telah diberikan kepada penulis. 2. Kedua orang tua dan keluarga atas jasa, do’a, bimbingan dan nasehat. 3. Bapak Dr. Priyono Eko Sanyoto, Selaku Direktur Politeknik Negeri Batam. 4. Bapak Sumantri Kurniawan Risandriya, ST., MT. Selaku Ka. Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Batam serta selaku dosen pembimbing Tugas Akhir. 5. Seluruh Dosen-dosen Teknik Elektro Politeknik Negeri Batam. 6. Seluruh teman-teman yang telah membantu atas terselesaikannya buku laporan ini. Semoga amal dan ibadah mereka yang telah diberikan kepada penulis diterima di sisi Allah S.W.T. penulis menyadari sepenuhnya, bahwa dalam penulisan Laporan Tugas Akhir ini masih banyak kesalahan dan kekurangan karena keterbatasan ilmu yang dimiliki oleh penulis, untuk itu kritik dan saran dari pembaca sangat diperlukan untuk penulis. Batam, 30 Desember 2016

Penulis

iv

DAFTAR ISI PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR ABSTRAK ABSTRACT KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah 1.2 Perumusan Masalah 1.3 Batasan Masalah 1.4 Tujuan dan Manfaat BAB II DASAR TEORI 2.1 Kontrol PID 2.2 Motor DC 2.3 LabView 2.3.1 Pengertian LabView 2.3.2 Tampilan Labview 2.3.3 PID LabView 2.4 NI USB 6008-6009 2.5 Rotary Encoder 2.6 EMS 30 A H-Bridge BAB III PERANCANGAN SISTEM 3.1 Rancangan Penelitian 3.2 Rancangan Perangkat Keras (Hardware) 3.3 Rancangan Perangkat Lunak (Software) 3.4 Rancangan Mekanik 3.5 Instrument Penelitian BAB IV HASIL DAN ANALISA 4.1 Pembacaan RPM pada Encoder 4.2 Pengujian Motor DC Menggunakan Kendali PID Ideal 4.2.1 Set Point 1500 Dengan KP 5000 4.2.2 Set Point 2000 Dengan KP 6000 4.2.3 Set Point 2000 Dengan KP 6000 4.3 Parameter Respon Transient Motor 4.4 Perbandingan Antara Respon Kendali PID dan Fuzzy Set Point 4.4.1 Kontrol PID Ideal 4.4.2 Kontrol Fuzzy Set Point 4.5 Menghitung Presentase Error BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran

i ii iii iv v vi viii ix 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 6 7 7 7 9 9 9 10 11 12 13 13 13 15 15 16 16 17 18 18 20 21 21 21 v

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A User Interface LabView LAMPIRAN B Program LabView LAMPIRAN C Datasheet NI USB 6008-6009 LAMPIRAN E Datasheet EMS 30 A H-Bridge

22 23 24 25 52

vi

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7

Batasan Kerja dari Motor DC Front Panel Blok Diagram Control Pallete Functions pallete Functions PID pallete NI USB-6008DAQ Blok diagram sistem kendali kecepatan motor Flowchart sistem kendali kecepatan motor DC Desain Mekanik Waktu yang Diperlukan Dalam Satu Perioda Kestabilan motor dengan settingpoint kecepatan 1500 dan Kp 5000 Kestabilan motor dengan settingpoint kecepatan 2000 dan Kp 6000 Kestabilan motor dengan settingpoint kecepatan 3000 dan Kp 6000 Grafik Perbandingan PID Ideal dan Fuzzy Set Point dengan SP 2000 Grafik Kontrol PID Ideal Grafik Kontrol Fuzzy Set Point

4 5 5 5 6 7 8 9 10 11 14 15 15 16 17 18 18

vii

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3

Alokasi Pin Interface Header J Hasil Pembacaan Encoder Parameter respon transient motor dengan sistem kendali PID Ideal Presentase Error Antara Control PID dan Fuzzy Set Point

8 13 16 20

viii

BAB I PENDAHULUAN 1.1

LATAR BELAKANG Motor DC merupakan aktuator yang sangat lazim untuk digunakan. Banyak sistem

kendali yang telah diaplikasikan untuk mengatur kecepatan motor DC. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk memecahkan masalah dalam pengaturan kecepatan motor DC diantaranya: pengendalian kecepatan motor DC dengan PD-logika fuzzy terhadap pengereman berbasis mikrokontroller (Ridwan, 2013). Dan Sistem Kendali hybrid PIDlogika fuzzy pada pengaturan kecepatan motor DC (H. Syamsul Bahri, 2004). Banyak hal yang mempengaruhi kecepatan motor DC, diantaranya pada saat diberi beban maka kecepatan motor akan melambat. Dengan adanya permasalahan di atas, solusi yang akan Penulis buat yaitu dengan merancang suatu kendali yang dapat mengendalikan perputaran kecepatan motor DC agar stabil. Pada sistem kendali motor DC memerlukan user interface untuk membantu manusia dalam memantau proses pengendalian kecepatan motor DC. Salah satu perangkat lunak yang dapat digunakan untuk membuat user interface adalah LabView. Dengan LabView dapat dibuat sistem pengendalian beserta user interface-nya. Kendali tersebut berupa “Studi Perbandingan Kendali Motor DC PID Ideal dan Fuzzy Set Point Menggunakan LabView” sehingga diharapkan akan mendapat suatu hasil kecepatan yang lebih optimal. 1.2

Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah, penelitian dilakukan untuk memecahkan

beberapa masalah yaitu: 1. Bagaimana mengendalikan motor DC agar adaptif tanpa banyak perhitungan matematis. 2. Menentukan konstanta PID yang tepat sesuai dengan plant yang digunakan. 3. Menganalisa perbandingn PID Ideal dengan Fuzzy Set Point. 4. Desain dan implementasi modul-modul program yang mencakup kebutuhan dalam penelitian yang dilakukan. 1.3

Batasan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang dan perumusan masalah diatas, diperlukan

batasan masalah penelitian sebagai berikut: 1. Motor yang dikendalikan adalah motor dengan tegangan 12Vdc yang berjenis motor DC bersikat/brushed motor DC ii

2. Penulis tidak membahas serta menganalisa kontruksi rangkaian daya maupun analisis perhitungannya 3. Penulis tidak membahas secara detail bagaimana konstruksi di hardware dibuat maupun konstruksi softwarenya. Semua hardware maupun software yang dibuat hanya bersifat membantu proses dalam meneliti membangun sistem kendali kecepatan motor DC 4. Sistem kendali PID menggunakan tools PID yang terdapat pada software LabVIEW 1.4

Tujuan dan Manfaat Tujuan yang diharapkan dari tugas akhir ini adalah:

Memecahkan masalah pengendalian motor DC dengan pengendalian PID dan melakukan analisa hasil pengendalian dari perbandingan PID Ideal dan fuzzy Set point. Adapun manfaat yang dapat diambil kendali motor DC menggunakan PID Ideal dan studi perbndingan Fuzzy Set Point pada Labview antara lain: 1.

Mengontrol motor DC menjadi lebih stabil.

2.

Mengetahui perbedaan antara PID Ideal dan Fuzzy Set Point berdasarkan kestabilan kecepatan.

3.

Menguji PID Ideal pada motor DC

4.

Membandingkan kendali PID Ideal dengan Fuzzy Set Point.

BAB II DASAR TEORI

2.1

Kontrol PID Struktur Kontrol PID Ideal atau strategi kontrol PID ideal secara praktis dikenal juga

dengan istilah struktur PID Parallel atau struktur PID noninteracting. Struktur ideal ini pada dasarnya adalah struktur yang umum dijumpai pada buku-buku Teks Kontrol. Algoritma kontrol untuk PID jenis ini diperlihatkan pada persamaan berikut:  ……………………………………….(1) Seperti terlihat pada persamaan (1) diatas, untuk struktur PID ideal ini ada tiga buah parameter kontrol yang dapat diatur secara bebas (independen), masing-masing: Kp (gain proporsional), Ti (waktu integral), dan Td (waktu derivative). Untuk tujuan yang lebih praktis, persamaan (1) tersebut umum juga ditulis dalam bentuk seperti terlihat pada persamaan (2) dibawah: …………………………………..(2) dengan

dalam hal ini Ki dan Kd berturut-turut dikenal

dengan istilah gain integral dan gain derivative. Walaupun secara teoritis nilai-nilai parameter kontrol PID ideal tersebut besarnya dapat diatur secara independen, tetapi secara praktis (terutama terkait dengan model proses yang akan dikontrol), untuk menghasilkan unjuk kerja sistem kontrol yang diharapkan, pengaturan atau tuning yang dilakukan terhadap salah satu parameter umumnya memerlukan pengaturan ulang pada parameter yang lain. Sebagai contoh, untuk sebuah proses tertentu, Pengubahan nilai Kp (diperbesar atau diperkecil) umumnya memerlukan setting ulang pada besaran parameter kontrol yang lainnya, yaitu Ki (Ti) dan Kd (Td).

2.2

Motor DC Motor DC bekerja berdasarkan prinsip gaya elektromagnetik sehingga apabila

motor tersebut diberi catu daya, arus akan mengalir ke dalam motor kemudian menghasilkan torsi putar yang sebanding dengan arus tersebut. Karakteristik yang dimiliki suatu motor DC dapat digambarkan melalui kurva daya dan

kurva

torsi/kecepatannya,

dari

kurva

tersebut

dapat

dianalisa

batasan kerja dari motor serta daerah kerja optimum dari motor tersebut.

batasan-

Gambar 2.1 Batasan Kerja dari Motor DC

Dari grafik diatas terlihat hubungan antara torsi dan kecepatan untuk suatu motor dc tertentu. Dari grafik terlihat bahwa torsi berbanding terbalik dengan kecepatan putaran, dengan kata lain terdapat tradeoff antara besar torsi yang dihasilkan motor dengan kecepatan putaran motor. Dua karakteristik penting terlihat dari grafik yaitu: a.

Stall torque menunjukan titik pada grafik dimana torsi maksimum, tetapi tidak ada putaran pada motor.

b.

No load speed menunjukan titik pada grafik dimana terjadi kecepatan putaran maksimum, tetapi tidak ada beban pada motor.

2.3

LabView 2.3.1

Pengertian LabView LabVIEW singkatan dari Laboratory Virtual Instrumentation Engineering

Workbench, adalah perangkat lunak computer untuk pemrosesan dan visualisasi data dalam bidang akuisisi data, kendali instrumentasi serta automasi industri yang pertama kali dikembangkan oleh perusahaan National Instruments pada tahun 1986. 2.3.2

Tampilan LabView Tampilan sederhana labVIEW terdiri dari tiga jendela yaitu: a.

Front Panel Front panel adalah bagian window yang berlatar belakang abu-abu

serta mengandung control dan indikator. Front panel digunakan untuk membangun sebuah VI (virtual instrument), menjalankan program dan mendebug program. Tampilan dari front panel dapat di lihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Front Panel

b.

Blok diagram Blok diagram adalah bagian window yang berlatar belakang putih

berisi source code yang dibuat dan berfungsi sebagai instruksi untuk front panel. Tampilan dari blok diagram dapat lihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Blok Diagram

c.

Control dan Function Pallete Control Pallete merupakan tempat beberapa control dan indikator

pada front panel, control pallete hanya tersedia di front panel, untuk menampilkan control pallete dapat dilakukan dengan mengkilk windows >> show control pallete atau klik kanan pada front panel. Contoh control pallete ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Control Pallete

Functions Pallete di gunakan untuk membangun sebuah blok diagram, functions pallete hanya tersedia pada blok diagram, untuk menampilkannya dapat dilakukan dengan mengklik windows >> show control pallete atau klik kanan pada lembar kerja blok diagram. Contoh dari functions pallete ditunjukkan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Functions pallete

2.3.3

PID LabView Palet LabVIEW FRC PID terdiri dari empat VI:

1.

PID PID adalah suatu algoritma yang digunakan dalam umpan balik kontrol

untuk mengatur proses seperti gerakan motor atau aliran melalui katup. Menggunakan kontrol PID akan membuat desain robot lebih stabil, kuat, dan memiliki potensi untuk meningkatkan karakteristik respon. 2.

PID Set point Profil Set point Profil VI untuk menghasilkan profil set point. Profiling set point

dapat berguna ketika sistem yang mengendalikan kebutuhan melalui serangkaian keadaan. Contoh, lengan robot yang perlu untuk menyelesaikan urutan yang tepat dari bergerak untuk mengambil dan menempatkan objek. PID Profil dapat digunakan profiling set point untuk menentukan urutan gerakan PID Set point. 3.

PID Kontrol Masukan Filter Input Filter VI menerapkan low-pass filter dan dapat digunakan untuk

menyaring frekuensi tinggi suara dari proses variabel sinyal. Noise pada proses variabel dapat mengakibatkan fluktuasi yang tidak diinginkan dalam output PID. 4.

PID Lead-Lag PID Lead-Lag VI menggunakan algoritma posisi yang mendekati

eksponensial Lead/lag. Kontrol Lead-Lag sering digunakan dalam skema kontrol

umpan-maju sebagai kompensator dinamis. Ini adalah kontras dengan algoritma PID, yang digunakan dalam sistem umpan balik.

Gambar 2.6 Functions PID pallete

2.4

NI USB 6008-6009 National Instrument USB 6008 adalah perangkat keras yang menyediakan dasar

data aquisisi (DAQ) yang berfungsi untuk pengaplikasian data logging, pengukuran yang praktis dan untuk media pembelajaran.

Gambar 2.7 NI USB-6008DAQ

2.5

Rotary Encoder Rotary encoder adalah device elektromekanik yang dapat memonitor gerakan dan

posisi. Rotary encoder umumnya menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah. Sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan oleh rangkaian kendali. 2.6

EMS 30 A H-Bridge EMS 30 A H-Bridge merupakan H-Bridge berbasis VNH3SP30 yang didesain untuk

menghasilkan 2 arah dengan arus continue sampai dengan 30 A pada tegangan 5,5 Volt sampai 36 Volt (IC VNH2SP30 hanya sampai 16 V). Modul ini dilengkapi dengan rangkaian sensor arus beban yang dapat digunakan sebagai umpan balik ke pengendali. Modul ini mampu men-drive beban-beban induktif seperti misalnya relay, solenoida, motor DC, motor stepper, dan berbagai macam beban lainnya.

Tabel 2.1 Alokasi Pin Interface Header J1

Pin 1

Nama MIN 1

2

MIN 2

3

MEN 1

I/O I

I/O

4

MEN 2

I/O

5

MCS

O

6

MPWM

I

7,9 8,10

VCC PGND

-

Alokasi Pin Interface Header J1 Fungsi Pin Input untuk menentukan output Pin input untuk menentukan output MOUT2 Pin enable untuk output MOUT1 Diberi logika High untuk mengaktifkan half H-Bridge 1, diberi logika Low secara eksternal untuk menonaktifkan half H-Bridge 1 Jika terjadi kondisi Fault (thermal shutdown, undervoltage, overvoltage, dsb.), maka pin ini akan ditarik Low secara internal oleh modul H-Bridge untuk melaporkan adanya kondisi Fault Pin untuk enable output MOUT2 Diberi logika High untuk mengaktifkan half H-Bridge 2 diberi logika Low secara eksternal untuk menonaktifkan half H-Bridge 2. Jika terjadi kondisi Fault (thermal shutdown, undervoltage, overvoltage , dsb.), maka pin ini akan ditarik Low secara internal oleh modul H-Bridge untuk melaporkan adanya kondisi Fault. Output tegangan analog yang berbanding lurus dengan arus beban (Range output 0 - 5 V) Tersedia untuk IC VNH2SP30 Pin input untuk mengatur kerja modul H-Bridge secara PWM Terhubung ke catu daya untuk input (5 Volt) Titik referensi untuk catu daya input

BAB III PERANCANGAN SISTEM

3.1

Rancangan Penelitian

Penelitian yang akan dilakukan yaitu rancang bangun sistem kendali kecepatan motor DC dengan menggunakan metode PID Labview memiliki tahapan penelitian sebagai berikut: 1. Pembuatan program pada Labview 2.

Pembuatan mekanik.

3.

Pembuatan dan perakitan rangkaian sensor encoder.

4.

Pengujian perangkat lunak sensor encoder dan NI USB 6008.

5.

Pengujian Motor DC dengan menggunakan program yang sudah dibuat dan sensor encoder.

6.

Analisa data kecepatan motor DC dengan nilai set point pada PID Labview.

7.

Penulisan tugas akhir.

3.2

Rancangan Perangkat Keras (Hardware)

Gambar 3.1 Blok diagram sistem kendali kecepatan motor DC

Berdasarkan dari gambar blok diagram diatas digunakan beberapa perangkat keras yang berguna untuk mendukung proses kerja alat agar berjalan sesuai yang diinginkan. Salah satunya adalah dengan menggunakan PID pada labview yang digunakan sebagai pengontrol dari sistem alat yang akan dibuat. PID pada labview digunakan untuk memproses hasil data yang masuk dari input set point yang kemudian hasilnya akan digunakan sebagai input pada NI USB 6008. NI USB disini berguna sebagai pengolah data yang masuk dari PC yang kemudian data akan diubah dalam bentuk tegangan sehingga dapat menggerakan actuator yaitu motor DC. Apabila motor DC sudah bergerak maka

kecepatnnya akan terbaca oleh sensor encoder dan hasil data kecepatan encoder tersebut akan menjadi inputan kembali bagi NI USB 6008 yang kemudian akan menjadi pembanding apakah kecepatan yang dibaca oleh sensor encoder sama dengan set point yang diberikan di dalam labview. Jika data kecepatan yang dibaca sensor encoder kurang dari set point atau lebih dari set point yang diberikan, maka labview akan me-looping data kembali dan dikeluarkan output dalam bentuk tegangan sehingga data kecepatan yang dihasilkan sama dengan set point yang diberikan. Sehingga dengan software labview kita dapat melihat keluaran kecepatan dari motor.

3.3

Rancangan Perangkat Lunak (Software) START

INPUT SETPOINT

PID LABVIEW

NI USB 6008

MOTOR DC

COMPARE PID BETWEEN FUZZY SETPOINT

END

SENSOR ENCODER

Gambar 3.2 Flowchart sistem kendali kecepatan motor DC

Langkah pertama yang dilakukan pada sistem ini adalah memasukan nilai setting point atau nilai awal. Selanjutnya saat motor bergerak akan menimbulkan suatu error antara nilai set point dengan nilai yang dikeluarkan oleh motor. Sensor encoder yang ada pada motor berfungsi untuk membandingkan antara nilai set point dengan nilai yang dihasilkan motor. Sehingga nilai yang diterima sensor encoder kemudian akan dikirim ke PID yang ada pada labview. Setelah mendapat nilai PID-nya maka nilai tersebut kemudian akan masuk pada NI USB 6008 yang kemudian akan dikonversikan menjadi nilai tegangan yang kemudian akan dialirkan kemotor sehingga motor akan berputar stabil sesuai dengan nilai set point. Data yang sudah diproses melalui LABVIEW dan NI USB 6008 akan dilihat kestabilannya dalam bentuk sinyal. Sinyal yang keluar dalam grafik akan langsung terdeteksi kestabilannya jika motor dalam kondisi diam maupun bergerak. Jika keluaran sinyal memiliki sedikit ripple maka alat tersebut sudah cukup stabil, tetapi jika memiliki ripple yang banyak maka kestabilan alat masih belum stabil. Selanjutnya membandingkan hasil pembacaan pada PID Ideal dengan Fuzzy Set Point guna mengetahui kendali mana yang dapat mengendalikan kecepatan motor lebih stabil. 3.4

Rancangan Mekanik

Gambar 3.3 Desain Mekanik

Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa perancangan mekanik memiliki tiga komponen utama yaitu input, NI USB 6008, motor DC, encoder sensor. Komponen input berisikan plug tegangan dari power supply. NI USB 6008 merupakan sarana komunikasi

dari Labview ke motor DC dan sebaliknya. Motor DC yang digunakan adalah motor DC 12 Vdc. 3.5

Instrument Penelitian Dalam melakukan penelitian ini alat pengujian yang digunakan untuk pengujian

alat dan sebagai referensi keberhasilan dari alat yang dibuat adalah sebagai berikut: 

Multimeter

Multimeter digunakan untuk mengukur nilai tegangan, arus pada rangkaian control dan nilai tegangan output dari motor. 

Tacho meter

Tacho meter digunakan sebagi reverensi nilai encoder yang dibaca sensor dengan nilai encoder yang dibaca oleh tachometer.

BAB IV HASIL DAN ANALISA 4.1 Pembacaan RPM pada Encoder Tabel 4.1 Hasil Pembacaan Encoder

Setting Point 3000 2750 2500 2250 1750 1500

Read Speed

Error

2879.63 2731.57 2490.56 2284.72 1795.48 1339.74

120.37 18.43 9.44 -34.72 -45.48 160.26

Pembacaan nilai encoder merupakan hasil dari nilai putaran yang dihasilkan motor. Dimana dari putaran yang dihasilkan oleh motor kemudian akan dikonversikan menjadi bentuk rpm. Dalam alat ini encoder berfungsi sebagai feedback dari motor DC yang kemudian menjadi nilai input dari PID Ideal. Sedangkan nilai Error didapat dari hasil pengurangan antara Setting Point dan Read Spead. 4.2 Pengujian Motor DC Menggunakan Kendali PID Ideal Dari hasil percobaan, didapatkan sebuah grafik kestabilan yang mencapai setting point, dimana digunakan metode PID Ideal sebagai pengontrolnya semakin kecil nilai error maka nilai rpm yang didapat semakin stabil. Untuk menentukan nilai Kp, Ti, dan Td digunakanlah teori Ziegler Nichlos yang berdasarkan pada karakeristik tanggapan dari motor yang diberikan. Dengan menetukan nilai Kcr sendiri maka perhitungan nya adalah: Diketahui Kcr = 500, maka ………..…………….…………………………………………………(1)

Selanjutnya untuk mencari nilai Ti adalah sebagai berikut. …………………………………………………………………….(2) Pct: waktu yang diperlukan dalam satu prioda

Gambar 4.1Waktu yang Diperlukan Dalam Satu Perioda

Sehingga,

Selanjutnya untuk mencari nilai Td adalah sebagai berikut. ……………………………………………………………………….(3)

Nilai Kp, Ti, dan Td yangtelah didapat dapat diimplementasikan pada setting PID pada LabView. Dikarenakan motor yang digunakan sama maka nilai Kp dapat kita set sendiri dan nilai Ti dan Td tetap. Dibawah ini merupakan hasil dari percobaan pengontrolan PID Ideal.

4.2.1 Set Point 1500 Dengan KP 5000

Gambar 4.2 Kestabilan motor dengan settingpoint kecepatan 1500 dan Kp 5000

Dari hasil gambar transient diatas dapat diamati bahwa garis berwarna putih merupakan set point sedangkan yang berwarna merah adalah output pengendalian. Waktu yang dicapai untuk menyamakan nilai set point pada percobaan diatas sangat lama, sehingga output rpm tidak dapat berjalan secara stabil. 4.2.2 Set Point 2000 dengan KP 6000

Gambar 4.3 Kestabilan motor dengan settingpoint kecepatan 2000 dengan Kp 6000

Dari gambar diatas pada kecepatan 2000 dengan mengunakan Kp 6000 ini menghasilkan waktu yang lebih cepat dibandingkan dengan menggunakan Kp 5000 untuk mencapai nilai set point. Karena error yang dihasilkan tidak terlalu tinggi. Sehingga waktu rise time tidak lama.

4.2.3 Set Point 3000 dengan KP 6000

Gambar 4.4 Kestabilan motor dengan settingpoint kecepatan 3000 dan Kp 6000

Dari gambar diatas pada kecepatan 3000 dengan mengunakan Kp 6000 ini menghasilkan waktu yang cepat untuk mencapai nilai set point sama seperti set point 2500. Sehingga error yang dihasilkan tidak tinggi. Sehingga waktu yang diperlukan untuk rise time tidak lama. 4.3

Parameter Respon Transient Motor Dari data pengujian hasil kestabilan motor dapat diamati respon transient motor

untuk setiap referensi. Data parameter respon transient dari hasil pengamatan adalah sebagai berikut. Tabel 4.2 Parameter respon transient motor dengan sistem kendali PID Ideal

Kecepatan

Tr

Td

Tp

Mp

Ts

3000

0.3

0.1

0.38

50

0.1

2000

0.3

0.12

0.3

340

0.2

1500

0.5

0.2

0.7

36.24

0.1

Dari tabel 4.2 diatas kita akan mengetahui bahwa respon transient berpengaruh pada waktu dalam mencapai nilai set point, nilai tersebut didapat dari berbagai spesifikasi renspon transient, diantaranya: a.

Rise Time (Tr) Adalah waktu yang dibutuhkan oleh output untuk bergerak dari 0% sampai 100% terhadap kondisi set point.

b.

Delay Time (Td) Merupakan waktu yang dibutuhkan output untuk mencapai 50% dari kondisi set point.

c.

Peak Time (Tp)

Merupakan waktu yang dibutuhkan oleh output dalam mencapai nilai maksimum. d.

Maksimum Overshoot (Mp) Adalah tinggi maksimum yang melebihi nilai set point.

e.

Settling Time (Ts) Adalah waktu yang dibutuhkan oleh output untuk mencapai kondisi set point dengan

toleransi yang diberikan. 4.4

Perbandingan Antara Respon Kendali PID Ideal dan Fuzzy Set Point

Set Poin 2000 3000 2500 2000 1500

1000 500

Set Point

PID

11:12.8

11:12.7

11:12.7

11:12.6

11:12.6

11:12.5

11:12.5

11:12.4

11:12.3

11:12.3

11:12.2

11:12.2

11:12.1

11:12.1

11:12.0

11:12.0

11:11.9

11:11.9

11:11.8

11:11.8

11:11.7

11:11.7

11:11.6

11:11.6

11:11.5

11:11.5

0

Fuzzy Set Point

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan PID Ideal dan Fuzzy Set Point dengan SP 2000

Ideal PID di-tuned secara manual ke Propotional gain KP = 6000, Integral time Ti = 0.0025 dan Derivative time Td = 0.000625. Sedangkan Fuzzy Set Point akan menghitung sendiri parameter PID berdasarkan kondisi error (E) dan perubahan error (ΔE). Hasilnya, response yang diberikan Fuzzy Set Point sedikit lebih bagus dan stabil dibandingkan dengan PID Ideal.

4.4.1

Kontrol PID Ideal

Gambar 4.6 Grafik Kontrol PID Ideal

Dari gambar grafik di atas dapat dilihat bahwa, pada set point 2000, dengan menggunakan kontrol PID Ideal waktu yang didapat untuk mencapai titik puncak/maximum (Tp) adalah 0.3. Nilai kecepatan yang melebihi set point (Mp) adalah 340 rpm. Waktu yang diperlukan untuk bergerak dari titik 0 ke titik set point (Tr) adalah 0.3. Waktu yang dibutuhkan output untuk mencapai 50% dari kondisi set point (Td) adalah 0.12. Toleransi yang diberikan untuk mencapai output yang stabil dari grafik diatas adalah ± 0.2.

4.4.2

Kontrol Fuzzy Set Point

Gambar 4.7 Grafik Kontrol Fuzzy Set Point

Dari gambar grafik di atas dapat dilihat bahwa, dengan menggunakan kontrol Fuzzy Set point 1500 waktu yang didapat untuk mencapai titik puncak/maximum (Tp) adalah 0.2. Nilai kecepatan yang melebihi set point (Mp) adalah 41 rpm. Waktu yang diperlukan untuk bergerak dari titik 0 ke titik set point (Tr) adalah 0.2. Waktu yang dibutuhkan output untuk mencapai 50% dari kondisi set point (Td) adalah 0.1. Toleransi yang diberikan untuk mencapai output yang stabil dari grafik diatas adalah ± 0.1. Dari perbandingan grafik diatas dapat disimpulkan bahwa untuk mendapatkan kecepatan yang stabil terhadap set point maka kendali yang tepat digunakkan adalah Fuzzy Set Point. Dimana waktu yang diperlukan untuk mencapai kecepatan stabil relativ cepat dibanding dengan PID Ideal.

4.5

Menghitung Presentase Error Tabel 4.3 Presentase Error Antara Control PID dan Fuzzy Set Point Set Poin

PID

Fuzzy Set Point

2000.00

1931.14

1985.99

2000.00

1940.86

1999.67

2000.00

1998.04

2000.00

2000.00

2000.02

2000.02

2000.00

2016.69

2000.01

2000.00

2015.71

2000.00

2000.00

2015.88

2000.07

2000.00

2013.32

2000.52

2000.00

2013.05

2000.73

2000.00

2011.98

2004.58

2000.00

2011.85

2004.46

2000.00

2010.76

2004.02

2000.00

2008.67

2002.23

2000.00

2008.97

2000.19

2000.00

2005.18

2000.13

2000.00

2005.13

2000.04

2000.00

2001.02

2000.00

2000.00

2000.00

1999.64

2000.00

2000.00

2000.06

2000.00

2000.11

2000.00

2000.00

2000.10

2000.00

2000.00

2000.00

2000.00

2000.00

1997.49

2000.03

2000.00

2000.01

2000.00

2000.00

2000.00

2000.00

2000.00

2000.00

2000.00

2000.00

2000.00

2000.00

Average

2000.22

2000.09

Error

1.1%

0.4%

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Setelah dilakukan pengujian dan analisa maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1.

Dengan system PID Ideal control motor stabil

2.

Setelah dibandingkan antara PID Ideal dengan Fuzzy Set Point, pengendalian motor DC yang paling stabil ialah menggunakan pengendalian Fuzzy Set Point.

3.

Sistem memiliki tingkat persentase error 1.5%

5.2 Saran Untuk penelitian lebih lanjut kedepannya perlu ditambahkan beberapa saran sebagai berikut ini : 1.

Perlu dibuatnya sistem plan yang lengkap agar dapat menguji kehandalan dari sistem kendali PID Ideal dan Fuzzy Set point.

2.

Perlu adanya sistem yang mampu memperkecil tingkat persentase error.

3.

Perlu adanya tempat untuk pembuatan TA.

DAFTAR PUSTAKA [1] Bahri, H. Syamsul. “Sistem Kendali hybrid PID-logika fuzzy pada pengaturan kecepatan motor DC.” DIII Teknik Elektronika, Politeknik Negeri Batam, Batam, 2004. [2] Firdaus, Ahmad Riyad. Dosen Politeknik Negeri Batam, Topic: “Sistem Kendali Kecepatan Motor DC.” Batam, 2010 [3] Sani, Ridwan. “Pengendalian Kecepatan Motor DC dengan PD-Logika Fuzzy Terhadap Pengereman Berbasis Mikrokontroller.” DIV Teknik Mekatronika, Politeknik Negeri Batam, Batam, 2013.

[4]

Kefin

F.

“[FRC

2015]

PID

Tutorial.”

Internet:

https://decibel.ni.com/content/docs/DOC-26317, January 2, 20135*[24 Mei 2016]

[5] http://www.ni.com/pdf/manuals/371303n.pdf [24 Mei 2016]

[6] http://www.innovativeelectronics.com/innovative electronics/download_files/manual/ EMS_30A_HBridge_manual.pdf [25 Mei 2016]

Lampiran A User Interface Labview

Lampiran B Program LabView