1 LAPORAN PRAKTIKUM III MOTOR SERVO
Untuk memenuhi tugas mata kuliah Lab ELKA-01 Yang dibina oleh Dyah Lestari, S.T., M.Eng.
Oleh : Ashrofil Muzaki
(150534603478) (150534603478)
David Maulana M.
(150534602068) (150534602068)
Sugiari
(150534605106)
Wia Awaliyah
(150534602216) (150534602216)
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM STUDI S1 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO
Oktober 2017
2
MODUL IV MOTOR SERVO TUJUAN
Mengetahui dan memahami bagaimana cara mengontrol motor servo
MOTOR SERVO Servo merujuk pada error sensing feedback control yang digunakan untuk memperbaiki performa dari sebuah sistem. Servo atau Motor Servo adalah motor DC yang memiliki mekanisme servo untuk mengontor posisi sudut secara presisi. Motor servo umumnya mempunyai batas rotasi dari 90 o hingga 360o. Beberapa motor servo juga mempunyai batas 360 o atau lebih. Akan tetapi servo tidak berputar terus-menerus. Perputarannya dibatasi antara sudut-sudut yang sudah ditentukan. Motor servo digunakan untuk pemosisian secara akurat misalnya pada lengan atau kaki robot, dan di mainan RC seperti RC helikopter, pesawat terbang dan mobil.
3
Ada empat pabrikan besar yang memproduksi motor servo : Futaba, Hitec, Airtronics, dan JR Radios. Motor servo dari Futaba dan Hitec adalah yang paling sering digunakan. Motor servo mempunyai tiga kabel atau konektor. Dua dari kabel-kabel tersebut adalah ground dan sumber tegangan positif untuk pencatu Motor Servo DC. Kabel ketiga digunakan untuk sinyal kontrol. Kabel-kabel ini dibedakan dengan warna, kabel merah merupakan supply DC dan harus dihubungkan dengan tegangan positif antara 4,8V – 6V. Kabel hitam adalah ground. Untuk kabel ketiga warnanya tergantung pada masing-masing pabrikan. Untuk Hitec berwarna kuning dan putih untuk Futaba.
Motor servo Hitec mempunyai 24 gigi pada splines nya sedangkan Futaba mempunyai 25 gigi. Splines yang dibuat untuk satu tipe servo tidak bisa dipakai untuk servo lainnya. Splines adalah tempat untuk menyambungkan lengan servo. Tidak seperti DC motor, membalik konektor ground dan tegangan positif tidak merubah arah perputaran motor servo. Hal ini malah dapat merusak motor servo. Oleh karena itu pemasangan konektor harus diperhatikan dengan seksama.
Sebuah motor servo utamanya terdiri dari motor DC, sistem gigi, dan sensor posisi yang kebanyakan berupa potensiometer dan rangkaian kontrol. Motor DC terhubung dengan mekanisme gigi yang memberikan umpan balik ke sensor posisi yang berupa potensiometer.
4 Dari gear box, keluaran motor servo dikirimkan melalui spline servo ke lengan servo. Potensiometer berganti posisi sesuai dengan posisi motor saat itu. Sehingga perubahan resistansi menghasilkan perubahan tegangan yang sebanding dari potensiometer.
5 Sebuah sinyal PWM diberikan ke kabel kontrol. Lebar pulsanya lalu dikonversi menjadi tegangan yang sesuai yang kemudian dibandingkan dengan sinyal dari potensi di aplifier error.
Perbedaan sinyalnya dikuatkan dan diberikan ke motor DC. Jadi sinyal yang diberikan ke Motor Servo DC adalah gelombang redaman yang melemah ketika posisi yang diinginkan dicapai oleh motor.
Ketika perbedaan antara posisi yang diinginkan sesuai dengan yang diindikasikan oleh pulsa dan posisi saat itu tinggi maka motor berputar cepat. Ketika perbedaan nya sedikit motor berputar lambat.
MENGONTROL MOTOR SERVO Motor servo dapat berputar ke sudut yang diinginkan dengan mengirimkan sinyal PWM (Pulse Width Modulated) ke kabel kontrol. Servo mengerti bahasa dari pulse position modulation. Lebar pulsa bervariasi mulai dari 1 ms hingga 2 ms dikirim secara berulang-ulang sebanyak sekitat 50 kali dalam 1 detik. Lebar pulsa n ya menentukan posisi sudut motor servo. Sebagai contoh, pulsa 1 ms memutar servo ke sudut 0 o sedangkan pulsa 2 ms memutar servo ke sudut 180o. Lebar pulsa antara sudut tersebut dapat di interpolasi sesuai keinginan. Misalnya pulsa 1,5 ms akan memutar servo ke sudut 90 o. Harus dipahami bahwa nilai ini hanya perkiraan, nilai sebenarnya dari sebuah servo b erbeda pada setiap pabrikan. Serangkaian pulsa-pulsa (50 pulsa dalam 1 detik) harus diberikan ke servo untuk mempertahankan posisi sudut tertentu. Saat servo menerima pulsa, motor servo dapat mempertahankan sudutnya untuk 20 ms berikutnya. Hadi sebuah pulsa setiap frame waktu 20ms harus diberikan ke motor Servo.
6
Untuk motor servo Futaba S3003 hubungan antara lebar pulsa dan sudut servo adalah seperti Tabel 4.1. Motor servo ini hanya dapat berputar antara sudut 0 hingga 180 derajat. Tabel 4.1 Hubungan antara lebar pulsa dan sudut motor servo Lebar Pulsa Posisi Sudut 0,360 ms 0 derajat 1,260 ms 90 derajat 2,160 ms 180 derajat Untuk mengontrol motor servo dapat digunakan PWM dari mikrokontroler AVR. Dicontohkan menggunakan AVR Timer 1 yang merupakan timer 16bit dan mempunyai dua channel PWM (A dan B). Frekuensi CPU adalah 16Mhz, frekuensi ini adalah frekuensi maksimum yang dapat digunakan oleh mikrokontroler AVR. Kali ini digunakan prescaller 64 sehingga timer akan mempunyai frekuensi 16Mhz/64 = 250khz (Periode 4uS). Kita menggunakan timer dengan mode Fast PWM Top Value = ICR1. Sehingga timer akan menghitung mulai dari 0 hingga ICR1 (Top Value). Formula untuk menghitung frekuensi dan nilai Top Value adalah sebagai berikut : =
=
50 =
(1 + ) 16000000 64 (1 + ) 16000000 64 (1 + )
= 4999
Selanjutnya set ICR1=4999. Hal ini memberikan kita PWM dengan periode 20ms (50Hz). Lalu set output PWM menjadi Non Inverted. Selanjutnya duty cycle dapat diset melalui
7 register OCR1A dan OCR1B. Karena periode timer nya adalah 4uS (250Kz), kita dapat menghitung nilai yang dibutuhkan untuk memutar motor servo ke sudut tertentu dengan rumus sebagai berikut : Sudut 0o membutuhkan lebar pulsa 0.360ms(360uS) sehingga nilai OCR1A = 360us/4us = 90 Sudut 90 o membutuhkan lebar pulsa 1.260ms(1260uS) sehingga nilai OCR1A = 1260us/4us = 315 Sudut 180 o membutuhkan lebar pulsa 2.160ms(2160uS) sehingga nilai OCR1A = 2160us/4us = 540
ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKANbb
1 unit PC/Notebook Minimum System ATmega8535 Motor Servo Futaba S3003 1 kabel USB Type B 2 kabel 10 pin Kabel jumper
PROSEDUR 1. Hitung nilai TOP dan OCR1A yang diperlukan untuk mengontrol motor servo untuk bergerak ke sudut 0,30,60,90,120,150 dan 180 derajat! (Frekuensi Clock minimum system 4 MHz) 2. Hubungkan kabel hitam dengan ground (Pin nomor 1 pada minimum system), kabel merah pada VCC (Pin nomor 2 pada minimum system), dan kabel putih pada PD 5 (pin nomor 8 pada PORT D minimum system)! 3. Hubungkan kabel 10 pin dari input trainer ke port minimum sistem yang diinginkan. 4. Atur konfigurasi Timer1 mode Fast PWM Top=ICR1 dan port sesuai kebutuhan. 5. Buatlah fungsi yang memutar motor ke posisi sudut tertentu (parameter berupa besar sudut)!. 6. Buatlah fungsi yang memutar motor ke posisi sudut tertentu (parameter berupa lebar pulsa HIGH dalam mikrosekon)!. 7. Buatlah program yang memutar motor servo ke sudut tertentu sesuai masukan dari toggle menggunakan fungsi pada langkah ke-5 dan ke-6 seperti Tabel 4.2. Tabel 4.2 Hasil pengukuran sudut ketika menggerakkan motor servo menggunakan PWM No. Toggle bit keSudut tujuan (derajat) Fungsi langkah ke- Sudut Terukur 1 0 0 5 0 2 1 30 5 30 3 2 60 5 60 4 3 90 5 90 5 4 120 6 120 6 5 150 6 150 7 6 180 6 180 8 7 200 6 210 8. Pindahkan kabel putih motor servo ke PD3 (Pin nomor 6 pada minimum sistem). Lalu set pin tersebut sebagai output! 9. Buatlah program yang memutar motor servo ke sudut 0, 90, dan 180 sesuai input toggle dengan memanipulasi level logika pin PD3 dengan algoritma sebagai berikut :
8 a. b. c. d.
Set pin PD3 (HIGH) Berikan delay sesuai sudut yang dibutuhkan Clear pin PD3 (LOW) Berikan delay (periode sinyal adalah 20ms).
10. Catat sudut yang terukur dalam Tabel 4.3. Tabel 4.3 Hasil pengukuran sudut ketika menggerakkan motor servo menggunakan delay time No. 1 2 3
Sudut tujuan (derajat) 0 90 180
Sudut Terukur 0 95 190
DATA HASIL PERCOBAAN DATA HASIL PERCOBAAN 1. Hasil Perhitugan prosedur nomor 1. a. Diketahui : f pwm f cpu n
= 50 Hz = 4 MHz = 64
f timer
= f cpu / n = 4 MHz / 64 = 62,5 kHz
Ttimer
b. Perhitungan TOP : = (1 + )
50 =
4000000 64 (1 + )
=
= 1 / f timer = 1 / 62,5 kHz = 16 us
c. Setting OCR1A untuk sudut 0,30,60,90,120,150 dan 180 derajat. OCR1A = Lebar Pulsa / T timer
Lebar Pulsa sudut 0,30,60,90,120,150 dan 180 derajat
:
360 us : Tpulsa = : Tpulsa = 360 us + ( sudut T pulsa0 / 900 ) * (1260 us – 360 us ) Tpulsa = 360 us + ( 30 0 / 900 ) * (1260 us – 360 us ) Tpulsa = 660 us 60 derajat : Tpulsa = 360 us + ( sudut T pulsa0 / 900 ) * (1260 us – 360 us ) Tpulsa = 360 us + ( 60 0 / 900 ) * (1260 us – 360 us ) Tpulsa = 960 us 1260 us 90 derajat : Tpulsa = 120 derajat : Tpulsa = 360 us + ( sudut T pulsa0 / 900 ) * (1260 us – 360 us ) Tpulsa = 360 us + ( 120 0 / 900 ) * (1260 us – 360 us ) Tpulsa = 1560 us 0 derajat 30 derajat
9 150 derajat : Tpulsa = 360 us + ( sudut T pulsa0 / 900 ) * (1260 us – 360 us ) Tpulsa = 360 us + ( 150 0 / 900 ) * (1260 us – 360 us ) Tpulsa = 1860 us 180 derajat : Tpulsa = 2160 us
Nilai OCR1A untuk 0,90,dan 180 derajat
:
: OCR1A = 0,360 ms / 0,016 ms : OCR1A = 1,260 ms / 0,016 ms : OCR1A = 2,160 ms / 0,016 ms
= 22,5 = 78,75 = 135
Nilai OCR1A untuk 30,60,120,dan 150 derajat
:
0 derajat 90 derajat 180 derajat
30 derajat 60 derajat 120 derajat 150 derajat
: OCR1A = : OCR1A = : OCR1A = : OCR1A =
660 us / 16 us 960 us / 16 us 1560 us / 16 us 1860 us / 16 us
= 41,25 = 60 = 97,5 = 116,25
2. Source code program prosedur nomor 5 (blok fungsinya saja).
3. Source code program prosedur nomor 6 (blok fungsinya saja).
4. Source code program prosedur nomor 7 (main program yang di dalam while saja).
10
5. Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Hasil pengukuran sudut ketika menggerakkan motor servo menggunakan PWM No. 1 2 3 4 5 6 7 8
Toggle bit ke0 1 2 3 4 5 6 7
Sudut tujuan (derajat) 0 30 60 90 120 150 180 200
Fungsi langkah ke5 5 5 5 6 6 6 6
Sudut Terukur 0 30 60 90 120 150 180 210
6. Source code program prosedur nomor 9 (main program yang di dalam while saja).
7. Tabel 4.3.
11
Tabel 4.3 Hasil pengukuran sudut ketika menggerakkan motor servo menggunakan delay time No. 1 2 3
Sudut tujuan (derajat) 0 90 180
Sudut Terukur 0 95 190
12
ANALISIS DATA
Analisis kesulitan atau kendala-kendala yang dihadapi dalam pembuatan fungsi-fungsi dan program untuk mengontrol motor servo. Kesulitan dalam membuat kendali motor servo antara lain: a. Program kendali motor servo sangat bergantung dari karakteristik dari motor servo itu sendiri sehingga untuk memprogram kendali motor servo hal utama yang harus diselesaikan adalah pemecahan masalah perhitungan, diantaranya adalah :
Lebar pulsa masing-masing sudut putaran Nilai TOP Nilai register OCR1A Rumus untuk Function Program sebagai kunci utama program kendali motor servo Nilai Periode timer Nilai Frekuensi timer Nilai n
b. Parameter yang digunakan bergantung pada pengembang, dari praktikum ini dapat dianalisis bahwa ada tiga metode parameter untuk mengendalikan motor servo dengan mikrokotroler ATmega8535, yaitu : Parameter sudut Parameter lebar pulsa Parameter delay high Untuk parameter delay high, sebenarya sama dengan parameter lebar pulsa namun yang membedakan adalah untuk parameter delay high pengembang tidak perlu menggunakan function program untuk mengkondisikan nilai keluaran dari output mikrokontroler, tetapi output mirokontroler ikondisikan secara langsung melalui delay yang telah diatur sesuai dengan lebr pulsa sudut sehingga seolah olah membentuk sinyal pwm. c. Pada sudut dibawah 90 ˚ terdapat kesalahan yang mengakibatkan sudut terukurnya tidak akurat. Setelah diteliti sintaks programnya ternyata salah, dan kesalahannya yaitu pada penggunaan program
void set_servo (int sudut)
penggunaan int mengakibatkan perhitungan yang tidak bisa menghasilkan nilai yang ada angka dibelakang koma, sehingga hasil perhitungan akan dibulatkan dan mengakibatkan sudut terukur tidak akurat. Lalu untuk mengatasi hal tersebut kita ganti program menjadi
Dan hasilnya akurat sesuai harapan.
13
Analisis perbandingan Tabel 4.2 dan Tabel 4.3 dalam hal sudut terukurnya. Dari tabel 4.2 dan 4.3 didapatkan hasil sudut terukur yang memiliki perbedaan antara kedua tabel. Tabel 4.2 metode kontrol servonya menggunakan pwm dengan setting timer sedangkan tabel 4.3 menggunakan metode kontrol manipulasi level logika melalui fungsi delay untuk mendapatkan seolah olah ada sinyal pwm. Sudut terukur pada tabel 4.2 (langkah ke-5) didapatkan hasil yang akurat, sedangkan pada langkah ke-6 didapatkan sudut terukur yang tidak akurat pada setting sudut 200 ˚. Sudut terukur pada tabel 4.3 didapatkan hasil yang tidak akurat. Terdapat selisih 5˚ pada tiap perpindahan sudutnya. Ketidak akuratan dari hasil praktikum baik pada tabel 4.2 maupun tabel 4.3 terjadi karena pada dasarnya motor servo dikontrol menggunakan PWM dimana Frekuensi dari PWM biasanya dalam daerah 30 sampai 60Hz (15 – 30 ms). Hal ini disebut refresh rate. Bila refresh rate terlalu kecil maka ketelitian servo akan berkurang karena akan kehilangan posisinya secara periodik, bila referesh rate terlalu besar, maka servo akan akan bergetar. Sehingga dari teori tersebut dapat diketahui bahwa kontrol servo menggunakan PWM (pada tabel 4.2) didapatkan keakuratan walaupun tidak 100%. Sedangkan pada tabel 4.3 yang metode kontrol servonya menggunakan manipulasi pulsa pwm menggunakan delay antara logika high d engan logika low didapatkan hasil yang tidak akurat dengan selisih 5 ˚, hal ini karena keakuratan waktu dalam setting delay tidak pas dengan sesungguhnya atau keakuratan lebih baik menggunakan fitur setting timer. Jika dengan setting pwm maka dapat diatur kecepatan frekuensinya, dimana kecepatan frekuensi menentukan keakuratan dalam perpindahan dari logika high ke low atau sebaliknya. Selain karena faktor metode yang digunakan untuk mengontrol servo, keakuratan juga dipengaruhi oleh spesifikasi yang diberikan oleh pembuat motor servo itu sendiri.
14
KESIMPULAN Dari hasil praktikum yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa 1. Motor servo merupakan sebuah perangkat aktuator putar (motor)yang dirancang dengan sistem kontrol umpan balik tertutup (servo), sehingga dapat disetup atau diatur untuk menentukan dan memastikan posisis sudut dari poros output . 2. Frekuensi dari PWM biasanya dalam daerah 30 sampai 60Hz (15 – 30 ms) – ini disebut refresh rate. Bila refresh rate terlalu kecil maka ketelitian servo akan berkurang karena akan kehilangan posisinya secara periodik, bila referesh rate terlalu besar, maka servo akan akan bergetar. 3. Ada dua metode parameter untuk mengendalikan motor servo dengan mikrokotroler ATmega8535, yaitu : Parameter lebar pulsa Parameter delay high. Parameter lebar pulsa menggunakan fungsi yang akan dipanggil dengan memberikan nilai sudut. Sedangkan parameter delay high menggunakan delay logika high low sehingga seperti menghasilkan sinyal pwm. 4. Dalam pemasangan motor servo perlu diperhatikan antara konektor kutub positif dan negatif. Pemasangan kutub motor servo tidak boleh terbalik karena ini akan membuat motor servo rusak.
15
LAMPIRAN Sudut ketika 0˚
Sudut ketika 30˚
Sudut ketika 60˚
Sudut ketika 90˚
Sudut ketika 120˚
Sudut ketika 150˚
Sudut ketika 180˚
Sudut ketika 200˚
16
Sudut ketika 0˚(menggunakan delay
time)
Sudut ketika 180˚(menggunakan delay time)
Sudut ketika 90˚ (menggunakan delay time)
17
