PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM KENDALI DIGITAL PADA PLANT TEMPERATUR DENGAN METODE ZIEGLER-NICHOLS MENGGUNAKAN MATLAB DAN ARDUINO
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat mata kuliah Sistem Kendali Digital DIPLOMA III PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
Oleh : Aditya Gumilar 131311033
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2015
“Jadilah seperti lilin, menerangi kegelapan meski habis oleh kegelapan itu sendiri.”
ABSTRAK Dalam dunia industri, pengendalian temperatur memegang peranan yang sangat penting bagi kemajuan industri tersebut. Pengendalian temperatur sangat berpengaruh pada hasil produksi, peralatan yang digunakan, ruangan yang digunakan sebagai tempat produksi. Dalam dunia industri tersebut kita memerlukan sistem merupakan yang dapat pengendalian membantu kitasuhu mengendalikan Sistem kendali temperatur suatu objek,temperatur. entah itu ruangan maupun benda. Pengendalian sistem kendali temperatur dapat dilakukan dengan metoda tuning Ziegler Nichols tipe 1 ( open loop) dan Ziegler Nichols tipe 2 (close loop). Dalam perancangan kali ini digunakan aplikasi MATLAB sebagai simulator dan Arduino sebagai komponen penghubung antara plant kendali temperatur dan MATLAB pada komputer pengguna. Sistem kendali temperatur dengan metoda tuning Ziegler Nichols tipe 1 dan tipe 2 dilakukan dengan cara mentuning manual pada modul PID tersebut. Pada metoda tuning Ziegler Nichols tipe 1 setelah tuning manual dapat dihasilkan dengan sinyal dengan nilai Kp = 20 ; Ti = 40 ; Td = 7. Dan nilai manual tuning tipe 2 yaitu Kp = 60 ; Ti = 32,5 ; Td = 0,68. Pengaplikasian sistem kendali temperatur, salah satunya pada dunia kesehatan, khususnya pembuatan inkubator bayi. Pengendalian temperatur dalam inkubator dimaksudkan untuk menjaga tingkat kestabilan kehangatan bayi yang baru lahir. Kata Kunci : Sistem Kendali Temperatur, Metoda Ziegler Nichols, Inkubator.
i
ABSTRACT
In the industrial world, controlling temperature plays a very important role for that indsutrial progress. Controlling temperature very influential in the production, the tools used, the room we used for production place. In the industrial like that we need a system that can help us to control temperature. Temperature control system is controlling an object, whether it’s in a room or objects. Controlling temperature system can use with Ziegler Nichols type 1 (open loop) and Ziegler Nichols type 2 (close loop) methods-tuning. At this time, we use MATLAB application as a simulator and Arduino as a component for connecting between temperature control plant and MATLAB on user computer. Temperature control system with Ziegler Nichols type 1 and type 2 methods can do with manualtunning in PID modul. With Ziegler Nichols type 1 methode after manual-tunning we get signal with value Kp = 20; Ti = 40; Td = 7. And with Ziegler Nichols type 2 after manual-tunning we get signal with value Kp = 60; Ti = 32,5; Td = 0,68. The application of temperature control system, one of them in the world of health, especially the making of baby incubator. Controlling temperature in the incubator is to make keep warm level of newborns. Keywords : Temperature Control System, Ziegler Nichols Methods, Incubator.
ii
KATA PENGANTAR Puji serta syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT., atas berkah dan karunia-Nya lah penulis dapat menyelesaikan Laporan Akhir Praktikum Sistem Kendali Digital sebagai salah satu tugas mata Sistem Kendali Digital Semester Genap Tahun Ajaran 2014/2015 Program Studi Diploma III Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung. Laporan akhir praktikum ini dengan judul “Perancangan dan Realisasi Sistem Kendali Digital dengan Metode Ziegler-Nichols Menggunakan MATLAB dan Arduino” telah berhasil penulis selesaikan dengan tepat waktu.
Namun, penulis menyadari banyak sekali kekurangan dalam pengerjaan laporan ini. Untuk itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membantu penulis untuk lebih baik lagi di masa yang akan datang. Pada pengerjaan praktikum maupun pengerjaan laporan praktikum, penulis mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih sebanyak-banyaknya kepada : 1.
Allah SWT. Yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya yang
tidak terbatas kepada penulis. 2.
Kedua orang tua yang memberikan segalanya untuk penulis demi
menjalani dunia perkuliahan. 3.
Bapak Feriyonika, ST., M.Sc.Eng selaku dosen pengampu mata
kuliah Sistem Kendali Digital yang khususnya bagi penulis telah memberikan ilmu yang sangat bermanfaat, mengajari penulis dengan sabar dan giat. 4.
Fauzi Firmansyah sebagai partner praktikum mata kuliah Sistem
Kendali Digital yang telah membantu dengan sabar selama praktikum. 5.
Teman-teman ECB 2013 yang telah banyak memberikan bantuan,
support dan masukan untuk penulis. Dengan segala kerendahan hati, penulis memanjatkan doa semoga segala bimbingan, bantuan, dorongan, serta doa yang diberikan kepada penulis dapat mendapat imbalan yang berlipat dari Allah SWT. Semoga laporan ini dapat memberikan manfaat yang luas bagi para pembaca
iii
Bandung, 6 Juli 2015
Penulis
iv
DAFTAR ISI ABSTRAK ................ ................. ................. ................. ................. .................. ..... i ABSTRACT................... .................. ................. ................. ................. ................. ii KATA PENGANTAR ............... ................. ................. .................. ................. .... iii DAFTAR ISI ............... ................ .................. ................. ................. .................. .. v DAFTAR TABEL ............... .................. ................ .................. ................. .......... vi DAFTAR GAMBAR ................. ................. ................. .................. ................. .... vii BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1 BAB II LANDASAN TEORI .............................................................................. 2 2.1 Sistem Kendali ................ .................. ................ .................. ................. ........... 2
2.2 PID (Proportional Integrative Derative) ........................................................... 3 2.3 Manual Tuning ................ .................. ................ .................. ................. ........... 5 2.4 Plant Temperatur ................ .................. ................ .................. ................. ....... 10 BAB III PERANCANGAN ................................................................................ 11 3.1 Ziegler-Nichols Tipe 1 ................................................................................... 11
3.2 Ziegler-Nichols Tipe 2 ................................................................................... 13 3.3 Algoritma Script ................. .................. ................ .................. ................. ....... 14 BAB IV ANALISA............................... ................. .................. ................. ..........17 4.1 Ziegler-Nichols Tipe 1 ................................................................................... 17 4.2 Ziegler-Nichols Tipe 2 ................................................................................... 18 4.3 Script pada MATLAB .................................................................................... 18 4.4 Script pada Arduino Stand Alone Controller ................................................... 23 BAB V ................. .................. ................ .................. ................. ................. .......... 27 DAFTAR PUSTAKA ................ ................. ................. .................. ................. .... 28
v
DAFTAR TABEL Tabel 2 Penentuan Parameter PID ......................................................................... 8
vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sistem Kendali Loop Terbuka ............................................................ 2 Gambar 2.2 Sistem Kendali Loop Tertutup ........................................................... 3 Gambar 2.3 Kendali PID pada Sistem Kendali ..................................................... 4 Gambar 2.4 Close Loop dengan Feedback ............................................................. 5 Gambar 2.5 Kondisi Sinyal Overshoot .................................................................. 6 Gambar 2.6 Kurva S ............................ .................. ................ .................. .............. 7 Gambar 2.7 Penentuan Parameter L dan T............................................................. 7 Gambar 2.8 Sketsa Sinyal Teredam ....................................................................... 8 Gambar 2.9 Sketsa Sinyal Sistem Tidak Teredam.................................................. 9 Gambar 2.10 Diagram Blok dan Hasil Osilasi Konsisten ....................................... 9 Gambar 2.11 Modul Plant Kendali Temperatur .................................................... 10 Gambar 3.1 Simulink pada MATLAB untuk Ziegler-Nichols tipe 1 ..................... 11 Gambar 3.2 Perancangan Plant Kendali Temperatur dengan Arduino ................... 12 Gambar 3.3 Penentuan Nilai T dan L menggunakan garis acuan ........................... 12 Gambar 3.4 Respon Desain Kendali Ziegler-Nichols tipe 1 .................................. 13 Gambar 3.5 Simulink pada MATLAB untuk Ziegler-Nichols tipe 2 ..................... 13 Gambar 3.6 Menentukan Pcr dan Kcr ................................................................... 13 Gambar 3.7 Respon Desain Kendali Ziegler-Nichols tipe 2 .................................. 14 Gambar 3.8 Algoritma untuk Script pada MATLAB ............................................ 15 Gambar 3.9 Algoritma untuk Script pada Arduino Stand Alone............................ 16 Gambar 4.1 Respon Ziegler-Nichols tipe 1 setelah manual tuning ........................ 17 Gambar 4.2 Respon Ziegler Nichols tipe 2 setelah manual tuning......................... 15 Gambar 4.3 Respon Kendali Script MATLAB ..................................................... 20 Gambar 4.4 Respon Kendali Script MATLAB setelah manual tuning ................... 22 Gambar 4.5 Tampilan LCD .................................................................................. 25
vii
BAB I PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi yang pesat telah menjadikan manusia berlomba-lomba untuk membuat alat yang dapat membantu dan memudahkan pekerjaan manusia. Salah satu contohnya yaitu teknologi berkembang pesat pada dunia kesehatan. Khususnya Sistem Kendali. Pengetahuan mengenai model sistem atau plant yang akan dikendalikan merupakan salah satu faktor penentu pemilihan kendali yang akan dirancang, sampai saat ini salah satu metoda yang dipakai yang banyak digunakan adalah dengan menggunakan pengendali konvensional yaitu Proportional Integral (PI) atau Proportional Integral Derivatif (PID). Dalam perancangan sistem kendali ini konstanta proporsional, integral, dan turunan dihitung berdasarkan parameter plant yang diketahui, sehingga untuk merancang kendali konvensional, perlu terlebih dahulu dilakukan identifikasi parameter plant yang dikendalikan. Hal ini tentu menyebabkan perancangan sistem kendali relatif lebih lama. Dalam dunia kesehatan inkubator merupakan alat yang paling penting terutama di ruang perawatan bayi, hal ini dikarenakan tingkat bayi lahir premature yang cukup banyak khususnya pada rumah sakit milik pemerintah, apabila bayi mengalami lahir premature maka akan sangat membutuhkan tingkat kehangatan yang cukup stabil mengingat sang bayi tersebut belum terbiasa beradaptasi dengan suhu diluar kandungan sang ibu [1]. Tujuan dari praktikum yang telah dilakukan adalah merancang desain kendali temperatur menggunakan algoritma PID. Pada praktikum yang menggunakan plant kendali temperatur, penulis mencoba membuat desain yang sesuai dengan plant melalui beberapa metode. Metode yang dipakai dalam membuat desain kendali ini ialah Ziegler Nichols tipe 1 dan Ziegler Nichols tipe 2.
1
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sistem Kendali
Sistem kendali dapat dikatan sebagai hubungan antara komponen yang membentuk sebuah konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan tanggapan sistem yang diharapkan. Dapat dikatakan ada yang dikendalikan, yang merupakan suatu sistem fisis, yang biasa disebut plant. Masukan dan keluaran merupakan variable atau besaran fisis. Keluaran merupakan hal yang dihasilkan oleh pengendali, artinya yang dikendalikan, sedangkan masukan adalah yang mempengaruhi kendalian, yang mengatur keluaran. Kedua dimensi masukan dan keluaran tidak harus sama. Pada sistem kendali dikenal sistem loop terbuka ( open loop system) dan sistem loop tertutup ( close loop system). Sistem kendali loop terbuka atau umpan maju umumnya menggunakan pengatur ( controller) serta aktuator kendali (control actuator) yang berguna untuk memperoleh respon sistem yang baik. Sistem kendali ini keluarannya tidak diperhitungkan ulang oleh controller. Suatu keadaan apakah plant benarbenar telah mencapai target seperti yang dikehendaki masukan dan referensi, tidak dapat mempengaruhi kinerja kontroller.
Gambar 2.1. Sistem Kendali Loop terbuka Pada sistem kendali loop tertutup memanfaatkan variable yang sebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap respon yang diinginkan. Sistem seperti ini juga sering dikenal dengan sistem kendali umpan balik. Aplikasi sistem umpan balik banyak dipergunakan untuk sistem kendali kapal laut dan pesawat terbang. Perangkat sehari hari yang juga menerapkan sistem ini adalah penyetelan temperatur pada lemari es, oven, tungku, dan pemanas air.
2
Gambar 2.2 Sistem Kendali Loop Tertutup Dengan sistem kendali tertutup, kita bisa ilustrasikan apabila keluaran aktual telah sama dengan referensi atau masukan maka input kontroller akan bernilai nol. Nilai ini artinya kontroller tidak lagi memberikan sinyal aktuasi kepada plant, karena target akhir perintah gerak telah diperoleh. Sistem kendali loop terbukan dan tertutup tersebut merupakan bentuk sederhana yang nantinya akan mendasari semua sistem yang lebih kompleks dan rumit. Hubungan antara masukan dan keluaran menggambarkan korelasi antara sebab dan akibat proses yang berkaitan. Masukan juga sering diartikan tanggapan keluaran yang diharapkan [2]. 2.2 PID (Proportional Integrative Derative)
Pada laporan praktikum kali ini penulis akan menggunakan algoritma PID untuk mengendalikan modul plant kendali temperatur. Metode yang dipakai untuk mendapatkan parameter PID adalah dengan menggunakan metode Ziegler Nichols tipe 1 ( open loop) dan Ziegler Nichols tipe 2 ( close loop). Setelah parameter-parameter PID (Kp, Ti, Td) didapat, selanjutnya nilai dari parameter tersebut digunakan ke modul PID. Respon akan dianalisis dan aka diperbaiki dengan teknik manual tuning dengan parameter mana saja yang akan dirubah. Parameter-parameter yang dirubah melalui manual tuning dilihat dari respon sinyal yang keluar di
plant setelah kita tunning PID sesuai dengan hasil desain kita. Sistem kendali PID sendiri merupakan pengendali umpan balik yang mampu meminimalisasi sinyal error atau kesalahan dalam suatu plant.
3
Gambar 2.3 Kendali PID pada Sistem kendali Pengendali PID memiliki beberapa komponen pengendalian yang memiliki karakteristik berbeda di setiap komponennya, seperti : 1. Pengendali Proporsional Kontrol P jika G(s) = Kp, dengan K adalah konstanta. Jika u = G(s)*e maka u = Kp*e denga Kp adalah konstanta proporsional. Kp berlaku sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroller. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun
demikian
dalam
aplikasi-aplikasi
dasar
sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya risetime dan settling time. 2. Pengendali Integrative Jika 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 transien yang tinggi sehingga dapat
4
menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde sistem. 3. Pengendali Derivative Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai G(s) = s.Kd. Dari persamaan tersebut, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam konteks “kecepatan” atau rate dari error. Dengan sifat ini, kontrol D dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol derivatif hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroller derivatif tidak dapat dipakai sendiri [3]. 2.3 Manual Tuning Tuning kendali pada PID bertujuan untuk menentukan parameter atau nilai dari kendali proporsional, integratif, dan derivatif. Proses manual tuning PID ini dilakukan dengan cara trial and error hingga didapatkan hasil respon 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 close loop yang menggunakan feedback, seperti blok diagram berikut :
Gambar 2.4 Close Loop dengan feedback Pengendalian PID membutuhkan nilai pendekatan untuk mencapai hasil yang
optimal
atau
hasil
yang
5
diinginkan.
Tuning
pengontrol
dapat
mengoptimalisasikan sistem proses dan meminimalisasierror antara variabel proses dan set point. Metoda yang digunakan dalam praktikum yaitu metoda Ziegler-Nichols.
Persamaan dibawah ini merupak persamaan rumus (1) dari algoritma PID :
() () ∫ ()
()
(1)
u : sinyal control e : error pengontrol Kp : gain untuk proportional controller Ti : integral controller Td : derivative controller T : waktu yang digunakan saat mengukur error b : sinyal set point Berdasarkan formula diatas parameter yang ditentukan saat tuning adalah Kp, Ti, Td. Metoda ini merupakan metoda tuning PID controller untuk menentukan nilai proportional gain Kp, integral time Ti, dan derivative time Td berdasarkan karakteristik respon transientdari sebuah plant atau sistem. Metoda ini akan memberikan niai overshoot sebesar 25% pada step response, seperti gambar dibawah ini.
Gambar 2.5 Kondisi Sinyal Overshoot 25%
6
Metoda ini terdiri dari 2 macam : a. Nilai PID diperoleh dari hasil percobaan dengan masukan unit step, hasilnya nanti akan terbentuk kurva berbentuk S. Jika kurva ini tidak terbentuk maka metoda ini tidak bisa diterapkan. Kurva bentuk S memiliki karakteristik dengan 2 buah konstanta, yaitu waktu tunda L dan time constan T. Kedua parameter
tersebut
diperoleh dengan
menggambar garis
tangensial pada titik infleksi kurva S. Garis tangensial tersebut akan berpotongan dengan garis time axis dan garis c(t) = K. Dari kurva tersebut kita bisa melakukan pendekatan fungsi transfer dalam first order seperti persamaan rumus (2) sebagai berikut :
(2)
Gambar 2.6 Kurva S
Gambar 2.7 Penentuan Parameter L dan T Formula PID yang telah disebutkan sebelumnya, kemudian dijabarkan dalam persamaan rumus (3) sebagai berikut :
7
(3) Dengan menggunakan formula PID di atas dan nilai parameter L dan T, maka dapat diperoleh nilai Kp, Ti, dan Td. Secara lebih ringkasnya perhatikan tabel berikut :
Tabel 2 Penentuan Parameter PID b. Pada
metoda
kedua
ini,
percobaan
dilakukan
dengan
menggunakan proportional band saja. Nilai Kp dinaikkan dari 0 hingga tercapai nilai Kp yang menghasilkan osilasi yang konsisten. Nilai kontroller gain ini disebut sebagai critical gain (Kcr). Jika Kp ini terlalu kecil, sinyal output akan teredam mencapai nilai titik keseimbangan setelah ada gangguan, seperti terlihat dibawah ini.
Gambar 2.8 Sketsa Sinyal Teredam
8
Sebaliknya, jika Kp-nya terlalu besar, osilasinya akan tidak stabil dan membesar, seperti gambar dibawah.
Gambar 2.9 Sketsa Sinyal Sistem Tidak Teredam Jika dengan metoda ini tidak diperoleh osilasi yang konsisten, maka metoda ini tidak dapat dilakukan. Dari metode ini akan diperoleh nilai critical gain
Kcr dan periode kritis Pcr.
Berdasarkan nilai ini, kita dapat menentukan nilai parameter Kp, Ti, dan Td berdasarkan rumus (4) dibawah :
(7)
Gambar 2.10 Diagram Blok dan Hasil Osilasi Konsisten
9
Metoda Ziegler Nichols ini dapat
diterapkan secara luas untuk
mentuning PID controller pada sistem kendali proses [4].
2.4 Plant Temperatur
Pada
praktikum
yang
telah
dilakukan,
plant
yang
akan
dikendalikan adalah plant Temperatur. Modul Temperatur yang digunakan adalah modul yang akan mendeteksi berapa derajat suhu yang terdeteksi oleh sensor, panas sendiri akan dihasilkan oleh sebuah lampu. Untuk gangguan pada modul sendiri terdapat sebuah kipas dan sebuah klop untuk membuka ruangan agar udara yang di dalam kotak modul bisa mengalir atau tidak.
Gambar 2.11 Modul Plant Kendali Temperatur
10
BAB III PERANCANGAN
Perancangan yang dilakukan pada praktikum kali ini adalah menggunakan metoda Ziegler Nichols tipe 1 dan tipe 2. Aplikasi yang digunakan adalah MATLAB dan komponen untuk menghubungkan antara
plant dan komputer pengguna adalah Arduino. Dalam praktikum yang telah dilakukan, penulis merancang desain kendali menggunakan metoda Ziegler Nichols tipe 1 dan tipe 2. Hasil dari desain tersebut juga diaplikasikan ke Script MATLAB dan Embedded
System menggunakan Arduino. Berikut perancangan dalam praktikum yang telah dilakukan. 3.1 Ziegler Nichols Tipe 1
Gambar 3.1 Simulink pada MATLAB untuk Ziegler Nichols tipe 1
11
Gambar 3.2 Perancangan Plant Kendali Temperatur dengan Arduino
Gambar 3.3 Penentuan Nilai T dan L menggunakan garis acuan Perbandingan waktu antara waktu nyata dan waktu matlab adalah t nyata
150s : 2000s Parameter L L matlab = 140s L nyata = 14.7s :t matlab
Parameter T T matlab = 2065s T nyata = 212.625s
12
Setelah dimasukan hasil T dan L, maka didapat sebagai berikut: Kp = 17,35714286 Ti= 29,4 Td= 7,35 Masukan nilai-nilai Kp, Ti, dan Td ini pada Modul PID. Setelah itu lihat pada respon MATLAB, hasil nya seperti berikut: o
) C ( r u t ra e p m e T
Time (s) Gambar 3.4 Respon Desain Kendali Ziegler Nichols tipe 1
3.2 Ziegler Nichols Tipe 2
Gambar 3.5 Simulink pada MATLAB untuk Ziegler Nichols tipe 1
Gambar 3.6 Menentukan Pcr dan Kcr
13
Tnyata : 55 Tmatlab : 500 Setelah itu, hitung untuk mendapatkan nilai Kp,Ti dan Td, dan dipatkan seperti berikut : Kp = 552 Ti= 12,815 Td= 3,20375 Masukan nilai-nilai Kp, Ti, dan Td ini pada Modul Controller PID. Setelah itu lihat pada Respon MATLAB, hasil nya seperti berikut:
o
) C ( r u t a r e p m e T
Time (s) Gambar 3.7 Respon Desain Kendali Ziegler Nichols tipe 2 3.3 Algoritma Script
Pada praktikum yang telah dilakukan, dibuat program untuk mengendalikan plant dan program yang digunakan adalah MATLAB dan Arduino. Pada program yang digunakan Arduino dimaksudkan untuk membuat embedded system. Maksud dari embedded system adalah user menggunakan interface lain untuk mengendalikan kendali. Komputer digunakan hanya untuk memprogram Arduino. Interface yang kita digunakan yaitu sebuah LCD yang dipasang pada bagian atas Arduino dan disebut Arduino Stand Alone Contrroller Untuk algoritma program seperti berikut:
14
Gambar 3.8 Algoritma untuk Script pada MATLAB
15
Gambar 3.9 Algoritma untuk Script Arduino Stand Alone
16
BAB IV ANALISA Pada bab ini akan dibahas tentang analisa respon yang telah dilakukan. Respon yang akan di analisa adalah respon dari sinyal kendali temperatur menggunakaan metoda Ziegler-Nichols tipe 1 dan ZieglerNichols tipe 2, Script menggunakan MATLAB, dan Script yang diaplikasikan pada Arduino Stand Alone Controller menggunakan LCD. 4.1
Ziegler-Nichols tipe 1
Pada Gambar 3.4, dapat dilihat bahwa sinyal masih belum maksimal, sehingga dibutuhkan manual-tuning pada modul PID dengan merubah parameter Kp, Ti, dan Td. Jika sudah melakukan manual tuning, hasil respon akan seperti berikut :
o
) C ( r u t ra e p m e T
Time (s)
Gambar 4.1 Respon Ziegler-Nichols tipe 1 setelah manual tuning Hasil Manual Tuning : Kp
= 20
Ti
= 40
Td
=7 Pada gambar 4.1, terlihat respon memiliki overshoot yang tidak
terlalu besar dan steady state sudah sesuai dengan setpoint yang diinginkan.
17
4.2
Ziegler-Nichols tipe 2
Pada gambar 3.7, dapat dilihat bahwa sinyal masih belum maksimal, sehingga dibutuhkan manual-tuning pada modul PID dengan merubah parameter Kp, Ti, dan Td. Jika sudah melakukan manual tuning, hasil respon akan seperti berikut :
o
) C ( r u t a r e p m e T
Time (s) Gambar 4.2 Respon Ziegler Nichols tipe 2 setelah manual tuning Hasil Manual Tuning : Kp
= 60
Ti
= 32,5
Td
= 0,68
Pada gambar 4.2, terlihat respon memiliki overshoot yang tidak terlalu besar dan steady state sudah sesuai dengan setpoint yang diinginkan. 4.3 Script pada MATLAB
Script pada MATLAB digunakan untuk membuat program untuk mengendalikan plant temperatur. Program yang akan kita buat sudah terlebih dahulu ada algoritma, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.8. Algoritma yang sudah ada diterjemahkan menjadi source code MATLAB. Program pada MATLAB seperti berikut :
18
19
Pada script yang telah di Run ini akan muncul respon pada figure, dan hasilnya seperti berikut ini :
o
) C ( r u t ra e p m e T
Time (s) Gambar 4.3 Respon Kendali Script MATLAB Gambar diatas menunjukkan respon yang keluar saat Kp, Ki, dan Kd belum diatur secara manual. Keluaran PID pada respon tersebut adalah dengan Kp = 17,35, Ki = 0,509136054, serta Kd = 130 Jika kita ingin melakukan manual tuning dan melakukan sedikit perubahan pada respon, rubah sedikit program yang ada pada script menjadi seperti berikut :
20
21
Dengan script seperti diatas, di dapat respon seperti dibawah ini :
o
) C ( r u t ra e p m e T
Time (s) Gambar 4.4 Respon Kendali Script MATLAB setelah manual tuning Pada gambar diatas terlihat respon dengan script tersebut lebih baik dari segi Overshoot dan SteadyState. Pada script dilakukan beberapa perubahan yaitu dengan membagi outPID dengan 10. Dibagi 10 agar Overshoot respon plant tidak terlalu tinggi. Manual tuning dengan merubah Kp, Ki, dan Kd pun dilakukan dengan hasil Kp = 55, Ki = 0,7, Kd = 129.
22
4.4 Script pada Arduino Stand Alone Controller
Pada script Arduino ini, dimaksudkan sistem yang kita kendalikan dapat berdiri sendiri tanpa bantuan komputer atau pun laptop. Komputer hanya membantu user untuk mengunduh program dari aplikasi Arduino ke Arduino Uno yang digunakan sebagai embedded system. Arduino uno yang sebelumnya telah diisi program untuk mengendalikan plant dan menampilkan setpoint dan respon dari kendali temperatur. Hardware yang digunakan untuk menampilkan hasil dari kendali yaitu berupa LCD. Pada LCD akan nampak nilai setpoint dan respon yang diatur. LCD diletakkan diatas Shield Arduino yang dipasang pada Arduino Uno. Program pada arduino sebagai berikut :
23
24
Hasil dari script diatas adalah sebagai berikut :
Gambar 4.5 Tampilan LCD
25
Keterangan pada LCD adalah SP untuk setpoint, sedangkan untuk PV adalah proccess value respon dari kendali yang dibuat.
26
BAB V PENUTUP Pada bab ini akan dibahas mengenai kesimpulan dari praktikum yang telah dilakukan dan saran mengenai pengenmbangan dalam praktikum selanjutnya agar praktikum selanjutnnya dapat berjalan lebih baik. Kesimpulan :
Perancangan sistem kendali pada kendali temperatur membutuhkan waktu yang cukup lama untuk melihat respon sinyal terhadap
setpoint.
Pada metoda yang digunakan yaitu Ziegler Nichols tipe dan Ziegler Nichols tipe 2, yang lebih tepat digunakan untuk plant kendali temperatur yaitu metoda Ziegler Nichols tipe 2 karena metoda Ziegler Nichols tipe 2 cocok untuk plant yang mempunyai respon yang lama.
Plant kendali suhu mempunyai batas panas yang diatur sendiri dalam modul tersebut. Batas suhu yang bisa dibaca yaitu 80° celcius. Jika melebihi batas itu, lampu sebagai pemanas akan mati secara otomatis.
Saran :
Perhatikan setiap modul yang akan dipakai dan cek terlebih dahulu apakah sesuai dengan spesifikasi atau tidak.
Pada pemograman menggunakan Arduino, lebih teliti dalam programnya dan perhatikan juga hardware yang digunakan.
27
DAFTAR PUSTAKA [1]. Faishol F. Riza, “Perancangan Sistem Pengendali Suhu dan Memonitoring Kelembapan Berbasis ATMega8535 pada Plant Inkubator”, Skripsi, Universitas Diponegoro Semarang. [2]. “Apa itu Sistem Kendali”, http://vhianwahyo3.blogspot.com/2014/05/apa-itusistem-kendali-sistem-kontrol.html. Diakses 4 Juli 2015. [3].
“Pengertian
Kendali
PID”,
http://catatan-
elektro.blogspot.com/2011/11/pengertian-kendali-pid.html. Diakses 5 Juli 2015. [4].
“Metoda
Tuning
Ziegler -Nichols”,
http://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-zieglernichols.html. Diakses 5 Juli 2015.
28
