PENGANTAR SISTEM KENDALI.doc

MODUL I
PENGANTAR SISTEM KENDALI

Rekayasa memberikan perhatian pada pemahaman dan pengendalian material dan
kekuatan alam demi kemaslahatan ummat manusia. Sarjana Teknik Kendali
dituntut dapat memahami dan mengendalikan bagian kecil lingkungan (sistem)
agar menghasilkan produk yang secara ekonomi bermanfaat untuk masyarakat.

Pemahaman dan pengendalian adalah komplementer mengingat sistem harus dapat
dipahami dan dimodelkan. Tantangan saat ini adalah pemodelan dan
pengendalian sistem-sistem yang kompleks, modern, dan terkait satu sama
lain: pengendalian lalu lintas, prosesproses kimia, sistem-sistem robot,
sistem pesawat angkasa , sistem peluru kendali. Sebaliknya disiplin ilmu
ini memiliki peluang untuk mengendalikan banyak sistem menarik di industri
secara otomatis. Tiga hal pokok dalam kendali proses: mesin, industri dan
ekonomi.

1.1 Apa yang dilakukan Sarjana Teknik Kendali ?
Sebagian besar keputusan dari insinyur tersebut akan dibahas pada lima
topik berikut ini.
- Desain proses
Kunci dalam teknik adalah desain dari sebuah proses sehingga proses dapat
dikontrol degan baik. Misalnya pada pemanas ruangan terdapat temperatur
maksimal dan minimal karena furnace dan heat exchanger tidak dapat merespon
dengan cepat. Dengan begitu, sebuah plant yang lebih responsif akan dengan
lebih mudah dikontrol. Responsif berarti variabel yang dikontrol dapat
merespon dengan cepat untuk berapapun harga variabel yang dimanipulasi di-
set. Dan juga, sebuah plant yang mudah beradaptasi dengan gangguan juga
akan lebih mudah dikontrol.
- Pengukuran
Kunci keputusan yang akan diambil adalah pemilihan jenis sensor dan
lokasinya, karena kita hanya dapat mengontrol nilai-nilai yang terukur.
Seorang insinyur harus memilih sensor yang dapat mengukur variabel-variabel
penting dengan cepat dan dengan akurat.
- Elemen akhir
Insinyur harus menyediakan alat, variabel yang dimanipulasi yang dapat
bersikap sesuai perhitungan kontrol. Contoh: contol valve sebagai elemen
akhir akan membuka atau menutup dengan persentasi bukaan/tutupan tertentu
sesuai dengan signal yang dikirimkan ke valve dari kontroller.
- Struktur kontrol
Insinyur harus dapat memutuskan beberapa hal paling dasar dalam perancangan
sistem kontrol. Misalnya, valve mana yang harus dimanipulasi untuk
mengontrol suatu pengukuran.
- Perhitungan kontrol
Setelah struktur kontrol dan variabel sudah terpilih, persamaan-persamaan
tertentu harus dipilih untuk pengukuran nilai-nilai yang diinginkan untuk
menghitung variabel yang dimanipulasi. Seperti yang kita pelajari, hanya
beberapa persamaan yang sesuai untuk kontrol bagi berbagai macam plant.

1.2 Beberapa Definisi
Sistem : kombinasi beberapa komponen yang bekerja secara bersama-sama
dan membentuk suatu tujuan tertentu.
Proses (alamiah) : suatu urutan operasi yang kontinyu atau suatu
perkembangan yang dicirikan oleh urutan perubahan secara perlahan yang
terjadi tahap demi tahap dengan cara yang relatif tetap dan memberikan
suatu hasil atau akhir.
Proses (artifisial) : operasi yang dilakukan secara berkesinambungan
yang terdiri dari beberapa aksi yang dikendalikan atau pergerakan yang
secara sistematik diarahkan pada suatu hasil atau akhir.
Operasi : proses yang dikendalikan: proses kimia, biologi, ekonomi.
Plant : dapat berupa bagian suatu peralatan yang berfungsi secara
bersama-sama untuk membentuk suatu operasi tertentu. (Setiap obyek
fisik harus dikendalikan: reaktor kimia, heating furnace, spacecraft)
Gangguan : suatu sinyal yang cenderung mempengaruhi (secara acak)
nilai output suatu sistem: gangguan internal dan eksternal.
Kendali umpan-balik: suatu operasi yang dengan munculnya gangguan akan
cenderung akan memperkecil perbedaan antara output suatu sistem dengan
beberapa input dan selanjutnya bertindak sesuai bertitik tolak dari
perbedaan tsb.

1.3 Jenis Sistem Kendali
Ada 2 jenis sistem kontrol:
1. Sistem kontrol lup terbuka (open-loop control system).
2. Sistem kontrol lup tertutup (closed-loop control system).

Sistem Kontrol Terbuka/Open-Loop

Gambar 1 Diagram blok sistem open loop
- output tidak diukur maupun diumpanbalikkan
- bergantung pada kalibrasi
- hubungan antara output dan input diketahui
- tidak ada 'internal disturbance' maupun 'eksternal disturbance'
Contoh : - kontrol traffic (lalu lintas)
- mesin cuci

Faktor penting: WAKTU

Kelebihan:
- konstruksinya sederhana dan perawatannya mudah
- lebih murah
- tidak ada persoalan kestabilan
- cocok untuk keluaran yang sukar diukur /tidak ekonomis (contoh: untuk
mengukur kualitas keluaran pemanggang roti)
Kelemahan:
- gangguan dan perubahan kalibrasi
- untuk menjaga kualitas yang diinginkan perlu kalibrasi ulang dari waktu
ke waktu




Sistem Kontrol Tertutup / Close-Loop

(Terdapat 'feedback' untuk mengurangi 'error'
Jenisnya :
· sistem kontrol berumpan balik (feedback control system)
· sistem kontrol inferensial (inferential control system)
· sistem kontrol berumpan-maju (feedforwardcontrol system)


Gambar 2 Diagram blok sistem close loop

A. Manual Feedback Control / Manual Close-Loop Control System

Gambar 3 Diagram blok 'Manual Feedback Control' dari sebuah sistem thermal

B. Automatic Feedback Control / Automatic Close-Loop Control System
Gambar 4 Diagram blok 'Automatic Feedback Control' dari sebuah sistem
thermal


Kelebihan : komponen-komponen relatif lebih murah dan cukup akurat
Kekurangan : stabilitas menjadi persoalan utama

Sistem Multi-Input Multi-Output
Sistem ini memiliki input dan output lebih dari satu. Diagram blok sistem
ini dapat dilihat pada gambar 5 berikut.

Gambar 5 Sistem MIMO

1.4 Contoh-Contoh Sistem Kendali
Berikut ini adalah beberapa contoh sistem kendali.


Gambar 6 Sistem Kendali Automobile Steering

Gambar 7 Sistem Pengaturan Suhu




Gambar 8 Sistem Kendali Boiler Generator

Gambar 9 Sistem Kontrol Suhu Kompartemen Penumpang Mobil



Gambar 10 Sistem Kendali Umpan Balik Model Perekonomian









Gambar 11 Sistem Kontrol 3 Sumbu untuk Memeriksa Wafer Semikonduktor
Individu dengan Camera yang Sangat Sensitif


Gambar 12 Sistem kendali robot menggunakan proses pengenalan pola








5. Proses Perancangan Sistem Kendali
Proses perancangan sistem kendali dilakukan dalam beberapa tahapan. Diagram
alir proses perancangan ditunjukkan pada gambar 13 dengan langkah-langkah
proses perancangan sepeti pada gambar 14 berikut.

Gambar 13 Diagram Alir Proses Perancangan Sistem Kendali

Gambar 14 Tahapan Proses Perancangan Sistem Kendali

6. Arah Evolusi Sistem Kendali
Perkembangan sistem kendali dan robotika ditunjukkan pada gambar 15.
Perkembangan ke depan sistem kontrol akan mengarah ke kontrol digital dan
perbaikan dalam vision, man-machine interface dan supervisory control.
Sedangkan automasi robotika berkembang dengan menggunakan sistem cerdas dan
perbaikan dalam hal sensor, vision, bahasa dan artificial intelligence.


Gambar 15 Evolusi Sistem Kendali dan Robotika Masa Depan