Abstrak Di dalam sistem otomasi terdapat berbagai cara agar bagaimana sistem yang kita buat agar berjalan sebagaimana dengan yang kita inginkan, salah satu caranya adalah dengan menggunakan perhitungan PID. Banyak sekali software yang membantu dalam proses perancangan dan perhitungan PID dalam membantu mengontrol sebuah system salah satunya adalah matlab. di sini kita akan menunjukan hasil dan cara pengendalian regulator tegangan menggunakan PID pada matlab. sehingga system y ang dihasilkan mendekati ataupun menghasilkan outputan sesuai dengan yang kita inginkan.
A. Sistem Kontrol Sistem kontrol adalah sistem yang digunakan untuk mewujudkan output yang kita inginkan. System kontol sendiri dibagi menjadi 2 yaitu kontrol manual dan otomatis, perbedaanya adalah dalam system kontrol manual operator mesin/manusia lah yang berfungsi sebagai sensor dan pembuat keputusan sedangkan dalam sistem kontrol otomatis tugas manusia digantikan oleh bagian bagian yang disebut controller (sebagi pembuat keputusan) dan sensor elektronik (sebagai pengamat keadaan yang sedang terjadi dalam sistem) . Sebelum memulai mendesain sebuah system mula mula mula kita mendesain sebuah diagram blok sebagai desain awal dan urutan kerja dari sebuah system, diagram blok dibagi dibagi menjadi 2 jenis yaitu open loop dan closed loop a.
Open loop
Adala loop terbuka atau loop yang hanya memiliki input, proses, dan output, cara kerjanya hanya input mengirimkan sebuah sinyal untuk diproses lalu hasil proses tadi dikluarkan pada output tidak ada feedback atau umpan balik dan tidak terdapat nilai eror dalam system tersebut dan biasanya operasinya sangat sederhana sperti saklar lampu b. Closed loop
Closed loop/loop tertutup pada loop tertutup terdapat sebuah blok tambahan yaitu feedback, di sini feed back berfungsi sebagai pembanding antara output yang dihasilkan dengan hasil yang di inginkan dan kemudian dia melakukan tindakan control dengan menyesuaikan sinyal input apabila output yang dihasilkan tidak sesuai dengan yang di inginkan. Selain itu closed loop juga
menggunakan sensor yang berfungsi sebagai pembanding antara output dengan hasil yang di inginkan. Sehingga diagram blok closed loop sendiri dapat digambarkan seperti ini :
1. Plant : yaitu merupakan objek fisik yang akan dikontrol 2. Kontroller : agen yang berfungsi untuk me ngontrol berapa sinyal yang dibutuhkan untuk mengendalikan sinyal eror 3. Sensor : sebuah alat yang mampu mengukur jumlah fisik dan mengubahnya kedalam sinyal yang mampu dibaca oleh instrument ataupun pengamat Sebuah system control dapat dikatakan sempurna apabila mampu mengatasi disturbance rejection (mampu mengembalikan proses yang telah terkena gangguan kembali ke keadaan stabil) atau juga mampu mengatasi tracking setpoint (controller dapat menghasilkan keadaan stabil meskipun nilai set pointnya kita ubah). Banyak sekali teknik teknik yang digunakan untuk melakukan control terhadap system yang telah kita buat agar berjalan dan menghasilkan output sesua dengan yang kita inginkan seperti menggunakan teknik adaptive control, predictive control, neural control dan fuzzy control tetapi dalam melakukan control terhadap embedded sytem, PLC, dan system control terdistribusi mekanisme control yang paling banyak digunakan adala PID, hal ini dikarenakan PID lebih mudah dimengerti dan dapat mengontol system dengan kondisi operasi yang cukup panjang.
B.PID PID adalah singkatan dari Proportional-Integral-derivative merupaka rumus/perhitungan yang memiliki fungsi menghitung nilai eror antara variable proses dengan set point yang di inginkan dan mampu memperkecil nilai eror tersebut sehingga output yang dihasilkan semakin mendekati nilai yang di inginkan. Perhitungan PID sendiri memiliki rumus
() () ∫ () () Selain itu kita juga dapat menggunakan bagian bagian rumus PID secara terpisah (dapat menggunakan Kp/Ki/Kd saja ataupun kombinasinya) tergantung kebutuhan kita. Disamping menggunakan rumus diatas untuk mencari nilai dari Kp,Ki,Kd kita juga dapat menentukan nilainya dengan tunning manual/trial and eror (memasukkan nilai Kp,Ki,Kd berdasarkan hasil output yang
didapat), tetapi dalam menggunakan metode ini karakteristik Kp,Ki, dan Kd perlu diperhatikan sehingga kita tidak sembarangan dalam melakukan tunning tersebut.
C. Pembahasan Untuk fungsi pengntrolan regulator tegangan yang kami bahas, fungsi alih yang digunakan adalah dibawah ini dengan syarat system yang kita buat memenuhi Time settling = 1, Eror steady state (Ess)=2%, Mp=2%
() Lalu kita simulasikan fungsi transfer tersebut menjadi diagram blok pada matlab sehingga kita dapat menganalisanya apakah fungsi tersebut memiliki kontrol yang baik atau tidak, dan setelah disimulasikan didapatkan hasil seperti berikut
Dengan step time seperti dibawah ini
Akan dihasilkan outputan seperti dibawah ini
Gambar diatas terlihat bahwa hasil outputan dari system yang telah kita buat menghasilkan e ror hingga 7,2 detik juga terdapat overshoot hingga bernilai 1,3. Dengan menggunakan PID kita akan coba memperbaiki eror dan overshoot diatas dengan memberi nilai pada Kp, untuk awal kita beri nilai Kp = 3
Dari nilai Kp yang telah kita msaukan maka dihasilkan sinyal seperti berikut
Karena nilai yang dikontrol oleh Kp menghasilkan gelombang sinus yang semakin membesar, kita menambahkan nilai Kd sebesar 0,8 karena karakteristik K d mengurangi overshoot dan stabilitas nya.
Dan menghasilkan keluaran sinyal seperti berikut
Dari sinyal diatas apabila diperbesar terlihat bahwa eror /Essnya terjadi lebih dari 2% = 0,98(batas bawah eror yang dapat ditolerir) atau 1,02 (batas atas eror yang dapat ditolerir) dari kondisi stabilnya yang bernilai 1 . Sehingga kita harus member nilai Ki sebesar=0.646 untuk mensetabilkan system tersebut karena salah satu karakteristik Ki adalah menghilangkan eror steady statenya
Sehingga dihasilkan sinyal keluaran seperti berikut
Setelah d zoom
Ess nya telah memenuhi syarat yaitu kurang dari 2% batas atasnya akan tetapi Time setlingnya masih lebih dari 1 karena masih ada sedikit overshoot. Untuk memperbaiki overshoot ini kami menggunakan aturan tunning Ziegler-Nichols dengan rumus seperti dibawah ini.
Dimana nilai L merupakan delay time yang berasal dari penarikan garis lurus time settling dikurangi T yang merupakan nilai rise time. Karena kita menggunakan controller PID bukan P atau Pi saja maka kita akan menggunakan rumus yang ke 3
Nilai T telah diketahui yaitu 1,55 dan L adalah 0,88 sehingga apabila dimasukan kedalam aturan ZieglerNichols
= 2 x 0.08 = 0.16 = 0.775 Kemudian masukkan nilai nilai tersebut ke dalam matlab
Sehingga hasil sinyal yang dihasilkan adalah sebagai berikut
Untuk mengurangi eror steady state kita akan menambahkan sedikit nilai Ki menjadi=0.26 sehingga akan menghasilkan gambar sinyal seperti dibawah ini
Dari hasil diatas didapatkan outputan yang mendekati sempurna Ess < 2%, Mp < 2% akan tet api Ts > 1 Selanjutnya kita akan melakukan pengetesan apakah system ini termasuk system yang bagus atau tidak dengan cara mengetes tracking setpoint dan disturbance rejectionnya. 1. Tracking setpoint
Tujuan melakukan Tracking setpoint adalah mengetahui bahwa system yang kita buat tetap bisa stabil meskipun setpointnya kita ubah. Misal nilai initial value kita beri nilai 1, step time kita beri nilai 5 dan final value kita beri 3 kemudian kita m asukkan dalam matlab.
Gambar diatas menunjukan hasil dari pengetesan tracking setpoint di mana nilai initial valuenya adalah 1 akan tetapi time setlingnya tidak tepat 1 karena hasil akhir kita tadi time satling lebih dari , akan tetapi time settling pada ste p time 5 tepat dan final valuenya tepat bernilai 3. Jadi kesimpulannya system kita mampu beradaptsai dari ber bagai jenis nilai setpoint.
2. Distrubance Rejection
Kemudian kita membuktikan kesetabilan system kita dengan menggunakan disturbance rejection dengan menambahkan fungsi step lain di akhir bloknya.
dengan nilai initial valuenya 1, steptimenya 5, final valuenya 3, kemudian dihasilkan sinyal seperti dibawah ini diamana begitu masuk di detik ke 5 dia terdapat sebuah gangguan sampai nilai tertingginya 3 dan kemudian kembali stabil 1 seperti nilai iniial valuenya pada detik 29
Kesimpulan
PID merupakan kepanjangan dari Proportional-Integral-Deverative yang merupakan fungsi untuk memeperkecil nilai eror di dalam suatu system sehingga system akan semakin setabil
Penetuan nilai PID yang digunakan dapat digunakan dengan 2 cara yaitu perhitungan dan manual tunning dengan metode trial and eror
Dalam pembuatan suatu system jika telah menemukan fungsi alih dari sebuah system yang kita inginkan kemudian kita dapat membuat diagram blok baik yang open loop ataupun closed loop tergantung kebutuhan dan desain system yang kita buat
Kita dapat mengetahui system tersebut setabil atau tidak dapat diketahui apabila system tersebut mampun mengatasi tracking setpoin dan disturbance rejection
