modul praktikum sp

8/16/2019 Modul Praktikum SP

1/14

MODUL 1

PENGENALAN SISTEM KONTROL

1.

Tujuan Percobaan

Memahami jenis – jenis model dan skema dasar pada suatu sistem kontrol yang

direpresentasikan dalam bentuk diagram blok dan grafik fungsi yang menunjukkan

karakteristik dari masing – masing metode sistem kontrol

2. Teori Dasar

Sistem kontrol dapat dikatakan sebagai hubungan antara komponen yang membentuk

sebuah konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan respon sistem yang diharapkan. Jadi

harus ada yang dikontrolkan, yang merupakan suatu sistem fisis, yang biasa disebut

dengan kontrolan (plant). Pada dasarnya system kontrol terdiri atas beberapa komponen

dasar, yaitu berupa input, proses kontrol (control unit), dan output. Input dan output

merupakan variabel atau besaran fisis. Output merupakan hal yang dihasilkan oleh

control unit, artinya yang dikontrolkan; sedangkan input adalah yang mempengaruhi

control unit, yang mengatur output. Kedua dimensi input dan output tidak harus sama.

2.1 Open Loop Control System

Sistem kontrol Loop Terbuka adalah sitem Kontrol yang kinerjanya tidak berpengaruh

terhadap outputnya atau tidak berpengaruh terhadap umpan balik dari prosesnya. Sistem

Kontrol Loop Terbuka Menggunakan peralatan penggerak untuk mengontrol proses

secara langsung.

Ada beberapa Keuntungan yang akan kita dapatkan dari penggunaan Sistem Kontrol

Loop Terbuka ini, diantaranya yaitu :

• Sederhana

•

Lebih mudah digunakan

• Dapat digunakan jika ada hubungan antara output dan masukkan dan tidak akan

memepengaruhi proses internal dan eksternalnya.

Gambar 1. Open Loop Control System

Control

Unit


2/14

2.2

Closed Loop Control System

Sistem kontrol loop tertutup (closed-loop control system) adalah sitem kontrol yang

sinyal outputnya mempunyai pengaruh langsung terhadap aksi kontrolerannya. Dengan

kata lain sistem kontrol loop tertutup adalah sistem kontrol berumpan-balik (feedback).

Sinyal error, yang merupakan selisih antara sinyal input dan sinyal umpan-balik (yang

dapat berupa sinyal output atau suatu fungsi sinyal output dan turunannya), diumpankan

ke elemen kontrol untuk memperkecil error dan membuat agar output sistem mendekati

harga yang diinginkan. Hal ini berarti bahwa pemakaian aksi feedback pada loop

tertutup bertujuan untuk memperkecil error sistem.

Gambar 2. Closed Loop Control System

2.3 Control System With Compensation

Kompensator adalah suatu alat / cara yang digunakan untuk kompensasi, yaitu

memodifikasi suatu sistem dinamik sehingga mempunyai spesifikasi yang kita kehendaki

tanpa merubah bentuk fisik sistem itu sendiri. Dalam hal ini, kompensator yang

digunakan adalah kompensator yang diseri dengan plant yang sering dikenal dengan

kompensator seri. Dalam desain kompensator, dikenal ada tiga jenis kompensator :

• Kompensator Lead (Lead Compensator),

• Kompensator Lag (Lag Compensator)

• Kompensator Lead-Lag (Lead-Lag Compensator)


3/14

Lembar Data

Modul 1 Pengenalan Sistem Kontrol

1.

Percobaan 1 Open Loop Control System

1.1

Karakteristik Sensor Temperature

Dapatkan nilai dari parameter nilai tegangan sensor (U) pada suhu 25˚C berdasarkan

hasil dari percobaan

Tentukan pula perbandingan tegangan sensor saat suhu 25˚C dan saat 100˚C berdasarkan

hasil percobaan

1.2

Open Loop Control System Dengan

Lakukan set up rangkaian percobaan open loop control system sehingga didapatkan nilai

parameter berikut :

Aktifkan fan dengan menghubungkan dengan tegangan 5 volt, lakukan pengamatan dan

dapatkan nilai dari parameter berikut :

Tugas Analisa Data :

1. jelaskan kesimpulan yang bisa didapat berdasarkan karakteristik sensor pada

percobaan 3.1 !

2.

jelaskan kesimpulan yang bisa didapat berdasarkan korelasi antara nilai sensor dan

set point yang telah didapat pada percobaan 3.2!

3. Sertakan penjelasan yang anda ketahui mengenai open loop control system

berdasarkan knowledge test yang terdapat pada percobaan open loop control system!

2. Percobaan 2 Closed Loop Control System

Pada percobaan closed loop control system digunakan plant yang terdapat efek

disturbansi sebagai bentuk noise pada sistem.

Z = 0 volt U = 6,18 volt

Z = 5 volt U = ......... volt


4/14

2.1 Closed Loop Control

Lakukan set up pada modul percobaan dengan memperhatikan instruksi pada software,

yang menggunakan blok temparature control, blok analog controller serta blok kontrol

PID sehingga didapatkan parameter berikut :

Aktifkan fan dengan untuk melengkapi sistem closed loop dengan menghubungkan

dengan tegangan pada saat Z = 0 volt dan pada saat Z = 5 volt dan lengkapi nilai dari

parameter berikut :

2.2 Analysis Of Control System

Gunakan nilai Z yang bervariasidengan range 2 volt – 7 volt dan lengakapilah nilai tabel

berikut :

Berdasarkan nilai tabel tersebut dapat diplot grafik yang digunakan sebagai referensi

untuk menghitung nilai KP

yT/V xT/V

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00


5/14


1. Jelaskan kesimpulan yang bisa didapatkan berdasarkan data yang diperoleh pada

percobaan 2.1 !

2. Plot grafik berdasarkan data yang didapatkan pada tabel percobaan 2.2 dengan

menggunakan program excel! Lakukan analisa sehingga didapatkan nilai gradient dari

grafik yang anda buat!

3. Jelaskan pengaruh penggunaan kontroler proportional (KP) pada sistem closed loop!

4. Jelaskan kesimpulan yang anda dapat tentang closed loop control system berdasarkan

knowladge test yang terdapat pada modul percobaan!

3. Percobaan 3 Control System With Compensation

Pada percobaan ini akan diamati korelasi antara koefisien konstanta proportional (KP)

dan time constant (T1) sebagai time delay yang diaplikasikan pada suatu sistem amplifier.

3.1 Determaining Time Constan

Lakukan set up rangkaian sesuai dengan modul percobaan dan dapatkan nilai dari

parameter berikut :

Beradasarkan nilai KP, maka bisa didapatkan besarnya time constant (T1)

3.2 Controlled Systems With Time Delay Of Higher Order

Time delay (Tu) adalah waktu jeda antara step respon dan titik dimana respon tangential

dihasilkan, time delay dikenal juga dengan response speed. Sedangkan time

compentation (Tg) adalah waktu antara berlalunya time delay (Tu) dan titik dimana

respon tangential sistem saling beririsan dengan step respon.

KP = 1

T1 = .............


6/14

Berdasarka data yang didapatkan, tentukan besar nilai parameter berikut :


1. Jelaskan kesimpulan yang bisa didapatkan berdasarkan data yang diperoleh pada

percobaan 3.1 dan 3.2 !

2. Jelaskan yang anda ketahui tentang controlled system with compenstaion berdasarkan

knowledge test pada percobaan 3!

4.

Percobaan 4 Controlled Systems Without CompensationSistem kontrol tanpa kompensasi bisa didapatkan dengan melakukan kombinasi antara

kontroller integral (I) dan plant yang akan digunakan. Dengan adanya faktor kontrol

integrasi maka akan dapat diperoleh respon sistem dengan time delay yang lebih tinggi

tanpa menggunakan amplifier.

4.1

Karakteristik Integral Controller

Lakukan set up sesuai dengan petunjuk modul praktikum, dan lakukan analisa untuk

mendapatkan parameter integral controller :

4.2 Karakteristik Controlled System Without Compensation

Pada percobaan ini akan dibandingkan step respon yang merupakan input sistem dan

respon output yang dihasilkan. Lakukan set up sesuai dengan petunjuk modul praktikum

dan plot grafik, sehingga didapatkan :


7/14


1. Jelaskan kesimpulan yang didapatkan berdasarkan data dan grafik yang didapatkan

pada percobaan 4.1 dan 4.2 !

2. Jelaskan yang anda ketahui tentang controlled system without compensation

berdasarkan knowledge test pada percobaan 4!


8/14

MODUL 2

Pengenalan Dan Karakteristik Kontroller

1.

Tujuan Percobaan

Mampu mengenal berbagai jenis dan tipe kontroler dalam bentuk representasi grafis dan

blok diagram serta mampu menganalisa karakterik dari masing – masing jenis kontroler

untuk dapat menyesuaikan pemakaian dari masing – masing kontroller tersebut.

2. Dasar Teori

Kontroler adalah komponen dari suatu sistem kontrol yang berfungsi mengolah sinyal

feedback dan sinyal referensi (set point) menjadi sinyal kontrol, sedemikian rupa

sehingga performansi dari sistem sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.

Secara garis besar kontrol automatik dibagi menjadi dua yaitu:

• Kontroler konvensional

• Kontroler cerdas (smart controller)

Kontroler konvensional terdiri atas kontroler proportional (P), kontroler proportional –

integral (PI), dan kontroler proportional – integral – derivatif (PID). Sedangkan kontroler

cerdas (smart controller ) terdiri atas neural network , algoritma fuzzy dan algoritma

genetika. Pada percobaan ini akan dianalisa perbandingan karakteristik pada kontroler

konvensional.

2.1

Kontroler Proportional (P)

Pada kontroler jenis P (proporsional) ini terdapat hubungan yang sebanding atau

proporsional antara output terhadap error, secara lebih sederhana dapat dikatakan bahwa

output kontroler proportional merupakan perkalian antara konstanta proportional dengan

input.

:

Gambar 3. Blok Diagram Kontroler Proportional

Persamaan matematis untuk kontroler proportional bisa didapat :

() = ()


9/14

Kontroller ini juga lebih dikenal sebagai gain / penguatan . Pertambahan harga Kp akan

menaikkan penguatan sistem sehingga dapat digunakan untuk memperbesar kecepatan

respon sistem dan mengurangi ess atau error steady state (error sistem dalam keadaan

stabil). Pemakaian kontroler tipe proporsional ini sering tidak memuaskan karena

penambahan Kp selain akan membuat sistem lebih sensitif tetapi juga cenderung

mengakibatkan ketidakstabilan .

2.2 Kontroler Proportional – Integral (PI)

Suatu pengontrol proporsional yang memberikan aksi kontrol proporsional dengan error

akan mengakibatkan efek pada pengurangan rise time dan menimbulkan error pada

steady state (offset). Suatu pengontrol integral yang memberikan aksi kontrol sebanding

dengan jumlah error akan mengakibatkan efek yang baik dalam mengurangi error steady

state tetapi dapat mengakibatkan respon transien yang memburuk. Pengetahuan tentang

efek yang diakibatkan oleh masing-masing kontroler tersebut yang nantinya akan

digunakan dalam penentuan nilai-nilai penguatan proporsional (Kp) dan integral (Ki).

Gambar 4. Blok Diagram Kontroler Proportional – Integral

Persamaan matematis untuk kontroler proportional – integral bisa didapat :

0 = (() + 1 � () ) Gabungan aksi kontrol proporsional dan aksi kontrol integral membentuk aksi kontrol

proporsional plus integral ( controller PI ). Gabungan aksi ini mempunyai keunggulan

dibandingkan dengan masing-masing penyusunnya. Keunggulan utamanya adalahdiperolehnya keuntungan dari masing-masing aksi kontrol dan kekurangan aksi kontrol

yang satu dapat diatasi. Dengan kata lain elemen-elemen controller P dan I secara

keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem dan menghilangkan

offset.


10/14

2.3

Kontroler Proportional – Integral – Derivatif (PID)

Kontroller PID merupakan penjumlahan dari output kontroller proportional, output

kontroller integral dan output kontroller derivative. Karakteristik kontroller PID sangat

dipengaruhi oleh kontribusi besar ketiga parameter dari P, I dan D. Setting nilai

konstanta Kp, Ti, dan Td akan mengakibatkan penonjolan sifat dari masing – masing

elemen . Satu atau dua dari ketiga konstanta tersebut dapat disetting lebih menonjol

dibanding yang lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi

pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan.

Parameter-parameter tersebut tidak bersifat independen, sehingga pada saat salah satu

nilai konstantanya diubah, maka mungkin sistem tidak akan bereaksi seperti yang

diinginkan.

Gambar 5. Blok Diagram Kontroler PID

Persamaan matematis untuk kontroler PID bisa didapatkan :

() = (() + 1 �() + () )

Kontroler proporsional Kp akan memberikan efek mengurangi rising time tetapi tidak

menghapus steady state error (offset). Kontroler integral Ki akan memberikan efek

menghapus steady state error tetapi berakibat memburuknya respon transient. Kontroler

derivatif Kd akan memberikan efek meningkatnya stabilitas sistem, mengurangi overshot

maksimum dan menaikkan respon fungsi trasnfer.

Salah satu permasalahan terbesar dalam desain kontroller PID yaitu masalah tuning

untuk menentukan nilai Ki, Kp, dan Kd yang sesuai. Metode tuning dilakukan

berdasarkan model matemetika plant / sistem. Jika model tidak diketahui, maka

dilakukan eksperimen terhadap sistem yaitu dengan sistem trial.


11/14

Lembar Data

Modul 2 Pengenalan Dan Karakteristik Kontroller

1.

Percobaan 1 Proportional Action Control

Pada percobaan ini akan dilakukan pengamatan dan analisa pada metode kontrol

proportional. Sinyal input yang digunakan adalah step signal dan akan diamati respon sistem

yang dihasilkan

1.1

Proportional Control Coeficient

Lakukan set up sesuai dengan petunjuk modul praktikum, kemudian dapatkan nilai dari

parameter berikut :


1. Jelaskan kesimpulan yang didapatkan berdasakan data hasil pengamatan yang anda

dapatkan pada percobaan 1.1!

2.

Jelaskan pengertian dari masing – masing parameter berikut : K p, e b, w0 !

2. Percobaan 2 Integral Action Control

Pada percobaan ini digunakan beberapa blok modul yaitu blok analog controller, blok PT1

dan blok kontroler PID. Konfigurasi dari blok modul tersebut akan menghasilkan sinyal

yang merupakan hasil perbandingan error signal dan set point sistem

Lakukan set up sesuai dengan petunjuk modul praktikum, kemudian lakukan analisa pada

grafik yang dihasilkan.


12/14


1. Beri penjelasan tentang integral action berdasarkan grafik yang didapatkan pada

percobaan 2 !

2. Jelaskan yang anda ketahui tentang integral action berdasarkan referensi yang ada

pada module praktikum !

3.

Percobaan 3 Proportional – Integral Controller

Pada percobaan ini akan diamati hasil dari metode koneksi paralel antara elemen kontroler

proportional (P) dan integral (I) menghasilkan kombinasi kontroler PI. Kontroler PI

mengkombinasikan kelebihan kontroler P (speed) dan kelebihan kontroler I (accuracy).

3.1 Experiment Set Up PI Controller

Lakukan set up sesuai dengan petunjuk modul praktikum, setting nilai parameter sesuai

dengan contoh modul, kemudian lakukan analisa untuk mendapat nilai variabel berikut :

Plot grafik hasil setting parameter :

3.2 PI Control Of a PT1 Controlled System

Lakukan set up sesuai dengan petunjuk modul praktikum, kemudian lakukan analisa pada

grafik yang didapatkan :

Tn = ............


13/14


1. Jelaskan kesimpulan yang bisa didapatkan berdasarkan analisa grafik yang diperoleh


2. Berdasarkan referensi yang terdapat pada modul praktikum, jelaskan yang anda

ketahui tentang kontroler PI !

4.

Percobaan 4 PID And PD Control

Untuk mempercepat respon dari kontroler PI maka ditambahkan element kontroler D

(derivativ element), sehingga menghasilkan kontroler PID. Elemen derivatif menghasilkan

variabel manipulasi yang proportional terhadap perubahan sinyal error.

4.1 PID And PD Experiment Set Up

Lakukan set up sesuai dengan modul praktikum, setting semua nilai parameter dan plot

grafik sehingga dihasilkan grafik berikut:

4.2 PID And PD Control Experiment

Lakukan setup sesuai dengan petunjuk pada modul praktikum, setting semua nilai parameter

dan plot grafik . Lakukan analisa untuk mendapatkan nilai variabel berikut :

Jalankan simulasi sesuai petunjuk modul praktikum, dan dapatkan plot grafik berikut :

Tv = ............ S


14/14


1. Jelaskan kesimpulan yang bisa didapatkan berdasarkan analisa grafik yang diperoleh


2. Berdasarkan referensi yang terdapat pada modul praktikum, jelaskan yang anda ketahui

tentang kontroler PID !

modul praktikum sp

Documents