RENCANA PEMBELAJARAN BERBASIS KBKMATA KULIAH : SISTEM KENDALI

Kompetensi Utama : Menguasai dasar-dasar teori kendali, baik yang klasik maupun moderen serta aplikasinya dalam analisis dan perancangan sistem kendali (No.11) Mampu memakai paket-paket perangkat lunak komputer untuk pemodelan dan simulasi masalah-masalah Teknik Elektro khususnya dan masalah rekayasa pada umumnya (No.8)

Kompetensi Pendukung : Mampu Berwirausaha / bekerja mandiri / bekerjasama dalam bidang teknik elektro (No.13) Mampu menggunakan bahasa-bahasa pemograman yang umum digunakan dalam dunia enjiniring (No.14)

Kompetensi lainnya (Institusial) :Memiliki jiwa kepemimpinan, peneliti, dan entrepreneur serta mampu bersaing

MingguKe :MateriPembelajaranBentuk Pembelajaran(Metode SCL)Kompetensi AkhirSesi PembelajaranIndikator PenilaianBobot Nilai (%)

123456

1Pengantar KuliahCeramah

Administrasi perkuliahan

2-3Langlah-langkah Disain Sistem kendaliKuliahMenjelaskan pemodelan kendalian dan verifikasi, stabilitas dan perbaikan tanggapan, perancangan pengendali

3-5PROYEK 1 : Analisis Sistem KendaliKerja Individu + Tutorial (Problem Based Learning)Menjelaskan model kendalian RLC dengan simulink/MATLAB, dan verifikasi model

Ketepatan dalam memodelkan kendalian RLC dengan simulink/MATLAB, dan verifikasi model

20

6-8

PROYEK 2 : Sistem Pipa UKerja Individu + Tutorial (Problem Based Learning)Menjelaskan model kendalian Pipa U (linier, tak stabil) untuk pengendali pegas dengan simulasi dengan simulinkKetepatan menggunakan model kendalian Pipa U dengan simulasi dengan simulink20

9-11PROYEK 3 : Sistem Suspensi KendaraanKerja Individu + Tutorial (Problem Based Learning)Menjelaskan model kendalian sistem suspensi kendaraan, Spring Mass Damper Sistem, Pengendaki Shock Breaker dengan simulasi dengan simulink Ketepatan menggunakan model kendalian sistem suspensi kendaraan dengan simulasi dengan simulink 20

12-14PROYEK 4 : Pengaturan Suhu Ruang Terbalik (Pengukuran kendalian di laboratorium)Kerja Individu + Tutorial (Problem Based Learning)Menjelaskan model pengaturan suhu ruang, penurunan model matematis, simulasi model kendalian, aplikasi pengendali PIDKebenaran dalam memodelkan suhu ruangan, simulasi model kendalian, aplikasi pengendali PID

20

15-16PROYEK 5 : Pendulum Terbalik (Pengukuran kendalian di laboratorium)Kerja Individu + Tutorial (Problem Based Learning)Menjelaskan penurunan model matematik, simulasi model kendalian, aplikasi pengendali dengan umpan balik keadaanKebenaran dalam penurunan model matematis, simulasi model kendalian, aplikasi pengendali dengan umpan balik keadaan20

1. MATERI / BAHAN BACAAN

1. Friendland, Bernard, Control System Design, McGraw-Hill Book Company, NY2. Ogata, Katsuhiko, Modern Control Engineering, Prentice Hall of India, New Delhi, atau terjemahannya (jilid 2) terbitan Erlangga, Jakarta.

2. KRITERIA PENILAIANKriteria yang dinilai pada mata kuliah ini sebagai berikut :

Ketepatan dalam menggunakan model kendalian RLC dengan simulink/MATLAB serta verifikasi model (20%) Ketepatan menggunakan model kendalian Pipa U dengan simulasi dengan simulink (20%) Ketepatan menggunakan model kendalian sistem suspensi kendaraan dengan simulasi dengan simulink (20%) Kebenaran dalam memodelkan suhu ruangan, simulasi model kendalian, aplikasi pengendali PID (20%) Kebenaran dalam penurunan model matematis, simulasi model kendalian, aplikasi pengendali dengan umpan balik keadaan (20%) Kriteria Pembobotan Nilai AkhirNilai AkhirBobot

A86 - 100

A-81 - 85

B+76 - 80

B71 - 75

B- 66 - 70

C+61 - 65

C51 - 60

D45 - 50

E 44

SIMULASI SISTEM KONTROL PID UNTUK MOTOR DC DENGAN SIMULINK MATLABPenulis : Henry Toruan diterbitkan di Polimedia No.ABSTRAKPenggunaan program simulasi berbantuan komputer untuk memahami kerja suatu sistem kontrol semakin popular. Keuntungan nyata penggunaan komputer dalam memahami sistem tersebut adalah mempermudah kerja karena tidak membutuhkan berbagai peralatan seperti alat ukur, generator fungsi, osiloskop, kabel konektor, sumber daya,protoboarduntuk merealisasi sistem untuk dianalisa. Kita dapat menentukan parameter kontrol yang sesuai sebelum merealisasi sistem tersebut. Tulisan ini akan membahas penggunaansimulinkpadaMatlabdalam merancang sistem kontrol PID pada motor DC.KATA KUNCIKontrol motor DC, PID,simulink Matlab

PENDAHULUANPerkembangan teknologi kontrol mengalami banyak perkembangan dari kontrol konvensional ke kontrol otomatis sampai kontrol cerdas. Demikian juga perkembangan teknologi komputer terus berkembang seiring perkembangan teknologi elektronika yang semakin maju. Sistem kontrol dibutuhkan untuk memperbaiki tanggapan sistem dinamika agar didapat sinyal keluaran seperti yang diinginkan. Untuk dapat merancang sistem kontrol yang baik diperlukan analisis untuk mendapatkan gambaran tanggapan sistem terhadap aksi pengontrolan. Sebelum merancang sistem kontrol, kita harus memodelkan sistem dinamika terlebih dahulu. Permasalahan yang dihadapi dalam merancang sistem kontrol adalah mendapatkan fungsi alih dari sistem tersebut dengan pendekatan matematika kemudian menganalisisnya apakah sistem tersebut sudah baik atau belum. Dengan bantuan matlab proses analisa fungsi alih akan menjadi jauh lebih mudah dan cepat sehingga akan lebih memudahkan dalam merancang suatu sistem kontrol. Hal lebih lanjut adalah melihat respon keluaran sistem tersebut terhadap gangguan yang ada.Permasalahan yang akan dibahas pada laporan ini adalah bagaimana menganalisa pengaruh gangguan terhadap suatu sistem kontrol motor DC menggunakansimulink matlab.TINJAUAN PUSTAKAPemodelan sistemMotor DC diilustrasikan seperti Gambar 1 dimana input motor berupa tegangan suplai () dan output adalah posisi rotasi ().

Gambar 1. Ilustrasi motor DCPada kasus kontrol ini yang digunakan adalah motor DC dengan parameter-parameter fisik motor sebagai berikut :Moment inertiamotor (J) =0.01 kg m2/s2Damping ratiosistem mekanis (b) =0.1 NmsKonstantaelectromotive force(k=kt=ke)=0.01 Nm/AResistansi motor (R) = 1Induktansi motor (L) = 0.5 HTorsi motor berhubungan dengan arusarmaturedengan faktor konstantaarmaturektdanemfbalikeberhubungan dengan kecepatan rotasi dengan factor konstanta motor ke.

Berdasarkan Gambar 1 diatas, dengan mengkombinasikan hukumNewtondanKirchhoffdimana kt=ke= k maka dapat ditulis persamaan :

Hubungan antara kecepatan rotasi dan posisi rotasi adalah :Operasi transformasiLaplacepada persamaan diatas akan menghasilkan :

Selanutnya didapatkan fungsi alih yang merupakan perbandingan antara kecepatan rotasi terhadap tegangan input.

Model matematika motor DC padasimulinkdapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Model matematika motor DC padasimulinkKontrol PID sering digunakan karena merupakan kontrol sistem tertutup yang cukup sederhana dan kompatibel dengan sistem kontrol lainnya sepertifuzzy, adaptifdanrobustkontrol. Fungsi alihC(s)pada sistem kontrol PID merupakan besaran yang nilainya tergantung pada nilai konstanta dari sistemProportional,IntegraldanDerivative.

Sistem kontrol PID terdiri dari 3 buah cara pengaturan, yaitu kontrolP,IdanDdengan masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Dalam implementasinya masing-masing cara dapat bekerja sendiri ataupun gabungan diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol ini yang perlu dilakukan adalah mengatur parameterP,IdanDagar tanggapan sinyal keluaran sistem terhadap masukan tertentu sebagaimana yang diinginkan. Tanggapan sistem kontrol PID terhadap perubahan parameterP,IdanDdapat dilihat pada Tabel 1.Tabel 1. Tanggapan sistem kontrol PID terhadap perubahan parameterP,IdanDTanggapan Lup TertutupWaktu NaikOvershootWaktu TurunKesalahan Keadaan Tunak

Proportional (KP)MenurunMeningkatPerubahan kecilMenurun

Integral (KI)MenurunMeningkatMeningkatHilang

Derivative(KD)Perubahan kecilMenurunMenurunPerubahan kecil

Untuk merancang sistem kontrol PID dilakukan dengan metode coba-coba atautrial and errordengan kombinasi antaraP, IdanDsampai ditemukan nilai yang tepat untuk menghasilkan respon keluaran sistem seperti yang diinginkan karena parameterKP,KI, danKDtidak berdiri sendiri.METODE PENELITIANPenganalisaan terhadap gangguan dapat dilakukan dengan memodelkan sistem motor DC, kontroler dan membuat simulasi tegangan referensi dan gangguan padasimulinkmatlab. Pada sistem ini gangguan diset terjadi pada detik ke-5 dengan besar gangguan konstan 2 V hingga seterusnya. Model dari sistem keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 3. Model sistem motor DC dapat dilihat pada Gambar 4. Rancangan model kontroler PID yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 3. Model simulasi sistem dengan simulink matlab

Gambar 4. Model sistem motor DC

Gambar 5. Rancangan model kontroler PIDHASIL DAN PEMBAHASANTampilan osiloskop dari sinyal referensi, gangguan dan respon keluaran sistem kontrol dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6. Tampilan sinyal referensi, gangguan dan respon keluaran sistem kontrolDari respon keluaran sistem dapat dilihat bahwa saat terjadi gangguan pada detik ke-5 sebesar 2 Volt, sistem sedikit terganggu tetapi pada saat yang singkat sistem kembali pada keadaan semula seperti yang diinginkan yaitu saat referensi 10 Volt.Kita dapat mengganti parameter Kp, Ki, dan Kd pada model kontroler PID untuk mendapatkan respon keluaran lain yang mungkin lebih baik.SIMPULANDari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa perancangan suatu sistem kontrol akan menjadi lebih mudah dan menarik dengan menggunakan bantuan program aplikasi komputermatlabdengan fasilitassimulink-nya.SARANSetelah melihat dan menganalisis masalah yang dihadapi mahasiswa jurusan Teknik Elektro dalam mempelajari teori perkuliahannya, perlu disarankan penyediaan komputer khusus untuk simulasi dan analisis agar mereka lebih termotivasi mempelajari prinsip kerja suatu sistem yang cenderung membosankan karena tidak dapat mengetahui secara pasti keluaran yang semestinya dan melihat pengaruh input terhadap outputnya.RUJUKANDjoko Purwanto, PhD. 2006. Perancangan Sistem Kontrol dengan Matlab. Surabaya, ITS.Ogata, Katsuhiko. 1997. Teknik Kontrol Automatik Jilid I dan II, Edisi 2. Jakarta: Erlangga.Stanley M.Shinners. 1998. Matlab and Simulink Based Books. Modern Control System Theory and Design, 2ed. New York: John Wiley &Sons,Inc.Thomas Wahyu Dwi Hartanto dan Y.Wahyu Agung P. 2003. Analisis dan Desain Sistem Kontrol dengan Matlab. Yogyakarta: ANDI

1