dokumen b project mandiri ball on beam with stand alone pid controller

1

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga, Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022)

2013889 Homepage :www.polban.ac.id Email : [email protected]

Dokumentasi Tugas Akhir Mata Kuliah

Lembar Sampul Dokumen

Judul Dokumen Dokumen B100: “Sistem Keseimbangan Bola di Atas Papan”

Jenis Dokumen B100

Nomor Dokumen B100 – 01

Nomor Revisi 01

Nama File SKT4C_B100_Luqman Al Labib_Proyek Mandiri.docx

Tanggal

Penerbitan 27 November 2016

Unit Penerbit Luqman Al Labib

Jumlah Halaman 1

Data Pengusul

Pengusul Nama

Jabatan

Mahasiswa D – IV

Teknik Elektronika

Luqman Al Labib 131354017

Tanggal

27 - 11 -

2016 Tanda

Tangan

Lembaga Politeknik Negeri Bandung

Alamat Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,

Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Telepon : 022-2013789 Faks : 022-

2013889

Email : [email protected]

mailto:[email protected]

2

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ........................................................................................................................ 2

CATATAN SEJARAH PERBAIKAN DOKUMEN ........................................................ 3

PROPOSAL TUGAS AKHIR MATA KULIAH ............................................................. 4

1 PENGANTAR ............................................................................................................. 4

1.1 RINGKASAN ISI DOKUMEN ..................................................................................... 4 1.2 TUJUAN PENULISAN DAN APLIKASI/KEGUNAAN DOKUMEN .................................. 4

2 PENGEMBANGAN PROPOSAL ............................................................................. 4

2.1 LATAR BELAKANG, TUJUAN, DAN ALAT ................................................................ 4

2.1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 4 2.1.2 Tujuan ............................................................................................................... 5 2.1.3 Alat .................................................................................................................... 5

2.2 RANCANGAN SISTEM ALAT .................................................................................... 6 2.2.1 Mekanisme Alat ................................................................................................. 6

2.2.2 Diagram Sistem Kendali ................................................................................... 6 2.3 RANCANGAN ANGGARAN ...................................................................................... 7

2.3.1 Estimasi biaya ................................................................................................... 7 2.3.2 Perencanaan Kegiatan ...................................................................................... 7

3 PENUTUP .................................................................................................................... 8

3

CATATAN SEJARAH PERBAIKAN DOKUMEN

VERSI, TGL PERBAIKAN

4

PROPOSAL TUGAS AKHIR MATA KULIAH

1 PENGANTAR

1.1 Ringkasan Isi Dokumen

Dokumen B100 yang dibuat berisi tentang gagasan atau ide tentang tugas akhir mata kuliah

Sistem Kendali Terdistribusi. Dokumen B100 berisi tentang rancangan sistem yang akan

dibuat. Dokumen B100 ini juga berisi tentang estimasi biaya dan jadwal pengerjaan.

1.2 Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen

Pembuatan dokumen B100 ditujukan sebagai salah satu bagian dari rangkaian dokumentasi

dalam pengembangan proyek. Dokumen B100 berisi penjelasan mengenai latar belakang

proyek ini dibuat. Dokumen B100 ini juga diharapkan dapat memberikan pemahaman

mengenai alat yang akan dibuat dan dikembangkan.

2 PENGEMBANGAN PROPOSAL

2.1 Latar Belakang, Tujuan, dan Alat

2.1.1 Latar Belakang

Keseimbangan merupakan salah satu aspek tujuan dari sistem kendali. Menjaga

keseimbangan suatu obyek terhadap obyek lainnya seringkali menjadi salah satu acuan

untuk menerapkan sistem kendali pada aspek keseimbangan. Sistem kendali keseimbangan

bola di atas papan dapat dijadikan salah satu media sederhana dalam mempelajari sistem

kendali.

Mikrokontroler Arduino saat ini menjadi salah satu development board yang

banyak digunakan untuk mendukung pembelajaran dan pengembangat alat-alat sederhana.

Termasuk dalam salah satu mata kuliah di program studi D4 Teknik Elektronika, Sistem

Kendali Terdistribusi. Arduino digunakan sebagai salah satu controller dalam

mengaplikasikan sistem kendali digital dengan metode PID.

5

Pembuatan sistem keseimbangan bola di atas papan dapat dijadikan salah satu

aplikasi dari penerapan sistem kendali digital PID dengan memanfaatkan Arduino sebagai

controller dari sistem. Sistem yang akan dibuat berupa mekanisme sebuah papan yang

kemiringannya dapat dikendalikan melalui putaran motor servo, dimana putaran motor

akan disesuaikan dengan input dari sensor ultrasonik yang membaca posisi sebuah bola

diatas papan. Parameter PID akan ditentukan untuk mendapatkan respon sebaik mungkin

untuk menjaga bola pada jarak yang telah ditentukan dari sensor.

2.1.2 Tujuan

Tujuan yang diharapkan dari pembuatan alat ini ini:

1. Dapat mengaplikasikan pendekatan sistem kendali digital PID pada suatu alat

sederhana.

2. Dapat mempelajari pendekatan dan parameter-paramater kendali dari alat yang

dibuat.

2.1.3 Alat

Alat yang dibuat merupakan sebuah mekanisme papan yang dapat diatur kemiringinnya

(satu sudut) dengan putaran sebuah motor servo. Kemiringan akan menjaga sebuah bola

agar tetap berada pada titik diatas papan yang ditentukan. Posisi bola diatas papan akan

dibaca oleh sensor ultrasonik. Jarak yang terbaca di sensor ultrasonik akan dijadikan

parameter yang akan menentukan pergerakan dari motor servo yang mengatur kemiringan

dari papan.

6

2.2 Rancangan Sistem Alat

2.2.1 Mekanisme Alat

Plant System merupakan mekanisme 3 buah papan yang disambungkan dengan 2 sudut

bebas, 1 sudut terkendali motor servo, dan satu titik tepat yang akan menjadi titik dari

peletakkan sensor ultrasonik yang akan membaca posisi dari sebuah bola di atas papan

utama.

Gambar 2.1 Rancangan Mekanis Alat

2.2.2 Diagram Sistem Kendali

Sistem kendali yang dibuat diawali dengan menentukan set point berupa jarak bola terhadap

sensor di atas papan utama, nilai tersebut akan menjadi acuan yang ditentukan pada

controller. Controller akan mengendalikan putaran motor servo berdasarkan keluaran dari

Arduino Uno. Motor akan berputar dan menentukan kemiringan dari papan utama.

Pergerakan bola di atas papan utama akan dibaca oleh sensor ultrasonik yang akan membaca

nilai error atau ketidaksesuaian dengan set point. Nilai error akan diolah dengan program

kendali PID yang dibuat pada Arduino Uno sebagai controller. Yang akan menentukan

perputaran dari motor.

7

Gambar 2.2 Rancangan Sistem Kendali Alat

2.3 Rancangan Anggaran

2.3.1 Estimasi biaya

Total estimasi biaya yang dibutuhkan untuk proyek ini adalah Rp. 150.000.00,-

Estimasi biaya dalam tabel:

No. Jenis Pengeluaran Biaya (Rp)

1 Arduino Uno -

2 Sensor Ping Ultrasonik Rp 25,000

3 Servo Motor Rp 30,000

4 Power Supply 5 Vdc Rp 30,000

5 Papan Mekanis Rp 35,000

6 Bola Tenis Meja Rp 5,000

7 Lain-lain Rp 25,000

Jumlah (Rp) Rp 150,000

Tabel 2.1 Estimasi Biaya untuk Proyek

2.3.2 Perencanaan Kegiatan

Proyek ini akan memanfaatkan waktu satu bulan selama bulan desember 2016.

Jadwal perkiraan untuk pengerjaan ada pada tabel di bawah.

8

Tabel 2.2 Perencanaan Kegiatan

3 Penutup

Demikian dokumen B100 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk

pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.

No. Jenis Kegiatan Minggu

1 2 3 4 5

1 Perancangan Desain Mekanik

2 Pembelian Bahan dan Komponen

3 Perancangan Program

3 Perakitan Alat dan Uji Coba Sistem

4 Penyesuaian program dan Tuning

5 Analisi kekurangan alat

5 Penyempurnaan Alat

9







Jenis Dokumen B200


Nomor Revisi 01


Tanggal



Jumlah Halaman 1

Data Pengusul

Pengusul Nama

Jabatan

Mahasiswa D – IV

Teknik Elektronika


Tanggal

27 - 11 -

2016 Tanda

Tangan



Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Telepon : 022-2013789 Faks : 022-

2013889



10

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ...................................................................................................................... 10

CATATAN SEJARAH PERBAIKAN DOKUMEN ...................................................... 11

PROPOSAL TUGAS AKHIR MATA KULIAH ........................................................... 12

1 PENGANTAR ........................................................................................................... 12

1.1 RINGKASAN ISI DOKUMEN .................................................................................... 12 1.2 TUJUAN PENULISAN DAN APLIKASI/KEGUNAAN DOKUMEN .................................. 12

2 SPESIFIKASI SISTEM ............................................................................................ 12

2.1 CONTROLLER (ARDUINO UNO) .............................................................................. 12

2.2 SENSOR (ULTRASONIK PING SENSOR HC SR04) ................................................... 14 2.3 ACTUATOR (SERVO MOTOR 5V) ........................................................................... 15

3 PENUTUP .................................................................................................................. 15

11



12


4 PENGANTAR


Dokumen B200 yang dibuat berisi tentang spesifikasi sistem dari alat yang dibuat sebagai

tugas akhir mata kuliah Sistem Kendali Terdistribusi. Dokumen B200 berisi tentang

spesifikasi sensor, range tegangan, aktuator, dan spesifikasi controller.



dalam pengembangan proyek. Dokumen B200 dapat menjadi acuan apabila terjadi

ketidaksesuaian terhadap alat dan komponen yang akan dirancang. Sehingga memudahkan

tindak lanjut/troubleshooting dari kekurangan sistem bila terjadi saat pengerjaan.s

5 SPESIFIKASI SISTEM

Dengan menggunakan Power Supply 5 volt, akan digunakan 3 buah perangkat/komponen

elektronik utama yang akan mendukung sistem keseimbanga bola di atas papan yang akan

dibuat. Yakni Arduino Uno sebagai controller, Sensor Ultrasonik HC SR04 sebagai

feedback untuk sistem, dan Motor Servo 5 V sebagai aktuator dari sistem. Berikut dekripsi

dan spesifikasi dari 3 perangkat tersebut:

5.1 Controller (Arduino Uno)

Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328. Uno memiliki 14 pin

digital input / output (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog,

resonator keramik 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP, dan tombol reset. Uno

dibangun berdasarkan apa yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, sumber daya

bisa menggunakan power USB (jika terhubung ke komputer dengan kabel USB) dan juga

dengan adaptor atau baterai.

13

Gambar 2.1 Arduino Uno

Gambar 2.2 Konfiguran port I/O Arduino Uno

Spesifikasi Arduino Uno:

14

5.2 Sensor (Ultrasonik Ping Sensor HC SR04)

Sensor HC-SR04 adalah sensor pengukur jarak berbasis gelombang ultrasonik. Prinsip kerja

sensor ini mirip dengan radar ultrasonik. Gelombang ultrasonik di pancarkan kemudian di

terima balik oleh receiver ultrasonik. Jarak antara waktu pancar dan waktu terima adalah

representasi dari jarak objek. Sensor ini cocok untuk aplikasi elektronik yang memerlukan

deteksi jarak termasuk untuk diaplikasikan mengukur jarak bola di atas papan dalam proyek

ini. HC-SR04 menggunakan 4 pin, pin trigger dan output diletakkan terpisah.

Gambar 2.3 Ultrasonic Ping Sensor HC SR04

Gambar 2.4 Konfigurasi pin Ultrasonic Ping Sensor HC SR04

Spesifikasi Ultrasonik HC SR04:

Jangkauan deteksi: 2cm sampai kisaran 400 -500cm

Sudut deteksi terbaik adalah 15 derajat

Tegangan kerja 5V DC

Resolusi 1cm

Frekuensi Ultrasonik 40 kHz

Dapat dihubungkan langsung ke kaki mikrokontroler

15

5.3 Actuator (Servo Motor 5V)

Motor Servo yang akan digunakan pada sistem adalah motor servo dengan spesifikasi

tegangan 5 volt, agar mudah diaplikasikan bersamaan dengan arduino yang juga memiliki

spesifikasi tegangan 5 volt. Selain itu motor servo yang digunakan memiliki sudut putar 180

derajat, sudut ini cukup untuk mengatur kemiringan dari papan utama yang akan

menyeimbangankan bola di atasnya. Input dari motor servo selain catu daya 5 volt adalah

nilai pwm, nilai pwm yang dapat dikeluarkan oleh arduino. Sehingga tidak diperlukan driver

motor seperti pada motor dc pada umumnya.

Gambar 2.5 Servo Motor

Gambar 2.6 Konfigurasi Servo Motor 5V

6 Penutup



16







Jenis Dokumen B300


Nomor Revisi 01


Tanggal



Jumlah Halaman 1

Data Pengusul

Pengusul Nama

Jabatan

Mahasiswa D – IV

Teknik Elektronika


Tanggal

27 - 11 -

2016 Tanda

Tangan



Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Telepon : 022-2013789 Faks : 022-

2013889



17

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ...................................................................................................................... 17



1 PENGANTAR ........................................................................................................... 19


2 PERANCANGAN SISTEM ..................................................................................... 19

2.1 BLOK DIAGRAM MODUL ....................................................................................... 19

2.2 SYSTEM WIRING .................................................................................................... 20 2.3 FLOWCHART .......................................................................................................... 21

3 PENUTUP .................................................................................................................. 22

18



19


7 PENGANTAR


Dokumen B300 yang dibuat berisi tentang blok koneksi antar modul, wiring sistem, dan

flowchart dari sistem kendali untuk proyek yang akan dibuat.



dalam pengembangan proyek. Dokumen B200 diharapkan dapat menjadi acuan dari

perancangan sekaligus perakitan alat, dan dapat membantu untuk mendeteksi kesalahan dari

perakitan ataupun wiring dari alat yang dibuat,

8 PERANCANGAN SISTEM

8.1 Blok Diagram Modul

Sistem kendali yang dibuat diawali dengan menentukan set point berupa jarak bola terhadap

sensor di atas papan utama, nilai tersebut akan menjadi acuan yang ditentukan pada

controller. Controller akan mengendalikan putaran motor servo berdasarkan keluaran dari

Arduino Uno. Motor akan berputar dan menentukan kemiringan dari papan utama.

Pergerakan bola di atas papan utama akan dibaca oleh sensor ultrasonik yang akan membaca

nilai error atau ketidaksesuaian dengan set point. Nilai error akan diolah dengan program

kendali PID yang dibuat pada Arduino Uno sebagai controller. Yang akan menentukan

perputaran dari motor.

Gambar 2.1 Blok Diagram Modul

20

8.2 System Wiring

Power Supply 5V akan menjadi catu daya dari Arduino Uno yang digunakan sebagai

controller, Sensor Ultrasonik HC SR04 sebagai feedback, dan Servo Motor sebagai aktuator

dari sistem. Ground yang digunakan adalah ground dari salah satu pin di Arduino. Input dari

sensor akan masuk ke pin 7 dari Arduino Uno sebagai input digital. Hasil olah program dari

arduino akan berupa nilai pwm dari pin 9 untuk menentukan putaran motor servo yang akan

menggerakkan papan utama tempat bola yang akan diseimbangkan berada.

Gambar 2.2 System Wiring

http://1.bp.blogspot.com/-dY7H3Hr2Vs4/U7S_V36PydI/AAAAAAAAADQ/RIRut0Blylo/s1600/connections.png

21

8.3 Flowchart

Berikut flowchart dari proyek Sistem Keseimbangan Bola di Atas Papan yang akan dibuat:

start

stop

Arduino Menentukan nilai

PWM Motor Servo

Dengan kendali PID

Bola

diletakkan

diatas

Papan

Sensor Membaca

Jarak Bola

Kemiringan Papan

Berubah

Letak Bola Sesuai

Set Point

Menentukan Nilai Set Point

Ya

Tidak

Gambar 2.3 Flowchart Sistem Kendali

Algoritma dari sistem diawali dengan menentukan set point atau jarak bola dari sensor yang

diinginkan. Selanjutnya dilakukan peletakkan bola secara manual dan bebas, selama berada

di atas papan utama. Sensor akan langsung membaca posisi dan jarak bola, data dari sensor

akan dikirimkan ke arduino. Arduino akan menentukan nilai PWM servo yang akan

merubah kemiringan dari Papan Utama, apabila letak bola terdeteksi telah sesuai dengan

nilai set point, maka tidak akan ada aksi dari motor servo. Apabila tidak sesuai, maka akan

terbaca sebagai nilai error yang akan menjadi acuan dari parameter pid yang dibuat pada

22

program. Arduino akan mengeluarkan nilai PWM berdasarkan hasil olah parameter kendali

PID untuk menggerakkan motor servo. Begitu seterusnya apabila terdapat nilai error.

9 Penutup



23







Jenis Dokumen B400


Nomor Revisi 01


Tanggal

Penerbitan 12 Desember 2016


Jumlah Halaman 1

Data Pengusul

Pengusul Nama

Jabatan

Mahasiswa D – IV

Teknik Elektronika


Tanggal

27 - 11 -

2016 Tanda

Tangan



Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Telepon : 022-2013789 Faks : 022-

2013889



24

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ...................................................................................................................... 17



1 PENGANTAR ........................................................................................................... 19


2 REALISASI SISTEM ............................................................................................... 19

2.1 MIKROKONTROLER ARDUINO UNO ....................................................................... 19

2.2 SENSOR JARAK ULTRASONIK ................................................................................ 20 2.3 MOTOR SERVO ...................................................................................................... 21

2.4 REALISASI MEKANIK ............................................................................................. 21

2.3 REALISASI PROGRAM ARDUINO ............................................................................ 21

3 PENUTUP .................................................................................................................. 22

25



10 PENGANTAR


Dokumen ini berisi proses dan implementasi dari proyek yang berjudul Sistem

Keseimbangan Bola di atas Papan. Deskripsi dan gambaran umum proyek telah diuraikan

pada dokumen B100, spesifikasi telah diuraikan pada dokumen B200, dan desain telah

diurakan pada dokumen B300. Pada dokumen ini akan dijelaskan implementasi pembuatan

produk secara detail.

Isi dokumen ini secara garis besar dibagi menjadi empat bagian yaitu mekanik, elektronik,

kontrol dan komputer. Bagian mekanik akan menjelaskan implementasi di bagian mekanik

yang digunakan pada sistem ini. Bagian elektronik menjelaskan perangkat-perangkat

elektronik yang digunakan dan fungsinya. Bagian kontrol menjelaskan alur pengontrolan

sistem ketika bergerak. Bagian komputer menjelaskan implementasi pemrograman

software sistem ini.Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen

1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan dokumen ini secara umum adalah melanjutkan proses perancangan dan

realisasi dari proyek mandiri dalam hal realisasi dan implementasi hardware serta sistem

elektronikanya dalam hal pengembangan dari konsep dan ide pada dokumen sebelumnya,

sehingga proyek ini bisa terelalisasikan. Sedangkan tujuan khusus dari dokumen ini adalah:

1. Memudahkan proses pengembangan proyek.

2. Sebagai landasan dalam proses pengerjaan proyek.

3. Sebagai salah satu dokumentasi dalam pengembangan proyek itu sendiri

26

11 REALISASI SISTEM

2.1 Mikrokontroler Arduino UNO

Mikrokontroller yang digunakan adalah Arduino Uno. Pada mikrokontroller ini terdapat 6

pin yang dapat menghasilkan pulsa PWM dan 6 pin pengkonversi nilai analog ke digitl

(ADC). Mikrokontroller Arduino Uno membutuhkan tegangan sebesar 5V .

Gambar 2.1 Arduino UNO

11.2 Sensor Jarak Ultrasonik HC SR04

Sensor yang digunakan sebagai pendeteksi jarak atau halangan adalah sensor ultrasonic HC-

SR04 yang dapat dilihat pada gambar 2.2 . Sensor hcsr04 digunakan untuk mengukur jarak

bola di atas papan. Sehingga arduino mendapatkan parameter untuk diolah dengan program

kendali dan menentukan nilai PWM dari motor Servo.

Gambar 2.2 Sensor HC SR04

11.3 Motor Servo SG90

Gerakan dari motor servo secara mekanis akan menggerakkan kemiringan dari papan

dimana bola yang dikendalikan berada. Gerakan dari motor servo ditentukan dari nilai PWM

hasil pengolahan program kendali dengan referensi nilai bacaan sensor ultrsonik.

27

Gambar 2.2 Motor Servo SG90

11.4 Realisasi Mekanik

Seperti pada dokumen sebelumnya, rancangan mekanik dari sistem merupakan sebuah

papan sepanjang 35 cm sebagai tempat dimana letak bola akan dikendalikan, untuk

mendukung pergerakan mekanis yang baik, papan tersebut terhubung dengan 2 buah lengan

dengan ujung engsel yang terhubung dengan motor servo sebagai penggerak.

Gambar 2.2 Realisasi Mekanik

11.5 Realisasi Program Arduino Uno

#include <Ultrasonic.h>

Ultrasonic ultrasonic(5,6);

float Ts = 0.05;

float Kp = 1;

float Ki = 0;

float Td = 0.3;

float Kd = Kp*Td;

28

float A, B, Setpoint, Feedback, servoOutput;

float error;

float errorD, errorD1;

float errorI, errorIsekarang, errorIsekarang1,errorIsekarang2;

float outP,outI,outD,outPIDsebelum;

float errorsebelum= 0;

float errorIsebelum = 0;

int outPID;

int PID;

void setup() {

// put your setup code here, to run once:

pinMode(9,OUTPUT);

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

//A = analogRead(A0);

//Setpoint = (A*30)/1023;

Setpoint = map(analogRead(A0),0,1023,0,30);

// Setpoint = analogRead (A0);

B = ultrasonic.Ranging(CM);

Feedback = map (B, 0,300, 0, 30);

//Feedback = ultrasonic.Ranging(CM);

error =Setpoint-Feedback;

errorIsekarang = error+errorsebelum;

errorIsekarang1 = errorIsekarang/2;

errorIsekarang2 = errorIsekarang1*Ts;

errorI = errorIsekarang2+errorIsebelum;

errorD1 = error-errorsebelum;

errorD = errorD1/Ts;

29

outP = Kp*error;

outI = Ki*errorI;

outD = Kd*errorD;

outPID= outP+outI+outD;

int outPID2= round(outPID);

if(outPID2>20)

{outPID2=20;

}

else if (outPID2<-20)

{

outPID2=-20;

}

else

{

outPID2=outPID/2;

}

servoOutput = 125+outPID2;

analogWrite(9,servoOutput);

errorsebelum=error;

errorIsebelum=errorI;

Serial.print(Setpoint);

Serial.print(" ");

Serial.print(Feedback);

Serial.print(0);

Serial.print(" ");

Serial.println(50);

delay (100);

}

30







Jenis Dokumen B500


Nomor Revisi 01


Tanggal

Penerbitan 12 Desember 2016


Jumlah Halaman 1

Data Pengusul

Pengusul Nama

Jabatan

Mahasiswa D – IV

Teknik Elektronika


Tanggal

27 - 11 –

2016 Tanda

Tangan



Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Telepon : 022-2013789 Faks : 022-

2013889



31

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ...................................................................................................................... 17



1 PENGANTAR ........................................................................................................... 19


2 DESAIN KENDALI .................................................................................................. 19

2.1 PENDEKATAN ZIEGLER NICHOLS ........................................................................... 19

2.2 DESAIN KENDALI DARI RESPON SISTEM ................................................................. 20 2.3 RESPON SISTEM HASIL DESAIN .............................................................................. 21

3 PENUTUP .................................................................................................................. 22

32



33


12 PENGANTAR



Keseimbangan Bola di Atas Papan. Deskripsi dan gambaran umum proyek telah diuraikan

pada dokumen B100, spesifikasi telah diuraikan pada dokumen B200, desain telah diurakan

pada dokumen B300, percobaan alaat telah diuraikan pada dokumen B400. Pada dokumen

ini akan dijelaskan desain kendali metode PID dengan menggunakan cara Ziegler Nichols

2.

Isi dokumen ini secara garis besar dibagi menjadi tiga bagian. Bagian pertama menjelaskan

tentang cara menggunakan desain dari Ziegler Nichols. Bagian kedua menentukan nilai

parameter PID dari respon yang muncul dari pergerakan bola di atas papan. Bagian ketiga

menentukan nilai parameter PID sesuai dengan respon yang diinginkan.



realisasi dari proyek mekatronika dalam hal realisasi dan implementasi hardware serta

sistem elektronikanya dalam hal pengembangan dari konsep dan ide pada dokumen

sebelumnya, sehingga proyek ini bisa terelalisasikan. Sedangkan tujuan khusus dari

dokumen ini adalah: 1. Memudahkan proses pengembangan proyek. 2. Sebagai landasan

dalam proses pengerjaan proyek. 3. Sebagai salah satu dokumentasi dalam pengembangan

proyek itu sendiri.

13 DESAIN KENDALI

13.1 Pendekatan PID metode Ziegler Nichols

Terdapat dua cara untuk mendesain sistem kendali dari suatu plant atau alat. Pertama adalah

dengan menggunakan metode ZN-1 dan metode ZN-2 . Pada desain kendali dari alat ini

menggunakan metode ZN-2. Metode Ziegler Nichols-2 sering digunakan dalam melakukan

pengaturan nilai Kp, Ki, dan Kd dengan melihat respon dari plant yang diatur secara close-

loop. Untuk mendapatkan respon dari plant, diberikan pulsa step pada masukan dan

memberikan nilai gain(Kcr) sehingga respon yang dihasilkan berosilasi sempurna.

34

Gambar 2.1 Perancangan PID menggunakan Ziegler Nichols-2 (sumber : Modern Control

Engineering,Ogata K.)

Nilai Pcr didapat dari waktu satu periode dari satu gelombang . Pada tabel 1 merupakan

pengkonversi nilai Kcr dan Pcr untuk mendapatkan nilai Ti dan Td sesuai dengan jenis

pengendali yang akan digunakan.

Tabel 2. 1. Tuning Rule dengan metode Ziegler Nichols-2

(sumber : Modern Control Engineering,Ogata K.)

13.2 Desain Kendali dari Respon Sistem

Gambar 2.2 Desain Kendali ZN2 dari Respon Sistem

35

Pada gambar 2.2, nilai Pcr yang didapat sebesar Pcr = 3 sekon, dan nilai Kcr

=10. Dari nilai Kcr, dan Pcr yang telah diketahui, nilai Kp, Ti, dan Td didapat

sesuai dengan persamaan tabel 1.

𝐾𝑝 = 0.6 𝑥 𝐾𝑐𝑟 = 0.6 𝑥10 = 6

𝑇𝑖 = 0.5∗𝑃𝑐𝑟 = 0.5 𝑥 3 = 1.5

𝑇𝑑 = 0.125 𝑥 𝑃𝑐𝑟 = 0.125 𝑥 3 = 0.375

13.3 Respon Sistem Hasil Desain

Gambar 2.3 Respon Sistem Hasil Desain

Pada gambar 2.3, respon yang dihasilkan tidak stabil. Respon yang dihasilkan memiliki

osilasi yang tinggi terhadap set point, mengindikasikan steady state error yang besar

sehingga diperlukan tuning kembali secara manual sesuai dengan perkiraan pengaruh

parameter terhadap sistem kendali.

36







Jenis Dokumen B600


Nomor Revisi 01


Tanggal

Penerbitan 2 Januari 2017


Jumlah Halaman 1

Data Pengusul

Pengusul Nama

Jabatan

Mahasiswa D – IV

Teknik Elektronika


Tanggal

27 - 11 –

2016 Tanda

Tangan



Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Telepon : 022-2013789 Faks : 022-

2013889



37

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ...................................................................................................................... 17



1 PENGANTAR ........................................................................................................... 19


2 TUNING AKHIR SISTEM KENDALI .................................................................. 19

3 PENUTUP .................................................................................................................. 22

38



39


14 PENGANTAR



Keseimbangan Bola. Deskripsi dan gambaran umum proyek telah diuraikan pada dokumen

B100, spesifikasi telah diuraikan pada dokumen B200, desain telah diurakan pada dokumen

B300, percobaan alat telah diuraikan pada dokumen B400, desain kendali PID telah

diuraikan pada dokumen b500. Pada dokumen ini akan berisi tuning yang dilakukan dan

juga uji plant terhadap gangguan yang akan diberikan .

Isi dokumen ini secara garis besar dibagi menjadi dua bagian. Bagian pertama menjelaskan

tentang hasil tuning terhadap plant. Bagian kedua menguji plant yang diberi gangguan

dengan nilai parameter hasil tuning terakhir menentukan nilai parameter PID dari respon

yang muncul dari Sistem Keseimbangan Bola.



realisasi dari proyek mekatronika dalam hal realisasi dan implementasi hardware serta

sistem elektronikanya dalam hal pengembangan dari konsep dan ide pada dokumen

sebelumnya, sehingga proyek ini bisa terelalisasikan. Sedangkan tujuan khusus dari

dokumen ini adalah:

1. Memudahkan proses pengembangan proyek.

2. Sebagai landasan dalam proses pengerjaan proyek.

3. Sebagai salah satu dokumentasi dalam pengembangan proyek itu sendiri.

15 Tuning Akhit Kendali PID

Berdasarkan hasil desain kendali yang belum sempurna, maka diperlukan pendekatan

tuning kendali secara manual, meskipun dilakukan secara eksperimental namun tetap

sesuai dengan perhitungan pengaruh parameter PID terhadap respon. Seperti pada tabel

2.1 dibawah.Dan hasil akhir yang didapatkan adalah sebagai berikut:

Kp = 2.5

Ti = 0

Td =.0.8

40

Tabel 2.1 Pengaruh Parameter PID terhadap Respon Sistem

Berikut Respon Sistem pada Plotter hasil pendekatan PID secara manual. Dengan setpoint

sebesar 10 cm. Tampak Respon lebih baik dibandingkan hasil desain, Risetime lebih

cepat, Steady state error relatih lebih kecil.

Gambar 2.1 Hasil Tuning Akhir Dari Sistem Kendali Secara Manual

dengan Setpoint 10 cm

Selain dengan Setpoint sebesar 10 cm, sistem diuji pulan dengan setpointe sebesar 22 cm

seperti berikut.. Tampak Respon lebih baik dibandingkan hasil desain, Risetime lebih

cepat, Steady state error relatih lebih kecil.

Gambar 2.1 Hasil Tuning Akhir Dari Sistem Kendali Secara Manual

dengan Setpoint 22 cm