i
ANALISIS DAN DESAIN KONTROL LQR PADA KECEPATAN
MOTOR DC BERBASIS NI MYRIO
SKRIPSI
Disusun Oleh :
MOH. AMRIZAL SUDIANA
NIM. 201210130311061
JURUSAN ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2018
ii
iii
iv
vii
KATA PENGANTAR
i. KATA PENGANTAR
Puji dan syukur senantiasa kita panjatkan ke hadirat Allah SWT atas
segala nikmat, kekuatan, taufik serta hidayah-Nya. Shalawat serta salam semoga
tercurah kepada Rasulullah SAW, keluarga sahabat dan para pengikut setianya,
Amin. Atas kehendak Allah sajalah, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang
berjudul :
“ANALISIS DAN DESAIN KONTROL LQR PADA KECEPATAN
MOTOR DC BERBASIS NI MYRIO”
Pembuatan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) di Universitas Muhammadiyah Malang.
Selain itu penulis berharap agar tugas akhir ini dapat menambah kepustakaan dan
dapat memberikan manfaat bagi semuanya.
Akhir kata semoga buku ini dapat bermanfaat di masa sekarang dan
masa mendatang. Sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan, maka penulis
mohon maaf apabila ada kekeliruan baik yang sengaja maupun yang tidak
sengaja.
Malang, 4 April 2018
Penulis
viii
LEMBAR PERSEMBAHAN
ii. LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya
sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan
ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Drs. Fauzan M.Pd., selaku bapak Rektor Universitas Muhammadiyah
Malang.
2. Dekan Fakultas Teknik dan keluarga (FT) Bapak Dr. Ahmad Mubin, MT.
serta para Pembantu Dekan Fakultas Teknik dan keluarga besar Universitas
Muhammadiyah Malang.
3. Ketua Jurusan Teknik Elektro Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T. dan
Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Bapak Widianto, S.T., M.T. beserta
seluruh staffnya.
4. Bapak Dr. Ir. Ermanu A. Hakim, M.T. dan Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T.
yang telah meluangkan waktu, energi dan pikiran untuk membimbing
penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
5. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas
Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu penulis
selama proses studi.
6. Ibu Tatik Setyaningsih dan Bapak Nanang Sudiana yang tak henti
memberikan doa dan dukungan moril maupun material, membiayai,
mencintai dan menyayangi saya hingga dapat meraih gelar Sarjana Teknik.
7. Wibi Aulia yang telah memberikan dukungan dan semangat, menemani dan
mendoakan sehingga saya bisa meraih semua ini.
8. Sahabat dari berbagai penjuru Indonesia mulai Rianto Kurniawan, S.T.,
Moch. Istiqlalul Fikri Negara, S.T. , Ivan A. Insan, S.T. , Bofy Pandji P,
S.T. , Dirgantara Dikdik, S.T. , Wardita Priyade, dan teman-teman yang
sangat saya cintai, yang tidak bias saya sebutkan satu-persatu.
Semoga Allah SWT memberikan limpahan rahmat dan hidayah-Nya
atas segala kebaikan dan semoga kita semua selalu dalam lindungan serta
tuntunan-Nya.
ix
DAFTAR ISI
iii. DAFTAR ISI
i. JUDUL ............................................................................................................ i
ii. LEMBAR PERSETUJUAN .......................................................................... ii
iii. LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... iii
iv. LEMBAR PERNYATAAN ......................................................................... iv
v. ABSTRAK ..................................................................................................... v
vi. KATA PENGANTAR ................................................................................. vii
vii. LEMBAR PERSEMBAHAN ..................................................................... viii
viii. DAFTAR ISI ................................................................................................ ix
ix. DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xii
x. DAFTAR TABEL ...................................................................................... xiv
1 BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................ 3
1.3 Batasan Masalah ........................................................................................... 3
1.4 Tujuan ........................................................................................................... 3
1.5 Sistematika Penulisan ................................................................................... 4
2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 5
2.1 Sistem Kontrol ........................................................................... ………... 5
2.2 Konsep Sistem Kontrol Optimal Metode Linear Quadratic
Regulator ..................................................................................... ………... 5
2.3 Metode Runge-Kutta ................................................................... ………... 7
2.4 Microsoft Excel ........................................................................... ………. 10
2.5 Motor DC .................................................................................... ………. 11
2.6 Driver Motor DC H-Bridge Transistor ....................................... ………. 13
2.7 Rotary Encoder............................................................................ ………. 13
2.8 FPGA Myrio................................................................................ ………. 14
2.9 Identifikasi Sistem ....................................................................... ………. 16
3 BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM ........................ 17
3.1 Perancangan Mekanik …………….. .......................................... ………. 17
x
3.2 Perancangan Hardware ............................................................... ………. 18
3.3 Pemodelan Motor DC ................................................................ ………. 19
3.4 Perancangan System LQR .......................................................... ……….20
3.5 Perancangan System pada Spreadsheet ...................................... ……….22
4 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 24
4.1 Pembacaan Rotary Encoder Pada Motor DC ............................. ………. 24
4.2 Identifikasi Plant Motor DC ....................................................... ……….26
4.3 Menentukan Parameter ............................................................... ………. 27
4.4 Simulasi LQR Pada LabVIEW ................................................... ………..28
4.5 Analisa Perhitungan Pada Spreadsheet ....................................... ………. 28
5 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 30
xi. DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 31
xii. LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR
iv. DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Sistem Kontrol Loop Terbuka……………………………..4
Gambar 2.2. Sistem Kontrol Umpan Balik ............................................ 4
Gambar 2.3. Diagram Block LQR ......................................................... 5
Gambar 2.4. Lembar Kerja Microsoft Excel ........................................... 10
Gambar 2.5. Toolboox control VBA....................................................... 10
Gambar 2.6. Properties VBA ................................................................. 11
Gambar 2.7. UserForm VBA ................................................................. 11
Gambar 2.8. Motor DC .......................................................................... 12
Gambar 2.9. Driver Motor DC H-Bridge ................................................ 13
Gambar 2.10. Block Penyusun Rotary Encoder ..................................... 13
Gambar 2.11. NI Myrio-1900 ................................................................ 14
Gambar 2.12. Primary/Secondary Signals on
MXP Connectors A dan B............................................... 15
Gambar 2.13. Pemograman Pada LabView ........................................... 16
Gambar 3.1. Block Diagram Perancangan System ................................ 17
Gambar 3.2. Rancangan Mekanik .......................................................... 18
Gambar 3.3. Rangkaian Hardware System ............................................ 18
Gambar 3.4. Graphical Program Pengujian Input-Ountput
pada LabView .................................................................... 19
Gambar 3.5. Identification System Toolkit pada LabView ................... 20
Gambar 3.6. Graphical Program Estimasi Parameter Dan Validasi
Pemodelan Motor Dc Pada Labview ............................................... 20
3.7. Perancangan Front Panel Kontrol LQR Pada Labview ................... 21
xii
Gambar 3.8. Graphical Program Kontrol LQR pada LabView ............. 21
Gambar 3.9. Graphical Program Dari Toolkit
Kontrol LQR Pada Labview .............................................. 22
Gambar 3.10. Perancangan Sistem Pada Spreadsheet ........................... 22
Gambar 4.1. Graphical Program pengujian Rotary Encoder
pada LabVIEW................................................................... 24
Gambar 4.2. Hasil Pengukuran pada Tachometer Digital ...................... 24
Gambar 4.3. Hasil Pengujian Rotary Encoder motor DC
pada LabVIEW .................................................................. 25
Gambar 4.4. Pengujian input dan output Proses Identifikasi Sistem .... 26
Gambar 4.5. Kurva Validasi Pemodelan Motor DC .............................. 26
Gambar 4.6. Rangkaian simulasi LQR pada LabVIEW ........................ 28
Gambar 4.7. Tampilan Parameter LQR pada Labview .......................... 29
Gambar 4.8. response transient LQR ..................................................... 29
Gambar 4.9. Tampilan sinyal perbandingan LQR dan setpoint .............. 31
xiii
DAFTAR TABEL v. DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Deskripsi Sinyal Pada MXP Connectors A dan B ................................ 15
Tabel 4.1 Perhitungan Parameter pada Spreadsheet ............................................. 30
Tabel 4.2 penyelesaian persamaan diferensial menggunakan
Runge-kutta orde 2 ............................................................................... 31
33
DAFTAR PUSTAKA
NourdineaAlianea“controlasystemademonstrationsausingaspreadsheets”,a
UniversidadaEuropeaadeaMadrid,aSpanyol.a2007
Gottfried,aB.S.”SpreadsheetaToolsaforaEngineersaUsingaExcela(3rdaedn)
”.aNewaYork:aMcGraw-Hilla(2005)aaaa
RichardaCaDorfa“SistemaPengaturan(3rd
aedn)”.Jakarta,aIndone
sia.a1983
Webb,aJ.aandaSaunders,aS.,a“ProgrammingaExcelawithaVBAaanda.NET
.”aSebastopol:aO´ReillyaMediaa(2006).
Chehab,aA.aandaEl-
Hajj,aA.,a“Spreadsheetaapplicationsainaelectricalaengineering:aaarevi
ew.”aInter.aJ.aofaEngng.aEduc.,20,a6,a902-908a(2004).
Asnil,aIrmaaHusnainia“Sistemakontrolaoptimalapadaakontrolaposisiamotor
adc”PoliteknikaNegeriaSemarang,Indonesia.a2010.at
FernazaaOliviaa“StudiaMetodaaKendaliaLinearaQuadraticaRegulatora(L
QR)adanaAplikasinyaapadaaSistemaAutomaticaVoltageaRegulatora(
AVR)”UniversitasaAndalas,Indonesia.a2012
TonyaYulianto,aErnaaApriliani,aKamirana”aAplikasiaMetodeaLQRaPada
aKendaliaAttitudeaRotoraSpacecraftaYangaBeradaadiaSumbuaTetap”
InstitutaTeknologiaSepuluhaNopemberaSurabaya,aIndonesia.2012.
SusdarminasariaTaini,aSumardi,aandaArisaTriwiyatnoa“perancanganakon
trolaoptimalalinearaquadraticaregulatora(lqr)adenganaglowwormaswar
maoptimizationa(gso)auntukasistemasuspensiaaktifamodelakendaraana
seperempat”aUniversitasaDiponegoroaSemarang,aIndonesia.a2012.
Pandji,aBoffya“KendaliamotoraDCamenggunakanametodeaLQRasecaraa
RealaTime”aUniversitasaMuhammadiyahaMalang,aIndonesia.a2017.