laporan praktikum kendali suhu menggunakan pid di lab sistem kendali teknik elektronika politeknik...

8/20/2019 Laporan Praktikum Kendali Suhu menggunakan PID di Lab Sistem Kendali Teknik Elektronika Politeknik Negeri Ba…

1/37

PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEMKENDALI DIGITAL PADA PLANT TEMPERATUR

DENGAN METODE ZIEGLER-NICHOLSMENGGUNAKAN MATLAB DAN ARDUINO

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu

syarat mata kuliah Sistem Kendali Digital

DIPLOMA III PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

Oleh :

Aditya Gumilar

131311033

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2015


2/37

“Jadilah seperti lilin, menerangikegelapan meski habis oleh

kegelapan itu sendiri.”


3/37

i

ABSTRAK

Dalam dunia industri, pengendalian temperatur memegang peranan yangsangat penting bagi kemajuan industri tersebut. Pengendalian temperatur sangat

berpengaruh pada hasil produksi, peralatan yang digunakan, ruangan yangdigunakan sebagai tempat produksi. Dalam dunia industri tersebut kitamemerlukan sistem yang dapat membantu kita mengendalikan temperatur. Sistemkendali temperatur merupakan pengendalian suhu suatu objek, entah itu ruanganmaupun benda. Pengendalian sistem kendali temperatur dapat dilakukan denganmetoda tuning Ziegler Nichols tipe 1 ( open loop ) dan Ziegler Nichols tipe 2(close loop ). Dalam perancangan kali ini digunakan aplikasi MATLAB sebagaisimulator dan Arduino sebagai komponen penghubung antara plant kendalitemperatur dan MATLAB pada komputer pengguna. Sistem kendali temperaturdengan metoda tuning Ziegler Nichols tipe 1 dan tipe 2 dilakukan dengan caramentuning manual pada modul PID tersebut. Pada metoda tuning Ziegler Nicholstipe 1 setelah tuning manual dapat dihasilkan dengan sinyal dengan nilai Kp = 20 ;Ti = 40 ; Td = 7. Dan nilai manual tuning tipe 2 yaitu Kp = 60 ; Ti = 32,5 ; Td =0,68. Pengaplikasian sistem kendali temperatur, salah satunya pada duniakesehatan, khususnya pembuatan inkubator bayi. Pengendalian temperatur dalaminkubator dimaksudkan untuk menjaga tingkat kestabilan kehangatan bayi yang

baru lahir.

Kata Kunci : Sistem Kendali Temperatur, Metoda Ziegler Nichols, Inkubator.


4/37

ii

ABSTRACT

In the industrial world, controlling temperature plays a very important role for that indsutrial progress. Controlling temperature very influential in the production, the tools used, the room we used for production place. In the industriallike that we need a system that can help us to control temperature. Temperaturecontrol system is controlling an object, whether it’s in a room or objects.Controlling temperature system can use with Ziegler Nichols type 1 (open loop)and Ziegler Nichols type 2 (close loop) methods-tuning. At this time, we use

MATLAB application as a simulator and Arduino as a component for connectingbetween temperature control plant and MATLAB on user computer. Temperaturecontrol system with Ziegler Nichols type 1 and type 2 methods can do with manual-tunning in PID modul. With Ziegler Nichols type 1 methode after manual-tunning

we get signal with value Kp = 20; Ti = 40; Td = 7. And with Ziegler Nichols type 2after manual-tunning we get signal with value Kp = 60; Ti = 32,5; Td = 0,68. Theapplication of temperature control system, one of them in the world of health,especially the making of baby incubator. Controlling temperature in the incubatoris to make keep warm level of newborns.

Keywords : Temperature Control System, Ziegler Nichols Methods, Incubator .


5/37

iii

KATA PENGANTAR

Puji serta syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT., atas berkah

dan karunia-Nya lah penulis dapat menyelesaikan Laporan Akhir Praktikum Sistem

Kendali Digital sebagai salah satu tugas mata Sistem Kendali Digital Semester

Genap Tahun Ajaran 2014/2015 Program Studi Diploma III Teknik Elektronika

Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung.

Laporan akhir praktikum ini dengan judul “ Perancangan dan Realisasi

Sistem Kendali Digital dengan Metode Ziegler-Nichols Menggunakan

MATLAB dan Arduino” telah berhasil penulis selesaikan dengan tepat waktu.

Namun, penulis menyadari banyak sekali kekurangan dalam pengerjaan laporan ini.Untuk itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membantu penulis

untuk lebih baik lagi di masa yang akan datang.

Pada pengerjaan praktikum maupun pengerjaan laporan praktikum, penulis

mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini

penulis ingin mengucapkan terima kasih sebanyak-banyaknya kepada :

1.

Allah SWT. Yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya yangtidak terbatas kepada penulis.

2. Kedua orang tua yang memberikan segalanya untuk penulis demi

menjalani dunia perkuliahan.

3. Bapak Feriyonika, ST., M.Sc.Eng selaku dosen pengampu mata

kuliah Sistem Kendali Digital yang khususnya bagi penulis telah memberikan ilmu

yang sangat bermanfaat, mengajari penulis dengan sabar dan giat.

4. Fauzi Firmansyah sebagai partner praktikum mata kuliah Sistem

Kendali Digital yang telah membantu dengan sabar selama praktikum.

5. Teman-teman ECB 2013 yang telah banyak memberikan bantuan,

support dan masukan untuk penulis.

Dengan segala kerendahan hati, penulis memanjatkan doa semoga segala

bimbingan, bantuan, dorongan, serta doa yang diberikan kepada penulis dapat

mendapat imbalan yang berlipat dari Allah SWT. Semoga laporan ini dapat

memberikan manfaat yang luas bagi para pembaca


6/37

iv

Bandung, 6 Juli 2015

Penulis


7/37

v

DAFTAR ISI

ABSTRAK ........................................................................................................... iABSTRACT......................................................................................................... iiKATA PENGANTAR ........................................................................................ iiiDAFTAR ISI ....................................................................................................... vDAFTAR TABEL .............................................................................................. viDAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viiBAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1BAB II LANDASAN TEORI .............................................................................. 22.1 Sistem Kendali ................................................................................................ 2

2.2 PID (Proportional Integrative Derative) ........................................................... 3

2.3 Manual Tuning ................................................................................................ 5

2.4 Plant Temperatur ............................................................................................ 10

BAB III PERANCANGAN ................................................................................ 113.1 Ziegler-Nichols Tipe 1 ................................................................................... 113.2 Ziegler-Nichols Tipe 2 ................................................................................... 133.3 Algoritma Script ............................................................................................. 14BAB IV ANALISA ............................................................................................. 174.1 Ziegler-Nichols Tipe 1 ................................................................................... 174.2 Ziegler-Nichols Tipe 2 ................................................................................... 18

4.3 Script pada MATLAB .................................................................................... 184.4 Script pada Arduino Stand Alone Controller ................................................... 23BAB V ................................................................................................................. 27 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 28


8/37

vi

DAFTAR TABEL Tabel 2 Penentuan Parameter PID ......................................................................... 8


9/37

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistem Kendali Loop Terbuka ............................................................ 2

Gambar 2.2 Sistem Kendali Loop Tertutup ........................................................... 3

Gambar 2.3 Kendali PID pada Sistem Kendali ..................................................... 4

Gambar 2.4 Close Loop dengan Feedback ............................................................. 5

Gambar 2.5 Kondisi Sinyal Overshoot .................................................................. 6

Gambar 2.6 Kurva S .............................................................................................. 7

Gambar 2.7 Penentuan Parameter L dan T ............................................................. 7

Gambar 2.8 Sketsa Sinyal Teredam ....................................................................... 8

Gambar 2.9 Sketsa Sinyal Sistem Tidak Teredam.................................................. 9

Gambar 2.10 Diagram Blok dan Hasil Osilasi Konsisten ....................................... 9

Gambar 2.11 Modul Plant Kendali Temperatur .................................................... 10

Gambar 3.1 Simulink pada MATLAB untuk Ziegler-Nichols tipe 1 ..................... 11

Gambar 3.2 Perancangan Plant Kendali Temperatur dengan Arduino ................... 12

Gambar 3.3 Penentuan Nilai T dan L menggunakan garis acuan ........................... 12

Gambar 3.4 Respon Desain Kendali Ziegler-Nichols tipe 1 .................................. 13

Gambar 3.5 Simulink pada MATLAB untuk Ziegler-Nichols tipe 2 ..................... 13

Gambar 3.6 Menentukan Pcr dan Kcr ................................................................... 13

Gambar 3.7 Respon Desain Kendali Ziegler-Nichols tipe 2 .................................. 14

Gambar 3.8 Algoritma untuk Script pada MATLAB ............................................ 15

Gambar 3.9 Algoritma untuk Script pada Arduino Stand Alone............................ 16

Gambar 4.1 Respon Ziegler-Nichols tipe 1 setelah manual tuning ........................ 17

Gambar 4.2 Respon Ziegler Nichols tipe 2 setelah manual tuning......................... 15

Gambar 4.3 Respon Kendali Script MATLAB ..................................................... 20

Gambar 4.4 Respon Kendali Script MATLAB setelah manual tuning ................... 22

Gambar 4.5 Tampilan LCD .................................................................................. 25


10/37

1

BAB I

PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi yang pesat telah menjadikan manusia

berlomba-lomba untuk membuat alat yang dapat membantu dan

memudahkan pekerjaan manusia. Salah satu contohnya yaitu teknologi

berkembang pesat pada dunia kesehatan. Khususnya Sistem Kendali.

Pengetahuan mengenai model sistem atau plant yang akan dikendalikan

merupakan salah satu faktor penentu pemilihan kendali yang akan

dirancang, sampai saat ini salah satu metoda yang dipakai yang banyak

digunakan adalah dengan menggunakan pengendali konvensional yaitu

Proportional Integral (PI) atau Proportional Integral Derivatif (PID).

Dalam perancangan sistem kendali ini konstanta proporsional, integral,

dan turunan dihitung berdasarkan parameter plant yang diketahui,

sehingga untuk merancang kendali konvensional, perlu terlebih dahulu

dilakukan identifikasi parameter plant yang dikendalikan. Hal ini tentu

menyebabkan perancangan sistem kendali relatif lebih lama.Dalam dunia kesehatan inkubator merupakan alat yang paling

penting terutama di ruang perawatan bayi, hal ini dikarenakan tingkat bayi

lahir premature yang cukup banyak khususnya pada rumah sakit milik

pemerintah, apabila bayi mengalami lahir premature maka akan sangat

membutuhkan tingkat kehangatan yang cukup stabil mengingat sang bayi

tersebut belum terbiasa beradaptasi dengan suhu diluar kandungan sang

ibu [1].Tujuan dari praktikum yang telah dilakukan adalah merancang

desain kendali temperatur menggunakan algoritma PID. Pada praktikum

yang menggunakan plant kendali temperatur, penulis mencoba membuat

desain yang sesuai dengan plant melalui beberapa metode. Metode yang

dipakai dalam membuat desain kendali ini ialah Ziegler Nichols tipe 1 dan

Ziegler Nichols tipe 2.


11/37

2

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Sistem Kendali

Sistem kendali dapat dikatan sebagai hubungan antara komponen

yang membentuk sebuah konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan

tanggapan sistem yang diharapkan. Dapat dikatakan ada yang

dikendalikan, yang merupakan suatu sistem fisis, yang biasa disebut plant.

Masukan dan keluaran merupakan variable atau besaran fisis.

Keluaran merupakan hal yang dihasilkan oleh pengendali, artinya yang

dikendalikan, sedangkan masukan adalah yang mempengaruhi kendalian,

yang mengatur keluaran. Kedua dimensi masukan dan keluaran tidak harus

sama.

Pada sistem kendali dikenal sistem loop terbuka ( open loop system )

dan sistem loop tertutup ( close loop system ). Sistem kendali loop terbuka

atau umpan maju umumnya menggunakan pengatur ( controller ) serta

aktuator kendali ( control actuator ) yang berguna untuk memperoleh

respon sistem yang baik. Sistem kendali ini keluarannya tidak

diperhitungkan ulang oleh controller . Suatu keadaan apakah plant benar-

benar telah mencapai target seperti yang dikehendaki masukan dan

referensi, tidak dapat mempengaruhi kinerja kontroller.

Gambar 2.1. Sistem Kendali Loop terbuka

Pada sistem kendali loop tertutup memanfaatkan variable yangsebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap respon yang

diinginkan. Sistem seperti ini juga sering dikenal dengan sistem kendali

umpan balik. Aplikasi sistem umpan balik banyak dipergunakan untuk

sistem kendali kapal laut dan pesawat terbang. Perangkat sehari hari yang

juga menerapkan sistem ini adalah penyetelan temperatur pada lemari es,

oven, tungku, dan pemanas air.


12/37

3

Gambar 2.2 Sistem Kendali Loop Tertutup

Dengan sistem kendali tertutup, kita bisa ilustrasikan apabila

keluaran aktual telah sama dengan referensi atau masukan maka input

kontroller akan bernilai nol. Nilai ini artinya kontroller tidak lagi

memberikan sinyal aktuasi kepada plant , karena target akhir perintah

gerak telah diperoleh. Sistem kendali loop terbukan dan tertutup tersebut

merupakan bentuk sederhana yang nantinya akan mendasari semua sistem

yang lebih kompleks dan rumit. Hubungan antara masukan dan keluaran

menggambarkan korelasi antara sebab dan akibat proses yang berkaitan.

Masukan juga sering diartikan tanggapan keluaran yang diharapkan [2].

2.2 PID (Proportional Integrative Derative)

Pada laporan praktikum kali ini penulis akan menggunakan

algoritma PID untuk mengendalikan modul plant kendali temperatur.

Metode yang dipakai untuk mendapatkan parameter PID adalah dengan

menggunakan metode Ziegler Nichols tipe 1 ( open loop ) dan Ziegler

Nichols tipe 2 ( close loop ). Setelah parameter-parameter PID (Kp, Ti, Td)

didapat, selanjutnya nilai dari parameter tersebut digunakan ke modul PID.

Respon akan dianalisis dan aka diperbaiki dengan teknik manual tuning

dengan parameter mana saja yang akan dirubah. Parameter-parameter yang

dirubah melalui manual tuning dilihat dari respon sinyal yang keluar di

plant setelah kita tunning PID sesuai dengan hasil desain kita. Sistem

kendali PID sendiri merupakan pengendali umpan balik yang mampumeminimalisasi sinyal error atau kesalahan dalam suatu plant.


13/37

4

Gambar 2.3 Kendali PID pada Sistem kendali

Pengendali PID memiliki beberapa komponen pengendalian yangmemiliki karakteristik berbeda di setiap komponennya, seperti :

1. Pengendali Proporsional

Kontrol P jika G(s) = Kp, dengan K adalah

konstanta. Jika u = G(s)*e maka u = Kp*e denga Kp adalah

konstanta proporsional. Kp berlaku sebagai Gain (penguat)

saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja

kontroller. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai

keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini.

Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar

sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki

respon transien khususnya risetime dan settling time.

2. Pengendali Integrative

Jika G(s) adalah kontrol I maka U dapat dinyatakan

sebagai u(t) = [integrale(t)dT]Ki dengan Ki adalahkonstanta integral, dan dari persamaan diatas, G(s) dapat

dinyatakan sebagai u = Kd.[deltae/deltat] jika e(T)

mendekati konstan (bukan nol) maka u(T) akan menjadi

sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error .

Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin

kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus

menghilangkan respon transien yang tinggi sehingga dapat


14/37

5

menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang

sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi

karena menambah orde sistem.

3. Pengendali Derivative

Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D

dapat dinyatakan sebagai G(s) = s.Kd. Dari persamaan

tersebut, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam

konteks “kecepatan” atau rate dari error . Dengan sifat ini,

kontrol D dapat digunakan untuk memperbaiki respon

transien dengan memprediksi error yang akan terjadi.

Kontrol derivatif hanya berubah saat ada perubahan error

sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal

ini pula yang menyebabkan kontroller derivatif tidak dapat

dipakai sendiri [3].

2.3 Manual Tuning

Tuning kendali pada PID bertujuan untuk menentukan parameter

atau nilai dari kendali proporsional, integratif, dan derivatif. Proses manual

tuning PID ini dilakukan dengan cara trial and error hingga didapatkanhasil respon yang diinginkan. Dalam penggunaan kendali PID berarti

mengolah suatu sinyal kesalahan atau error , yang nantinya dijadikan suatu

sinyal kendali yang dilanjutkan ke aktuator dalam sistem close loop yang

menggunakan feedback , seperti blok diagram berikut :

Gambar 2.4 Close Loop dengan feedback

Pengendalian PID membutuhkan nilai pendekatan untuk mencapai hasil

yang optimal atau hasil yang diinginkan. Tuning pengontrol dapat


15/37

6

mengoptimalisasikan sistem proses dan meminimalisasi error antara variabel

proses dan set point. Metoda yang digunakan dalam praktikum yaitu metoda

Ziegler-Nichols.

Persamaan dibawah ini merupak persamaan rumus (1) dari algoritma PID

:

( ) ( ) ∫ ( ) ( ) (1)

u : sinyal control

e : error pengontrol

Kp : gain untuk proportional controller

Ti : integral controller

Td : derivative controller

T : waktu yang digunakan saat mengukur error

b : sinyal set point

Berdasarkan formula diatas parameter yang ditentukan saat tuning

adalah Kp, Ti, Td.

Metoda ini merupakan metoda tuning PID controller untuk

menentukan nilai proportional gain Kp, integral time Ti, dan derivative

time Td berdasarkan karakteristik respon transientdari sebuah plant atau

sistem. Metoda ini akan memberikan niai overshoot sebesar 25% pada step

response, seperti gambar dibawah ini.

Gambar 2.5 Kondisi Sinyal Overshoot 25%


16/37

7

Metoda ini terdiri dari 2 macam :

a. Nilai PID diperoleh dari hasil percobaan dengan masukan unit

step, hasilnya nanti akan terbentuk kurva berbentuk S. Jika

kurva ini tidak terbentuk maka metoda ini tidak bisa diterapkan.

Kurva bentuk S memiliki karakteristik dengan 2 buah

konstanta, yaitu waktu tunda L dan time constan T. Kedua

parameter tersebut diperoleh dengan menggambar garis

tangensial pada titik infleksi kurva S. Garis tangensial tersebut

akan berpotongan dengan garis time axis dan garis c(t) = K.

Dari kurva tersebut kita bisa melakukan pendekatan fungsi

transfer dalam first order seperti persamaan rumus (2) sebagai

berikut :

(2)

Gambar 2.6 Kurva S

Gambar 2.7 Penentuan Parameter L dan T

Formula PID yang telah disebutkan sebelumnya, kemudian

dijabarkan dalam persamaan rumus (3) sebagai berikut :


17/37

8

(3)

Dengan menggunakan formula PID di atas dan nilai parameter L

dan T, maka dapat diperoleh nilai Kp, Ti, dan Td. Secara lebih ringkasnya

perhatikan tabel berikut :

Tabel 2 Penentuan Parameter PID

b. Pada metoda kedua ini, percobaan dilakukan dengan

menggunakan proportional band saja. Nilai Kp dinaikkan dari 0

hingga tercapai nilai Kp yang menghasilkan osilasi yang

konsisten. Nilai kontroller gain ini disebut sebagai critical gain

(Kcr). Jika Kp ini terlalu kecil, sinyal output akan teredam

mencapai nilai titik keseimbangan setelah ada gangguan, seperti

terlihat dibawah ini.

Gambar 2.8 Sketsa Sinyal Teredam

http://4.bp.blogspot.com/-gl71_tIcg-g/TcOnvo5JX9I/AAAAAAAAAAo/Px6Wwy7Gqgk/s1600/damped+system.pnghttp://3.bp.blogspot.com/-TCew0Z8u3ok/TcOnK0lenoI/AAAAAAAAAAk/4Xor9TorsHM/s1600/Patameter+PID.jpghttp://4.bp.blogspot.com/-gl71_tIcg-g/TcOnvo5JX9I/AAAAAAAAAAo/Px6Wwy7Gqgk/s1600/damped+system.pnghttp://3.bp.blogspot.com/-TCew0Z8u3ok/TcOnK0lenoI/AAAAAAAAAAk/4Xor9TorsHM/s1600/Patameter+PID.jpghttp://4.bp.blogspot.com/-gl71_tIcg-g/TcOnvo5JX9I/AAAAAAAAAAo/Px6Wwy7Gqgk/s1600/damped+system.pnghttp://3.bp.blogspot.com/-TCew0Z8u3ok/TcOnK0lenoI/AAAAAAAAAAk/4Xor9TorsHM/s1600/Patameter+PID.jpg


18/37

9

Sebaliknya, jika Kp-nya terlalu besar, osilasinya akan tidak

stabil dan membesar, seperti gambar dibawah.

Gambar 2.9 Sketsa Sinyal Sistem Tidak Teredam

Jika dengan metoda ini tidak diperoleh osilasi yang konsisten,

maka metoda ini tidak dapat dilakukan. Dari metode ini akan

diperoleh nilai critical gain Kcr dan periode kritis Pcr.

Berdasarkan nilai ini, kita dapat menentukan nilai parameter

Kp, Ti, dan Td berdasarkan rumus (4) dibawah :

(7)

Gambar 2.10 Diagram Blok dan Hasil Osilasi Konsisten

http://4.bp.blogspot.com/-czXBhFusVRI/TcOorv8G-KI/AAAAAAAAAAw/P7w5GvDMn3s/s1600/Osilasi+konsisten.pnghttp://3.bp.blogspot.com/-INei3jrZLNA/TcOotJGXSlI/AAAAAAAAAA4/FanTNhk1Vek/s1600/Rumus+1.pnghttp://2.bp.blogspot.com/-HFYVBzoU06U/TcOnwRxGIBI/AAAAAAAAAAs/xUaxXVciLcI/s1600/Undamped+System.pnghttp://4.bp.blogspot.com/-czXBhFusVRI/TcOorv8G-KI/AAAAAAAAAAw/P7w5GvDMn3s/s1600/Osilasi+konsisten.pnghttp://3.bp.blogspot.com/-INei3jrZLNA/TcOotJGXSlI/AAAAAAAAAA4/FanTNhk1Vek/s1600/Rumus+1.pnghttp://2.bp.blogspot.com/-HFYVBzoU06U/TcOnwRxGIBI/AAAAAAAAAAs/xUaxXVciLcI/s1600/Undamped+System.pnghttp://4.bp.blogspot.com/-czXBhFusVRI/TcOorv8G-KI/AAAAAAAAAAw/P7w5GvDMn3s/s1600/Osilasi+konsisten.pnghttp://3.bp.blogspot.com/-INei3jrZLNA/TcOotJGXSlI/AAAAAAAAAA4/FanTNhk1Vek/s1600/Rumus+1.pnghttp://2.bp.blogspot.com/-HFYVBzoU06U/TcOnwRxGIBI/AAAAAAAAAAs/xUaxXVciLcI/s1600/Undamped+System.png


19/37

10

Metoda Ziegler Nichols ini dapat diterapkan secara luas untuk

mentuning PID controller pada sistem kendali proses [4].

2.4 Plant Temperatur

Pada praktikum yang telah dilakukan, plant yang akan

dikendalikan adalah plant Temperatur. Modul Temperatur yang digunakan

adalah modul yang akan mendeteksi berapa derajat suhu yang terdeteksi

oleh sensor, panas sendiri akan dihasilkan oleh sebuah lampu. Untuk

gangguan pada modul sendiri terdapat sebuah kipas dan sebuah klop untuk

membuka ruangan agar udara yang di dalam kotak modul bisa mengalir

atau tidak.

Gambar 2.11 Modul Plant Kendali Temperatur


20/37

11

BAB III

PERANCANGAN

Perancangan yang dilakukan pada praktikum kali ini adalah

menggunakan metoda Ziegler Nichols tipe 1 dan tipe 2. Aplikasi yang

digunakan adalah MATLAB dan komponen untuk menghubungkan antara

plant dan komputer pengguna adalah Arduino.

Dalam praktikum yang telah dilakukan, penulis merancang desain

kendali menggunakan metoda Ziegler Nichols tipe 1 dan tipe 2. Hasil dari

desain tersebut juga diaplikasikan ke Script MATLAB dan Embedded

System menggunakan Arduino. Berikut perancangan dalam praktikum

yang telah dilakukan.

3.1 Ziegler Nichols Tipe 1

Gambar 3.1 Simulink pada MATLAB untuk Ziegler Nichols tipe 1


21/37

12

Gambar 3.2 Perancangan Plant Kendali Temperatur dengan Arduino

Gambar 3.3 Penentuan Nilai T dan L menggunakan garis acuan

Perbandingan waktu antara waktu nyata dan waktu matlab adalahtnyata

150s : 2000sParameter LL matlab = 140sL nyata = 14.7s: tmatlab

Parameter TT matlab = 2065s

T nyata = 212.625s


22/37

13

Setelah dimasukan hasil T dan L, maka didapat sebagai berikut:Kp = 17,35714286Ti= 29,4Td= 7,35

Masukan nilai-nilai Kp, Ti, dan Td ini pada Modul PID. Setelah itu lihat pada respon MATLAB, hasil nya seperti berikut:

Time (s)

Gambar 3.4 Respon Desain Kendali Ziegler Nichols tipe 1

3.2 Ziegler Nichols Tipe 2

Gambar 3.5 Simulink pada MATLAB untuk Ziegler Nichols tipe 1

Gambar 3.6 Menentukan Pcr dan Kcr

T e m p e r a

t u r

( o C )


23/37

14

Tnyata : 55 Tmatlab : 500Setelah itu, hitung untuk mendapatkan nilai Kp,Ti dan Td, dan

dipatkan seperti berikut :Kp = 552

Ti= 12,815

Td= 3,20375

Masukan nilai-nilai Kp, Ti, dan Td ini pada Modul Controller PID. Setelahitu lihat pada Respon MATLAB, hasil nya seperti berikut:

Time (s)Gambar 3.7 Respon Desain Kendali Ziegler Nichols tipe 2

3.3 Algoritma Script

Pada praktikum yang telah dilakukan, dibuat program untuk

mengendalikan plant dan program yang digunakan adalah MATLAB dan

Arduino. Pada program yang digunakan Arduino dimaksudkan untuk

membuat embedded system . Maksud dari embedded system adalah user

menggunakan interface lain untuk mengendalikan kendali. Komputer

digunakan hanya untuk memprogram Arduino. Interface yang kita

digunakan yaitu sebuah LCD yang dipasang pada bagian atas Arduino dan

disebut Arduino Stand Alone Contrroller Untuk algoritma program seperti

berikut:

T e m p e r a

t u r (

o C )


24/37

15

Gambar 3.8 Algoritma untuk Script pada MATLAB


25/37

16

Gambar 3.9 Algoritma untuk Script Arduino Stand Alone


26/37

17

BAB IV

ANALISA

Pada bab ini akan dibahas tentang analisa respon yang telah

dilakukan. Respon yang akan di analisa adalah respon dari sinyal kendali

temperatur menggunakaan metoda Ziegler-Nichols tipe 1 dan Ziegler-

Nichols tipe 2, Script menggunakan MATLAB, dan Script yang

diaplikasikan pada Arduino Stand Alone Controller menggunakan LCD.

4.1 Ziegler-Nichols tipe 1

Pada Gambar 3.4, dapat dilihat bahwa sinyal masih belum

maksimal, sehingga dibutuhkan manual-tuning pada modul PID dengan

merubah parameter Kp, Ti, dan Td. Jika sudah melakukan manual tuning,

hasil respon akan seperti berikut :

Time (s)

Gambar 4.1 Respon Ziegler-Nichols tipe 1 setelah manual tuning

Hasil Manual Tuning :

Kp = 20

Ti = 40

Td = 7

Pada gambar 4.1, terlihat respon memiliki overshoot yang tidak

terlalu besar dan steady state sudah sesuai dengan setpoint yang

diinginkan.

T e m p e r a

t u r

( o C )


27/37

18

4.2 Ziegler-Nichols tipe 2

Pada gambar 3.7, dapat dilihat bahwa sinyal masih belum

maksimal, sehingga dibutuhkan manual-tuning pada modul PID dengan

merubah parameter Kp, Ti, dan Td. Jika sudah melakukan manual tuning,

hasil respon akan seperti berikut :

Time (s)Gambar 4.2 Respon Ziegler Nichols tipe 2 setelah manual tuning

Hasil Manual Tuning :

Kp = 60Ti = 32,5

Td = 0,68

Pada gambar 4.2, terlihat respon memiliki overshoot yang tidakterlalu besar dan steady state sudah sesuai dengan setpoint yangdiinginkan.

4.3 Script pada MATLAB

Script pada MATLAB digunakan untuk membuat program untuk

mengendalikan plant temperatur. Program yang akan kita buat sudah

terlebih dahulu ada algoritma, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.8.

Algoritma yang sudah ada diterjemahkan menjadi source code MATLAB.

Program pada MATLAB seperti berikut :

T e m p e r a t u r

( o C )


28/37

19


29/37

20

Pada script yang telah di Run ini akan muncul respon pada figure,

dan hasilnya seperti berikut ini :

Time (s)Gambar 4.3 Respon Kendali Script MATLAB

Gambar diatas menunjukkan respon yang keluar saat Kp, Ki, danKd belum diatur secara manual. Keluaran PID pada respon tersebut adalahdengan Kp = 17,35, Ki = 0,509136054, serta Kd = 130

Jika kita ingin melakukan manual tuning dan melakukan sedikit perubahan pada respon, rubah sedikit program yang ada pada scriptmenjadi seperti berikut :

T e m p e r a

t u r

( o C )


30/37

21


31/37

22

Dengan script seperti diatas, di dapat respon seperti dibawah ini :

Time (s)Gambar 4.4 Respon Kendali Script MATLAB setelah manual

tuningPada gambar diatas terlihat respon dengan script tersebut lebih baik

dari segi Overshoot dan SteadyState. Pada script dilakukan beberapa perubahan yaitu dengan membagi outPID dengan 10. Dibagi 10 agarOvershoot respon plant tidak terlalu tinggi. Manual tuning denganmerubah Kp, Ki, dan Kd pun dilakukan dengan hasil Kp = 55, Ki = 0,7,Kd = 129.

T e m p e r a

t u r

( o C )


32/37

23

4.4 Script pada Arduino Stand Alone Controller

Pada script Arduino ini, dimaksudkan sistem yang kita kendalikan

dapat berdiri sendiri tanpa bantuan komputer atau pun laptop. Komputer

hanya membantu user untuk mengunduh program dari aplikasi Arduino ke

Arduino Uno yang digunakan sebagai embedded system . Arduino uno

yang sebelumnya telah diisi program untuk mengendalikan plant dan

menampilkan setpoint dan respon dari kendali temperatur. Hardware yang

digunakan untuk menampilkan hasil dari kendali yaitu berupa LCD. Pada

LCD akan nampak nilai setpoint dan respon yang diatur. LCD diletakkan

diatas Shield Arduino yang dipasang pada Arduino Uno. Program pada

arduino sebagai berikut :


33/37

24


34/37

25

Hasil dari script diatas adalah sebagai berikut :

Gambar 4.5 Tampilan LCD


35/37

26

Keterangan pada LCD adalah SP untuk setpoint , sedangkan untuk

PV adalah proccess value respon dari kendali yang dibuat.


36/37

27

BAB V

PENUTUP

Pada bab ini akan dibahas mengenai kesimpulan dari praktikum

yang telah dilakukan dan saran mengenai pengenmbangan dalam

praktikum selanjutnya agar praktikum selanjutnnya dapat berjalan lebih

baik.

Kesimpulan :

Perancangan sistem kendali pada kendali temperatur membutuhkan

waktu yang cukup lama untuk melihat respon sinyal terhadap

setpoint.

Pada metoda yang digunakan yaitu Ziegler Nichols tipe dan Ziegler

Nichols tipe 2, yang lebih tepat digunakan untuk plant kendali

temperatur yaitu metoda Ziegler Nichols tipe 2 karena metoda

Ziegler Nichols tipe 2 cocok untuk plant yang mempunyai respon

yang lama.

Plant kendali suhu mempunyai batas panas yang diatur sendiri

dalam modul tersebut. Batas suhu yang bisa dibaca yaitu 80°

celcius. Jika melebihi batas itu, lampu sebagai pemanas akan mati

secara otomatis.

Saran :

Perhatikan setiap modul yang akan dipakai dan cek terlebih dahulu

apakah sesuai dengan spesifikasi atau tidak.

Pada pemograman menggunakan Arduino, lebih teliti dalam

programnya dan perhatikan juga hardware yang digunakan.


37/37

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Faishol F. Riza, “Perancangan Sistem Pengendali Suhu dan Memonitoring

Kelembapan Berbasis ATMega8535 pada Plant Inkubator”, Skripsi, Universitas

Diponegoro Semarang.

[2]. “Apa itu Sistem Kendali”, http://vhianwahyo3.blogspot.com/2014/05/apa-itu-

sistem-kendali-sistem-kontrol.html . Diakses 4 Juli 2015.

[3]. “Pengertian Kendali PID”, http://catatan-

elektro.blogspot.com/2011/11/pengertian-kendali-pid.html . Diakses 5 Juli 2015.

[4]. “Metoda Tuning Ziegler - Nichols”,

http://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-

nichols.html . Diakses 5 Juli 2015.
http://vhianwahyo3.blogspot.com/2014/05/apa-itu-sistem-kendali-sistem-kontrol.htmlhttp://vhianwahyo3.blogspot.com/2014/05/apa-itu-sistem-kendali-sistem-kontrol.htmlhttp://vhianwahyo3.blogspot.com/2014/05/apa-itu-sistem-kendali-sistem-kontrol.htmlhttp://vhianwahyo3.blogspot.com/2014/05/apa-itu-sistem-kendali-sistem-kontrol.htmlhttp://catatan-elektro.blogspot.com/2011/11/pengertian-kendali-pid.htmlhttp://catatan-elektro.blogspot.com/2011/11/pengertian-kendali-pid.htmlhttp://catatan-elektro.blogspot.com/2011/11/pengertian-kendali-pid.htmlhttp://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-nichols.htmlhttp://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-nichols.htmlhttp://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-nichols.htmlhttp://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-nichols.htmlhttp://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-nichols.htmlhttp://catatan-elektro.blogspot.com/2011/11/pengertian-kendali-pid.htmlhttp://catatan-elektro.blogspot.com/2011/11/pengertian-kendali-pid.htmlhttp://vhianwahyo3.blogspot.com/2014/05/apa-itu-sistem-kendali-sistem-kontrol.htmlhttp://vhianwahyo3.blogspot.com/2014/05/apa-itu-sistem-kendali-sistem-kontrol.html

laporan praktikum kendali suhu menggunakan pid di lab sistem kendali teknik elektronika politeknik...

Documents