MAKALAH

SISTEM KENDALI

DISUSUN OLEH :

YUDISTIRA

11520069

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH

METRO

2015

KATA PENGANTAR

Dengan segala puji syukur alhamdulillah kami panjatkan kepada Allah swt, yang

telah memberi rahmat, hidayah serta inayahnya sehingga kami dapat menyelesaikan makalah

ini sebagai salah satu tugas dari mata kuliah Mekatronika.

kami selaku penulis berharap, makalah ini selain sebagai salah satu tugas dari mata

kuliah Mekatronika, semoga dapat juga bermanfaat serta menambah ilmu bagi setiap

pembaca pada umumnya dan khususnya bagi penulis sendiri.

Penulis sadar bahwa dalam penulisan makalah ini mungkin masih banyak kekurangan

dan kesalahan, oleh karena itu kritik serta saran saya sebagai penulis mengaharapkan dari

pembaca sekalian.

Metro, 17 Januari 2015

Penyusun

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem kendali atau sistem kontrol merupakan hal yang penting di era teknologi informasi

maupun di dunia industri yang modern ini. Proses produksi dan manufacturing dituntut kestabilannya

dan setiap perubahan dapat direspon secara cepat dan real time. Di dalam dunia industri, dituntut

suatu proses kerja yang aman dan berefisiensi tinggi untuk menghasilkan produk dengan kualitas dan

kuantitas yang baik serta dengan waktu yang telah ditentukan.

Kegiatan pengontrolan dan monitoring yang biasa dilakukan manusia bisa digantikan perannya

dengan menerapkan prinsip otomasi.Kegiatan kontrol yang dilakukan secara berulang-ulang,

kekurang-presisi-an manusia dalam membaca data, serta resiko yang mungkin timbul dari sistem yang

dikontrol semakin menguatkan kedudukan alat/mesin untuk melakukan pengontrolan secara otomatis.

Piranti-piranti pengontrol otomatis ini sangat berguna bagi manusia. Apalagi jika ditambah

dengan suatu kecerdasan melalui program yang ditanamkan dalam sistem tersebut akan semakin

meringankan tugas-tugas manusia. Akan tetapi secerdas apapun sebuah mesin tentu masih

membutuhkan peranan manusia untuk mengatur dan mengontrol piranti-piranti ini. Otomasi kontrol

bukan untuk menggantikan sepenuhnya peranan manusia, tetapi mengurangi peranan dan

meringankan tugas-tugas manusia dalam pengontrolan suatu proses.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Sistem Kontrol

a. Sejarah Perkembangan Teknik Kendali :

Perkembangan teknik kendali begitu sangat pesat dimulai dari :

1. Karya pertama dimulai abad 18, control automatic, governor sentrifugal, sebagai pengatur

kecepatan mesin uap oleh James Watt

2. Pada tahun 1922, control automatic pengemudi kapal laut oleh Minosky

3. Pada tahun 1932, Kestablilan system loop tertutupdan terbuka terhadap masukkan tunak(

steady state ) sinusoidal

4. Pada tahun 1934, Diperkenalkan istilah servomekanis untuk system control posisi, dalam

hal ini membicarakan desain servo mekanis relay dengan masukkan yang berubah-ubah.

5. Selama dasawarsa 40 tahun hingga 50 tahun kemudian, metoda dalam system desain

system control linear berumpan balik benar-benar telah berkembang.

6. Pada tahun 1960 an, kemudian dikembangkan kedalam bentuk multimasukkan /keluaran

karena kompleknya “Plant” modern dan persyaratan yang keras pada tingkat ketelitian.

Sistem kontrol adalah proses pengaturan ataupun pengendalian terhadap satu atau

beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga atau dalam suatu

rangkuman harga (range) tertentu. Di dalam dunia industri, dituntut suatu proses kerja yang

aman dan berefisiensi tinggi untuk menghasilkan produk dengan kualitas dan kuantitas yang

baik serta dengan waktu yang telah ditentukan. Otomatisasi sangat membantu dalam hal

kelancaran operasional, keamanan (investasi, lingkungan), ekonomi (biaya produksi), mutu

produk, dll.

Ada banyak proses yang harus dilakukan untuk menghasilkan suatu produk sesuai

standar, sehingga terdapat parameter yang harus dikontrol atau di kendalikan antara lain

tekanan (pressure), aliran (flow), suhu (temperature), ketinggian (level), kerapatan

(intensity),dll. Gabungan kerja dari berbagai alat-alat kontrol dalam proses produksi

dinamakan sistem pengontrolan proses (process control system). Sedangkan semua peralatan

yang membentuk sistem pengontrolan disebut pengontrolan instrumentasi proses (process

control instrumentation). Dalam istilah ilmu kendali, kedua hal tersebut berhubungan erat,

namun keduanya sangat berbeda hakikatnya. Pembahasan disiplin ilmu Process Control

Instrumentation lebih kepada pemahaman tentang kerja alat instrumentasi, sedangkan disiplin

ilmu Process Control System mengenai sistem kerja suatu proses produksi.

2.2. Prinsip Pengontrolan Proses

Ada 3 parameter yang harus diperhatikan sebagai tinjauan pada suatu sistem kontrol

proses yaitu :

a. cara kerja sistem control

b. keterbatasan pengetahuan operator dalam pengontrolan proses

c. peran instrumentasi dalam membantu operator pada pengontrolan proses

Empat langkah yang harus dikerjakan operator yaitu mengukur, membandingkan,

menghitung, mengkoreksi.Pada waktu operator mengamati ketinggian level, yang dikerjakan

sebenarnya adalah mengukur process variable (besaran parameter proses yang dikendalikan).

Contohnya proses pengontrolan temperatur line fuel gas secara manual, proses variabelnya

adalah suhu. Lalu operator membandingkan apakah hasil pengukuran tersebut sesuai dengan

apa yang diinginkan. Besar proses variabel yang diinginkan tadi disebut desired set point.

Perbedaan antara process variabel dan desired set point disebut error.

Dalam sistem kontrol suhu di atas dapat dirumuskan secara matematis:

Error = Set Point – Process Variabel

Process variabel bisa lebih besar atau bisa juga lebih kecil daripada desired set point.

Oleh karena itu error bisa diartikan negatif dan juga bisa positif.

2.3. Sistem Kontrol Otomatis

Suatu sistem kontrol otomatis dalam suatu proses kerja berfungsi mengendalikan

proses tanpa adanya campur tangan manusia (otomatis). Ada dua sistem kontrol pada sistem

kendali/kontrol otomatis yaitu :

a. Open Loop (Loop Terbuka)

Suatu sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh terhadap aksi

pengontrolan.Dengan demikian pada sistem kontrol ini, nilai keluaran tidak di umpan-

balikkan ke parameter pengendalian.

Gambar 2.1 Diagram Blok Sistem Pengendalian Loop Terbuka

Adapun keunggulan dan kerugiannya pada open loop adalah :

Keunggulannya:

a. Konstruksinya sederhana

b. Lebih murah dari system tertutup

c. Tidak ada masalah dengan ketidakstabilan

d. Ketelitian kerjanya ditentukan oleh kaliberasi

Kerugiannya:

a. Gangguan dan perubahan kaliberasi, akan menimbulkan kesalahan, sehingga

keluaran tidak seperti yang dikehendaki.

b. Untuk menjaga kualitas yang diperlukan pada keluaran diperlukan kaliberasi

ulang pada setiap waktu tertentu.

Contoh dari sistem loop terbuka adalah operasi mesin cuci. Penggilingan pakaian,

pemberian sabun, dan pengeringan yang bekerja sebagai operasi mesin cuci tidak akan

berubah (hanya sesuai dengan yang diinginkan seperti semula) walaupun tingkat kebersihan

pakaian (sebagai keluaran sistem) kurang baik akibat adanya faktor-faktor yang kemungkinan

tidak diprediksikan sebelumnya.. Diagram kotak pada Gambar 2.2 memberikan gambaran

proses ini.

Gambar 2.2 Operasi mesin cuci

c. Close Loop (Loop Tertutup)

Suatu sistem kontrol yang sinyal keluarannya memiliki pengaruh langsung terhadap

aksi pengendalian yang dilakukan.Sinyal error yang merupakan selisih dari sinyal masukan

dan sinyal umpan balik (feedback), lalu diumpankan pada komponen pengendalian

(controller) untuk memperkecil kesalahan sehingga nilai keluaran sistem semakin mendekati

harga yang diinginkan.

Adapun keunggulan dan kerugiannya pada close loop adalah :

Keunggulannya:

a. Mampu untukmeningkatkan ketelitian, sehingga dapat terus menghasilkan kembali

inputnya.

b. Dapat mengurangi kepekaan perbandingan keluaran terhadap masukkan untuk

perubahan cirri-ciri system.

c. Mengurangi akibat ketidaklinearan dan distorsi.

Kerugiannya:

a. Tidak dapat mengambil aksi perbaikan terhadap suatu gangguan sebelum gangguan

tersebut mempengaruhi nilai prosesnya.

Gambar 2.3. Diagram Blok Sistem Pengendalian Loop Tertutup

a. Input ( Masukkan ) : Rangsangan atau perangsangan yang diterapkan ke suatu

sistem pengendalian dari sumber energi, biasanya agarmenghasilkan tanggapan

tertentu dari system yang dikendalikan.

b. Output (keluaran):Tanggapan sebenarnya yang diperoleh dari sebuah sIstem

pengendalian.

c. Plant ( Proses ) :Seperangkat peralatan yang terdiri dari atau sebagian mesin yang

bekerja secara bersama- sama dan digunakan untuk suatu “ Proses”.

d. Proses :Merupakan suatu bagian operasi atau perkembanganalamiah, yang

berlangsung secara kontinyu ( Continue ), yang ditandai oleh suatu deretan perubahan

kecil yang berurutan, dengan cara yang relative tetap, untuk mendapatkan suatu

ahkiran yang dikehendaki.

e. Gangguan :gangguan bila ada, memungkinkan suatu sinyal yang cendearung

mempunyai pengaruh yang merugiakan padaharga keluaran system.

PROSES"PLANT"

ELEMENTPENGUKUR

PENGONTROL

INPUT OUTPUT

GANGGUAN

Didalam analisis biasanya digambarkan sebagaimana diagram bolk /kotak sbb:

Gambar 2.4 diagram bolk

Dimana :

R(s) = Input Laplace transform

C(s) = Output Laplace transform

G(s) = Transfer function forword element

H(s) = TF. Feedback element

E(s) = Error sinyal

2.4 Definisi Istilah

Ada beberapa definisi istilah yang sering dipakai antara lain :

a. Sistem (system) adalah kombinasi dari komponen-komponen yang bekerja bersama-sama

membentuk suatu obyek tertentu.

b. Variabel terkontrol (controlled variable) adalah suatu besaran (quantity) atau kondisi

(condition) yang terukur dan terkontrol. Pada keadaan normal merupakan keluaran dari

sistem.

c. Variabel termanipulasi (manipulated variable) adalah suatu besaran atau kondisiyang

divariasi oleh kontroler sehingga mempengaruhi nilai dari variabel terkontrol.

d. Kontrol (control) – mengatur, artinya mengukur nilai dari variabel terkontrol dari sistem

dan mengaplikasikan variabel termanipulasi pada sistem untuk mengoreksi atau

mengurangi deviasi yang terjadi terhadap nilai keluaran yang dituju.

e. Plant (Plant) adalah sesuatu obyek fisik yang dikontrol.

G(s)

H(s)

R(s) E(s) C(s)

+ -

f. Proses (process) adalah sesuatu operasi yang dikontrol. Contoh : proses kimia, proses

ekonomi, proses biologi, dll.

g. Gangguan (disturbance) adalah sinyal yang mempengaruhi terhadap nilai keluaran

sistem.

h. Kontrol umpan balik (feedback control) adalah operasi untuk mengurangi perbedaan antara

keluaran sistem dengan referensi masukan.

i. Kontroler (controller) adalah suatu alat atau cara untuk modifikasi sehingga karakteristik

sistem dinamik (dynamic system) yang dihasilkan sesuai dengan yang kita kehendaki.

j. Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk mengukur keluaran sistem dan

menyetarakannya dengan sinyal masukan sehingga bisa dilakukan suatu operasi hitung

antara keluaran dan masukan.

k. Aksi kontrol (control action) adalah besaran atau nilai yang dihasilkan oleh perhitungan

kontroler untuk diberikan pada plant (pada kondisi normal merupakan variabel

termanipulasi).

l. Aktuator (actuator), adalah suatu peralatan atau kumpulan komponen yang

menggerakkan plant.

Gambar II.4.1. memberikan penjelasan terhadap beberapa definisi istilah di atas.

Gambar 2.5 Sistem Kontrol Secara Lengkap

Contoh dari system close loop banyak sekali, salah satu contohnya adalah operasi

pendinginan udara (AC).Masukan dari sistem AC adalah derajat suhu yang diinginkan si

pemakai. Keluarannya berupa udara dingin yang akan mempengaruhi suhu ruangan sehingga

suhu ruangan diharapkan akan sama dengan suhu yang diinginkan. Dengan memberikan

umpan balik berupa derajat suhu ruangan setelah diberikan aksi udara dingin, maka akan

didapatkan kesalahan (error) dari derajat suhu aktual dengan derajat suhu yang diinginkan.

Adanya kesalahan ini membuat kontroler berusaha memperbaikinya sehingga didapatkan

kesalahan yang semakin lama semakin mengecil. Gambar II.4.2 memberikan penjelasan

mengenai proses umpan balik sistem AC ini.

Gambar 2.6 Proses Umpan Balik Pendingin Udara (AC)

2.5 perancangan sistem kontrol umpan balik

Ada tiga hal yang diperlukan dalam perancangan sistem kontrol umpan balik :

a. Respon transien

respon transien yaitu setiap system pengendalian/pengaturan diharapkan mempunyai

transient time (waktu untuk gejala peralihan ) sekecil mungkin, artinya dapat proses

sesingkat-singkatnya, sehingga harga keluarannya sesuai dengan yuang diinginkan.

Tetapim dengan transient time yangkecil, keluaran dakan mempunyai simpangan dan

atau osilasi yang besar dalam menuju harga yana lebih besar ( semakin meningkat ).

b. Stabilitas

Stabilitas merupakan spesifikasi sistem yang paling penting.Jika suatu sistem tidak

stabil,kinerja transien dan steady-state errors menjadi inti masalah.Sistem yang tidak

stabiltidak dapat didisain agar memiliki respon-transien dan steady-state errors

tertentu.

c. steady-state error ( setelah wahtu gejala peralihan dianggap selesai ), disini ada 2 hal

yang sangat penting yaitu:

a. Adanya kesalahan (steady state error ) ialah output yag sebenarnya tidak sama

dengan output yang diinginkan.

b. Besarnya kesalahan steady state error dari kedua system tersebut sangat

dipengaruhi oleh “ type system” dan macam “input”

2.6. Analisis dan Disain Sistem Umpan-Balik

Umpan balik (feedback) membentuk topologi sistem kontrol seperti ditunjukkan oleh

gambar II.6.1.yang kemudian disederhanakan menjadi gambar II.6.2.

Gambar 2.7 Bentuk umpan balik pada topologi sistem control

Untuk sistem yang disederhanakan

BAB III

Penutup

3.1 Kesimpulan

Dalam perancangan sistem kontrol, langkah pertama yang harus dilakukan adalah

menganalisa sistem yang akan dikontrol terlebih dahulu. Pembuatan model yang lebih

sederhana akan mempermudah kita dalam menganalisa sistem tersebut. Kemudian pemodelan

tersebut dapat kita nyatakan dalam suatu persamaan matematis, sehingga aplikasi perhitungan

matematis akan sangat memungkinkan dalam menganalisa sistem tersebut.

Dalam perancangan sistem kontrol umpan balikAda tiga hal yang diperlukan dalam

perancangan sistem kontrol umpan balikdiantaranya :

Respon transien

Stabilitas

steady-state eror