modul 3_11-2011-001

17
Halaman 1 MODUL PERCOBAAN 3 SISTEM PENGATURAN POSISI Praktikan: Jauzie Arief (11-2011-001) Asisten: Harry Guswanto (13209101) Waktu Percobaan: 19 Juni 2013 EL-3120 Praktikum Sistem Kendali – Control System Laboratory Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika – ITB Abstrak Pada suatu system pengaturan kecepatan, yang diinginkan adalah menjaga konstan kecepatan putar untuk segala kondisi beban. Namin pada pengaturan posisi, pada system ini akurasi system biasanya tidak hanya diukur dengan steadt state erro untuk masukan step, tetapi juga untuk steadt state errot untuk masukan yang berubah dengan waktu atau disebut dengan following error. Dengan penambahan PD, yakni dengan nilai Kp = 0.5 dan σd = 10 dan 100 ms. Pada praktikum ini praktikan akan mengetahui pengaruh kecepatan pada system pengaturan posisi yang didukung oleh modular servo system MS150. Kata kunci: steady state error, following error,, kontroler proporsional, kontroler derivative dan modular servo system MS 150 1. Pendahuluan Pada praktikum modul 3 dengan judul “Sistem Pengaturan Posisi”. Adapun tujuan dari praktikum ini sebagai berikut: a. Mampu melakukan analisis kinerja system pengaturan posisi motor arus searah. b. Mampu menerangkan pengaruh kecepatan pada kinerja suatu system pengaturan posisi. c. Mampu menerangkan pengaruh kontroler PD pada kinerja system pengaturan posisi.

Upload: jauzie-last

Post on 22-Nov-2015

25 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

dasar sistem kendali

TRANSCRIPT

JUDUL PERCOBAAN

MODUL PERCOBAAN 3SISTEM PENGATURAN POSISIPraktikan: Jauzie Arief (11-2011-001) Asisten: Harry Guswanto (13209101)Waktu Percobaan: 19 Juni 2013EL-3120 Praktikum Sistem Kendali Control System LaboratoryLaboratorium Dasar Teknik ElektroSekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB

Halaman 2

AbstrakPada suatu system pengaturan kecepatan, yang diinginkan adalah menjaga konstan kecepatan putar untuk segala kondisi beban. Namin pada pengaturan posisi, pada system ini akurasi system biasanya tidak hanya diukur dengan steadt state erro untuk masukan step, tetapi juga untuk steadt state errot untuk masukan yang berubah dengan waktu atau disebut dengan following error. Dengan penambahan PD, yakni dengan nilai Kp = 0.5 dan d = 10 dan 100 ms. Pada praktikum ini praktikan akan mengetahui pengaruh kecepatan pada system pengaturan posisi yang didukung oleh modular servo system MS150.

Kata kunci: steady state error, following error,, kontroler proporsional, kontroler derivative dan modular servo system MS 150

Pendahuluan Pada praktikum modul 3 dengan judul Sistem Pengaturan Posisi. Adapun tujuan dari praktikum ini sebagai berikut:a. Mampu melakukan analisis kinerja system pengaturan posisi motor arus searah.b. Mampu menerangkan pengaruh kecepatan pada kinerja suatu system pengaturan posisi.c. Mampu menerangkan pengaruh kontroler PD pada kinerja system pengaturan posisi.

Dasar TeoriSistem yang menggunakan motor listrik sebagai penggerak sebagai contohnya: mixer, bor listrik, sabuk berjalan, generator dll. Pada semua alat tersebut motor listrik dibuat berputar terus menerus, selama masa kerja alat. Tujuan pengaturan alat ini adalah agar motor berputar dengan kecepatan yang sesuai dengan yang diinginkan, dalam berbagai kondisi beban yang digerakan motor. Terdapat segolongan alat atau sistem lain yang juga menggunakan motor listrik sebagai penggerak, tetapi dengan penggunaan yang berbeda. Pada sistem ini, motor digunakan untuk menggerakan benda kesuatu posisi yang diinginkan. Inilah yang dikenai dengan sistem pengaturan posisi. Contoh sistem ini adalah sistem kemudi kapal laut atau pesawat terbang.Pada sistem pengaturan kecepatan, memiliki masalah menentukan berapa besar energi elektrik yang harus diberikan pada motor supaya berputar pada kecepatan yang diinginkan, bagaimanapun kondisi beban yang digerakan. Pada sistem pengaturan posisi, masalahnya terutama pada berapa lama energi elektrik harus diberikan agar motor menggerakkan beban yang dipasangkan padanya sampai posisi yang diinginkan, tidak lebih dan tidak kurang.Konfigurasi yang sederhana untuk mencapai tujuan tersebut adalah sistem pengaturan posisi lingkar tertutup seperti diagram blok berikut ini :

2.1 Sub-bab Dasar TeoriA. Motor DC Pada prinsipnya mesin listrik dapat berlaku sebagai motor maupun sebagai generator. Perbedaannya hanya terletak dalam konversi dayanya. Generator adalah suatu mesin listrik yang mengubah daya masuk mekanik menjadi daya keluar listrik, sedangkan seballiknya motor mengubah daya masuk lestrik menjadi daya keluar mekanik. Maka dengan membalik generator arus searah, sekarang tegangan Vt menjadi sumber dan tegangan jangkar Ea merupakan ggl lawan, mesin arus searah ini akan berlaku sebagai motor. Oleh karena itu hubungan antara tegangan Vt dan Ea dapat dituliskan sebagai :Ea = Vt (Ia.Ra )

Gambar 1. Kontruksi Motor DcPrinsip kerja pada motor Dc adalah Motor DC terdapat dalam berbagai ukuran dan kekuatan, masing- masing didisain untuk keperluan yang berbeda-beda namun secara umum memiliki berfungsi dasar yang sama yaitu mengubah energi elektrik menjadi energi mekanik. Sebuah motor DC sederhana dibangun dengan menempatkan kawat yang dialiri arus di dalam medan magnet.kawat yang membentuk loop ditempatkan sedemikian rupa diantara dua buah magnet permanen.Bila arus mengalir pada kawat, arus akan menghasilkan medan magnet sendiri yang arahnya berubah-ubah terhadap arah medan magnet permanen sehingga menimbulkan putaran.

Gambar 2. Prinsip Kerja Motor DCPada gambar diatas sebuah loop ABCD berada dalam satu medan magnet. Jika arah flux magnet B berasal dari kutub U ke kutub S dari magnet permanen dan pada loop dialiri arus listrik dengan arah ABCD maka pada sisi AB akan terjadi gaya F1 yang mengarah kebawah, dan pada sisi CD juga terjadi gaya F2 yang mengarah keatas sesuai dengan aturan tangan kanan. Gaya F1 dan F2 tersebut menyebabkan loop berputar berlawanan dengan arah jarum jam. Peroses tersebut terjadi terus-menerus dan merupakan dasar dari pembentukan sebuah motor.

Gambar 3. Torsi Mesin DCGambar diatas Torsi pada Loop Torsi yang dihasilkan oleh gaya F1 dan F2 sehingga menyebabkan loop berputar dapat dihitung dengan persamaan berikut: = B.I.A.N sin Dimana:B = densitas fluks magnetic yang berasal dari kutub U ke S magnet permanen (Wb/m2)A = luas loop yang mengalir pada ABCD = sudut antara bidang normal loop ABCD dengan BN = jumlah lilitan yang membenruk loop Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah generator saat tanpa beban disebut fluks medan utama. Bila motor listrik dibebani maka pada penghantar jangkar timbul arus jangkar. Arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada penghantar jangkar tersebut dan biasa disebut fIuks medan jangkar. Munculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang terletak di sebelah kanan kutub utara. Pengaruh adanya interaksi antara medan utama dan medan jangkar ini disebut reaksi jangkar. Reaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak lurus pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut . Dengan kata lain, garis netral akan bergeser. Pergeseran garis netral akan melemahkan tegangan nominal generator. Untuk mengembalikan garis netral ke posisi awal, dipasangkan medan magnet bantu (interpole atau kutub bantu). Akibat dari reaksi jangkar adalah terjadinya percikan api (sparking) yang dikarenakan perubahan normal medan rotor yang semakin dekat dengan statornya sehingga jika jarak makin dekat akan ada loncatan-loncatan elektron yang terjadi,awalnya sedikit namun seiring dengan berjalannya waktu elektronnya akan semakin banyak sehingga akan timbul loncatan elektron.

B. Pengendali PIDSistem pengendali PID adalah suatus pengendalian untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tersebut. PID merupakan singkatan dari Proportional Integral Derivative. Sistem pengendali PID terdiri dari tiga jenis yang sesuai dengan singkatanya Proportional Integral dan Derivative. Ketiganya digunakana secara bersamaan atau masing-masing, tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap suatu plan. PID kontroler sebenarnya terdiri dari 3 jenis cara pengaturan yang saling dikombinasikan, yaitu P (proportional) controller, D (derivative) controller, dan I (integral) controller. Masing-masing memiliki parameter tertentu yang harus diset untuk dapat beroperasi dengan baik, yang disebut sebagai konstanta. Setiap jenis, memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing, hal ini dapat dilihat pada tabel dibawah ini :Tabel 1 Respon PID Controller Terhadap Perubahan KonstantaClosed-Loop ResposeRise TimeOvershootSettling TimeSS Eror

KpDecreaseIncreaseSmall ChangeDecrease

KiDecreaseIncreaseIncreaseEliminate

KdSmall ChangeDecreaseDecreaseSmall Change

1. Proportional ControllerDari table 1 diketahui bahwa P controller dapat mengurangi rise time, menambah overshoot, dan mengurangi steady state error. Diagram blok system pengendali adalah sebagi berikut:

Jika fungsi transfer motor DC sama dengan Maka closed-loop fungsi transfer sistem di atas dengan menggunakan P controller adalah sebagi berikut:

2. Proportional-Derivative ControllerDiagram blok system pengendali adalah sebagai berikut :

Closed-Loop transfer function system di atas dengan PD controller adalah :

3. Proportional-Integral ControllerDiagram blok sistem pengendali adalah sebagi berikut:

Closed-Loop transfer function sistem di atas dengan PI controller adalah :

4. Proportional-Integral-Derivative ControllerDiagram blok sistem pengendali adalah sebagai berikut:Close-Loop transfer function sistem di atas dengan PID controller adalah :

MetodologiA. Alat PercobaanDalam praktikum kali ini digunakan alat-alat sebagai berikut:1. AU150B (Attenuator Unit) Berupa 2 buah potensiometer putar 10K yang dipergunakan sebagai pengeontrol tegangan (biasanya sebagai masukkan acuan dalam sistem kontrol pada motor), jika dihubungkan ke sumber tegangan atau sebagai pengontrol penguatan jika dihubungkan dengan unit amplifier. (menggunakan potensio sebagai pembagi tegangan).OA150A(Unit Op-Amp) Berupa rangkaian penguat operasional dengan konfigurasi inverting. Terdapat feedback selector yang dapat membuat unit ini befungsi sebagai penjumlah, integrator penjumlah (summing integrator). PID150Y (PID Unit)Unit ini terdiri dari 3 bagian utama: penguat inverting sebagai kontroler propotional, inverting integrator sebagai kontroler integral, inverting differensiator sebagai kontroler derivative.SA150D (Servo Amplifier)Merupakan alat yang akan mengatur arah dan besar putaran motor, tergantung tegangan masukkan servo amplifier (terminal 1 dan 2).MT150F (Motor DC + Tachogenerator)Berupa motor dc dengan kumparan medan terpisah, memiliki perpanjangan sumbu putar utama yang dapat dipasangi rem magnetic atau lempengan inersia. Tardapat juga sumbu putar tambahan dengan kecepatan 1:30 kali kecepatan putar sumbu utama. Sumbu tambahan ini biasa digunakan dalam sistem pengaturan posisi.

IP-150H (Potensialmeter input) Berupa potensial meter putar 10K yang dilengkapi dengan skala yang menyatakan sudut putaran.Unit ini berfungsi untuk memberikan posisi referensi.Op-150K (Output potensialmeter)Unit ini berfungsi sebagai penunjuk output posisi pada system pengaturan posisi.Pemasangannya pada sumbu tambahan motor menggunakan push-on coupling untuk mengamati posisi keluaran.PA-150C (pre-AMP)Pada unit ini memiliki tiga terminal masukan dan dua terminal keluaran. Sinyal-sinyal yang masuk terminal masukan dijumlahkan.Jika salah satu input diberi tegangan positif maka terminal keluaran sebelah atas akan memberi teganagn positif sebaliknya terminal tegangan bawah memberikan tegangan mendekati nol.Recoder X-YMerupakan unit yang digunakan untuk mengetahui bentuk sinyal gelombang output pada rangkaian.Generator FungsiBagian dari peralatan atau software uji coba elektronik yang digunakan untuk menciptakan gelombang listrik.MultimeterBerfungi untuk mengukur tegangan, arus maupun tahanan pada setiap unit.

B.Langkah-langkah Melakukan PercobaanPada praktikum di bagi menjadi 5 percobaan, yaitu praktikumn A merupakan persiapan alat, praktikum B merupakan pengenalan system pengaturan posisi. Praikum C system pengaturan system sederhana, pratikum D system pengaturan posisi dengan umpan balik kecepatan dan pratikum E system pengaturan sistim sederhana (PD).A.Praktikum PersiapanPada praktikum ini praktikan melakukan pengaturan (Kalibrasi) setiap unit yang akan digunakan pada system pengaturan posisi. Pengaturan ini penting untuk memastikan Praktikum selanjutnya berjalan dengan baik.A1. Multimeter :1.Nyalakan multimeter dan pilih selector pada tegangan DC.2.Hubung singkatkan terminal input multimeter.3. Lihat posisi jarum penunjuk dan indicator multimeter, jika keduanya sudah menunjuk angka 0 berarti multimeter sudah dapat digunakan. Jika belum menunjukan angka 0 putar tombol pengatur 0 pada multimeter sampai memperoleh posisi 0.A2.Potensialmeter input IP-150H dan output-150K :1. Hubungkan potensialmeter input :a. Terminal -1 ke -15 b. Terminal -2 ke +15c. Terminal 0 volt ke 0 volt2. Hubungkan keluaran potensio ke multimeter.3. Putar piringan potensiometer pada saat menunjukan , harga tegangan yang terukur arus sama dengan 0V4. Jika hal itu tidak diperoleh, gunakan kunci pas sampai diperoleh sampe kondisi tersebut atau.5. Catatlah posisi piringan saat tegangan keluarannya 0, sebutlah posisi ini sebagai Lakukanlah langkah-langkah yang sama untuk potensiometer output. Perhatikan bahwa untuk langkah-langhak berikutnya posisi piringan q dinyatakan dengan posisi acuan (q saat keluaran potensio 0V). Tanda negative berati berlawan arah jarum jamA3.Pengaturan zerro set OP-Amp unit OA-150A :1. Beri catu daya pada Oa-150.2. Sambungkan salah satu terminal input ke 0V. Atur potensio zerro set sehingga keluaran OA juga 0V. Gunakan voltmeter pada batas ukur terendah, beri tanda posisi ini untuk memudahkan praktikum (tapi jangan sampe merusak alat dengan memberi tanda yang sulit dihapus).A4.Pengaturan zerro set Pre-Amp Unit PA-150C:1. Beri catu daya pada Pa-150C.2. Sambungkan salah satu terminal input ke 0V. Hubungkan kedua terminal keluaran PA ke voltmeter. Atur potensio zerro set sehingga tegangan antara kedua keluaran PA juga 0V. Gunakan voltmeter pada batas ukur terendah. (tapi jangan sampe merusak alat dengan memberi tanda yang sulit dihapus).A5.Generator fungsi dan osiloskop :1. Lakukan kalibrasi time/div dan volt/ kedua kanal osiloskop.2. Hubungkan keluaran generator fungsi ke kanal 1 dan kanal 2 osiloskop. Atur agar tampilan kanal 1 dan kanal 2 mampu memperlihatkan sinyal keluaran generator fungsi secara baik dan persis sama. Atur (pada suatu harga frekuensi antara 0,1 s/d 100 Hz dan tegangan keluaran apa saja) agar generator fungsi menghasilkan sinyal dengan amplitude 5 Vpp dan dc offset 0V.3. Atur frekuensi sinyal pada range 0,1 Hz sampai 10 HzA6.Recorder X-Y :1. Atur range kanal Y rekorder XY sedemikian sehingga recorder mampu menampilkan variasi tegangan dari -10V sampai +10V dengan ketelitian maksimum (jadi, grafik yang ditampilkan recorder akan memenuhi kertas).2. Pasang kertas grafik zerro check. Beri kanal Y masukan berupa tegangan +10V. Atur range ukur (dengan mengubah-ubah selektro maupun potensio pengatur pada recorder) sedemikian sehingga pena recorder berada di ujung atas kertas. Pergunakan gambar yang anda peroleh untuk kalibrasi skala recorder.3. Atur agar kanal X juga memiliki skala ukur yang sama. Hal ini akan berguna untuk melakukan pengukuran following erro dalam percobaan berikutnya.A7.Sistem pengaturan posisi menggunakan MS-150:1. Merangkai rangkaian seperti pada gambar dibawah, dengan catu daya yang dihubungkan pada setiap unit kecuali AU.

2. Menghubungkan terminal 3 s/d 8 pada SA-150D hingga membentuk konfigurasi motor kendali jangkar.3. Menghubungkan catu daya ke IP-150H dan OP-150K dengan posisi berlawanan, Jika pada IP150H:a. Terminal-1 dihubungkan ke -15Vb. Terminal-2 dihubungkan ke +15VMaka pada OP-150K:a. Terminal-1 dihubungkan ke +15Vb. Terminal-2 dihubungkan ke -15V4. Penggunaan IP dan generator fungsi sebagai input set point dilakukan secara bergantian. Jika IP digunakan sebagi input maka generator fungsi tidak digunakan.A8.Membentuk umpan balik posisi:1. Mengatur posisi potensiometer output dan input pada 45, dengan seluruh saklar pada posisi tebuka.2. Mengukur tegangan keluaran potensiometer input dimana bernilai negatif dan mengukur tegangan keluaran potensiometer output dimana bernilai positif.A9.Membentuk umpan balik negatif kecepatan:1.Mengatur AU agar mengeluarkan 5-6V.2.Menghubungkan keluaran AU ke input-2 SA.3.Mengubah tegangan AU hinngga motor berputar.4.Mengukur kemudian mencatat terminal yang positif, dimana terminal ini akan digunakan sebagai umpan balik ke unit PA.

A10.Penggunaan unit lainnya:1. Menghubungkan potensiometer output dihubungkan ke sumbu tambahan motor.2. Menggunakan potensio pada AU sebagai pengubah penguatan:3. Menghubungkan terminal-1 ke 0V.4. Menghubungkan terminal-2 sebagai terminal keluaran.5. Menghubungkan terminal-3 sebagai terminal masukan.6. Mengatur Proposional pada PID150Y dengan penguatan