PEMODELAN DINAMIS PENGATURAN FREKUENSI MOTOR AC BERBEBAN

MENGGUNAKAN PID

Oleh : 1.Eka Agung Renata S 69070400192.Nurul Mahabbah 6907040023

LATAR BELAKANG

Penggunaan motor AC 3 fasa saat ini banyakdigunakan diberbagai aplikasi. Salah satupenggunaan motor AC yang sering ditemui yaituterdapat diperabotan rumah tangga maupunperalatan industri Untuk mencapai kecepatanputaran motor yang diinginkan maka dibutuhkansistem kendali kecepatan motor. Karena itupenulis merancang pemodelan dinamispengaturan frekuensi motor AC berbebanmenggunakan PID.

RUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana mengkontrol kecepatan pada motorAC 3 fasa dengan mengatur frekuensinya?

2. Bagaimana merancang hardware dari sistempengaturan frekuensi motor AC 3 fasa berbebanmenggunakan PID?

3. Bagaimana merancang software sistem kontroluntuk mendapatkan respon sistem yang diinginkan?

MAKSUD DAN TUJUAN PEMBUATAN ALAT

1. Merancang system kontrol kecepatan padamotor AC 3 fasa dengan mengatur frekuensinya

2. Merancang hardware dari sistem pengaturanfrekuensi motor AC 3 fasa berbebanmenggunakan PID

3. Merancang software sistem kontrol untukmendapatkan respon sistem yang di inginkan

BATASAN MASALAH

1. Tugas akhir yang kami buat ini hanya mengacupada kendali kecepatan motor AC 3 fasa denganbeban pompa air

2. Hasil penelitian akan ditampilkan menggunakanMatlab

MANFAAT

1. Menambah referensi tentang pengaturankhususnya kecepatan motor AC 3 fasa.

2. Manfaat umum yaitu dapat digunakan sebagaikerangka acuan dalam penelitian sistemberikutnya.

3. Dapat dijadikan modul pembelajaran bagimahasiswa PPNS

TINJAUAN PUSTAKA

1. Pengertian PID2. DAC-083. Mikrokontroller AVR ATMega 85354. Komunikasi Serial Komputer5. Matlab 76. Bahasa C7. Analisa Kestabilan Routh Hurtwitzs8. Power Supply9. Motor AC 3 Fasa10. Omron Type 3g3jx Inverter Sysdrive11. Pompa Air12. Rotary Encoder

PENGERTIAN PID

Elemen-elemen kontroler P, I dan D masing - masingsecara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksisebuah sistem, menghilangkan offset dan menghasilkanperubahan awal yang besar. Sistem kontrol PID terdiri daritiga buah cara pengaturan yaitu kontrol P (Proportional), D(Derivative) dan I (Integral), dengan masing-masingmemiliki kelebihan dan kekurangan. Dalamimplementasinya masing-masing kontrol dapat bekerjasendiri maupun gabungan diantaranya. Dalam perancangansistem kontrol PID yang perlu dilakukan adalah mengaturparameter P, I atau D agar tanggapan sinyal keluaran sistemsesuai terhadap masukan tertentu sebagaimana yangdiinginkan

Aksi kontrol proporsional (P)Digunakan untuk mempercepat respon sistem, tetapiakan menghasilkan kesalahan pada kondisi mantap(offset).

Aksi kontrol integral (I)Dapat menghilangkan kesalahan pada kondisi mantap(offset), tetapi dapat memperlambat respon sistem(berlawanan dengan aksi kontrol proporsional). Harga Titerlalu kecil akan mengakibatkan sistem lebih berosilasi.

Aksi kontrol derivatifDapat menghilangkan simpangan maksimum(overshoot). Harga Td yang terlalu kecil dapatmenimbulkan osilasi dan respon menjadi lambat. Aksiderivatif juga dapat memperkuat noise.

DAC-08

DAC berfungsi untuk merubah besaran-besaran digitalyang berasal dari komputer menjadi besaran analog yangdalam hal ini dipergunakan untuk menggerakkanaktuator.

MIKROKONTROLLER AVR ATMEGA 8535

Sistem minimum (sismin) mikrokontroler adalahrangkaian elektronik minimum yang diperlukan untukberoperasinya IC mikrokontroler. Di keluargamikrokontroler AVR, seri 8535 adalah salah satu seriyang sangat banyak digunakan

KOMUNIKASI SERIAL KOMPUTER

Suatu terminal yang menghubungkan antara terminaldata dari suatu peralatan dan peralatan komunikasi datayang yang menjalankan pertukaran data biner secaraserial, oleh industri komunikasi data disebut RS-232.

MIKROKONTROLLER

ATMEGA 8535

MATLAB 7 MATLAB adalah sebuah lingkungan komputasi numerikal dan

bahasa pemrograman komputer generasi keempat.Dikembangkan oleh The MathWorks, MATLAB memungkinkanmanipulasi matriks, pem-plot-an fungsi dan data, implementasialgoritma, pembuatan antarmuka pengguna, danpengantarmukaan dengan program dalam bahasa lainnya.

BAHASA C

C adalah bahasa yang standar, artinya suatu programyang ditulis dengan bahasa C tertentu akan dapatdikonversi dengan bahasa C yang lain dengan sedikitmodifikasi. Didalam bahasa pemrograman computer,data yang digunakan umumnya dibedakan menjadi datanilai numerik dan nilai karakter. Nilai numerik dapatdibedakan lagi menjadi nilai numerik integer dan nilainumerik pecahan. Nilai numeric pecahan dapatdibedakan lagi menjadi nilai numerik pecahan ketetapantungga dan nilai numerik pecahan ketetapan ganda.Bahasa-bahasa pemrograman computer membedakandata ke dalam beberapa tipe dengan tujuan supaya datamenjadi efisien dan efektif.

ANALISA KESTABILAN ROUTH HURTWITZS

Sebuah sistem dikatakan tidak stabil jikaresponnya terhadap suatu masukanmenghasilkan osilasi yang keras atau bergetarpada suatu amplitudo/harga tertentu. Sebaliknyasuatu sistem disebut stabil jika sistem tersebutakan tetap dalam keadaan diam atau berhentikecuali jika dirangsang (dieksitasi oleh suatufungsi masukan dan akan kembali dalamkeadaan diam jika eksitasi tersebut dihilangkan).Ketidakstabilan merupakan suatu keadaan yangtidak menguntungkan bagi suatu sistem lingkartertutup

POWER SUPPLYSuatu alat yang berfungsi sebagai buffer antara

power suplai dengan peralatan elektronik yangkita gunakan seperti komputer, printer, modem,dsb. Bila ada gangguan atau dengan kata lainsuplai daya terputus maka, UPS akan segerabekerja dalam waktu sesingkat mungkinsehingga peralatan elektronik yang kita milikitidak mengalami kerusakan

MOTOR AC 3 FASAMotor listrik arus bolak-balik diklasifikasikan

dengan dasar prinsip pengoperasian sebagaimotor asinkron (induksi) atau motor sinkron.Motor induksi adalah jenis motor dimana tidakada tegangan eksternal yang diberikan padarotornya, tetapi arus pada stator menginduksikantegangan pada celah udara dan pada lilitan rotoruntuk menghasilkan arus rotor dan medanmagnet. Medan magnet stator dan rotorkemudian berinteraksi dan menyebabkan rotormotor berputar

OMRON TYPE 3G3JX INVERTER SYSDRIVE

Inverter adalah sebuah perangkat elektronikyang mengubah tegangan AC tiga fasa dari jala-jala (berfrekuensi 50 Hz atau 60 Hz) menjaditegangan DC, kemudian mengubahnya kembalimenjadi tegangan AC tiga fasa dengan frekuensiyang bisa diatur-atur sesuai keinginanpengguna/user, Salah satu aplikasi Inverterdalam dunia keelektroteknikan adalah untukmengendalikan kecepatan putaran motor AC.

POMPA AIR

Pompa air merupakan alat atau mesin untukmemindahkan atau menaikkan cairan dengan caramengisap dan memancarkannya, biasanya berupasilinder yg berkatup.

ROTARY ENCODER

Rotary encoder adalah device elektromekanikyang dapat memonitor gerakan dan posisi.Rotary encoder umumnya menggunakan sensoroptik untuk menghasilkan serial pulsa yangdapat diartikan menjadi gerakan, posisi, danarah. Sehingga posisi sudut suatu poros bendaberputar dapat diolah menjadi informasi berupakode digital oleh rotary encoder untuk diteruskanoleh rangkaian kendali.

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT

1. Perjalanan Sistem Alat2. Pembuatan Sistem Alat3. Hardware Alat4. DT – HIQ AVR USB ISP5. Proses Instalisasi Driver USB6. DT – AVR Low Cost Micro System7. Cara Memprogram ke Mikrokontroler (DT – AVR

Low Cost Micro System)8. Instalasi DT – AVR Low Cost Micro System

PERJALANAN SISTEMALAT

PEMBUATAN SISTEM ALAT

HARDWARE ALAT

Gambar alat tampak dari atas

Gambar alat tampak dari depan

Gambar kontroller alat

DT – HIQ AVR USB ISP

DT-HiQ AVR USB ISP adalah In-System Programmer(ISP) untuk mikrokontroler AVR® 8-bit RISC.Programmer ini dapat dihubungkan ke PC melaluiantarmuka USB dan mengambil sumber catu daya daritarget board. DT-HiQ AVR USB ISP dapat digunakandengan perangkat lunak AVR Studio©,CodeVisionAVR©, AVRDUDE (WinAVR), BASCOM-AVR©, dan perangkat lunak lain yang mendukungprotokol ATMEL STK500/AVRISP. (Digiware.,2008).

Konfigurasi PIN konektor ISP

PROSES INSTALASI DRIVER USB

Sebelum menggunakan DT-HiQ AVR USB ISP,driver USB harus di-install sesuai dengan urutancara penginstalan pada CD driver DT-HiQ AVRUSB ISP

DT – AVR Low Cost Micro SystemMerupakan sebuah modul single chip dengan basis mikro

kontroller AVR dan memiliki kemampuan untukmelakukan komunikasi data serial secara UART RS-232serta pemrograman memori melalui ISP ( In-SystemPrograming).

PENGUJIAN HARDWARE

Metode Pengujian HardwarePengujian system kendali pengaturankecepatan motor AC dilakukan dengandua cara pengujian yaitu pengujianmanual dan pengujian otomatis.

Pengujian Manual - Pengujian Menggunakan

Tachometer Tabel 4.1. Pengujian

Menggunakan Tachometer.

F Rpm I Vsensor10 293,5 1,5 2,89

20 594,1 1,5 5,80

30 887,5 1,5 8,80

40 1183 1,5 11,90

50 1461 1,5 14,77

- Pengujian Menggunakan Rotary Encoder

Tabel 4.2. Pengujian Menggunakan Rotary Encoder

F Rpm I Vsensor

10 292 1,5 2,89

20 594 1,5 5,80

30 886 1,5 8,80

40 1180 1,5 11,90

50 1460 1,5 14,77

Pengujian OtomatisPengujian otomatis dengan aturan-Tegangan Inverter konstan 1 volt dan 4 volt -Sampling waktu 0,01 detik

Ket: Tabel pengujian otomatis dapat dilihat di hard copy buku TA dikarenakan data yang banyak dan tidak memungkinkan ditampilkan di slide

ANALISA

Analisa Data Hasil Pengujian AlatData yang didapatkan dari hasil pengujian alat dengantegangan inverter 1 volt di masukkan pada M-filesoftware Matlab, sehingga didapatkan gambar kurvasepertI berikut :

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

10

20

30

40

50

60

Gambar kurva sistem dengan tegangan inverter 4 volt

0 200 400 600 800 1000 12000

50

100

150

200

250

Analisa Respon Sistem Data hasil pengujian tegangan sensor ( Ts ) dengan

sampling waktu 0,1 s, tegangan inverter 1 volt dan 4 voltdimasukkan ke M-file software Matlab sehinggadidapatkan respons seperti berikut :

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

20

40

60

Sampling ke k (Ts=0.1)

Response Hasil Pengujian Pemodelan Dinamis Pengaturan Frekuensi Motor AC Berbeban Menggunakan PID

Has

il P

engu

jian

(-)

(Vol

t)

0 50 100 150 200 250 300 350 400-50

0

50

100

Mod

el (

-.)

(Vol

t)

Kurva Respon Sistem Tegangan Inverter 4 volt

0 200 400 600 800 1000 12000

50

100

150

200

250

Sampling ke k (Ts=0.1)

Response Hasil Pengujian Pemodelan Dinamis Pengaturan Frekuensi Motor AC Berbeban Menggunakan PID

Has

il P

engu

jian

(-) (V

olt)

0 200 400 600 800 1000 12000

50

100

150

200

250

Mod

el (-

.) (V

olt)

Analisis Kontrol Data hasil pengujian tegangan sensor ( Ts ) dengan

sampling waktu 0,1 s, tegangan inverter 1 voltdimasukkan ke M-file software Matlab,sehinggadidapatkan grafik seperti berikut :

0 200 400 600 800 1000 12000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5x 10

40

Bode Diagram Tegangan Inverter 1 volt

-100

-80

-60

-40

-20

0

Mag

nitu

de (d

B)

10-1

100

101

102

103

-405

-360

-315

-270

-225

-180

Phas

e (d

eg)

Bode Diagram

Frequency (rad/sec)

Grafik transfer function tegangan inverter 4 volt

0 1000 2000 3000 4000 5000 60000

5

10

15

20

25

Bode Diagram Tegangan Inverter 4 volt

-60

-40

-20

0

20

40

Mag

nitu

de (d

B)

10-2

10-1

100

101

102

103

-90

-45

0

Phas

e (d

eg)

Bode Diagram

Frequency (rad/sec)

Analisis Menggunakan Metode Ziegler Nichols

Untuk mendapatkan pergeseran grafik yang baik maka digunakan Metode Ziegler Nichols, seperti berikut :

-transfer function :

9.261 182.2s 9.141s 1528 58.42s- s 59.63

2

2

+++

Simulink Ziegler Nichols

Scope Ziegler Nichols

Analisa Kendali PID

- Tegangan Inverter 1 volt : Transfer function =

9.261 182.2s 9.141s 1528 58.42s- s 59.63

2

2

+++

Simulink Kendali PID tegangan inverter 1 volt

Scope transfer function tanpa kendali PID teganganinverter 1 volt

Scope kendali P ( Proportional ) tegangan inverter 1volt

P ( Proportional ) : 1.9406

Scope Kendali PI tegangan inverter 1 volt

PI ( Proportional Dan Integral ) : - P : 1.7465- I : 77.425

Scope kendali PID tegangan inverter 1 volt

PID: - P : 2.328 - I : 172.05 - D : 0.007879

SEKIAN DAN TERIMA KASIH