pengsis laporan tugas besar pengendalian sistem-1

7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1

http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 1/19

Kata Pengantar

Puji syukur kami ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena

atas rahmat-Nya lah kami dapat menyusun laporan tugas besarpengendalian sistem ini.

Tak lupa kami ucapkan terimakasih kepada orang-orang yang

berpengaruh dalam penyusunan laporan tugas besar pengendalian sistem

ini, seperti teman-teman kami yang banyak membantu dengan ide-ide

cemerlangnya serta pengetahuan dan aasan yang luas yang dibagi

kepada kami untuk menyelesaikan laporan ini. Terimakasih juga kepada

!apak "ugeng "upriadi selaku mata kuliah kami, yaitu pengendalian

sistem #$ yang telah memberikan dan mengarahkan tugas ini sehingga

dapat mengembangkan ide dan pola pikir kami. !apak %rio "unar !askoro

yang merupakan dosen pengendalian sistem #$ yang telah membimbing

kami sebelum &T" sehingga kami mendapatkan dasar-dasar ilmu yang

kuat untuk dikembangkan lebih lanjut

'aporan tugas besar pengendalian sistem ini berisi tentang

analisis sistem kontrol yang ada pada mesin uji tarik pada praktikum

material teknik yang pernah kami lakukan. %nalisis ini juga dibantu

dengan so(tare matlab dan simulink.

)arapannya laporan tugas besar ini dapat berman(aat bagi kami

sebagai penulis maupun yang membaca nya untuk memperluas aasan

dan ilmu pengetahuan. "elain itu, manusia tidak luput dari kesalahan dan

kekuarangan. %pabila ada kesalahan dalam laporan tugas besar

pengendalian sistem ini kami menerima kritik dan saran serta kami juga

memohon maa( atas kekurangan kami.

1 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m



*a(tar +si

Kata Pengantar

$

*a(tar +si

Pendahuluan

+. 'atar !elakang

++. *asar Teori +++. Metodologi /

+si

+. Proses Komputasi 0Matlab1

2++. %nalisis

$

Penutup

+. Kesimpulan

$3

'ampiran

$4




5e(erensi

$4

Pendahuluan

+. 'atar !elakang

&ji Tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan

suatu bahan6material dengan cara memberikan beban gaya yang

sesumbu 7%skeland, $2/38. &ji tarik mungkin adalah cara pengujian bahanyang paling mendasar. &ji tarik rekayasa banyak dilakukan untuk

melengkapi in(ormasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan

sebagai data pendukung bagi spesi9kasi bahan 0*ieter, $2/:1. Pada uji

tarik, benda uji diberi beban gaya tarik sesumbu yang bertambah secara

kontinyu, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan terhadap

perpanjangan yang dialami benda uji 0*a;is, Tro<ell, dan =iskocil,$2331.

Kur;a tegangan regangan rekayasa diperoleh daripengukuran perpanjangan benda uji.Pengujian ini

sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi di

seluruh dunia, misalnya di %merika dengan %"TM E/ dan >epang dengan

>+" $. *engan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui

bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan

mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. %lat

eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman (grip1 yangkuat dan kekakuan yang tinggi (highly stif).


Gambar 1.1 alat ujitarik



!ila kita terus menarik suatu bahan 0dalam hal ini suatu logam1 sampai

putus, kita akan mendapatkan pro9l tarikan yang

lengkap yang berupa kur;a seperti digambarkan

pada ?br.$. Kur;a ini menunjukkan hubunganantara gaya tarikan dengan perubahan panjang.

Pro9l ini sangat diperlukan dalam desain yang

memakai bahan tersebut.

!iasanya yang menjadi (okus perhatian adalah

kemampuan maksimum bahan tersebut dalam

menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut "Ultimate Tensile

Strength".

&ntuk hampir semua logam, pada tahap sangat aal dari uji tarik,

hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus

dengan perubahan panjang bahan tersebut. +ni disebut daerah linier

atau linear zone.

Mesin uji tarik untuk material yang terdiri atas beberapa bagian,

!agian atas disebut sebagai Crosshea! atau bagian yang bergerak yang

menarik benda uji, "epasang ulir cylinder akan membaa atau

menggerakan bagian crosshead. "ementara itu di bagian baah di buat

static. dibagian crosshead terdapat sensor loadcell yang akan mengukur

besarnya gaya tarik, sedangkan untuk mengukur

perubahan panjang digunakan strain gages atau

e<tensometer.

Pada karya tulis ini, kami akan menganalisis respon dari sensor loadcell

pada mesin uji Tarik. *ata yang kami gunakan berasal dari parktikum

material yang pernah kami lakukan. *isini digunakan material alumunium

4#4$.

++. *asar Teori

PID Controller

P+* atau roportional#$ntegral#%eri&ati&e Controller adalah

sebuah mekanisme 'ontrol loop eeba'k yang umum digunakanpada system 'ontrol industrial. "ebuah P+* controller terus menerus


gambar 1. material ujitarik



mengkalulasi sebuah error ;alue sebagai perbedaan antara ;ariabel

terukur pada proses dibandingkan dengan setpoint yang diinginkan.

Proses untuk memilih parameter kontroler untuk dapat memenuhi

spesi9kasi per(orma disebut sebagai 'ontroller tuning. @ieger andNichols mengajukan aturan untuk mendapatkan gain proporsional

Kp, aktu integral Ti dan aktu deri;ati;e Td berdasarkan

karakteristik 5espon berdasarkan respon langkah eksperimental

atau nilai dari Kp yang menghasilkan stabilitas marjinal hanya ketika

Proportional Aontrol %ction digunakan.

%da metode yang diketahui sebagai @ieger-Nichols tuning

rules. Kedua aturan ini digunakan ketika o;ershoot maksimum 3B

di respon step.

Metode Pertama C

Gambar 1.* metoe 1 +ieger#,i'hols tuning rules

Ketika plant tidak meibatkan integrator atau dominant

comple<-conjugate poles, maka kur;a respons berbentuk seperti ".

Metode pertama ini dapat diaplikasikan apabila kur;a respons

berbentuk " seperti gambar diatas. Kur;a berbentuk " ini dapat

dikarakteristikan dengan konstan yaitu delay time ' dan konstanta

aktu T. *elay time dan konstatna aktu ditentukan dengan




menggambar garis tangen pada titik inDeksi pada kur;a " dan

menentukan perpotongan antara garis tangen tersebut dengan

seumbu aktu dan garis c0t1K.

Transer -un'tion ditentukan dengan sistem orde tingkat $ dengan'ag seperti berikut C

*engan memasukkan nilai Kp, Ti, dan Td berdasarkan table /-$maka didapat

Maka P+* controller memiliki pile pada origin dan dua nol saat " -$6'

Metode Kedua




Pada metode kedua, pertama kita menentukan Ti tak

hingga dan Td #. *Engan menggunakan proportional control

action, meningkatkan Kp dari # ke critical ;alue Kcr dimana pada

titik itu output pertama kali menunjukan osilasi yang berkelanjutan.

Maka critical gain Kcr dan Aorresponding Period Pcr dapat

ditentukan . @ieger dan Nichols menyarankan baha kita

menentukan nilai dari parameter Kp, T+, dan Td berdasarkan (ormula

pada tabel /-.

*engan memasukkan nilai yang ad maka didapat C


Gambar 1. metoe keua +ieger#,i'hols tuning rules



Maka, ketika controller P+* memliki pole pada origin dan ouble zero

ketika s -6Pcr.

Bode

!ode adalah bagan dari re/uen'y response dari suatu

system. Terdapat bagian yaitu bode magnitude plot yangmenunjukkan besaran dari respon (rekuensi dan bode phase plot

yang menunjukkan phase shi(t atau sudut (asa. "atuan yangumumnya digunakan adalah decibel, sb, dan digambar pada kertas

semilog.

Faktor dasar dari ?0j1)0j1 ada empat yaitu gain K, +ntergral dan

*eri;ati;e (actors, First order (actors0$GjT1$ dan Huadratic (actors

Nyquist

Merupakan stabilitas dari sebuah system closed loop dari

respon (rekuensi loop terbuka open loop pole. Kriteria dapat

ditunjukkan dengan persamaan berikut@ N G P

*imana C

@ jumlah Iero dari +G?0s1)0s1 pada separuh bagian kanan bidang

"

N jumlah pelingkaran searah jarum jam terhadap titik +Gj#

P >umlah pole dari ?0s1)0s1 pada sparuh bagian kanan bidang s




>ika P tidak nol , untuk sistem kendali yang stabil kita harus meiliki

@# aau N-P adalah pelingkaran berlaanan arah jarum jam dari

titik J+Gj#

Root LocusPada teori system control dan stabilitas, analisis root locus adalah

metode gra9s untuk memeriksa bagaimana akar dari sebuah sistem

berubah tergantung pada ;ariasi pada parameter dalam sistem,

umumnya terdapat pada gain pada system dengan (eedback. Teknik

ini digunakan sebagai kriteria stabilitas dalam system control yang

dikembangkan oleh =alter 5. E;ans dalam menentukan stabilitas

suatu system. 5oot locus memplot poles pada system control closed

loop dalam kompleks bidang s sebagai (ungsi sebuah parameter

gain.

Karakteristik dasar dari sebuah respon transien dalam system

'lose loop sangat berhubungan dengan lokasi dari pole-polenya.

>ika system memiliki gain yang ;ariati(, maka lokasi dari pole-pole

dpilih berdasarkan nilai dari loop gain.

&ntuk menggambar kur;a root locus ada beberapa hal yang harus

diperhatikan yaitu C

• Menandai open loop poles dan Ieroes

• Menandai porsi real a<is pada sebelah kiri dari pole dengan jumlah

ganjil dan zeroes

• Mengetahui asymtot

| Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m



Gambar 1.0 'ontoh grak root lo'us

+++. Metodologi*alam penyelesaian permasalahan operasi mesin uji tarik ini, digunakan

beberapa metodologi untuk menemukan nilai kontrol yang pas untuk respon

yang lebih baik dan cepat.

1! "#s$eri%en&ntuk mendapatkan data input berupa stroke dan output berupa

load, dilakukan uji tarik pada benda metal. &ji Tarik ini dilaksanakan di

laboratorium metalurgi dan material FT&+, berbarengan dengan

pelaksanaan kegiatan praktikum material teknik.2! &o't()re *o%$ut)si

Ketika telah diperoleh data percobaan, lalu digunakan alat bantu

so(tare komputasi M%T'%! untuk mendapatkan trans(er (ungsi hingga

mendapatkan nilai kontrol dengan metode root locus, nyHuist dan bode.

+si

1+ | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m



+. Proses Komputasi 0matlab1

Beri#ut %eru$)#)n l)n,#)- y)n, dil)#u#)n untu#

%en,et)-ui tr)ns'er 'unction

*ata Praktikum Material Teknik &ji Tarik menggunakan material

%lumunium. +nput nya merupakan "troke dalam satuan mm. utputnya

berupa 'oad dalam satuan kg(. +nput dan output ini berada pada

domain aktu dalam satuan detik.

'alu masukkan data input dan output kedalam matlab. 0melalui input;ariable1


Gambar .1 %ata

Gambar . input ata

Gambar .* 'omman 2ino2



Ketik ident pada 'omman 2ino2 untuk mencari trans(er (unction nya.

'alu akan muncul kotak dialog seperti di atas, ubah kotak Limport datamenjadi Ltime domain..

Gambar .0 import ata

0&ntuk memunculkan gra9k time plot, centrang kotak kecil disebelahkiri baah, gra9k tersebut menunjukkan hubungan load dan stroke

terhadap aktu. 1

'alu akan muncul kotak dialog import data seperti diatas. Masukkandata uji tarik yang telah kita copy di ;ariabel dengan menulis namanya.

Time disesuaikan dengan yang terjadi pada saat praktikum. setelah

selesai, klik import.


Gambar . import ata

Gambar .3 estimate



&ntuk melihat trans(er (unction nya, ubah kotak yang berisikan tulisan

Lestimate menjadi Ltrans(er (unction seperti pada gambar diatas.

Kemudian matlab akan menghitung trans(er (unctionnya dan akandidapatkan trans(er (unction seperti pada kotak dialog tersebut.

*e%udi)n di.)()- ini )d)l)- l)n,#)-/l)n,#)- untu#

%en,et)-ui )$)#)- siste% st).il )t)u tid)#0 d)n untu#%en,et)-ui #onst)nt) *i0 *$0 *d )$).il) di.utu-#)n $)d)

siste% untu# %en)di st).il!

Masukkan trans(er (unction yang telah kita dapat dari hasil yang

sebelumnya ke editor lalu run section agar bisa dijalankan pada

command indo


Gambar .4 Transer un'tion

-igure 1Gambar .5 menentukan nilai k Gambar .6 %iagram boe



.

%kan muncul diagram root locus dan bode dari trans(er (unction yang

kita punya. Kita juga dapat melihat step response sistem dari tab

analysis plot. *ari gra9k yang dihasilkan kita mengetahui baha sistembelum stabil. &ntuk itu diberikan P+* Turning pada sistem. !erikut

diagram step response setelah diberikan P+* Turning.

&ntuk mengetahui konstanta Kp, Ki, dan Kd kita perlu mengekspor P+*

Turning yang kita set ke dalam orkspace.

Gambar .11 nilai 7

"etelah itu bisa didapat nilai Kp, Ki, dan Kd dan T( seperti gambar diatas.


Gambar .18 ekspor $% turning



)%.)r di.)()- ini %eru$)#)n di),r)% .lo# d)ri siste%

terse.ut!

++. %nalisis!erdasarkan hasil diagram rootlocus, bode, dan nyHuist yang

didapatkan setelah diterapkan P+* Turning berikut analisis dari

masing-masing diagram

• !erdasarkan diagram rootlocus dapat dilihat baha sebagian

besar Iero dan pole letaknya berada di samping kiri yang

menunjukan sistem mendekati stabil. Perkiraan stabil ini

didasari pada letak Iero dan pole pada rootlocus itu sendiri


Gambar .11 %iagram blok

Gmbar .1 9asil



• !erdasarkan diagram bode, sistem tidak begitu Duktuati(

alaupun masih terdapat sedikit bergelombang pada diagram

bode.

• !erdasarkan diagram NyHuist yang didapatkan jelas baha

sistem belum stabil. )al ini terlihat pada encircle yang

meleati nilai -$ pada sebelah kiri. Kesalahan pembacaanpada root locus dapat terjadi sehingga kita menganggap

baha sistem sudah stabil. )al ini disebabkan angka yang

dapat dibaca pada diagram rootlocus yang didapat oleh kami

kurang detil sehingga tidak terlihat baha ada salah satu pole

yang terdapat pada sebelah kanan yang mengindikasikan

ketidakstabilan sistem.


Gambar .1 boe iagram

Gambar .1* ny/uist iagram



Penutup+. Kesimpulan

!erikut kesimpulan hasil yang kami peroleh

Trans(er Function#.###$$/4 s - /.44e-$$

---------------------------------------------

s G #.#### s G $.#$e-#: s G .:/e-$

Nilai Kp, Ki, dan KdKp -#.##:, Ki -$.$e-#/, Kd $.#:eG#, T( .:eG#4

5oot 'ocus

!ode *iagram

NyHuist *igaram




'ampiran!erikut kami lampirkan data uji tarik yang kami miliki

O*ata yang kami miliki berjumlah :3 data, kami hanya melampirkansebagian kecilnya saja

TimeCsec 'oadCkg(

"trokeCmm "pare

#,##3 #,#$ #,##$3$#,##$3

$

#,#$ #,#2 #,##3 #,##3

#,#$3 #,#:3 #,##3$#,##3

$

#,# #,$3 #,##3 #,##3

#,#3 #,2/ #,##33$#,##33

$

#,# #,#$ #,##:3$#,##:3

$

#,# #,4/ #,##23$#,##23

$

#,#3 $,#3 #,#$#3 #,#$#3

#,#33 $,2$ #,#$2#,#$

2#,#4 $,:#: #,#$3 #,#$3

#,#43 $,2 #,#$32#,#$3

2

#,#/ ,/ #,#$23 #,#$23

#,#/3 ,$ #,##2#,##

2

#,#23 ,/ #,#3 #,#3#,$#3 ,: #,#33 #,#33

#,$$ ,2:: #,#:3 #,#:3#,$ 3,:/3 #,#23 #,#23




#,$3 4,33: #,##2#,##

2

5e(erensihttpC66lpsa.sarthmore.edu6NyHuist6NyHuistE<amples.html

httpC66.me.ust.hk6mech4$6inde<6'ecture6AhapterQ2.pd(

Modern Aontrol Engineering - Katushiko gata

httpC66.imimg.com6data6%656MY-22:#36aluminum-grades-4#4$-

#-3#3-:#:3-3#<3#.jpg

httpC66.aandd.jp6img6products6testQmeasuring6testinstruments6rt(6rt(Q/.jpg


pengsis laporan tugas besar pengendalian sistem-1

Documents