i

ANALISIS DAN DESAIN KONTROL LQR PADA KECEPATAN

MOTOR DC BERBASIS NI MYRIO

SKRIPSI

Disusun Oleh :

MOH. AMRIZAL SUDIANA

NIM. 201210130311061

JURUSAN ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2018

ii

iii

iv

vii

KATA PENGANTAR

i. KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kita panjatkan ke hadirat Allah SWT atas

segala nikmat, kekuatan, taufik serta hidayah-Nya. Shalawat serta salam semoga

tercurah kepada Rasulullah SAW, keluarga sahabat dan para pengikut setianya,

Amin. Atas kehendak Allah sajalah, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang

berjudul :

“ANALISIS DAN DESAIN KONTROL LQR PADA KECEPATAN

MOTOR DC BERBASIS NI MYRIO”

Pembuatan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk

memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) di Universitas Muhammadiyah Malang.

Selain itu penulis berharap agar tugas akhir ini dapat menambah kepustakaan dan

dapat memberikan manfaat bagi semuanya.

Akhir kata semoga buku ini dapat bermanfaat di masa sekarang dan

masa mendatang. Sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan, maka penulis

mohon maaf apabila ada kekeliruan baik yang sengaja maupun yang tidak

sengaja.

Malang, 4 April 2018

Penulis

viii

LEMBAR PERSEMBAHAN

ii. LEMBAR PERSEMBAHAN

Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan

ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Drs. Fauzan M.Pd., selaku bapak Rektor Universitas Muhammadiyah

Malang.

2. Dekan Fakultas Teknik dan keluarga (FT) Bapak Dr. Ahmad Mubin, MT.

serta para Pembantu Dekan Fakultas Teknik dan keluarga besar Universitas

Muhammadiyah Malang.

3. Ketua Jurusan Teknik Elektro Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T. dan

Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Bapak Widianto, S.T., M.T. beserta

seluruh staffnya.

4. Bapak Dr. Ir. Ermanu A. Hakim, M.T. dan Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T.

yang telah meluangkan waktu, energi dan pikiran untuk membimbing

penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

5. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas

Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu penulis

selama proses studi.

6. Ibu Tatik Setyaningsih dan Bapak Nanang Sudiana yang tak henti

memberikan doa dan dukungan moril maupun material, membiayai,

mencintai dan menyayangi saya hingga dapat meraih gelar Sarjana Teknik.

7. Wibi Aulia yang telah memberikan dukungan dan semangat, menemani dan

mendoakan sehingga saya bisa meraih semua ini.

8. Sahabat dari berbagai penjuru Indonesia mulai Rianto Kurniawan, S.T.,

Moch. Istiqlalul Fikri Negara, S.T. , Ivan A. Insan, S.T. , Bofy Pandji P,

S.T. , Dirgantara Dikdik, S.T. , Wardita Priyade, dan teman-teman yang

sangat saya cintai, yang tidak bias saya sebutkan satu-persatu.

Semoga Allah SWT memberikan limpahan rahmat dan hidayah-Nya

atas segala kebaikan dan semoga kita semua selalu dalam lindungan serta

tuntunan-Nya.

ix

DAFTAR ISI

iii. DAFTAR ISI

i. JUDUL ............................................................................................................ i

ii. LEMBAR PERSETUJUAN .......................................................................... ii

iii. LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... iii

iv. LEMBAR PERNYATAAN ......................................................................... iv

v. ABSTRAK ..................................................................................................... v

vi. KATA PENGANTAR ................................................................................. vii

vii. LEMBAR PERSEMBAHAN ..................................................................... viii

viii. DAFTAR ISI ................................................................................................ ix

ix. DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xii

x. DAFTAR TABEL ...................................................................................... xiv

1 BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................ 3

1.3 Batasan Masalah ........................................................................................... 3

1.4 Tujuan ........................................................................................................... 3

1.5 Sistematika Penulisan ................................................................................... 4

2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 5

2.1 Sistem Kontrol ........................................................................... ………... 5

2.2 Konsep Sistem Kontrol Optimal Metode Linear Quadratic

Regulator ..................................................................................... ………... 5

2.3 Metode Runge-Kutta ................................................................... ………... 7

2.4 Microsoft Excel ........................................................................... ………. 10

2.5 Motor DC .................................................................................... ………. 11

2.6 Driver Motor DC H-Bridge Transistor ....................................... ………. 13

2.7 Rotary Encoder............................................................................ ………. 13

2.8 FPGA Myrio................................................................................ ………. 14

2.9 Identifikasi Sistem ....................................................................... ………. 16

3 BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM ........................ 17

3.1 Perancangan Mekanik …………….. .......................................... ………. 17

x

3.2 Perancangan Hardware ............................................................... ………. 18

3.3 Pemodelan Motor DC ................................................................ ………. 19

3.4 Perancangan System LQR .......................................................... ……….20

3.5 Perancangan System pada Spreadsheet ...................................... ……….22

4 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 24

4.1 Pembacaan Rotary Encoder Pada Motor DC ............................. ………. 24

4.2 Identifikasi Plant Motor DC ....................................................... ……….26

4.3 Menentukan Parameter ............................................................... ………. 27

4.4 Simulasi LQR Pada LabVIEW ................................................... ………..28

4.5 Analisa Perhitungan Pada Spreadsheet ....................................... ………. 28

5 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 30

xi. DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 31

xii. LAMPIRAN

xi

DAFTAR GAMBAR

iv. DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Sistem Kontrol Loop Terbuka……………………………..4

Gambar 2.2. Sistem Kontrol Umpan Balik ............................................ 4

Gambar 2.3. Diagram Block LQR ......................................................... 5

Gambar 2.4. Lembar Kerja Microsoft Excel ........................................... 10

Gambar 2.5. Toolboox control VBA....................................................... 10

Gambar 2.6. Properties VBA ................................................................. 11

Gambar 2.7. UserForm VBA ................................................................. 11

Gambar 2.8. Motor DC .......................................................................... 12

Gambar 2.9. Driver Motor DC H-Bridge ................................................ 13

Gambar 2.10. Block Penyusun Rotary Encoder ..................................... 13

Gambar 2.11. NI Myrio-1900 ................................................................ 14

Gambar 2.12. Primary/Secondary Signals on

MXP Connectors A dan B............................................... 15

Gambar 2.13. Pemograman Pada LabView ........................................... 16

Gambar 3.1. Block Diagram Perancangan System ................................ 17

Gambar 3.2. Rancangan Mekanik .......................................................... 18

Gambar 3.3. Rangkaian Hardware System ............................................ 18

Gambar 3.4. Graphical Program Pengujian Input-Ountput

pada LabView .................................................................... 19

Gambar 3.5. Identification System Toolkit pada LabView ................... 20

Gambar 3.6. Graphical Program Estimasi Parameter Dan Validasi

Pemodelan Motor Dc Pada Labview ............................................... 20

3.7. Perancangan Front Panel Kontrol LQR Pada Labview ................... 21

xii

Gambar 3.8. Graphical Program Kontrol LQR pada LabView ............. 21

Gambar 3.9. Graphical Program Dari Toolkit

Kontrol LQR Pada Labview .............................................. 22

Gambar 3.10. Perancangan Sistem Pada Spreadsheet ........................... 22

Gambar 4.1. Graphical Program pengujian Rotary Encoder

pada LabVIEW................................................................... 24

Gambar 4.2. Hasil Pengukuran pada Tachometer Digital ...................... 24

Gambar 4.3. Hasil Pengujian Rotary Encoder motor DC

pada LabVIEW .................................................................. 25

Gambar 4.4. Pengujian input dan output Proses Identifikasi Sistem .... 26

Gambar 4.5. Kurva Validasi Pemodelan Motor DC .............................. 26

Gambar 4.6. Rangkaian simulasi LQR pada LabVIEW ........................ 28

Gambar 4.7. Tampilan Parameter LQR pada Labview .......................... 29

Gambar 4.8. response transient LQR ..................................................... 29

Gambar 4.9. Tampilan sinyal perbandingan LQR dan setpoint .............. 31

xiii

DAFTAR TABEL v. DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Deskripsi Sinyal Pada MXP Connectors A dan B ................................ 15

Tabel 4.1 Perhitungan Parameter pada Spreadsheet ............................................. 30

Tabel 4.2 penyelesaian persamaan diferensial menggunakan

Runge-kutta orde 2 ............................................................................... 31

33

DAFTAR PUSTAKA

NourdineaAlianea“controlasystemademonstrationsausingaspreadsheets”,a

UniversidadaEuropeaadeaMadrid,aSpanyol.a2007

Gottfried,aB.S.”SpreadsheetaToolsaforaEngineersaUsingaExcela(3rdaedn)

”.aNewaYork:aMcGraw-Hilla(2005)aaaa

RichardaCaDorfa“SistemaPengaturan(3rd

aedn)”.Jakarta,aIndone

sia.a1983

Webb,aJ.aandaSaunders,aS.,a“ProgrammingaExcelawithaVBAaanda.NET

.”aSebastopol:aO´ReillyaMediaa(2006).

Chehab,aA.aandaEl-

Hajj,aA.,a“Spreadsheetaapplicationsainaelectricalaengineering:aaarevi

ew.”aInter.aJ.aofaEngng.aEduc.,20,a6,a902-908a(2004).

Asnil,aIrmaaHusnainia“Sistemakontrolaoptimalapadaakontrolaposisiamotor

adc”PoliteknikaNegeriaSemarang,Indonesia.a2010.at

FernazaaOliviaa“StudiaMetodaaKendaliaLinearaQuadraticaRegulatora(L

QR)adanaAplikasinyaapadaaSistemaAutomaticaVoltageaRegulatora(

AVR)”UniversitasaAndalas,Indonesia.a2012

TonyaYulianto,aErnaaApriliani,aKamirana”aAplikasiaMetodeaLQRaPada

aKendaliaAttitudeaRotoraSpacecraftaYangaBeradaadiaSumbuaTetap”

InstitutaTeknologiaSepuluhaNopemberaSurabaya,aIndonesia.2012.

SusdarminasariaTaini,aSumardi,aandaArisaTriwiyatnoa“perancanganakon

trolaoptimalalinearaquadraticaregulatora(lqr)adenganaglowwormaswar

maoptimizationa(gso)auntukasistemasuspensiaaktifamodelakendaraana

seperempat”aUniversitasaDiponegoroaSemarang,aIndonesia.a2012.

Pandji,aBoffya“KendaliamotoraDCamenggunakanametodeaLQRasecaraa

RealaTime”aUniversitasaMuhammadiyahaMalang,aIndonesia.a2017.