PENGENDALIAN MOTOR DC PADA CONVEYOR MENGGUNAKAN

KONTROLER PI KASKADE ARUS KECEPATAN

SKRIPSI

TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI TEKNIK KONTROL

Ditujukan untuk memenuhi persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik

AHMAD RIFKY ALIEF UTAMA

NIM. 115060300111013

KEMENTRIAN RISET, TEKNOLOGI, DAN PENDIDIKAN TINGGI

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2017

LEMBAR PENGESAHAN

PENGENDALIAN MOTOR DC PADA CONVEYOR MENGGUNAKAN

KONTROLER PI KASKADE ARUS KECEPATAN

SKRIPSI

TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI TEKNIK KONTROL

Ditujukan untuk memenuhi persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik

AHMAD RIFKY ALIEF UTAMA

NIM. 115060300111013

Skripsi ini telah direvisi dan disetujui oleh dosen pembimbing

pada tanggal 16 Agustus 2017

Dosen Pembimbing I

Ir. Moch. Rusli, Dipl. Ing.

NIP. 19630104 198701 1 001

Dosen Pembimbing II

Ir. Retnowati, M.T.

NIP. 19511224 198203 2 001

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Elektro

M. Aziz Muslim, S.T., M.T., Ph.D.

NIP. 19741203 200012 1 001

JUDUL SKRIPSI:

PENGENDALIAN MOTOR DC PADA CONVEYOR MENGGUNAKAN KONTROLER

PI KASKADE ARUS KECEPATAN

Nama Mahasiswa : AHMAD RIFKY ALIEF UTAMA

NIM : 115060300111013

Program Studi : TEKNIK ELEKTRO

Konsentrasi : TEKNIK KONTROL

Komisi Pembimbing :

Ketua : Ir. Moch. Rusli, Dipl. Ing. ……………………

Anggota : Ir. Retnowati, M.T. ……………………

Tim Dosen Penguji :

Dosen Penguji 1 : M. Aziz Muslim, S.T., M.T., Ph.D. ……………………

Dosen Penguji 2 : Dr. Ir. Erni Yudaningtyas, M.T. ……………………

Dosen Penguji 3 : Dr. Ir. Bambang Siswojo, M.T. ……………………

Tanggal Ujian : 14 Agustus 2017

SK Penguji : No. 1093/UN10.F07/SK/2017

PERNYATAAN ORISINALITAS SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa sepanjang pengetahuan saya dan

berdasarkan hasil penelusuran berbagai karya ilmiah, gagasan dan masalah ilmiah yang diteliti

dan diulas di dalam Naskah Skripsi ini adalah asli dari pemikiran saya. Tidak terdapat karya

ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik di suatu

Perguruan Tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan

oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam

sumber kutipan dan daftar pustaka.

Apabila ternyata di dalam naskah Skripsi ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur

jiplakan, saya bersedia Skripsi dibatalkan, serta diproses sesuai dengan peraturan perundang-

undangan yang berlaku (UU No. 20 Tahun 2003, pasal 25 ayat 2 dan pasal 70).

Malang, 16 Agustus 2017

Mahasiswa,

Teriring Ucapan Terima Kasih kepada:

Ayahanda dan Ibunda tercinta

Adik-adikku Tersayang

Serta Sahabat dan Teman-teman

RINGKASAN

Ahmad Rifky Alief Utama, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya,

Agustus 2017, Pengendalian Kecepatan Motor DC pada Conveyor Menggunakan Kontroler

PI Kaskade Arus Kecepatan, Dosen Pembimbing: Ir. Moch. Rusli, Dipl. Ing., dan Ir.

Retnowati, M.T.

Conveyor merupakan alat yang banyak digunakan pada bidang industri, untuk

memindahkan barang hasil produksi. Aktuator atau penggerak pada conveyor yang sering

digunakan adalah motor dc. Pengendalian kecepatan motor sangat diperlukan agar conveyor

tetap stabil ketika mendapatkan beban. Pengendalian kecepatan dapat dilakukan dengan

menggunakan kontroler PID, namun untuk pengendalian motor dc lebih sesuai menggunakan

kontroler PI.

Dalam penelitian ini, pengendalian kecepatan motor dc pada conveyor dirancang dengan

menggunakan kontroler PI kaskade arus kecepatan. Rancangan kontroler kaskade terdiri dari

dua buah kontroler PI yaitu kontroler PI kecepatan pada outer loop dan kontroler PI Arus pada

inner loop. Set point yang digunakan yaitu kecepatan 150 rpm. Parameter PI ditentukan

dengan menggunakan metode root locus. Pengujian yang dilakukan meliputi penentuan fungsi

alih motor dc dengan menggunakan metode PRBS pada matlab, pengujian motor dc,

pengujian driver, pengujian sensor kecepatan, pengujian sensor arus, dan pengujian

keseluruhan sistem dengan memberikan gangguan berupa beban pada conveyor.

Parameter kontrol pada kontroler PI didapat dengan menggunakan metode root locus

yang kemudian diimplementasikan pada simulasi matlab dan pada conveyor. Hasil dari

pengujian dengan setpoint sebesar 150 rpm pengujian simulasi pada matlab tidak sama dengan

hasil pengujian pada conveyor. Ketika sistem mendapat gangguan terjadi penurunan

kecepatan dan lonjakan arus pada motor.

Kata Kunci: Conveyor, Root Locus, Kontroler PI, Kaskade.

SUMMARY

Ahmad Rifky Alief Utama, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya,

Agustus 2017, Pengendalian Kecepatan Motor DC pada Conveyor Menggunakan Kontroler

PI Kaskade Arus Kecepatan, Dosen Pembimbing: Ir. Moch. Rusli, Dipl. Ing., dan Ir.

Retnowati, M.T.

Conveyor is a tool that is widely used in industry, to move goods produced. The actuator

or drive that commonly used on conveyor is dc motor. Motor speed control is neeeded to keep

the conveyor stable when loaded. Speed control can be using PID controller, but for control

of dc motor is more suitable using PI controller.

In this study, dc motor speed control on the conveyor was designed using a PI cascade

current speed controller. The cascade controller design consists of two PI controllers namely

the PI controller speed on the outer loop and the PI controller Current in the inner loop. Set

point used is 150 rpm. The PI parameter is determined using root locus method. The tests

include determining the dc motor transfer function using the PRBS method on matlab, dc

motor testing, driver testing, speed sensor testing, current sensor testing, and overall system

testing by providing a disruption of the load on the conveyor.

The control parameter on the PI controller is obtained by using root locus method then

implemented in matlab simulation and on the conveyor. The result of the test with the setpoint

of 150 rpm simulation test on matlab is not the same as the test result on the conveyor. When

the system gets interrupted there is a decrease in speed and current spikes on the motor.

Keywords: Conveyor, Root Locus, Controller PI, Cascade.

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena atas segala

petunjuk dan nikmat-Nya lah skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi berjudul “Pengendalian

Kecepatan Motor DC pada Conveyor Menggunakan Kontroler PI Kaskade Arus Kecepatan”

ini disusun untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik

Elektro Universitas Brawijaya.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan

berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan ketulusan dan kerendahan hati penulis menyampaikan

terima kasih kepada:

Ayah Rochsun Yuwendi, Ibu Latifah Rahmania selaku orang tua penulis atas

segala inspirasi, nasehat, kasih sayang, perhatian dan kesabarannya didalam

membesarkan dan mendidik penulis, serta telah banyak mendoakan kelancaran

penulis hingga terselesaikannya skripsi ini,

Kedua saudara kandung Achmad Findi Kurniawan dan Achmad Firly Oktavian,

Bapak M. Aziz Muslim, ST., MT., Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro

Universitas Brawijaya,

Bapak Hadi Suyono, ST., MT., Ph.D selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro

Universitas Brawijaya,

Bapak Ir. Moch Rusli, Dipl. Ing. selaku Dosen Pembimbing dan Ibu Ir. Retnowati,

M.T. selaku Dosen Pembimbing atas segala bimbingan, pengarahan, saran, dan

kritik yang telah diberikan selama proses pengerjaan skripsi,

Bapak Ir. Purwanto, M.T. selaku Ketua Kelompok Dosen Keahlian Teknik Kontrol

Jurusan Teknik Elektro Universitas Brawijaya atas segala bimbingan, pengarahan,

saran, dan kritik yang telah diberikan selama perkuliahan,

Bapak Dwi Fadilla Kurniawan, S.T, M.T. selaku Dosen Penasehat Akademik atas

segala bimbingan, pengarahan, saran, dan kritik yang telah diberikan selama

perkuliahan,

Seluruh dosen pengajar dan staff recording Jurusan Teknik Elektro Universitas

Brawijaya,

Teman – teman “penunggu” HME Lantai 2, Cilik, Rosyid, Opek, Doni, Abdul,

Desta, Hendra, Harfin. Terima kasih atas segala bantuan dan semangat yang telah

diberikan.

Rahmah Pravitasari, S.Farm. Apt, terima kasih atas semangat dan nasehat yang

telah diberikan.

Saudara - saudari Inverter 2011 atas segala bantuan dan kebersamaan yang telah

diberikan selama 5 tahun ini.

Keluarga Besar Mahasiswa Teknik Elektro Universitas Brawijaya,

Seluruh teman-teman serta semua pihak yang tidak mungkin bagi penulis untuk

mencantumkan satu-persatu, terimakasih banyak atas bantuan dan dukungannya

Pada akhirnya, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih belum sempurna. Oleh

karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun.

Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu

pengetahuan dan teknologi serta bagi masyarakat.

Malang, Agustus 2017

Penulis

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................................................................... i

DAFTAR ISI .......................................................................................................................... iii

DAFTAR TABEL ................................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................. vii

RINGKASAN .......................................................................................................................... ix

SUMMARY ............................................................................................................................. x

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

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

1.2 Rumusan Masalah ...................................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ........................................................................................................ 2

1.4 Tujuan ........................................................................................................................ 2

1.5 Manfaat ...................................................................................................................... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................................. 3

2.1 Motor DC ................................................................................................................... 3

2.1.1 Fungsi Alih Motor DC ...................................................................................... 3

2.2 Kontroler .................................................................................................................... 4

2.2.1 Kontroler Proporsional Integrated Diferensial (PID). ...................................... 5

2.2.1.1 Kontroler Proporsional. ................................................................................ 5

2.2.1.2 Kontroler Integral. ........................................................................................ 5

2.2.1.3 Kontroler Diferensial. .................................................................................. 6

2.2.1.4 Kontroler PID. .............................................................................................. 7

2.2.1.5 Kontroler PI. ................................................................................................. 8

2.2.2 Sistem Kontrol Kaskade. .................................................................................. 8

2.3 Cara Kerja Conveyor ................................................................................................. 8

2.4 Sensor Optocoupler ................................................................................................... 9

2.5 Sensor Arus ACS712 ................................................................................................. 9

2.6 Arduino Mega 2560 ................................................................................................. 11

2.6.1 Daya ................................................................................................................ 12

2.6.2 Memori ............................................................................................................ 12

2.6.3 Input dan Output ............................................................................................. 13

2.6.4 Komunikasi Pada Arduino Mega 2560 ........................................................... 14

2.7 Driver Motor L298N ................................................................................................ 14

2.8 Metode Tuning PID dengan Metode Root Locus .................................................... 15

2.9 PWM (Pulse Width Modulation) ............................................................................. 16

2.10 Pseudo Random Binary Sequence ........................................................................... 17

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................... 21

3.1 Perancangan Blok Diagram Sistem ......................................................................... 21

3.2 Pembuatan Perangkat Keras .................................................................................... 22

3.2.1 Pembuatan Alat ............................................................................................... 22

3.2.2 Penentuan Perangkat Elektronik ..................................................................... 22

3.3 Perancangan Kontroler Proporsional Integral (PI) .................................................. 25

3.4 Penentuan Fungsi Alih Motor .................................................................................. 25

3.5 Validasi Fungsi Alih Motor DC ............................................................................... 28

3.6 Penentuan Parameter Kontroler Proporsional Integrated (PI) ................................. 29

3.6.1 Penentuan Kp dan Ki pada Kontroler PI Arus ................................................ 29

3.6.2 Penentuan Kp dan Ki pada Kontroler PI Kecepatan ....................................... 33

3.7 Flowchart Program .................................................................................................. 35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................ 37

4.1 Pengujian Motor DC ................................................................................................ 37

4.1.1 Peralatan yang digunakan ............................................................................... 37

4.1.2 Langkah Pengujian.......................................................................................... 37

4.2 Pengujian Driver Motor ........................................................................................... 39

4.2.1 Peralatan yang digunakan ............................................................................... 39

4.2.2 Langkah Pengujian.......................................................................................... 39

4.3 Pengujian Sensor Optocoupler ................................................................................. 40

4.3.1 Peralatan yang digunakan ............................................................................... 40

4.3.2 Langkah Pengujian.......................................................................................... 41

4.4 Pengujian Sensor Arus ACS712 .............................................................................. 42

4.4.1 Peralatan yang digunakan ............................................................................... 42

4.4.2 Langkah Pengujian.......................................................................................... 42

4.5 Pengujian Sistem Keseluruhan ................................................................................ 43

4.5.1 Peralatan Sistem Pada Simulasi Matlab .......................................................... 44

4.5.2 Pengujian Sistem Pada Conveyor ................................................................... 44

4.5.3 Pengujian Sistem Pada Conveyor dengan diberi Gangguan ........................... 45

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................ 47

5.1 Kesimpulan .............................................................................................................. 47

5.2 Saran ........................................................................................................................ 47

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................. 49

LAMPIRAN ........................................................................................................................... 51

Lampiran 1. Foto Alat ......................................................................................................... 52

Lampiran 2. Simulink Matlab ............................................................................................. 53

Lampiran 3. Listing Program .............................................................................................. 54

Lampiran 4. Datasheet Sensor ACS712 ............................................................................. 58

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel Variasi Panjang Sekuensial PRBS. ............................................................ 18

Tabel 3.1 Hasil Pencarian Parameter PI1 ............................................................................. 31

Tabel 3.2 Hasil Pencarian Parameter PI2 ............................................................................. 35

Tabel 4.1 Perubahan Kecepatan Motor terhadap Tegangan ................................................ 38

Tabel 4.2 Perubahan Duty Cycle terhadap V rata-rata ......................................................... 39

Tabel 4.3 Pengujian Sensor Optocoupler ............................................................................ 41

Tabel 4.4 Pengujian Sensor Arus ACS712. ......................................................................... 43

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Free Body Diagram Motor DC. ........................................................................ 3

Gambar 2.2 Diagram Blok Kontroler Proporsional. ............................................................. 5

Gambar 2.3 Diagram Blok Kontroler Integral. ..................................................................... 6

Gambar 2.4 Diagram Blok Kontroler Diferensial. ............................................................... 6

Gambar 2.5 Diagram Blok Kontroler PID. ........................................................................... 7

Gambar 2.6 Optocoupler ...................................................................................................... 9

Gambar 2.7 Sensor Arus ACS712. ..................................................................................... 10

Gambar 2.8 Arduino Mega ................................................................................................. 11

Gambar 2.9 Driver Motor L298N. ...................................................................................... 14

Gambar 2.10 Sistem Kendali Loop Tertutup. ....................................................................... 15

Gambar 2.11 Sinyal PWM Secara Umum ............................................................................ 17

Gambar 2.12 Register Gate 5 Bit dengan Umpan Balik. ...................................................... 19

Gambar 3.1 Diagram Blok Kontrol. ................................................................................... 21

Gambar 3.2 Power Supply 24V DC.................................................................................... 22

Gambar 3.3 Arduino Mega 2560 ........................................................................................ 23

Gambar 3.4 Driver L298N .................................................................................................. 23

Gambar 3.5 Sensor ACS712. .............................................................................................. 24

Gambar 3.6 Sensor Optocoupler. ........................................................................................ 24

Gambar 3.7 Motor DC 24V. ............................................................................................... 24

Gambar 3.8 Respon Sinyal PRBS dan Kecepatan Motor DC. ........................................... 26

Gambar 3.9 System Identification Toolbox. ........................................................................ 27

Gambar 3.10 Hasil Estimasi Model. ..................................................................................... 27

Gambar 3.11 Respon Fungsi Alih Motor DC. ...................................................................... 28

Gambar 3.12 Validasi Fungsi Alih dengan Motor DC ......................................................... 29

Gambar 3.13 Letak Pole pada Diagram Root Locus. ........................................................... 30

Gambar 3.14 Respon Sistem ................................................................................................. 32

Gambar 3.15 Respon Sistem dengan Kontrol PI1 ................................................................. 32

Gambar 3.16 Penentuan Letak Pole pada Diagram Root Locus ........................................... 33

Gambar 3.17 Respon Sistem dengan Kontrol PI2 ................................................................. 35

Gambar 3.18 Flowchart Program.......................................................................................... 35

Gambar 4.1 Grafik Perubahan Kecepatan Motor terhadap Tegangan ................................ 38

Gambar 4.2 Grafik hubungan Duty Cycle terhadap V rata-rata ......................................... 40

Gambar 4.3 Langkah Pengujian Sensor Optocoupler ......................................................... 41

Gambar 4.4 Langkah Pengujian Sensor Arus ACS712 ...................................................... 42

Gambar 4.5 Grafik Respon Sistem Simulasi Matlab .......................................................... 44

Gambar 4.6 Grafik Respon Sistem ..................................................................................... 44

Gambar 4.7 Grafik Respon Kecepatan Motor DC .............................................................. 45

Gambar 4.8 Grafik Respon Arus Motor DC ....................................................................... 45

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kemajuan teknologi di indonesia saat ini semakin cepat terutama pada teknologi

pengendalian. Seiring berjalannya waktu kemajuan tersebut membuat motor listrik semakin

sering digunakan untuk berbagai macam aplikasi pada industri. Motor listrik digunakan

sebagai penggerak dalam berbagai macam aplikasi, contohnya pada conveyor, elevator,

lengan robot dan aplikasi-aplikasi lainnya. Teknologi pengendalian kecepatan motor listrik

sangat membantu proses produksi pada industri dalam hal penyesuaian akan kecepatan

aplikasi-aplikasi dengan penggerak motor listrik.

Conveyor sangat berperan penting dalam bidang industri untuk memindahkan barang

berukuran besar dari suatu tempat ke tempat yang lain, bisa juga disebut sebagai alat

transportasi untuk mengangkut barang pada bidang industri. Motor listrik yang sering

digunakan sebagai penggerak conveyor dibidang industri saat ini adalah motor dc

dikarenakan memiliki respon yang cepat, namun masih memiliki error steady state (offset)

(M. Faishol, 2014).

Untuk mengendalikan kecepatan motor dc pada conveyor dibutuhkan suatu kontroler

yang tepat dan sesuai dengan plant sistem. Terdapat berbagai macam tipe kontroler seperti

kontroler proporsional (P), proporsional integral (PI), proporsional diferensial (PD), dan

proporsional integral diferensial (PID). Kontroler proporsional integral (PI) adalah kontrol

aksi yang memiliki respon cepat, sehingga sesuai untuk mengontrol motor dc. (R. Selvy,

2016).

Kontrol kaskade merupakan teknik kontrol yang sering digunakan dalam proses

pengendalian motor dc, karena memungkinkan untuk memperoleh performansi kontroler

yang lebih daripada kontroler tunggal. Penggunaan kontroler kaskade bertujuan untuk

mengeliminasi pengaruh dari gangguan dan meningkatkan atau memperbaiki kedinamisan

performansi control loop. Sistem kontrol kaskade terdiri dari dua kontroler, yang pertama

digunakan untuk outer loop (mengontrol kecepatan) dan yang lainnya digunakan sebagai

inner loop (mengontrol arus).

Pemilihan kontroler kaskade PI arus kecepatan bertujuan untuk mendapatkan sistem

conveyor yang stabil ketika diberikan beban. Pada penelitian ini diharapkan conveyor pada

saat mendapatkan gangguan berupa pemberian beban, kontroler PI arus lebih cepat

2

merespon daripada kontroler PI kecepatan, sehingga respon sistem dapat kembali stabil lebih

cepat.

1.2 Rumusan Masalah

Agar dapat diketahui apa yang akan dikaji dalam sistem pengendalian ini terdapat

beberapa rumusan masalah. Rumusan masalah tersebut Antara lain:

1. Bagaimana merancang kontroler PI-kaskade arus-kecepatan pada sistem conveyor?

2. Bagaimana kinerja sistem kontrol pada alat ini?

1.3 Batasan Masalah

Akibat banyaknya kemungkinan yang akan terjadi dalam rancang bangun ini,

dibutuhkan batasan-batasan masalah. Batasan masalah tersebut adalah:

1. Arduino Mega 2560 sebagai pusat kontrol sistem.

2. Pembahasan ditekankan pada sistem pengendalian menggunakan kontroler kaskade

PI arus kecepatan.

3. Kinerja driver motor dan rangkaian elektronik tidak dibahas mendalam.

4. Gangguan yang diberikan pada sistem berupa beban yang diletakkan pada conveyor

yang sedang berjalan dengan berat beban 2 Kg.

1.4 Tujuan

Penelitian alat ini bertujuan untuk menjaga kecepatan conveyor saat mendapat gangguan

agar tetap dalam keadaan steady state dengan menggunakan kontroler kaskade PI arus

kecepatan.

1.5 Manfaat

Manfaat dalam rancang bangun alat ini bagi penulis adalah memberikan pengalaman

merancang sebuah conveyor dengan menggunakan motor dc, mengendalikan kecepatan

motor dc, dan menyelesaikan syarat kelulusan berupa skripsi.

BAB III

METODE PENELITIAN

Penyusunan skripsi ini didasarkan pada masalah yang bersifat aplikatif, yaitu

perencanaan dan perealisasian alat agar dapat bekerja dengan baik sesuai dengan

perencanaan dengan mengacu pada rumusan masalah. Langkah-langkah yang perlu

dilakukan untuk merealisasikan perancangan alat ini diuraikan sebagai berikut.

3.1 Perancangan Blok Diagram Sistem

Pada perancangan alat ini diperlukan perancangan blok diagram sistem yang

menggambarkan sistem secara garis besar. Diagram blok sistem dapat ditunjukkan pada

Gambar 3.1.

PI PIMotor +

Conveyor

Sensor

Kecepatan

Sensor

Arus

Beban

Set point

(rpm)

Kecepatan

(rpm)

+

-

e(t)Driver

+

-

e(t)

Rpm(in)Rpm(out)

I(in)I(out)

I pwm V

Gambar 3.1. Diagram Blok Kontrol

Keterangan:

1. Set point berupa kecepatan motor (rpm)

2. Masukan dari kontroler PI pertama adalah keluaran dari sensor kecepatan berupa

rpm.

3. Keluaran dari kontroler PI pertama akan menjadi masukan dari kontroler PI

kedua.

4. Pada kontroler kedua rpm akan dikonversi menjadi sinyal pwm untuk melakukan

pengaturan arus pada arduino.

5. Motor dc yang digunakan yaitu motor dc 24V.

6. Motor dikopel dengan gear dan dihubungkan dengan rantai untuk menggerakkan

conveyor.

7. Sensor arus menggunakan ACS712 dan Sensor Kecepatan menggunakan

optocoupler

8. Beban diberikan pada conveyor sebagai gangguan dari sistem.

9. Keluaran sistem berupa kecepatan motor (rpm).

3.2 Pembuatan Perangkat Keras

Pembuatan perangkat keras dilaksanakan sebagai langkah awal sebelum terbentuknya

sistem beserta programnya. Hal ini dimaksudkan agar kecepatan motor DC sesuai dengan

setpoint yang diinginkan dan sistem dapat bekerja dengan baik sesuai yang direncanakan.

3.2.1 Pembuatan Alat

1. Konveyor berupa belt conveyor

2. Kerangka konveyor berupa besi siku dengan panjang 1,5 m dan lebar 0,5 m.

3. Panjang dari konveyor 120 cm, menggunakan 4 roller. Dimana satu roller dikopel

dengan gear.

4. Motor dc dikopel dengan gear yang kemudian disambungkan ke roller conveyor

menggunakan rantai.

5. Sumber tegangan ac dikonversi oleh power supply menjadi tegangan dc yang

kemudian dihubungkan ke driver motor L298N untuk menggerakkan motor dc

6. Sensor yang digunakan adalah sensor kecepatan yaitu optocoupler dan sensor arus

yaitu acs712.

7. Perangkat kontrol yang digunakan adalah Arduino mega.

3.2.2 Penentuan Perangkat Elektronik

Perangkat elektronik yang digunakan pada perancangan alat ini yaitu:

1. Power Supply

Power supply digunakan sebagai sumber tegangan dc. Sumber tegangan ac 220V

dikonversi oleh power supply menjadi sumber tegangan 24V dc. Power Supply yang

digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Power Supply 24V DC

2. Mikrokontroler Arduino

Mikronkontroler yang digunakan adalah mikrokontroler Arduino Mega 2560 (Lihat

Gambar 3.3). Arduino Mega 2560 pada penelitian ini digunakan sebagai pusat

pengontrolan.

Gambar 3.3 Arduino Mega 2560

3. Driver Motor

Driver motor yang digunakan pada penelitian adalah driver motor tipe L298N (Lihat

Gambar 3.4). Driver tersebut berfungsi sebagai pengontrol motor dengan arduino sebagai

pusat pengontrolan.

Gambar 3.4 Driver L298N

4. Sensor Arus

Sensor arus yang digunakan pada penelitian ini adalah sensor arus ACS 712 (Lihat

Gambar 3.5). Hasil keluaran dari sensor ACS712 masih berupa tegangan (Volt) yang

nantinya perlu dikonversi menjadi arus dengan rumus yang tertera pada datasheet sensor.

Gambar 3.5 Sensor ACS712

5. Sensor Kecepatan

Sensor kecepatan yang digunakan pada penelitian ini adalah sensor optocoupler (Lihat

Gambar 3.6). Sensor ini dipasang pada poros motor dan dihubungkan pada arduino agar

terbaca besar nilai kecepatan motor (rpm).

Gambar 3.6 Sensor Optocoupler

6. Motor DC

Motor dc yang digunakan pada penelitian ini yaitu motor dc dengan masukan 24V dc

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Motor dc 24V

7. Komputer yang sudah terdapat software arduino untuk pemrograman.

3.3 Perancangan Kontroler Proporsional Integral (PI)

Dalam kawasan waktu kontroler PI dapat dinotasikan dengan persamaan

𝑐(𝑡) = 𝐾𝑝(𝑒(𝑡) +1

𝑇𝑖∫ 𝑒(𝑡)𝑑𝑡

𝑡

0

(3.1)

Dimana c(t) adalah keluaran kontroler, Kp adalah gain proporsional, Ti adalah waktu

konstan integral atau reset time dan e(t) adalah error yang terjadi. Dari persamaan diatas

dapat diubah menjadi kawasan frekuensi dengan Transformasi Laplace sehingga menjadi

persamaan berikut:

𝐶(𝑠) = 𝐾𝑝 (1 +1

𝑇𝑖 𝑠) 𝐸(𝑠) (3.2)

Pada persamaan (3.2) belum bisa dimasukkan kedalam arduino, maka dari itu persamaan

kontinyu harus diubah kedalam bentuk diskrit melalui Transformasi Z. dalam Transformasi

Z dibutuhkan waktu sampling (Ts). Digunakan metode Billinear Transform sehingga nilai

notasi s pada Laplace setara dengan persamaan (3.4).

𝑠 =2

𝑇𝑠(

1 − 𝑧−1

1 + 𝑧−1) (3.3)

Lalu persamaan (3.3) disubstitusikan kedalam persamaan (3.2) menjadi persamaan (3.4).

𝐶(𝑧) = [𝐾𝑝 +𝐾𝑝𝑇𝑠(1 + 𝑧−1)

2𝑇𝑖(1 − 𝑧−1)] 𝐸(𝑧) (3.4)

Berikutnya adalah memodifikasi persamaan agar dapat disederhanakan. Kedua ruas pada

persamaan (3.4) dikalikan dengan (1-z-1).

𝐶(𝑧)(1 − 𝑧−1) = 𝐾𝑝 𝐸(𝑧)(1 − 𝑧−1) +𝐾𝑝 𝑇𝑠

2𝑇𝑖𝐸(𝑧)(1 + 𝑧−1) (3.5)

Kemudian pada persamaan (3.5) disusun kembali menjadi keluaran kontroler dan diubah

menjadi persamaan beda sehingga didapatkan persamaan (3.6).

𝐶(𝑘) = 𝐶(𝑘 − 1) + 𝐾𝑝 (𝐸(𝑘) − 𝐸(𝑘 − 1)) +𝐾𝑝 𝑇𝑠

2𝑇𝑖(𝐸(𝑘) + 𝐸(𝑘 − 1))

(3.6)

Pada persamaan (3.6), k-1 adalah kondisi sebelumnya. Persamaan diatas lalu dimasukkan

kedalam program pada arduino.

3.4 Penentuan Fungsi Alih Motor

Untuk mengendalikan motor dc digunakan Arduino Mega 2560 sebagai pengolah dan

memberikan data berupa Pulse width Modulation (PWM) agar motor bergerak. Motor dc

yang digunakan pada perancangan ini tidak diketahui karakteristiknya, sehingga yang perlu

dilakukan adalah melakukan pengujian dengan menggunakan sensor kecepatan optocoupler.

Untuk mendapatkan karakteristik motor dc pada perancangan ini diberikan masukan unit

step.

Untuk mendapatkan fungsi alih dari motor dilakukan pemodelan dengan cara

membangkitkan sinyal Pseudo Random Binary Sequence (PRBS). Langkah yang dilakukan

untuk membangkitkan sinyal PRBS adalah sebagai berikut :

1. Mencari nilai yang linear dari hasil kecepatan motor terhadap duty cycle PWM.

2. Memasukkan nilai batas atas dan bawah berdasarkan nilai yang linier untuk

membangkitkan sinyal PRBS.

3. Sinyal PRBS yang telah dibangkitkan kemudian digunakan sebagai masukan motor

dc.

4. Setelah didapatkan data sinyal PRBS dan data kecepatan motor dc (lihat Gambar

3.8), selanjutnya adalah melakukan identifikasi dengan menggunakan software

Matlab.

Gambar 3.8 Respon sinyal PRBS dan kecepatan motor dc

5. Dengan menggunakan sintaks ident pada command window pada Matlab, data

sinyal PRBS dan data kecepatan motor yang telah disimpan kemudian di import

pada blok System Identification Toolbox (lihat Gambar 3.9). Setelah melakukan

beberapa estimasi model berdasarkan data yang telah di import didapatkan fungsi

alih dari motor dengan best fit sebesar 94.24 (lihat Gambar 3.10).

Gambar 3.9 System Identification Toolbox

Gambar 3.10 Hasil Estimasi Model

6. Dari hasil identifikasi, fungsi alih motor yang didapat adalah

𝑌(𝑧)

𝑈(𝑧) =

0.007151 z + 0.006324

z2 − 1.676z + 0.6913

Dengan sample time = 0.01 detik

(3.7)

Fungsi alih yang didapat dalam masih dalam bentuk discrete dan

kemudian dikonversi menjadi continous dalam matlab:

𝑌(𝑠)

𝑈(𝑠) =

161.4

s2 + 36.92s + 186 (3.8)

𝐹(𝑠) = 161.4

𝑆2 + 36.92𝑠 + 186=

𝜔𝑛2

𝑠2 + 2𝜉𝜔𝑛𝑠 + 𝜔𝑛2

(3.9)

2𝜉𝜔𝑛 = 36.92 (3.10)

𝜔𝑛 = √161.4 = 12.7 (3.11)

𝜉 =36.92

2 x 12.7= 1.4535 (3.12)

7. Dengan memberikan masukan unit step pada program Matlab didapatkan respon

dalam Gambar 3.11, nilai time constant fungsi alih merupakan waktu yang

dibutuhkan respon untuk mencapai 31.9% dari nilai steady state yaitu 0.276

seconds.

Gambar 3.11 Respon fungsi alih motor dc

3.5 Validasi Fungsi Alih Motor DC

Dalam melakukan validasi fungsi alih motor dilakukan dengan cara membandingkan

respon fungsi alih dan respon kecepatan motor dc yang dapat dari pembacaan sensor

optocoupler dengan memberikan masukan pulsa unit step. Berikut perbandingan kedua

respon yang didapat dengan menggunakan Matlab (lihat Gambar 3.12).

Gambar 3.12 Validasi fungsi alih dengan motor dc

Dari Gambar 3.12 dapat dilihat bahwa respon fungsi alih yang telah didapat dari proses

identifikasi hampir menyerupai respon kecepatan motor dc. Jadi fungsi alih yang telah

didapatkan dianggap dapat mewakili pemodelan plant motor dc.

3.6 Penentuan Parameter Kontrol Proporsional Integral (PI)

Untuk memenuhi tujuan performansi loop yang diinginkan, maka perlu ditambahkan

kontroler pada sistem tersebut. Kontroler yang dipilih ialah kontroler Proporsional Integral

(PI). Karena pada penelitian ini menggunakan kaskade, yang berarti menggunakan dua buah

kontroler PI maka terdapat dua tahap penentuan parameter Kp dan Ki.

3.6.1 Penentuan Kp dan Ki pada Kontroler PI Arus

Setelah didapatkan fungsi alih sistem yaitu F(s) =161.4

𝑠2+36.92𝑠+186. Selanjutnya adalah

menentukan letak simpul loop tertutup.

Berdasarkan fungsi alih loop tertutup dapat diketahui sistem berorde dua. Nilai

parameter PID ditentukan oleh pemilihan pole pada diagram root locus. Pada penelitian ini

digunakan S1= -17.2. Penentuan letak pole pada diagram root locus terlihat dalam Gambar

3.13.

Gambar 3.13 Letak pole pada diagram root locus

Setelah ditentukan letak pole yang diinginkan kemudian dengan mensubstitusi nilai 1s

dan nilai fungsi alih sistem dalam Persamaan 3.7 dan memvariasikan nilai Ki akan

didapatkan parameter PI dalam Tabel 3.1. Pencarian parameter Kp1 dan Ki1 dengan

menggunakan MATLAB 2013 ditunjukkan pada listing program berikut :

%nilai pole yang ditentukan dari Gambarroot locus

s1=-17.2

KI=[1 2 3 5 8]

plant_num=[0 0 161.4];

plant_den=[1 36.92 186];

s1mag = abs(s1)

beta = angle(s1)

plant_a1 = polyval(plant_num,s1)/polyval(plant_den,s1);

plants1mag = abs(plant_a1)

psi = angle(plant_a1)

t=0:1:20:300;

for k =1:5

KP=-sin(beta+psi)/(plants1mag*sin(beta))-2*KI(k)*cos(beta)/s1mag

nilai_KI= KI(k)

Gcnum = [KP KI(k)];

Gcden = [1 0];

Tnum = conv(plant_num,Gcnum);

Tden = conv(plant_den,Gcden)+conv(plant_num,Gcnum);

r = roots(Tden)

step (Tnum,Tden,t)

%step (plant_num,plant_den,t)

hold on

end

hold off

figure, rlocus(Tnum,Tden)

Hasil pencarian parameter Kp1 dan Ki1 berdasarkan pada program diatas ditunjukkan

pada Tabel 3.1

Tabel 3.1 Hasil pencarian parameter PI1

No Kp1 Ki1 Pole 1 Pole 2 Pole 3

1 2,0145 1 -28,8463 -17,2 -0,3253

2 2,1307 2 -29,0716 -17,2 -0,6456

3 2,2470 3 -29,3020 -17,2 -0,9607

4 2,4796 5 -29,7783 -17,2 -1,5756

5 2,8284 8 -30,5318 -17,2 -2,4587

Parameter Kp1 dan Ki1 pada tabel 3.1 kemudian diimplementasikan terhadap sistem.

Gambar 3.14 Respon sistem

Gambar 3.15 Respon sistem dengan kontrol PI1

Dari Gambar 3.14 dapat diketahui bahwa respon sistem tanpa menggunakan kontroler

PI lebih lama menuju steady state dan melebihi setpoint yang diinginkan. Dengan

digunakannya parameter PI hasil tuning didapatkan respon yang lebih cepat dari pada respon

tanpa menggunakan PI, serta dapat mencapai setpoint yang diinginkan seperti tertera dalam

Gambar 3.15.

Dari 5 jenis parameter PI yang didapat dipilih nilai PI yang memiliki respon terbaik

yaitu: Kp1 = 2.8284, dan Ki1 = 8.

3.6.2 Penentuan Kp dan Ki pada Kontroler PI Kecepatan

Setelah didapatkan nilai Kp1 dan Ki1 pada PI arus, selanjutnya adalah menentukan

fungsi alih sistem yang telah dikontrol oleh PI arus.

Fungsi alih sistem =161.4

𝑠2 + 36.92𝑠 + 186

Fungsi alih PI arus =2.8284𝑠 + 8

𝑠

maka, Fungsi alih Sistem + PI arus = 161.4

𝑠2 + 36.92𝑠 + 186 𝑥

2.8284𝑠 + 8

𝑠

= 456.5𝑠 + 1291.2

𝑠3 + 36.92𝑠2 + 186𝑠

Fungsi alih keseluruhan pada inner loop (PI arus) =

=

456.5𝑠 + 1291.2𝑠3 + 36.92𝑠2 + 186𝑠

1 + 456.5𝑠 + 1291.2

𝑠3 + 36.92𝑠2 + 186𝑠

=

456.5𝑠 + 1291.2𝑠3 + 36.92𝑠2 + 186𝑠

𝑠3 + 36.92𝑠2 + 186𝑠𝑠3 + 36.92𝑠2 + 186𝑠

+ 456.5𝑠 + 1291.2

𝑠3 + 36.92𝑠2 + 186𝑠

= 456.5𝑠 + 1291.2

𝑠3 + 36.92𝑠2 + 642.5𝑠 + 1291.2

Fungsi alih diatas kemudian digunakan untuk menentukan letak pole yang akan

digunakan pada diagram root locus.

Gambar 3.16 Penentuan letak pole pada diagram root locus

Setelah ditentukan nilai S1 yaitu -17.02 +16.2i, kemudian dimasukkan kedalam program

matlab untuk mencari parameter Kp2 dan Ki2 pada Kontroler PI kecepatan. Pencarian

parameter Kp2 dan Ki2 ditunjukkan pada listing program pada matlab berikut:

%nilai pole yang ditentukan dari Gambarroot locus

s1=-17.2 + 16.2i

KI=[1 2 3 5 8]

plant_num=[0 0 456.5 1291.2];

plant_den=[1 36.92 642.5 1291.2];

s1mag = abs(s1)

beta = angle(s1)

plant_a1 = polyval(plant_num,s1)/polyval(plant_den,s1);

plants1mag = abs(plant_a1)

psi = angle(plant_a1)

t=0:1:20:300;

for k =1:5

KP=-sin(beta+psi)/(plants1mag*sin(beta))-2*KI(k)*cos(beta)/s1mag

nilai_KI= KI(k)

Gcnum = [KP KI(k)];

Gcden = [1 0];

Tnum = conv(plant_num,Gcnum);

Tden = conv(plant_den,Gcden)+conv(plant_num,Gcnum);

r = roots(Tden)

step (Tnum,Tden,t)

%step (plant_num,plant_den,t)

hold on

end

hold off

figure, rlocus(Tnum,Tden)

Hasil pencarian parameter Kp2 dan Ki2 berdasarkan pada program diatas ditunjukkan

pada Tabel 3.2

Tabel 3.2 Hasil pencarian parameter PI2

No Kp2 Ki2

1 0,051 1

2 0.1126 2

3 0.1742 3

4 0.2975 5

5 0.4823 8

Parameter Kp2 dan Ki2 pada Tabel 3.2 kemudian diimplementasikan terhadap sistem.

Gambar 3.17 Respon sistem dengan kontrol PI2

Dari grafik pada Gambar 3.17 terlihat respon dari 5 macam parameter. Parameter yang

dipilih yaitu parameter dengan respon terbaik, Kp2 = 0.4823 dan Ki2 = 8.

3.7 Flowchart Program

Flowchart program kontrol kaskade PI dapat dilihat pada Gambar 3.18.

START

Kontrol

PI 1

Kontrol

PI 2

Selesai

Gambar 3.18 Flowchart Program

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Untuk memperoleh hasil maka dilakukan pengujian pada sistem ini, yaitu meliputi

pengujian pada setiap blok maupun pengujian secara keseluruhan. Pengujian pada setiap

blok ini dilakukan untuk menemukan letak kesalahan dan mempermudah analisis pada

sistem apabila alat tidak bekerja sesuai dengan perancangan. Tujuan dari pengujian sistem

ini untuk menentukan apakah alat yang telah dibuat telah berfungsi dengan baik dan sesuai

dengan perancangan dan untuk mendapatkan hasil dari penelitian ini. Pengujian dibagi

menjadi beberapa bagian, yaitu :

1. Pengujian motor dc

2. Pengujian driver motor

3. Pengujian sensor kecepatan (optocoupler)

4. Pengujian sensor arus (acs712)

5. Pengujian keseluruhan sistem.

4.1 Pengujian Motor DC

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui berapa nilai kecepatan motor sesuai dengan

perubahan tegangan. Hasil diperoleh dengan mengamati kecepatan motor DC terhadap

perubahan tegangan motor DC dan mengukur arusnya setiap perubahan tegangan.

4.1.1 Peralatan yang digunakan

Peralatan yang digunakan dalam pengujian motor DC terdiri atas:

1. Power Supply

2. Motor DC

3. Tachometer Digital

4.1.2 Langkah pengujian

Langkah dalam pengujian motor dc adalah sebagai berikut:

1. Menghubungkan tegangan output power supply dengan motor DC.

2. Mengatur tegangan output power suplly dari 0 V sampai 24 V sebagai tegangan

sumber motor DC.

3. Menggunakan tachometer digital untuk mengetahui nilai kecepatan (rpm) motor.

4. Mengamati dan mencatat hasil pengukuran kecepatan motor dan mencatat nilai

arus yang tertera pada power supply.

Berikut ini adalah tabel hasil perubahan kecepatan motor terhadap tegangan:

Tabel 4.1 Perubahan Kecepatan Motor terhadap Tegangan

Tegangan

(V)

Kecepatan

(Rpm)

Arus

(A)

0 0 0

1 14 0.65

2 29 0.7

3 44 0.7

4 61 0.7

5 78 0.75

6 93 0.75

7 111 0.75

8 129 0.75

9 141 0.75

10 159 0.75

11 177 0.75

12 189 0.75

13 207 0.75

14 225 0.75

15 243 0.8

16 261 0.8

17 279 0.85

18 291 0.85

19 312 0.9

20 322 0.9

21 345 0.9

22 362 0.9

23 376 0.9

24 392 1

Data pada Tabel 4.1 apabila ditampilkan dalam grafik maka hasilnya adalah sebagai berikut:

Gambar 4.1 Grafik Perubahan Kecepatan Motor terhadap Tegangan

0

100

200

300

400

500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Kec

epat

an M

oto

r (r

pm

)

Tegangan (V)

Grafik Perubahan Kecepatan Motor terhadap Perubahan

Tegangan

4.2 Pengujian Driver Motor

Pengujian karakteristik driver motor bertujuan untuk mengetahui masukan duty cycle

PWM dari mikrokontroler dengan besarnya nilai perubahan Vrata-rata.

4.2.1 Peralatan yang digunakan

Peralatan yang digunakan dalam pengujian driver motor terdiri atas:

1. Motor DC

2. Kabel

3. Arduino Mega2560

4. Power Supply

5. Voltmeter

4.2.2 Langkah Pengujian

Langkah dalam pengujian driver motor meliputi:

1. Menghubungkan catu motor driver ke power supply dan menghubungkan motor ke

driver.

2. Set tegangan supply sebesar 24V

3. PWM dari arduino mega2560 dihubungkan ke driver

4. Menghubungkan output tegangan driver motor dengan multimeter.

5. Mengatur duty cycle sinyal PWM pada arduino mega2560 dengan nilai 0-100%

Berikut ini adalah tabel dari hasil pengujian perubahan duty cycle terhadap Vrata-rata:

Tabel 4.2 Perubahan Duty Cycle terhadap Vrata-rata

Duty

Cycle (%)

Vrata-rata

(Volt)

0 0

5 1.45

10 2.74

15 3.52

20 4.5

25 5.58

30 6.74

35 8.33

40 9.45

45 10.43

50 11.38

55 12.89

60 13.92

Duty

Cycle (%)

Vrata-rata

(Volt)

65 14.87

70 15.95

75 17.12

80 18.26

85 19.04

90 20.05

95 21.4

100 22.3

Data pada tabel 4.2 apabila ditampilkan dalam grafik maka hasilnya adalah sebagai berikut:

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Duty Cycle terhadap Vrata-rata

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa hasil dari grafik cukup linier dengan R2= 0,999, nilai

R2 didapatkan dari bantuan excell tentang kelinieran grafik dimana semakin mendekati 1

maka grafik tersebut linier. Maka dapat disimpulkan bahwa driver motor mampu

mengendalikan kecepatan dengan baik.

4.3 Pengujian Sensor Kecepatan Optocoupler

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui hasil pembacaan dari sensor kecepatan

optocoupler dan mengetahui besarnya error dengan membandingkan dengan pembacaan

pada tachometer digital.

4.3.1 Peralatan yang digunakan

Peralatan yang digunakan dalam pengujian sensor optocoupler yaitu:

1. Arduino mega 2560

R² = 0.999

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100 120

Vra

ta-r

ata

(Volt

)

Duty Cycle (%)

Grafik Hubungan Duty Cycle terhadap Vrata-rata

2. Voltmeter

3. Sensor optocoupler yang telah terpasang pada motor dc

4. Power supply dan driver motor

5. Tachometer digital

4.3.2 Langkah Pengujian Sensor Optocoupler

Langkah pengujian sensor optocoupler ditunjukkan pada Gambar 4.3 berikut ini:

Power Supply

24VDriver Motor dc

Sensor

Optocoupler

Arduino

Mega2560

Kecepatan

Voltmeter

Tachometer

Gambar 4.3 Langkah Pengujian Sensor Optocoupler

1. Motor dc dihubungkan dengan driver, arduino dan sensor optocoupler sesuai pada

Gambar 4.3.

2. Menghidupkan motor dan kemudian meningkatkan kecepatan motor secara bertahap

dengan mengatur nilai duty cycle dengan range 0 – 100%

3. Sensor optocoupler akan membaca nilai kecepatan motor yang akan ditampilkan pada

lcd.

4. Tachometer diletakkan pada poros motor untuk mengukur kecepatannya.

5. Mencatat hasil pembacaan sensor kecepatan dan tegangan pada voltmeter pada setiap

pengaturan nilai duty cycle dan kemudian membuat grafik perbandingan sensor

optocoupler dengan tachometer.

Hasil pengujian sensor optocoupler ditunjukkan pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Pengujian Sensor Optocoupler

Duty

Cycle (%)

Optocoupler

(rpm)

Tachometer

(rpm) Δx

0 0 0 0

10 27 28.2 1.2

20 69 70.1 1.1

30 105 105.8 0.8

40 147 146.8 0.2

Duty

Cycle (%)

Optocoupler

(rpm)

Tachometer

(rpm) Δx

50 183 183.3 0.3

60 219 219.5 0.5

70 255 254 1

80 297 297 0

90 327 327.6 0.6

100 369 369.4 0.4

Error rata-rata 0.55

Dari hasil pengujian maka didapatkan hasil seperti tabel diatas. Pengujian sensor dengan

duty cycle 0 – 100% dengan kenaikan 10% setiap data. Δx adalah selisih atau error

pembacaan dari sensor optocoupler dengan tachometer digital. Error rata-rata yang

didapatkan dari hasil pengujian adalah 0,55.

4.4 Pengujian Sensor Arus ACS 712

Pengujian sensor arus dilakukan untuk mengetahui nilai pembacaan sensor yang berupa

tegangan dan kemudian mengonversikannya menjadi arus.

4.4.1. Peralatan yang digunakan

Peralatan yang digunakan dalam pengujian sensor arus ACS 712 yaitu:

1. Arduino mega 2560

2. Voltmeter

3. Sensor arus ACS 712

4. Power supply dan driver motor

4.4.2. Langkah Pengujian Sensor Arus ACS712

Langkah pengujian sensor arus ACS712 ditunjukkan pada Gambar 4.4 berikut ini:

Power Supply

24VDriver Motor dc

Sensor Arus

ACS712

Arduino

Mega2560

Kecepatan

Voltmeter

Gambar 4.4 Langkah Pengujian Sensor Arus ACS712

1. Motor dc dihubungkan dengan driver, arduino dan sensor arus sesuai pada gambar 4.4.

2. Menghidupkan motor dan kemudian meningkatkan kecepatan motor secara bertahap

dengan mengatur nilai PWM (duty cycle 0 – 100%).

3. Keluaran dari sensor arus berupa tegangan yang akan dikonversikan menjadi arus.

4. Mencatat hasil pembacaan dari voltmeter pada keluaran sensor arus pada setiap

pengaturan nilai PWM dan kemudian mengkonversikan tegangan hasil baca menjadi

arus.

Hasil pengujian sensor arus ACS 712 ditunjukkan pada Tabel 4.4 berikut:

Tabel 4.4 Pengujian Sensor Arus ACS712

Duty

Cycle

(%)

Tegangan

Keluaran

Sensor (V)

Hasil Konversi

Tegangan ke

Arus (A)

0 0 0

10 2.565 0.65

20 2.575 0.75

30 2.58 0.8

40 2.58 0.8

50 2.585 0.85

60 2.585 0.85

70 2.585 0.85

80 2.59 0.9

90 2.59 0.9

100 2.59 0.9

Keluaran dari sensor ACS 712 masih berupa tegangan, oleh karena itu perlu

dikonversikan menjadi Arus dengan rumus: (Tegangan hasil baca sensor – 2,5) / 0,1, yang

sesuai dengan datasheet sensor ACS 712.

4.5 Pengujian Sistem Keseluruhan

Pengujian sistem keseluruhan dilakukan untuk mengetahui hasil dari penerapan

parameter kontroler PI pada sistem, dengan set point sebesar 150 rpm. Pengujian ini meliputi

pengujian sistem pada simulasi matlab, pengujian sistem pada conveyor, pengujian sistem

pada conveyor dengan diberi gangguan.

4.5.1 Pengujian Sistem Pada Simulasi Matlab

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah nilai parameter yang didapat sudah

sesuai dengan setpoint 150 rpm. Hasil pengujian ditunjukkan dalam Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Grafik respon sistem simulasi Matlab

Dari grafik yang ditunjukkan dalam Gambar 4.5 dapat disimpulkan bahwa sistem tidak

terdapat error steady state, terdapat overshoot sebesar 2,17%, dan ts sebesar 1,5 detik.

4.5.2 Pengujian Sistem Pada Conveyor

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah respon sistem yang didapat dalam

simulasi Matlab sama dengan respon yang didapat dari conveyor dengan nilai parameter

kontroler yang sama dan setpoint yang sama yaitu 150 rpm. Hasil pengujian ditunjukkan

dalam Gambar 4.6.

Gambar 4.6 Grafik respon sistem

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

Kec

epat

an (

rpm

)

Waktu (s)

Respon Kecepatan Motor

Motor DC

Set Point

Dari grafik respon sistem yang ditunjukkan dalam Gambar 4.6 dapat disimpulkan bahwa

sistem terdapat overshoot sebesar 10,47%, error steady state sistem adalah 0.121%, dan ts

(waktu kerja) sebesar 12,5 detik. Respon sistem yang dihasilkan tidak sama dengan respon

simulasi Matlab.

4.5.3 Pengujian Sistem Pada Conveyor dengan diberi Gangguan

Ketika sistem bergerak pada keadaan steady, diberikan gangguan berupa pemberian

beban pada conveyor dengan berat beban sebesar 2kg. Hasil dari pengujian respon kecepatan

dapat dilihat pada Gambar 4.7, dan respon arus ditunjukkan pada Gambar 4.8.

Gambar 4.7 Grafik respon kecepatan motor dc

Gambar 4.8 Grafik respon arus motor dc

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

Kec

epat

an (

rpm

)

Waktu (s)

Respon Kecepatan Motor

Motor DC

Set Point

0

1

2

3

4

5

6

7

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

Aru

s (A

)

Waktu (s)

Respon Arus Motor

Dari grafik respon kecepatan sistem yang ditunjukkan pada Gambar 4.7 dapat

disimpulkan ketika sistem diberi gangguan terjadi perlambatan dan recovery time respon

kecepatan adalah 4.46 detik. Motor mengalami lonjakan arus saat sistem diberi gangguan

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.8.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan data respon sistem yang diperoleh dari pengujian dengan mengunakan

sinyal PRBS didapatkan nilai fungsi alih F(s) =161.4

𝑠2+36.92𝑠+186 dengan best fit sebesar

94.24%. Berdasarkan respon sistem yang diperoleh dari pengujian dengan menggunakan

metode root locus didapatkan parameter PI dengan penguatan sebesar Kp1 = 2.8284, Ki1 =

8, Kp2 = 0.4823, Ki2 = 8. Berdasarkan hasil implementasi, dengan nilai set point 150 rpm

terdapat overshoot sebesar 10.47% dan nilai setting time 12.5 detik. Saat sistem

mendapatkan gangguan berupa pemberian beban pada konveyor dengan berat beban 2kg

terjadi perlambatan kecepatan dan recovery time respon kecepatan sistem kembali keadaan

steady state adalah 4.46 detik. Error steady state sistem = 0.121%.

5.2 Saran

Saran yang dapat diberikan untuk pengembangan selanjutnya adalah dengan

menggunakan kontroler selain PI, sensor yang lebih baik untuk hasil yang lebih presisi, dan

menggunakan motor dc dengan kecepatan yang lebih tinggi.

DAFTAR PUSTAKA

Bolton, W. (2004). Instrumentasi dan Sistem Kontrol (Judul asli: Instrumentation and Control

System). Jakarta: Erlangga.

Ogata, K. (1997). Teknik Kontrol Automatik. Jakarta: Erlangga.

Arif, M. Faishol. 2015. Sistem Kontrol Kecepatan Motor DC D-6759 Berbasis Arduino Mega

2560. Malang: Skripsi Teknik Elektro Universitas Universitas Brawijaya Malang.

Ikrom, H. 2008. Perancangan Kontroler PID-Kaskade Dengan Metode Root Locus Untuk

Kontrol Temperatur Dan Tekanan Pada Proses Evaporator. Laporan Skripsi, Teknik

Elektro Brawijaya.

Phillips, Charles L., H. Troy Nagle. 1995. Digital Control System Analysis and

Design.Engelwood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc.

Thomas, W. D. H., Prasetyo, Y. W. A. 2003. Analisis dan Desain Sistem Kontrol dengan

Matlab. Yogyakarta. Penerbit : Andi.