teknik pengaturan 2

25
PEMODELAN PADA DOMAIN FREKUENSI

Upload: muhammad-dienullah

Post on 08-Feb-2016

58 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Teknik Pengaturan 2

PEMODELAN PADA DOMAIN FREKUENSI

Page 2: Teknik Pengaturan 2

Pada bagian ini kita akan : Mengulang kembali transformasi Laplace Mempelajari bagaimana menemukan model

matematis, yang disebut fungsi alih (transfer function) untuk sistem listrik, mekanika dan elektromekanika yang linier dan waktu tidak berubah (time invariant)

Mempelajari bagaimana melinierkan sebuah sistem non-linier untuk menemukan fungsi alihnya

TUJUAN

Page 3: Teknik Pengaturan 2

• Sebuah sistem pengaturan loop tertutup menggunakan sebuah pengukuran keluaran dan mengumpankan mundur sinyal ini untuk membendingkannya dengan masukan yang diinginkan (reference or command)

Gambar :Block diagram representation of a system;and an interconnection of subsystems

Page 4: Teknik Pengaturan 2

Proses perancangan sebuah sistem pengaturan :

Page 5: Teknik Pengaturan 2

Overview• Persamaan Differensial yang diperoleh dari

pemodelan matematik suatu sistem mewakili proses dinamik dari sistem tersebut dimana responsenya akan bergantung pada masukannya

• Solusi dari persamaan differensial terdiri dari solusi steady state (didapat jika semua kondisi awal nol) dan solusi transien (mewakili pengaruh dari kondisi awal).

• Transformasi Laplace merupakan salah satu tools yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan differensial.

Page 6: Teknik Pengaturan 2

Overview

• Transformasi Laplace mengkonversikan persamaan differensial (dalam domain t) kedalam persamaan aljabar dalam domain s.

• Memungkinkan memanipulasi persamaan aljabar dengan aturan sederhana untuk menghasilkan solusi dalam domain s.

• Solusi dalam domain t dapat diperoleh dengan melakukan operasi inverse transformasi Laplace

Page 7: Teknik Pengaturan 2

Persamaan Diferensial FormalPertimbangkan persamaan diferensial biasa coefisien

tetap orde n (Constant Coefficient Ordinary differential Equation, CCODF)

Page 8: Teknik Pengaturan 2

Using Convolution Integral

Page 9: Teknik Pengaturan 2

Menggunakan Transformasi Laplace

Page 10: Teknik Pengaturan 2
Page 11: Teknik Pengaturan 2

TRANSFORMASI LAPLACE - DEFINISI

Fungsi f(t) haruslah real dan kontinyu sepanjang interval waktu yang akan dievaluasi, jika tidak transformasi Laplace tidak dapat digunakan.

Page 12: Teknik Pengaturan 2

INVERS TRANSFORMASI LAPLACE - DEFINISI

Page 13: Teknik Pengaturan 2

Teorema Transformasi Laplace

Linieritas sFsFtftfL

saFtafL

2121

dt

dffsFsdt

tfdL

fssFdt

tdfL

00

0

22

2

dt

s

f

ssFdttfL

0

ssFtfst

limlim0

ssFtfst 0limlim

sFetfL s

• Differensiasi

• Integrasi

• Nilai awal

• Nilai akhir

• Pergeseran waktu

Page 14: Teknik Pengaturan 2

Contoh:Solusi Persamaan Differensial

s

sYyssYysysYs 15)(2)0(33)0´(02

tftydt

tdydt

tyd 5232

2

)23(5)(

5)()23(

5)(2332

2

2

22

2

ssssssY

sssYssss

sYssYssYs

Diberikan persamaan differensial sbb:

Dimana f(t) adalah fungsi unit step dengan kondisi awal y(0)=-1 dan y´(0)=2. Transformasi Laplace menghasilkan:

Fungsi unit step dari tabel transformasi

Laplace

Menggunakan teorema differensiasi transformasi Laplace

Solusi dalam domain t diperoleh dengan invers transformasi

Laplace

Page 15: Teknik Pengaturan 2

)2)(1(5

)23(5)(

2

2

2

sssss

ssssssY

23

)1(5)]()2[(

5)2(

5)]()1[(

25

)2)(1(5)]([

2

2

2

1

2

0

sssssYsC

sssssYsB

ssssssYA

s

s

s

)2)(1(5

)2()1()(

2

sssss

sC

sB

sAsY

Invers transformasi Laplace dilakukan dengan memanipulasi penyebut (denumerator) dalam fungsi Y(s) kedalam akar-akarnya:

Ekpansi dalam pecahan parsial,

Dimana A, B dan C adalah koefisien

Page 16: Teknik Pengaturan 2

Persamaan Y(s) dalam bentuk pecahan parsial menjadi

)2(23

)1(5

25)(

ssssY

Dengan invers transformasi Laplace (di dapat dari tabel), persamaan dalam domain waktu y(t) menjadi

tt eety 2

235

25)(

Dengan t≥0

)(tuxeas

x at

Page 17: Teknik Pengaturan 2

Contoh 2 :

)()22()(

: didapat laplace, tabel pada mengacu Dengan)2(

2)1(

2)(

: Menjadi Persamaan

2 )1(

)2()1(

2

K menemukanuntuk

2 )2(

)1()2(

2

menemukanuntuk )2()1()2)(1(

2)(

)2)(1(2)(

2

22

21

2

1-1s

21

1

21

tueetf

sssF

KKs

Kss

Ks

KsKs

KsK

sK

sssF

sssF

tt

s

Page 18: Teknik Pengaturan 2

)()222()(

: didapat laplace, tabel pada mengacu Dengan)2(

2)2(

2)1(

2)2)(1(

2)(

: Menjadi Persamaan

2K )1()2(

)1(2

s ke atas di persamaan sikandiferensia K menemukanuntuk

2K )2()1(

)2()1(

2

2)(s dg mengalikan dengan dilakukan K Mencari

berbeda real dengan sama caranya ,2 menemukanuntuk )2()2()1()2)(1(

2)(

)2)(1(2)(

22

22

32

3122

3

22

321

12

22

1

22

212

2

tueteetf

ssssssF

KKs

sss

KsKsKs

s

KsK

sK

sK

sssF

sssF

ttt

s

s

Page 19: Teknik Pengaturan 2

1. Transformasi persamaan differensial ke dalam domain s dengan transformasi Laplace menggunakan tabel transformasi Laplace.

2. Manipulasi persamaan aljabar yang telah ditransformasikan untuk mendapatkan variabel outputnya.

3. Lakukan ekspansi pecahan parsial terhadap persamaan aljabar pada langkah 2.

4. Lakukan invers transformasi Laplace dengan tabel transformasi Laplace untuk mendapatkan solusi dalam domain t.

Prosedur Solusi pers. Differensial dengan:

Transformasi Laplace

Page 20: Teknik Pengaturan 2

Ekspansi Pecahan Parsial:Review

Transformasi Laplace dari suatu persamaan differensial f(t) lazimnya diberikan dalam bentuk:

)()()(

sDsNsF

))...()(()()(

21 NpspspssNsF

• Bentuk ekspansi pecahan parsial dari F(s) bergantung pada akar-akar persamaan karakteristiknya (denumerator).– Kasus 1: Persamaan karakteristik hanya memiliki akar real dan tidak sama

N(s) adalah numerator (pembilang) dalam s, D(s)

denumerator (penyebut) dalam s

Dalam kasus tersebut pecahan parsialnya dapat dituliskan dalam bentuk:

)(...

)()()(

2

2

1

1

N

N

psK

psK

psKsF

Ki (i=1,…,N) adalah

konstanta yang harus dicari

Page 21: Teknik Pengaturan 2

Ekspansi Pecahan Parsial:Review

))...()()...()(()()]()[(

1121 Niiiiiii

issii pspspspsps

sNsFpsKi

Konstanta K dicari dengan persamaan berikut:

Kasus 2: Persamaan karakteristik hanya memiliki akar real dan berulang

))...(()()()(21 N

r pspspssNsF

)(...

)(

)(...

)()()(

2

1

11

1

2

1

1

n

Nrrrr ps

Kps

Kps

Kps

Kps

KsF

Kalikan F(s) dengan (s+p1)r

)()(...

)()()(...)()(

))...(()()()(

)()()(

1

2

11113

21211

21

1

1

n

rn

rr

rr

nr

r

r

pspsK

pspsKKpsKpsKpsK

pspspssNps

sFpssF

Page 22: Teknik Pengaturan 2

Ekspansi Pecahan Parsial:Review

Mnnnnnn sssssssNsF

)2...()2()2()()( 22

222

122

• Kasus 3: Persamaan karakteristik hanya memiliki akar kompleks

Dalam kasus tersebut pecahan parsialnya dapat dituliskan dalam bentuk:

Mnn

MM

nnnn ssBsA

ssBsA

ssBsAsF

)2(...

)2()2()( 22

222

22

122

11

Jika persamaan karakteristik hanya memiliki M pasangan complex-conjugate, F(s) dapat dituliskan sbb:

Dimana Ai dan Bi konstanta yang dicari dengan menyamakan pangkat dalam s

1!0;,....,2,1)()!1(

1

1

11

1

rids

sFdi

Kps

i

i

i

Secara umum, untuk mencari K sampai Kr

Page 23: Teknik Pengaturan 2

Ekspansi Pecahan Parsial:Review

MnnnnnnN sssssssssssssNsF

)2...()2()2)()...()(()()( 22

222

122

21

• Kasus 4: Persamaan karakteristik memiliki akar real, tidak sama dan kompleks

Dalam kasus tersebut pecahan parsialnya dapat dituliskan dalam bentuk:

Mnn

MM

nnnn

N

N

ssBsA

ssBsA

ssBsA

ssK

ssK

ssKsF

)2(...

)2()2(

)(...

)()()(

222

2222

122

11

2

2

1

1

Page 24: Teknik Pengaturan 2

Ekspansi Pecahan Parsial:dengan software MatLab

Fungsi transfer, F(s)=N(s)/D(s):

)()(

)(...)2(

)2()1(

)1()()( sk

npsnr

psr

psr

sDsN

0,......

)()(

011

1

011

1

mn

nn

nn

mm

mm

baasasasabsbsbsb

dennum

sDsN

• Ekspansi pecahan parsialnya adalah

]...[]...[

01

01

aaadenbbbnum

nn

mm

• Dalam MatLab numerator (pembilang), num dan denumerator (penyebut), den dituliskan dalam bentuk vektor baris yang dinyatakan dengan koefisiennya

k(s) adalah direct term

• Perintah>>[r,p,k]=residue(num,den)

Perintah ini akan mencari residu, poles dan direct term

dari ekspansi pecahan parsial N(s)/D(s)

Page 25: Teknik Pengaturan 2

Contoh

13332

)()(

23

2

sss

sssDsN

• Dengan menggunakan MatLab, tentukan ekspansi pecahan parsial dari fungsi transfer berikut:

Solusi dengan MatLab:>>num=[1 2 3];>>den=[1 3 3 1];>>[r,p,k]=residue(num,den)

Ekspansi pecahan parsialnya:

r = 1.0000 0.0000 2.0000

p = -1.0000 -1.0000 -1.0000

k = []