Gilang Eka Saputra 2411100020 Quadruple

8/12/2019 Gilang Eka Saputra 2411100020 Quadruple

1/30

LAPORAN RESMI

PRAKTIKUM SISTEM INSTRUMENTASI P2

QUADRUPLE

GILANG EKA SAPUTRA

NRP 2411.100.020

ASISTEN

EKO NUR WANDRIA

NRP 2410.100.061

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKA

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2014


2/30


3/30

i

LAPORAN RESMI

PRAKTIKUM SISTEM INSTRUMENTASI - P2

QUADRUPLE

GILANG EKA SAPUTRANRP 2411.100.080

ASISTEN

EKO NUR WANDRIA

NRP 2410.100.061

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKA

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2014


4/30

ii

ABSTRAK

Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui respon dariQuadruple tank jika parameter kendali diubah-ubah. Paranater

yang diubah-ubah disini adalah Kpmasing-masing sebesar 5, 10,

dan 15, dan Ti masing-masing sebesar 0,002, 0,003 dan 0,005.

Respon quadruple yang paling baik ketika nilai Kpdan Timasing-

masing sebesar 10 dan 0,005 yang memiliki maximum overshoot

yang kecil dan rise time yang kecil. Perubahan pada parameter

kendali akan mengakibatkan respon sistem yang berbeda, bahkanbisa membuat sistem menjadi tidak stabil.

Kata kunci: quadruple, respon, PID, rise time, maximum

overshoot


5/30


6/30

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah yang telah memberikankesempatan dengan rahmat dan hidayah-Nya sehingga laporan

resmi ini dapat diselesaikan sesuai dengan jadwal yang telah

ditentukan.

Laporan resmi ini merupakan salah satu persyaratan yang

harus dipenuhi setiap praktikan sebelum beranjak ke praktikum

berikutnya. Dengan terangkainya beberapa ilmu yang telah

didapatkan dan digunakan dalam laporan resmi ini diharapkan

untuk mampu mengaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari.

Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan banyak

terima kasih kepada :

1. Tuhan Yang Maha Esa yang selalu memberikan berkahdan rahmatnya sehingga laporan ini dapat diselesaikan

tepat waktu.

2. Kedua orang tua dan teman-teman yang telahmemberikan segala dukungan baik moril maupun materilserta perhatiannya.

3. Dosen pengajar mata kuliah Sistem Instrumentasi yangtelah membimbing dan memberikan ilmunya.

4. Asisten yang setia membimbing dan mendampingi darimulai praktikum hingga penyelesaian laporan resmi.

Dalam penyusunan laporan resmi ini tentunya masih jauh

dari sempurna baik menyangkut isi maupun bahasa yang

digunakan sehingga tidak menutup kemungkinan bagi penulisuntuk menerima kritik maupun saran yang membangun demi

kesempurnaan. Akhir kata, semoga laporan resmi ini dapat

bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi semua pihak pada

umumnya, semoga laporan ini dapat menambah ilmu pengetahuan

dan membuka wawasan bagi yang membacanya.

Penulis.


7/30

v

DAFTAR ISI

Halaman Judul .................................................................... iAbstrak ................................................................................. ii

Abstract.................................................................................. iii

Kata Pengantar..................................................................... iv

Daftar Isi .............................................................................. v

Daftar Tabel ......................................................................... vi

Daftar Grafik ........................................................................ vii

BAB I Pendahuluan ............................................................ 1

1.1 Latar Belakang ................................................................ 11.2 Rumusan Masalah ........................................................... 1

1.3 Tujuan ............................................................................. 1

1.4 Sistematika Laporan ........................................................ 2

BAB II Tinjauan Pustaka ................................................... 3

2.1 Pengendali PID ................................................................ 3

2.2 Penalaan PID ................................................................... 3

2.1.1 Metode ke-1 Ziegler-Nichols................................... 4

2.1.2 Metode ke-2 Ziegler -Nichols.................................. 5

BAB III Metodologi Percobaan ........................................... 7

3.1 Alat Praktikum ................................................................ 7

3.2 Prosedur Praktikum ......................................................... 7

BAB IV Analisis Data dan Pembahasan ............................ 11

4.1 Analisis Data ................................................................... 11

4.2 Pembahasan ..................................................................... 16

BAB V Kesimpulan dan Saran ........................................... 17

5.1 Kesimpulan ..................................................................... 17

5.2 Saran ............................................................................... 17Daftar Pustaka


8/30

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1Diagram blok pengendali PID ................................... 3Gambar 2.2Kurva respon sistem .................................................. 4

Gambar 2.3Karakteristik output suatu sistem denganpenambahan Kp ........................................................ 5

Gambar 3.1Konfigurasi DAQ 6009 .............................................. 7Gambar 3.2Konfigurasi Arduino .................................................. 8

Gambar 3.3Penentuan Set Point dan Tuning ................................. 8Gambar 3.4PenentuanNilaiTeganganpada DAQ ........................... 9

Gambar 4.1Respon quadruple dengan nilai Kc = 5, Ti = 0,002

dan SP = 25 ............................................................... 11Gambar 4.2Respon quadruple dengan nilai Kc = 5, Ti = 0,003

dan SP = 25 ............................................................... 11


dan SP = 25 ............................................................... 12


dan SP = 25 ............................................................... 12

Gambar 4.5Respon quadruple dengan nilai Kc = 10, Ti = 0,003dan SP = 25 ............................................................... 13




dan SP = 25 ............................................................... 14


dan SP = 25 ............................................................... 15


9/30

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1Penalaan Ziegler-Nichols metode ke-1 ........................... 4Tabel 2.2Penalaan Ziegler-Nichols metode ke-2 ........................... 6

Tabel 4.1Karakteristik dinamik hasil percobaan............................ 15


10/30


11/30

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar BelakangSejak revolusi industri diumumkan di Inggris, sistem control

mulai dikenalkan khususnya di dunia industri. Bahkan sekarang

ini sistem control sudah menjadi hal yang wajib diterapkan oleh

dunia industri. Saat ini, teknologi system pengendalian sangat

berkembang hingga yang rumit sekalipun. Salah satu contoh

system pengendalian yang rumit dengan ketidaklinieran tinggi

adalah sistem Quadruple Tank. Quadruple Tank merupakankombinasi empat buah tanki yang disusun bertingkat masing-

masing dua buah tangki di bawah dan dua tangki lain berada

diatasnya. Dengan menggunakan sistem control tertentu, kita

dapat mengendalikan system ini agar tercapai suatuset pointyang

diinginkan. Oleh karena itu, dengan mempelajari sistem control

dan wiring, kita dapat melakukan pengendalian level pada

Quadruple Tank.

1.2Rumusan MasalahBerdasarkan latar belakang masalah diatas, maka berikut ini

beberapa poin penting permasalahan mengenai Quadruple Tank.

a.Bagaimana praktikan dapat mengetahui masing-masingsistem control, wiring, dan system kerja monitoring

Quadruple Tank?

b.Bagaimana sistem simulasi yang dilakukan pada QuadrupleTank?

c.Bagaimana hasil respon yang baik dalam Quadruple Tank?1.3Tujuan

Menurut beberapa poin masalah yang telah dijabarkan pada

sub bab sebelumnya, maka praktikum Quadruple Tank ini

bertujuan agar praktikan mampu mencapai kompetensi berikut.

a.Mengetahui pengertian sistem control, wiring dan systemkerja dari Quadruple Tank.


12/30

2

b.Mengetahui cara kerja system simulasi yang dilakukan padaQuadruple Tank.

c.Mengetahui hasil respon yang baik dalam Quadruple Tank.1.4Sistematika Laporan

Dalam menyusun laporan tentang praktikum Quadruple

Tank ini, penyusun membagi laporan menjadi 5 bab. Bab I

Pendahuluan yang menjabarkan tentang latar belakang masalah,

perumusan masalah, tujuan praktikum dan sistematika penulisan

laporan. Bab II Dasar Teori mengemukakan dasar-dasar materi

yang dijadikan sebagai acuan pembelajaran dalam praktikumQuadruple Tank ini. Bab III Metodologi Penelitian menjabarkan

beberapa alat dan bahan yang dibutuhkan selama praktikum dan

langkah-langkah kerja pengambilan data. Sedangkan Bab IV

menjelaskan tentang analisis data dari hasil praktikum dan

pembahasan hasil analisis datanya. Bab V Penutup memuat

kesimpulan dan saran dari praktikum yang telah dilaksanakan.


13/30

3

BAB II

DASAR TEORI

2.1Pengendali PIDPengendali PID adalah sistem pengendali gabungan antara

pengendali proporsional, integral, dan turunan (derivative)[2].

Dalam waktu kontinyu, sinyal keluaran pengendali PID

dirumuskan sebagai:

dengan:

u(t) = sinyal output pengendali

Kp = konstanta proporsional

Ti = waktu integral

Ki = konstanta integral

Td = waktu turunan

Kd = konstanta turunan

Jadi, fungsi transfer pengendali PID dalam domain s dapat

dinyatakan sebagai berikut:

Diagram blok pengendali PID dapat dilihat pada gambar dibawah

ini.

Gambar 2.1Diagram Blok Pengendali PID [4]

2.2Penalaan PIDPenalaan pengendali PID (atau biasa disebut tuning PID)

adalah mencari nilai Kp, Ki, dan Kd yang pas agar didapatkan

respon yang baik. Ada beberapa metode yang dapat digunakan,


14/30

4

salah satunya adalah metode Ziegler-Nichols. Metode dasar

penalaan Ziegler-Nichols dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:

2.2.1 Metode ke-1 Ziegler-NicholsMetode ke-1 didasarkan pada respon plant terhadap

masukan tangga dalam kalang terbuka. Plant yang tidak

mempunyai integrator, menghasilkan kurva tanggapan terhadap

masukan tangga seperti kurva huruf S pada Gambar 2.2. Kurva

tanggapan plant digunakan untuk mencari waktu tunda L dan

konstanta waktu T.

Gambar 2.2Kurva Respon Sistem

Parameter-parameter yang didapat dari kurva reaksi

digunakan untuk menentukan parameter- parameter pengendali

PID berdasarkan tetapan empiris Zielger-Nichols. Rumus-rumus

untuk parameter pengendali menggunakan metode kurva reaksi

ditabelkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1Penalaan Ziegler-Nichols Metode ke-1 [3]


15/30

5

2.2.2 Metode ke-2 Ziegler-NicholsPada metode ke-2, penalaan dilakukan dalam loop tertutup

dimana masukan referensi yang digunakan adalah fungsi tangga

(step). Pengendali pada metode ini hanya pengendali

proporsional. Kp, dinaikkan dari 0 hingga nilai kritis Kp,

sehingga diperoleh keluaran yang terus-menerus berosilasi

dengan amplitudo yang sama. Nilai kritis Kp ini disebut sebagai

ultimated gain.

Tanggapan keluaran yang dihasilkan pada 3 kondisi

penguatan proporsional ditunjukkan pada Gambar 2.3. Sistem

dapat berosilasi dengan stabil pada saat Kp= Ku.

Gambar 2.3Karakteristik output suatu sistem dengan

penambahan Kp[4]

Nilai ultimated period, Tu, diperoleh setelah keluaran sistemmencapai kondisi yang terus- menerus berosilasi. Nilai perioda

dasar, Tu, dan penguatan dasar, Ku, digunakan untuk menentukan

konstanta-konstanta pengendali sesuai dengan tetapan empiris

Ziegler-Nichols pada Tabel 2.2.


16/30

6

Tabel 2.2Penalaan Ziegler-Nichols Metode Ke-2[3]


17/30

7

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat Praktikum

Peralatan yang digunakan dalam praktikum ini adalah

sebagai berikut:

LABVIEW 2012, MATLAB R2009a,Ni DAQ 6009, Modul Quadruple.

3.2 Prosedur Praktikum

Beberapa tahapan yang dilakukan pada praktikum ini adalah

sebagai berikut:

a.Melakukan konfigurasi DAQ 6009 sesuai dengan port-portnya,

Gambar 3.1 Konfigurasi DAQ 6009

b.Melakukan konfigurasi Arduino sesuai dengan port-portnya,


18/30

8

Gambar 3.2 Konfigurasi Arduino

c.Menghubungkan wiring dari konfigurasi di atas sesuai denganport-portnya,

d.Melakukan konfigurasi pada LABVIEW 2012,

Gambar 3.3 Penentuan Set Point dan Tuning


19/30

9

Gambar 3.4 PenentuanNilaiTeganganpada DAQ

e.Mengulang langkah d sebanyak 3 kali percobaan denganmengatur tuning hingga mendapatkan respon yang baik dan

error yang kecil dan menganalisa hasil respon tersebut.[1]


20/30

10

Halaman ini memang dikosongkan


21/30

11

BAB IV

ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1Analisis Dataa. Hasil grafik untuk nilai Kc = 5, Ti = 0,002, SP = 25

Gambar 4.1 Diagram Amplitudo-Time untuk nilai Kc = 5,

Ti = 0,002, SP = 25

b. Hasil grafik untuk nilai Kc = 5, Ti = 0,003, SP = 25


Ti = 0,003, SP = 25


22/30

12

c. Hasil grafik untuk nilai Kc = 5, Ti = 0,005, SP = 25


Ti = 0,005, SP = 25

d. Hasil grafik untuk nilai Kc = 10, Ti = 0,002, SP = 25

Gambar 4.4Diagram Amplitudo-Time untuk nilai Kc =

10, Ti = 0,002, SP = 25


23/30

13

e. Hasil grafik untuk nilai Kc = 10, Ti = 0,003, SP = 25

Gambar 4.5Diagram Amplitudo-Time untuk nilai Kc = 10,

Ti = 0,003, SP = 25

f. Hasil grafik untuk nilai Kc = 10, Ti = 0,005, SP = 25


Ti = 0,005, SP = 25


24/30

14

g. Hasil grafik untuk nilai Kc = 15, Ti = 0,002, SP = 25


Ti = 0,002, SP = 25

h. Hasil grafik untuk nilai Kc = 15, Ti = 0,003, SP = 25


Ti = 0,003, SP = 25


25/30

15

i. Hasil grafik untuk nilai Kc = 15, Ti = 0,005, SP = 25


Ti = 0,005, SP = 25

Berdasarkan data respon yang telah didapat, karakteristik

dinamik masing-masing percobaan di atas adalah sebagai berikut :

Tabel 4.1Karakteristik dinamik hasil percobaanPercobaan

ke-

Rise

Time

(tr)

Delay

time

(td)

Peak

Time

(tp)

Percent

Maximum

Overshoot

(Mp)

Settling

Time (ts)

1 25 14 40 32% >300

2 21 18 35 20% >300

3 5 < 5 10 12% >3004 ~ 5 ~ 0 10 180% >300

5 20 2 35 12% >300

6 15 ~5 21 16% >300

7 5 300

8 5 300

9 5


26/30

16

4.2PembahasanPada praktikum kali ini, telah dicoba bagaiana respon sistem

quadruple dengan parameter-parameter tertentu. Pada percobaanketiga dan kedelapan, didapatkan kinerja dari sistem mengalami

keadaan yang tidak stabil. Rata-rata settling time dari tiap

percobaan memerlukan lebih dari 300 sekon (5menit). Pada

percobaan keempat, respon tangki 1 mempunyai settling time

lebih dari 300 detik, namun pada tangki 2, settling time kurang

dari tersebut.

Sistem bisa menjadi tidak stabil dikarenakan jika parameter

P dan I berubah, maka fungsi transfer pada sistem juga ikutberubah. Hal ini menyebabkan penyebut dari fungsi transfer juga

berubah. Menurut kriteria Routh, jika persamaan karakteristik

dari sebuah persamaan tersebut bisa menjadi tidak stabil,

dikarenakan adanya perubahan tanda dari persamaan

karakteristik.

Dari sembilan percobaan yang telah dilakukan, didapatkan

bahwa respon pada tangki 1 dan tangki 2 yang paling baik adalah

percobaan keenam. Delay time, dan rise time yang relative kecil

dan maximum overshoot yang kecil. Jika ditinjau dari settlingtime, maka percobaan yang terakhirlah yang paling bagus.


27/30

17

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisa data percobaan Quadruple Tank dapat

diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

a.Sistem kontrol, wiringdan sistem kerja dari Quadruple Tankbertujuan untuk menjaga ketinggian air pada tangki 1 dan 2

dengan input gangguan yang berasal dari tangki 4 dan

interaksi dari keempat tangki tersebut.

b.Cara kerja sistem simulasi yang dilakukan pada QuadrupleTank adalah dengan melakukan konfigurasi DAQ 6009 dan

Arduino terlebih dahulu, kemudian menghubungkan wiring

dan konfigurasi tersebut sesuai dengan port-port yang ada.

c.Respon yang baik dalam Quadruple Tank adalah percobaanke-6 dengan nilai Kc = 10, Ti = 0,005, SP = 25, karena

memiliki delay time yang kecil, serta maximum overshoot

yang tidak terlalu tinggi.

5.2 SaranSaran yang dapat diberikan untuk praktikum selanjutnya

adalah ketika membandingkan grafik hasil respon sebaiknya

dengan simulasi Matlab, sehingga praktikan dapat mengetahui

bagaimana parameter yang baik untuk mendapatkan respon yang

baik juga.


28/30

18

Halaman ini memang dikosongkan


29/30

19

DAFTAR PUSTAKA

[1] Asisten Laboratorium Instrumentasi, Modul Praktikum Sistem

Instrumentasi, Quadruple. 2014

[2] Ogata, Katsuhiko.Modern Control Engineering Third Edition.

Prentice Hall-InternationalInc. 1997

[3] W. Bolton. Sistem Instrumentasi dan Sistem Kontrol.

Erlangga. 2006

[4] Wijaya, Eka Candra. Auto Tuning PID Berbasis Metode

Osilasi Ziegler-Nichols Menggunakan Mikrokontroller

AT89S52 pada Pengendalian Suhu. Jurusan Teknik Elektro,

Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. 2005


30/30

ii

Gilang Eka Saputra 2411100020 Quadruple

Documents

Transcript of Gilang Eka Saputra 2411100020 Quadruple