LAPORAN AKHIR SISTEM KENDALI DIGITAL

“Sistem Kendali Suhu”

Laporan ini disusun sebagai syarat untuk memenuhi salah satu mata kuliah

Sistem Kendali Digital

PROGRAM STUDI DIII – TEKNIK ELEKTRONIKA

Jurusan Teknik Elektro

Politeknik Negeri Bandung

Oleh

Aditya Rizkyana Rachman

131311065

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2015

i

ABSTRAKSI

Sistem pemanas memegang peranan penting dalan dunia industri maupun

kehidupan sehari-hari, pada dunia industri sangat umum menggunakan sistem

pemanas baik itu sitem pemanas untuk tangki, maupun ruangan. Maka untuk

mengatasi permasalahan tersebut dapat digunakan sistem kendali suhu dimana

kita bisa mengendalikan suhu sesuai dengan yang diinginkan tanpa perlu kita

lakukan secara manual, selain itu output yang diberikan dari sistem kendali suhu

jauh lebih akurat dan bisa meminimalisir error, sehingga dapat dipastikan suhu

akan sesuai dengan apa yang kita inginkan. Metoda yang digunakan pada sistem

kendali suhu ini dibagi menjadi dua bagian dimana kita perlu melakukan desain

terlebih dahulu, untuk desain kendali dengan plant berupa mengendalikan suhu

maka ada dua metoda desain yaitu Ziegler-Nichols tipe 1 dan Cohen Coon.

Tahapan selanjutnya kita merealisasikan kealat yang akan kita kontrol jika output

yang diinginkan kurang sesuai maka kita dapat melakukan tuning manual pada

PID control untuk mempresisikan hasil output yang kita inginkan, hasilnya adalah

plant pemanas yang kita kendalikan akan bekerja secara terkontrol dimana saat

akan melewati batas atas pemanas akan mati dan begitu pula saat akan melewati

batas bawah pemanas akan menyala sampai akhirnya kita akan mendapatkan suhu

yang sesuai dengan yang kita inginkan yaitu dalam keadaan stedy state. Praktikum

pengontrolan ini sangat penting bagi kita khususnya saya ketika terjun dalam

dunia industri karena kita hanya dengan melakukan sekali desain dan mencocokan

dengan plant yang akan kita kontrol maka kita bisa mengontrolnya secara

otomatis tanpa perlu dilakukan secara manual.

Kata kunci : Sistem kendali suhu, Ziegler-Nichols tipe 1, Cohen Coon, error, PID

control, stedy state, plant.

ii

ABSTRACT

Heating systems play an important thing in industry and everyday life, in

the industrial world is very common to use either the heating system for the tank

heating system, as well as the room. So to solve these problems can be used

control system where we can control the temperature according to the desired

temperature without the need to do it manually, in addition to the output of the

system is much more accurate temperature control and can minimize errors,

ensuring the temperature will be in accordance with what we want. The method

used in the temperature control system is divided into two parts where we need to

design in advance, for control of the plant design in the form of controlling the

temperature then there are two methods of design that Ziegler-Nichols type 1 and

Cohen Coon. for next stage we realize that we will control if the desired output is

less fit then we can perform manual tuning PID control to precissing output

results that we want, the result is that we control the heating plant will work in a

controlled manner in which the current will pass through the upper limit of

heating will turn off and so is the current will pass through the lower limit of the

heater will turn on until eventually we'll get the temperature in accordance with

what we want is in a state of stedy state. Practicum control is very important for

us, especially me when entering the world of industry because we simply do once

the design and match the plant which we will control then we can control it

automatically without the need to be done manually.

Keywords: temperature control system, Ziegler-Nichols type 1, Cohen Coon,

error, PID control, stedy state, plant.

iii

Kata pengantar

Puji syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan

rahmat dan karunia Allah SWT saya dapat menyelesaikan laporan akhir

praktikum Sistem Kendali Digital yang berjudul “ Sistem Kendali Suhu”.

Ucapan terimakasih saya ucapkan kepada :

1. Orang tua dan keluarga yang telah memberikan dukungan berupa

moril dan materil.

2. Bapak Feriyonika,S.T.,M.sc.Eng. selaku Dosen mata kuliah Sistem

Kendali Digital yang telah memberikan pengajaran dan pengarahan

kepada saya khususnya umumnya kepada mahasiswa DIII Teknik

elektronika Politeknik Negeri Bandung.

3. Rekan-rekan EC-2B 2013 yang sama-sama berjuang dan saling

memberikan dukungan dan semangat selama praktikum serta

penulisan laporan akhir ini.

4. Seluruh pihak yang membantu dan mendukung yang tidak dapat

disebutkan satu persatu.

Saya sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka

menambah wawasan serta pengetahuan kita mengenai Sistem Kendali Digital,

Sistem Kendali Suhu, Bagaimana cara mendisain dan menerapkan pada plant

kendali. Saya menyadari sepenuhnya bahwa di dalam laporan akhir ini terdapat

kekurangan dan jauh dari kata sempurna. Oleh sebab itu , kami berharap adanya

kritik, saran dan usulan demi perbaikan laporan akhir yang telah saya buat di masa

yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa saran yang

membangun.

Semoga laporan akhir yang sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun

yang membacanya. Sekiranya laporan akhir yang telah disusun ini dapat berguna

bagi saya sendiri maupun orang yang membacanya. Sebelumnya saya mohon

maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan dan saya

memohon kritik dan saran yang membangun demi perbaikan di masa depan.

Bandung, 6 juli 2015

Penyusun

iv

DAFTAR ISI

ABSTRAK ............................................................................................................................. i

KATA PENGANTAR ........................................................................................................ iii

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... .iv

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................ v

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

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

1.1 Aplikasi sistem kendali .................................................................................................... 1

1.2 Plant Temperature ........................................................................................................... 2

BAB II ................................................................................................................................... 4

2.1 Sistem kontrol .................................................................................................................. 4

2.3 PID (Proportional – Integrative – Derivative) ................................................................. 5

2.3.1. Kontrol Proporsional .................................................................................................... 5

2.3.2. Kontrol Integratif ........................................................................................................ 6

2.3.3. Kontol Derivatif ........................................................................................................... 7

2.4 Manual Tuning ................................................................................................................. 8

2.5 Ziegler Nichols tipe 1 ..................................................................................................... 10

2.6 Ziegler Nichols tipe 2 ..................................................................................................... 11

2.7 Cohen dan Coon ............................................................................................................ 12

2.6 Arduino Uno .................................................................................................................. 13

2.7 Temperatur .................................................................................................................... 14

BAB III ................................................................................................................................ 16

3.1. Deskripsi Alat ............................................................................................................... 16

3.2. Perancangan Alat .......................................................................................................... 18

3.2.1. Ziegler-Nichols Tipe 1 ............................................................................................... 18

3.2.2. Ziegler-Nichols Tipe 2 ............................................................................................... 19

3.2.3. Cohen dan Coon ......................................................................................................... 21

3.2.4. Script Matlab .............................................................................................................. 22

3.2.5. Stand alone control ..................................................................................................... 23

BAB IV ................................................................................................................................ 24

4.1. Ziegler-Nichols Tipe1 ................................................................................................... 24

4.2. Ziegler-Nichols Tipe2 ................................................................................................... 26

4.3. Cohen dan Coon ............................................................................................................ 28

4.4. Script Matlab ................................................................................................................. 30

4.5. Stand alone control ....................................................................................................... 33

BAB V .................................................................................................................................. 40

5.1. SIMPULAN .................................................................................................................. 40

5.2. SARAN ......................................................................................................................... 40

5.3. DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 41

v

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1. Closed loop with feedback................................................................ ............. 8

Gambar II.2. Grafik mencari nilai T dan L .......................................................................... 9

Gambar II.3. Open loop............................................................................. ........................ 10

Gambar II.4. Close loop ..................................................................................................... 11

Gambar II.5. Arduino Uno............................................................................. .................... 13

Gambar II.6. Metoda pemuaian............................................................................ ............. 14

Gambar II.7 Metoda elektrik.............................................................................. ................ 15

Gambar III.1. Sistem Kendali Suhu ................................................................................... 16

Gambar III.2. Sistem kendali dengan Zigler-Nichols tipe-1 ............................................. 18

Gambar III.3. Simulink matlab Zigler-Nichols tipe-1 ....................................................... 18

Gambar III.4. ZN1design pencarian nilai L dan T............................................................. 19

Gambar III.5. Sistem kendali Suhu dengan Zigler-Nichols tipe-2 .................................... 19

Gambar III.6. Simulink Matlab Zigler-Nichols tipe-2 ....................................................... 20

Gambar III.7. Sinyal respon natural ................................................................................... 20

Gambar III.8. Simulink awal Cohen dan Coon ................................................................. 21

Gambar III.9. Proses pencarian nilai Gp,τd dan τ .............................................................. 21

Gambar III.10.Sistem kendalin dengan Script Matlab....................................................... 22

Gambar III.11. Flowchart Script Matlab............................................................................ 22

Gambar III.12. Sistem kendali suhu dengan Stand alone control ...................................... 23

Gambar III.13. Flowchart pada Stand alone control .......................................................... 23

Gambar IV.1. simulink untuk proses tuning manual.......................................................... 25

Gambar IV.2. Gambar sinyal respon .................................................................................. 25

Gambar IV.3 Sinyal respon pada saat di beri gangguan ................................................... 26

Gambar IV.4 Gambar sinyal respon .................................................................................. 27

Gambar IV.5 Diagram blok lanjutan .................................................................................. 28

Gambar IV.6. Respon hasil disain dengan Cohen dan Coon ............................................. 29

Gambar IV.7. Sinyal Respon pada Script Matlab ............................................................. 32

Gambar IV.8. Sinyal Respon dengan menggunakan gangguan ......................................... 32

Gambar IV.9. Hasil respon stand alone control ................................................................. 39

vi

DAFTAR TABEL

Tabel II.1.Tabel Ziegler-Nichols .......................................................................................... 9

Tabel II. 2. Karakterisrik Kp, Ki, dan Kd ........................................................................... 10

Tabel II. 3. Perhitungan Cohen dan Coon ........................................................................... 12

Tabel IV.1. ZN1 Waktu Matlab ........................................................................................ 24

Tabel IV.2. ZN1 Waktu Nyata ............................................................................................ 24

Tabel IV.3. ZN2Waktu Matlab ........................................................................................... 26

Tabel IV.4. ZN2 Waktu Nyata ............................................................................................ 27

Tabel IV.5. CC Waktu Matlab ............................................................................................ 28

Tabel IV.6. CC Waktu Nyata .............................................................................................. 28

1

BAB I

PENDAHULUAN

Contoh dari pengaplikasian sistem kendali suhu yaitu pada pabrik III PT

Petrokimia Gresik dimana dijumpai heater yang berfungsi untuk memanaskan

asam fosfat yang selanjutnya akan diuapkan pada vaporizer untuk mengurangi

kadar air yang terkandung. Sistem heater memiliki 2 buah masukan, yaitu asam

fosfat dan steam. Laju aliran dan suhu steam dikendalikan oleh pengendali PID, 3

sedangkan masukan berupa asam fosfat diasumsikan sebagai disturbance atau

beban karena besarnya berubah-ubah sesuai dengan jumlah produksi yang

diinginkan. Hanya ada satu variabel yang dikendalikan pada heater, yaitu suhu

asam fosfat yang menjadi keluaran dari heater. Pengendalian suhu ini dapat

dilakukan dengan cara memanipulasi laju aliran dan suhu steam. Karena peran

heater yang cukup penting dalam tahap konsentrasi tersebut, maka perancangan

simulator virtual DCS Centum CS3000 Yokogawa pada tugas akhir ini ditujukan

untuk mengendalikan suhu heater E2501 di Unit PA Pabrik III PT Petrokimia

Gresik.( Karjono, 2006) .[1]

Suhu ruangan perlu dikendalikan dan terjaga untuk keperluan khusus

seperti ruangan penyimpanan darah, ruang perawatan bayi dan sebagainya. Salah

satu sistem kendali yang banyak digunakan di industri adalah pengontrolan PID

(Proportional Integral Derivatif). Kendali PID merupakan gabungan dari ketiga

macam metode kendali, yaitu pengendali proporsional (Proportional Controller),

pengendali integral (Integral Controller), dan pengendali turunan (Derivative

Controller). Ketiga parameter P,I, dan D tersebut masing-masing memiliki aksi

berbeda terhadap respon sistem dan dipengaruhi oleh konstanta-konstanta

pengendalinya (Kp, Ki, dan Kd). ( Ferdinando, 2011).[2]

Pada era modern ini dunia industri telah melakukan berbagai

perkembangan salah satunya pada bidang kontrol sistem yang bertujuan untuk

lebih mengembangkan teknologi ke arah penciptaan suatu alat yang yang lebih

cepat, akurat, serta modern sehingga mampu meningkatkan kualitas dan kuantitas

hasil produksi. Dengan demikian diharapkan mampu meningkatkan kualitas

sumber daya manusia yang ada untuk dapat mengembangkan teknologi-teknologi

2

modern yang hasilnya dapat diterapkan di industri-industri yang ada di Indonesia.

Suatu alat pengendalian otomatis ini sangat banyak digunakan dalam dunia

industri, dengan perkembangan teknologi semakin pesat, peran penggunaan

pengendalian otomatis sangat penting. Hal ini dikarenakan pengendalian otomatis

erat sekali hubungannya dengan effisiensi waktu, tenaga kerja, hemat energi,

ramah lingkungan dan kualitas produk yang tinggi.

Metoda sistem kendali yang umum digunakan pada dunia industri adalah

dengan menggunakan pengendalian PID(Proportional Integral Derivatif).

Kendali PID merupakan gabungan dari ketiga macam Kendali PID metode

kendali, yaitu pengendali proporsional (proportional controller), pengendali

integral (integral controller), dan pengendali turunan (derivative controller).

Ketiga parameter P,I, dan D tersebut masing-masing memiliki aksi berbeda

terhadap respon sistem dan dipengaruhi oleh konstanta-konstanta pengendalinya

(Kp, Ki, dan Kd). Sampai saat ini, perancang sistem kendali masih mendapatkan

kesulitan dalam mengatur parameter-parameter PID karena bersifat independen.

Jika salah satu nilai konstanta diubah, mungkin sistem tidak akan bereaksi seperti

yang diinginkan. Ketiga parameter tersebut juga tidak dapat berdiri sendiri karena

dapat mengakibatkan hasil yang dicapai kurang baik karena masing-masing

memiliki kelemahan dan kelebihannya sendiri-sendiri. Itu sebabnya, pemilihan

konstanta yang tepat dari kombinasi ketiga sistem kendali tersebut diharapkan

dapat mengeliminasi kelemahan masing-masing dan mampu memberikan

kontribusi dari kelebihan ketiga parameter tersebut. Kelebihan kendali PID

dibandingkan pengendali otomatis yang lain adalah kendali PID dapat

mempercepat reaksi sistem, menghilangkan offset atau menstabilkan sinyal yang

diperoleh, mendapatkan energi ekstra pada awal-awal perubahan load, dapat

mengontrol dan mempertahankan suhu ruangan pada kondisi yang diinginkan

secara tetap dan real-time sedangkan pengontrol jenis lain yakni tidak dapat

mengontrol dan mempertahankan suhu ruangan pada kondisi yang diinginkan

secara tetap dan real-time.

3

Pada praktikum Sistem Kendali Digital yang telah dilakukan , teknik

kendali yang diterapkan adalah teknik kendali PID yang mengacu pengendali

temperatur pada suatu plant menggunakan Arduino Uno sebagai pusat pengolah

dan pengendali data-data masukan dan keluaran. Pengendali PID diinginkan untuk

dapat diaplikasikan sehingga suatu temperatur khusus yang telah dipilih dapat

dipertahankan nilainya. Penggunaan Arduino Uno pada praktikum ini dapat

menjadi komputer kecil yang dapat menjadi pengolah dan pengendali data serta

program terkait aplikasi sistem kendali PID dengan biaya yang lebih murah,

ukuran yang cukup kecil, sederhana serta fleksibilitas dalam programnya.

Karakteristik kendali PID yang memiliki kerumitan dalam pemodelan matematis

dan relatif sukar dipahami, maka penggunaan software tambahan serta perangkat

simulasi sangat dibutuhkan. Salah satu software yang populer dan relatif mudah

digunakan adalah Matlab.

4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Sistem Kontrol

Sistem kontrol adalah proses pengaturan ataupun pengendalian

terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga

berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkuman harga (range)

tertentu. Di dalam dunia industri, dituntut suatu proses kerja yang

aman dan berefisiensi tinggi untuk menghasilkan produk dengan

kualitas dan kuantitas yang baik serta dengan waktu yang telah

ditentukan. Otomatisasi sangat membantu dalam hal kelancaran

operasional, keamanan (investasi, lingkungan), ekonomi (biaya

produksi), mutu produk, dll. Ada banyak proses yang harus dilakukan

untuk menghasilkan suatu produk sesuai standar, sehingga terdapat

parameter yang harus dikontrol atau di kendalikan antara lain tekanan

(pressure), aliran (flow), suhu (temperature), ketinggian (level),

kerapatan (intensity), dll. Gabungan kerja dari berbagai alat-alat

kontrol dalam proses produksi dinamakan sistem pengontrolan proses

(process control system). Sedangkan semua peralatan yang membentuk

sistem pengontrolan disebut pengontrolan instrumentasi proses

(process control instrumentation). Dalam istilah ilmu kendali, kedua

hal tersebut berhubungan erat, namun keduanya sangat berbeda

hakikatnya. Pembahasan disiplin ilmu Process Control Instrumentation

lebih kepada pemahaman tentang kerja alat instrumentasi, sedangkan

disiplin ilmu Process Control System mengenai sistem kerja suatu

proses produksi.

Dalam sistem kontrol suhu di atas dapat dirumuskan secara

matematis:

Error = Set Point – Process Variabel

Process variabel bisa lebih besar atau bisa juga lebih kecil daripada

desired set point. Oleh karena itu error bisa diartikan negatif dan juga

bisa positif.

5

Berikut merupakan penjelasan mengenai istilah-istilah yang

digunakan untuk menentukan parameter-parameter PID:

a. Steady state merupakan kondisi sinyal respon suatu sistem telah

mencapai keadaan stabil hingga sistem selesai.

b. Overshoot merupakan sinyal pada respon yang harganya melebihi

harga ketika steady state. Overshoot terjadi ketika sinyal belum

mencapai steady state.

c. Rise time waktu yang diperlukan untuk mencapai kondisi steady

state.

d. Settling time merupakan keadaan dimana sinyal akan

mencapai/mendekati steady state.

e. Error-steady state merupakan keadaan ketika kondisi sinyal

respon/sistem sudah atau belum mencapai steady state, namun

terdapat error (kesalahan sinyal respon) sehingga kondisi steady state

yang seharusnya stabil atau konstan, terdapat perubahan sinyal atau

tidak sesuai dengan steady state.

Sistem Kendali PID memiliki transfer Function seperti berikut:

2.1 Proporsional Integral Derivative (PID)

Didalam suatu sistem kontrol kita mengenal adanya beberapa macam

aksi kontrol, diantaranya yaitu aksi kontrol proporsional, aksi kontrol

integral dan aksi kontrol derivative. Masing-masing aksi kontrol ini

mempunyai keunggulankeunggulan tertentu, dimana aksi kontrol

proporsional mempunyai keunggulan rise time yang cepat, aksi

kontrol integral mempunyai keunggulan untuk memperkecil error ,dan

aksi kontrol derivative mempunyai keunggulan untuk memperkecil

error atau meredam overshot/undershot. Untuk itu agar kita dapat

menghasilkan output dengan risetime yang cepat dan error yang kecil

kita dapat menggabungkan ketiga aksi kontrol ini menjadi aksi kontrol

PID.

2.1.1 Pengontrol proporsional

Pengontrol proposional memiliki keluaran yang sebanding atau

proposional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran

6

yang di inginkan dengan harga aktualnya). Secara lebih sederhana

dapat dikatakan bahwa keluaran pengontrol proporsional merupakan

perkalian antara konstanta 6 proposional dengan masukannya.

Perubahan pada sinyal masukan akan segera menyebabkan sistem

secara langsung mengeluarkan output sinyal sebesar konstanta

pengalinya.

pengguna pengontrol propoisional harus memperhatikan ketentuan-

ketentuan berikut ini :

1. kalau nilai Kp kecil, pengontrol proposional hanya mampu

melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan

menghasilkan respon sisitem yang lambat.

2. kalau nilai Kp dinaikan, respon sistem menunjukan semakin

cepat mencapai set point dan keadaan stabil.

3. namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang

berlebiahan, akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil, atau

respon sistem akan berosolasi

2.1.2 Pengontrol Integral

Pengontrol integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang

memiliki kesalahan keadaan stabil nol. Jika sebuah plant tidak

memiliki unsur integrator (1/s), pengontrol proposional tidak akan

mampu menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan

stabilnya nol. Dengan pengontrol integral, respon sistem dapat

diperbaiki, yaitu mempunyai kesalahan keadaan stabilnya nol.

Pengontrol integral memiliki karaktiristik seperti halnya sebuah

integral. Keluaran sangat dipengaruhi oleh perubahan yang sebanding

dengan nilai sinyal kesalahan. Keluaran pengontrol ini merupakan

penjumlahan yang terus menerus dari perubahan masukannya. Kalau

sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, keluaran akan menjaga

keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan

Ketika digunakan, pengontrol integral mempunyai beberapa

karakteristik berikut ini:

7

1. keluaran pengontrol membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga

pengontrol integral cenderung memperlambat respon.

2. ketika sinyal kesalahan berharga nol, keluaran pengontrol akan

bertahan pada nilai sebelumnya.

3. jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan

menunjukkan kenaikan atau penurunan yang dipengaruhi oleh

besarnya sinyal kesalahan dan nilai Ki.

4. konstanta integral Ki yang berharga besar akan mempercepat

hilangnya offset. Tetapi semakin besar nilai konstanta Ki akan

mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal keluaran pengontrol.

2.1.3 pengontrol Derivative

Keluaran pengontrol Derivative memiliki sifat seperti halnya suatu

operasi differensial. Perubahan yang mendadak pada masukan

pengontrol, akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan

cepat. keluaran pengontrol Derivative. Ketika masukannya tidak

mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak mengalami

perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan

menaik (berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal

berbentuk impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara perlahan

(fungsi ramp), keluarannya justru merupakan fungsi step yang besar

magnitudnya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsi ramp

dan faktor konstanta diferensialnya.

Karakteristik pengontrol derivative adalah sebagai berikut:

1. pengontrol ini tidak dapat menghasilkan keluaran bila tidak ada

perubahan pada masukannya (berupa sinyal kesalahan).

2. jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran

yang dihasilkan pengontrol tergantung pada nilai Td dan laju

perubahan sinyal kesalahan. (Powel, 1994, 184).

3. pengontrol derivative mempunyai suatu karakter untuk

mendahului, sehingga pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi

yang signifikan sebelum pembangkit kesalahan menjadi sangat

besar. Jadi pengontrol derivative dapat mengantisipasi pembangkit

8

kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif, dan cenderung

meningkatkan stabilitas sistem.

2.2Manual Tuning

Tuning kontrol PID bertujuan untuk menentukan parameter atau

nilai dari kontrol proporsional, integratif dan derivatif. Proses manual

tuning PID ini dilakukan dengan cara trial and error hingga

didapatkan hasil respon yang stabil dan sesuai dengan yang

diinginkan. Dalam penggunaan kendali PID berarti mengolah suatu

sinyal kesalahan atau error, yang nantinya dijadikan suatu sinyal

kendali yang dilanjutkan ke aktuator dalam sistem closed loop yang

menggunakan feedback, seperti blok diagram berikut:

Gambar II.1. Closed loop with feedback

Metode Ziegler-Nichols merupakan sebuah metode tuning PID yang

dikembangkan oleh John G. Ziegler dan Nathaniel B. Nichols. Tuning

ini dilakukan dengan mengatur nilai I (integral) dan D (derivatif)

dengan nilai nol, dengan nilai P (proporsional) ditambahkan (dari nilai

0) hingga mendapatkan nilai P terbaik dimana output dari sistem

kendali memiliki amplitudo yang konstan. Dengan cara lain yaitu

menggunakan aturan tunning Ziegler-Nichols dengan rumus seperti

dibawah ini:

9

Tabel II.1Tabel Ziegler-Nichols

Dimana nilai L merupakan delay time yang berasal dari penarikan

garis lurus settling time dikurangi T yang merupakan risetime. Karena

kita menggunakan kontroller PID bukan P atau PI saja maka kita

menggunakan rumus ke 3, berikut merupakan cara dalam mencari

nilai L dan T.

Gambar II.2. Cara mencari nilai L dan T

Kemudian bila telah diketahui nilai T dan L maka cari nilai Kp, Ki,

dan Kd dengan rumus ke 3 lalu masukkan nilai tersebut ke dalam

matlab. Bila respon sistem yang dihasilkan tetap tidak stabil maka hal

selanjutnya yang dapat dilakukan yaitu melalui manual tuning dengan

cara trial and error berdasarkan dengan karakteristik Kp, Ki, dan Kd

10

yang harus di perhatikan sehingga kita tidak sembarangan dalam

melakukan tuning tersebut.

Tabel II. 2 Karakterisrik Kp, Ki, dan Kd

Dengan berdasarkan tunning melalui Ziegler-Nichols dan manual

tunning trial and error maka kita dapat mendapatkan hasil respon

sistem kendali yang lebih stabil dan sesuai dengan yang diinginkan.

2.3.Metode Ziegler Nichols Tipe 1 (open loop)

Metode Ziegler Nichols tipe 1 dilakukan pada plant yang bersifat

sistem terbuka (open loop). Plant yang akan dikendalikan diberi input

step dan responnya akan dianalisa dengan metode Ziegler Nichols tipe

1 dimana perhitungannya akan menghasilkan parameter-parameter

PID.

Gambar II. 3. Kurva S [5].

Nilai PID diperoleh dari hasil percobaan dengan masukan unit-step,

hasilnya nanti akan terbentuk kurva berbentuk huruf S, seperti pada

gambar 2.1. Kurva berbentuk S memiliki karakteristik dengan 2 buah

konstanta, yaitu waktu tunda L dan time constant T.

Kedua parameter tersebut diperoleh dengan menggambar garis

tangensial pada titik infleksi kurva S, seperti pada gambar 2.2. Garis

11

tangensial tersebut akan berpotongan dengan garis time axis dan garis

c(t) = K [5]. Berdasarkan parameter tersebut, didapatkan cara untuk

menghitung parameter Kp, Ti dan Td.

Apabila harga Ti dan Td sudah diketahui, maka konstanta Ki dan Kd

dapat ditentukan.

2.4. Metode Ziegler Nichols Tipe 2 (close loop)

Pada metode Ziegler Nichols tipe 2 ini proses penentuan parameter

PID dihitung menggunakan respon yang diatur menggunakan slider

gain sehingga respon berosilasi. Metode ini diaplikasikan pada sistem

loop tertutup (close loop).

GambarII.4 Close loop

Pada metode kedua ini, percobaan dilakukan dengan menggunakan

proportional band. Nilai Kp dinaikkan dari 0 hingga tercapai nilai Kp

yang menghasilkan osilasi yang konsisten. Nilai slider gain ini disebut

sebagai critical gain (Kcr). Jika harga Kp terlalu kecil, sinyal output

akan teredam mencapai nilai titik keseimbangan setelah ada

gangguan, Sebaliknya, jika harga Kp terlalu besar, osilasinya akan

tidak stabil dan membesar. [5]

12

2.5. Cohen dan Coon

The Cohen-Coon metode tuning kontroler mengoreksi yang

lambat, respon steady state yang diberikan oleh metode Ziegler-

Nichols bila ada waktu mati yang besar (proses penundaan) relatif

terhadap terbuka lingkaran waktu konstan; penundaan proses besar

diperlukan untuk membuat metode ini praktis karena keuntungan jika

tidak wajar kontroler besar akan diprediksi. Cohen-Coon kontroler

akan mengoreksi Yang Lambat, Metode ini hanya digunakan untuk

model orde pertama dengan waktu tunda, karena fakta bahwa

controller tidak instan menanggapi gangguan (gangguan langkah

progresif bukan sesaat).

Metode Cohen-Coon diklasifikasikan sebagai metode 'offline' untuk

tuning, yang berarti bahwa langkah perubahan dapat diperkenalkan ke

input setelah di kondisi stabil. Cohen-Coon Yang Metode

diklasifikasikan sebagai 'offline' metode untuk tuning. Maka output

dapat diukur berdasarkan waktu yang konstan dan waktu tunda dan

tanggapan ini dapat digunakan untuk mengevaluasi parameter kontrol

awal. Maka keluaran DAPAT diukur berdasarkan Waktu Yang

Konstan Dan Waktu tunda Dan tanggapan respon DAPAT digunakan

UNTUK mengevaluasi parameter Kontrol Awal.

Berikut merupakan tabel perhitungan dengan menggunakan metoda

cohen dan coon.

Tabel II.3. perhitungan pada metoda cohen dan coon

Keuntungan

Digunakan untuk sistem dengan waktu tunda.

Lebih cepat waktu respons loop tertutup.

13

Kekurangan

1. Sistem tertutup tidak stabil.

2. Hanya dapat digunakan untuk model orde pertama termasuk

proses besar penundaan.

3. Offline metode.

4. Perkiraan untuk K c, T i,dan T d nilai-nilai mungkin tidak

sepenuhnya akurat untuk sistem yang berbeda.

2.6. Arduino UNO

Gambar II. 5. Konfigurasi Arduino UNO

Feri Djuandi mengatakan bahwa Arduino tidak hanya sekedar sebuah

alat pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa

pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang

canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk

menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload

ke dalam memory microcontroller. Ada banyak projek dan alat-alat

dikembangkan oleh akademisi dan profesional dengan menggunakan

Arduino, selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung (sensor,

tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk

bisa disambungkan dengan Arduino. Arduino berevolusi menjadi

sebuah platform karena ia menjadi pilihan dan acuan bagi banyak

praktisi. [9]

14

2.7 Temperatur

Skala temperatur adalah besar dari satu unit ukuran yaitu satu energi

termal rata-rata per molekul dinyatakan oleh satu unit dari skala

tersebut.

Skala temperatur absolut yaitu skala yang menetapkan temperatur nol

suatu material yang tidak mempunyai energi termal.

Skala yang biasa digunakan dalam temperatur, yaitu:

Skala Farenheit (0F)

Skala Celcios (0C)

Skala Reamur (0R)

Skala Kelvin (K)

Tujuan pengukuran temperatur pada proses kontrol adalah untuk:

Mencegah kerusakan pada sistem kontrol

Mendapat hasil sesuai dengan yang diinginkan

Mengontrol jalannya proses kendali

2.7.1 Metode Pengukuran Temperatur

Metode pengukuran temperatur yang digunakan pada praktikum kali ini

terbagi dua yaitu metode pemuaian dan metode elektris.

a. Metode Pemuaian

Panas yang diukur menghasilkan pemuaian. Pemuaian dirubah kedalam

bentuk gerak gerak mekanik dan dikalibrasi kedalam skala angka-angka

yang menunjukkan nilai panas (temperatur) yang diukur.

Gambar II.6 Metoda pemuaian

15

b. Metode Elektris

Panas yang diukur menghasilkan gaya gerak listrik (Emf) yang

kemudian gaya gerak listrik dikalibrasi kedalam skala angka-angka

yang menunjukan nilai panas (temperatur) yang diukur, seperti pada

gambar 2.2

Gambar II.7 Metode Elektris

2.7.2 Jenis-Jenis Alat Ukur Temperatur

Secara sederhana, alat ukut temperatur yang digunakan pada praktikum

kali ini dibagi kedalam dua kelompok besaran yaitu:

1. Alat ukur temperatur dengan metode pemuaian (Termometer)

2. Alat ukur temperatur dengan metode elektris (Sensor Suhu)

16

BAB III

PERANCANGAN

3.1 Deskripsi alat

Pada praktikum yang telah digunakan, sistem kendali yang digunakan

adalah sistem kendali suhu, dimana pada sistem kendali ini

mengendalikan suhu pada plant yang akan diatur agar sesuai dengan

set point dan stabil pada nilai set point tersebut. Set point merupakan

nilai input yang diberikan secara manual. Sistem kendali suhu yang

dikendalikan pada akhirnya menjadi sebuah sistem kendali stand alone

control, yaitu sistem yang dapat berdiri sendiri tanpa terkoneksi

dengan perangkat lainnya.output yang diinginkan dari sistem kendali

suhu ini yaitu dimana respon akan mendekati nilai set point dan stabil

pada keadaan steady state.

Gambar III.1. Sistem Kendali Suhu

Perancangan sistem kendali suhu menggunakan modul-modul yang

diantaranya:

17

Modul Power Supply

Modul power supply berfungsi sebagai sumber daya untuk seluruh

plant yang digunakan pada sistem kendali temperatur. Modul power

supply ini memiliki input tegangan AC 220 V dengan tegangan output

sebesar +15 Vdc, +5 Vdc, -15Vdc, selain itu modul power supply ini

juga memiliki tegangan output lain sebesar +24 Vdc, +12 Vdc dan +6

Vdc.

Modul Set Point

Modul set point berfungsi untuk memberikan nilai input yang

digunakan kepada sistem kendali sesuai yang diinginkan dan nantinya

nilai set point ini akan dijadikan acuan untuk hasil output sistem

kendali. Pada modul set point ini memiliki nilai yang dapat diatur,

yaitu -10 Vdc sampai +10 Vdc dan 0v sampai +15v.

Modul PID

Modul PID berfungsi sebagai kontrol atau pengendali pada sistem

kendali suhu kan memberikan nilai yang mengolah nilai dari set point

menjadi hasil respon sesuai dengan yang diinginkan. Pada modul PID

ini terdapat 3 nilai yang dapat diatur, yaitu Kp, Ti, dan Td. Pada

penggunaan modul PID ini ketiga nilai parameter tersebut dapat

digunakan salah satunya atau dapat juga digunakan ketiganya.

Modul Power Amplifier

Modul power amplifier atau modul penguat daya berfungsi untuk

menguatkan arus atau daya yang keluar dari modul PID agar dapat

digunakan untuk mengendalikan plant. Pada modul penguat daya

terdapat dua keluaran, yaitu tegangan positif dan tegangan negatif

dengan besar tegangan yang sama.

Modul Kendali Temperatur

Modul kendali temperatur yaitu plant yang dikendali pada sistem

kendali pada praktikum ini. Modul ini menggunakan sebuah lampu

yang diletakkan pada sebuah tabung, dimana panas dari lampu

tersebut menjadi sumber panas yang akan dibaca besar suhunya oleh

sensor yang terdapat didekat lampu. Semakin panas suhu yang

diinginkan maka lampu akan semakin terang, bila suhu yang

diinginkan cukup rendah maka lampu akan redup. Untuk penurunan

suhu yang dibaca, modul kendali temperatur ini menggunakan suhu

ruangan ataupun kita dapat menggunakan fan yang dapat digunakan

18

untuk mendinginkan lampu dan juga dapat digunakan sebagai

gangguan untuk pengetesan kestabilan sistem kendali. Sensor yang

terdapat pada modul ini dapat dibaca dalam 2 besaran, yaitu dalam

tegangan dan dalam arus dengan resolusi 1V/100C atau 2mA/100C.

3.2 Perancangan sistem kendali suhu

3.2.1 Zigler-Nichols tipe-1

Gambar III.2. Sistem kendali dengan Zigler-Nichols tipe-1

Gambar diatas merupakan gambar sistem kendali suhu menggunakan

metoda Zigler-Nichols tipe-1 untuk mendisain sebuah sistem kendali,

sistem kendali pada plant diatas dihubungkan pada rangkaian pembagi

tegangan sebelum dimasukan ke input arduino, dan untuk mendisplay

menggunakan aplikasi MATLAB.

Gambar III.3. simulink matlab Zigler-Nichols tipe-1

19

Gambar Simulink pada MATLAB untuk mendapatkan sinyal respon

natural

Pada simulink ini kita menggunakan COM8 pada setup arduino,port

A0,port A4,Gain kali dua untuk mengembalikan nilai tegangan ke

tegangan sebenarnya, Gain kali 10 untuk setiap 1v, pengurang serta

constant untuk mendapatkan suhu yang diinginkan.

Gambar III.4. design pencarian nilai L dan T

Gambar sinyal respon manual yang dihasilkan

Sinyal respon natural yang di dapatkan untuk proses pengambilan data

L dan T, dimana nilai L dan T akan di proses untuk menentukan nilai

KP,TI, dan TD.

3.2.2 Zigler-Nichols tipe-2

Gambar III.5. Sistem kendali Suhu dengan metoda Zigler-

Nichols tipe-2

20

Gambar Sistem Kendali Temperatur untuk mendapatkan sinyal respon

natural

Untuk mendapatkan sinyal respon natural kita harus merangkai sistem

kendali close loop dengan rangkaian pembagi tegangan untuk

membagi tegangan yang masuk dan keluar dari Arduino Uno.

Gambar III.6. Simulink Matlab Zigler-Nichols tipe-2

Gambar Simulink pada MATLAB untuk mendapatkan sinyal respon

natural. Pada simulink ini kita menggunakan COM4 pada setup

arduino,port A0,port A5,Gain kali dua untuk mengembalikan nilai

tegangan ke tegangan sebenarnya, Gain kali 10 untuk setiap 1v.

Gambar III.7. Sinyal respon natural

Gambar sinyal respon manual yang dihasilkan untuk mencari nilai Pcr

dimana nilai Pcr akan diproses untuk mendapatkan nilai Kp, Ti, Td.

Proses pencarian nilai Pcr dilakukan dengan mencari nilai tengan pada

puncak ke puncak saat sinyal telah steady state

21

3.2.3. Cohen dan Coon

Gambar III.8. Simulink awal Cohen dan Coon.

Diagram blok yang dibuat seperti pada contoh dengan menggunakan

simulink pada MATLAB, menggunakan dua buah input step,

summing point, transport delay, transfer function, dan scope yang

digunakan untuk menghasilkan sinyal respon agar mendapatkan nilai

Gp,Td,T.

Gambar III.9. Proses pencarian nilai Gp, dan

Bentuk sinyal respon natural yang dihasilkan dari diagram blok diatas

digunakan untuk mencari nilai Gp, dan pada metoda cohen dan

coon yang merupakan awal dari proses disain dengan metoda cohen

dan coon.

22

3.2.4. Script Matlab

Gambar III.10. Sistem kendalin dengan Script Matlab

Pada metoda ini kita hanya memasukan nilai Kp,Ti,dan Td pada

Srcript Matlab maka kita dapat mengontrol plant tersebut. Semua

proses dilakukan dalam proses digital.

Gambar III.11. Flowchart Script Matlab

Flowchart diatas menjelaskan proses pada script Matlab dimana untuk

langkah pertama kita melakukan tahap inisialisasi, menentukan

banyaknya pengulangan, membaca (PV), menghitung PID, mengirim

nilai PID ke pin out, plot respon, mengatur nilai eror.

23

3.2.5. Stand alone control

Gambar III.12. Sistem kendali suhu dengan Stand alone control

Pada metoda stand alone control hanya terdapat sebuah embedded

sistem dalam hal ini adalah arduino uno dimana tidak membutuhkan

perangkat lain untuk melakukan pengontrolan pada plant.

Gambar III.13. Flowchart pada Stand alone control

Proses pada stand alone control diawali dengan inisialisasi,

menentukan banyaknya pengulangan, membaca set point serta respon,

menghitung PID, membatasi nilai >255 dan <0, mengirim nilai PID

pada pin out, mengeset eror.

24

BAB IV

HASIL PERANCANGAN

4.1 Zigler-Nichols tipe-1.

Data yang didapatkan dari proses disain dengan menggunakan metoda

ZiglerNichols tipe-1

a. Waktu Matlab

Tabel IV.1 ZN! Waktu Matlab

Perhitungan :

Lnyata=(Wnyata/Wmatlab)*Lmatlab

Lnyata=(92/1000)*187,6

Lnyata=17,259

Tnyata=(Wnyata/Wmatlab)*Tmatlab

Tnyata=(92/1000)*1818,4

Tnyata=167,292

b. Waktu Nyata

Tabel IV.2 ZN! Waktu Nyata

L T Kp Ti Td

187,6

1818,4

11,63156

375,2

93,8

L T Kp Ti Td

17,259

167,292

11,63164

34,518

8,6295

25

Gambar IV.1. simulink untuk proses tuning manual

Simulink untuk tuning manual sudah tidak memerlukan penguran seperti

pada simulink untuk mendapatkan sinyal respon manual. Dimana langkah

lanjutan setelah mendapatkan nilai KP,Ti,Td.

Gambar IV.2. Gambar sinyal respon setelah melalui proses tuning manual

Sinyal respon hasil dari proses tuning manual setelah nilai Kp,Ti,dan Td di

atur dalam blok PID. Pada gambar diatas dapat terlihat bahwa nilai respon

mendekati nilai setpoint dan kemudian tetap pada keadaan steadystate.

26

Gambar IV.3. Sinyal respon pada saat di beri gangguan berupa kipas

angin

Sinyal respon yang dihasilkan ketika gangguan berupa angin di berika,

sistem dapat menperthankan posisi ketika diberikan gangguan, gambar

diatas menunjukan bahwa sistem yang dihasilkan merupakan sistem yang

tahan terhadap gangguan.

4.2 Zigler-Nichols tipe-2.

Data yang didapatkan setelah melewati proses disain dengan menggunakan

metoda Zigler-Nichols tipe-2

a. Waktu Matlab

Tabel IV.3. ZN2 Waktu Matlab

Kcr

Pcr

Kp Ti Td

265,909

300

159,5454

150

37,5

27

Pcrnyata=(Wnyata/Wmatlab)* Pcr matlab

Pcrnyata=(82/1000)* 300

Pcrnyata=24,6

b. Waktu Nyata

Tabel IV.4. ZN2 Waktu Nyata

Gambar IV.4. sinyal respon setelah melalui proses tuning manual

Sinyal respon hasil dari proses tuning manual setelah nilai Kp,Ti,dan Td di

atur dalam blok PID.pada gambar dapat dilihat sinyal respon mengalami

overshoot yang tinggi dikarenakan ketidak cocokan antara metoda disain

dengan plant yang digunakan.

Kcr

Pcr

Kp Ti Td

265,909

24,6

159,5454

12,3

3,075

28

4.2 Cohen dan Coon.

Nilai yang diperoleh dari sinyal respon diatas, nilai ini dapat kita gunakan

untuk mendisain PD

Waktu Matlab

GP Kc Ti Td Ki Kd

0.819 1673 9.225 299.2418 38583.59 3.409722 0.007756 1020.346

Tabel IV.5.CC Waktu Matlab

nyata = (82/1000)*1673 =0.49

nyata = (82/1000)*9.225= 0.51

Waktu nyata

Tabel IV.6.CC Waktu Nyata

Gambar IV.5. Diagram blok lanjutan setelah mendapatkan nilai KP,Ti, dan Td.

Pada diagram blok diatas di gunakan sebagai step lanjutan setelah kita

mendapatkan nilai diatas, nilai tersebut dapat kita masukan ke blok PID untuk

langsung diaplikasikan pada plant.

GP Kc Ti Td Ki Kd

0,50089 0,49 0,51 3,088675765 0,92943731989 0,15823222383 3,323167361287 0,48872803514

29

Gambar IV.6. Respon hasil disain dengan Cohen dan Coon

Berikut merupakan hasil sinyal respon yang didapat dari diagram blok diatas

dengan nilai yang telah didapatkan sebelumnya. Dapat diliah bahwa nilai respon

tidak stabil yang disebabkan oleh salahnya perhitungan dalam menentukan nilai

KP, TI, dan Td.

30

4.4. Script Matlab

Berikut ini merupakan coding pada script Matlab

1. Script matlab

%Praktikum Sistem Kendali Digital

%Teknik Elektronika Politeknik Negeri Bandung

%Pengajar:

%Ir. Suheri Bakar/ Dr. Indra.C.J.Riadi/ Endang S.MT/

Feriyonika,Msc.Eng

%Praktikum ini adalah lanjutan dari desain kendali dengan Ziegler

Nichols dan

%Toolbox Matlab yang sudah memiliki performance bagus pada

simulink.

%=========================START==================

==================

%PIN 6 sbg keluaran PWM (DC)

%A5 sbg pembacaan umpan balik

clf %untuk menghapus figure jika masih ada yg tertampil

%Time sampling

Ts = 0.052174; %besarnya sampling

pinMode(a,6,'output') %Set PIN arduino sbg keluaran kendali

pinMode(a,10,'input')

pinMode(a,13,'input')

%Seting Parameter PID

Kp = 11.63164;

Ti = 34.518;

Ki = Kp/Ti;

Td = 8.6295;

Kd = Kp*Td;

%========Kondisi error awal

error_sebelum=0;

errorI_sebelumnya=0;

%========Set untuk plot

y1=0; %untuk memplot nilai set point

y2=0; %untuk memplot nilai-nilai respon

t=0; %waktu looping

digitalWrite(a,13,1);

digitalRead(a,10);

x=0;

start = digitalRead(a,10);

while (start == 1)

tic

x=x+1;

31

%Tentukan PV (process value) awal

PV = analogRead(a,5);

PV = PV*0.0049*2; %Normalisasi dari 0-1023 ke 0-5

SP = analogRead (a,0);

SP = SP*0.0049;

%Hitung Error

error = SP-PV;

%Hitung Error integral

errorI_sekarang = ((error + error_sebelum)/2)*Ts; %Luas error skrg

dan sebelumnya

errorI = (errorI_sekarang) + (errorI_sebelumnya); %Total error

integral

%Hitung error Differential

errorD = (error - error_sebelum)/Ts;

%Kendali PID

outP = Kp*error;

outI = Ki*errorI;

outD = Kd*errorD;

outPID = outP + outI + outD;

outPID=outPID/125.9

%Membatasi agar nilai PID tidak > 255

if outPID > 10

outPID=10;

else

outPID=outPID;

end

%Membatasi agar nilai PID tidak < 0

if outPID < 0

outPID=0;

else

outPID=outPID;

end

outPID=outPID/2;

%Menuliskan hasil PID ke Arduino

outPID = round(outPID*51); %fungsi 'round' agar outPID menjadi

bilangan bulat, krn out PWM 0-255;

analogWrite(a,6,outPID);

pause (0) %fungsi 'pause(x)' akan mendelay selama x detik

y1=[y1,SP]; % nilai SV baru akan ditambahkan pd variable/matrik y1

y2 =[y2,PV]; %nilai PV baru akan ditambahkan pd variable/matrik y2

t=[t,x]; %nilai t baru akan ditambahkan sesuai perulangan x

plot(t,y1,t,y2); %mem-plot y1 dan 2 bersama-sama

axis([0 x+100 0 10]); %menentukan axis gambar x= dari 0-600, y=0-3

grid

32

drawnow;

error_sebelum=error;

errorI_sebelumnya=errorI;

start = digitalRead(a,10);

toc

end

analogWrite(a,6,0);

Gambar IV.7. Sinyal Respon yang dihasilkan dari coding pada Script Matlab

Dari Gambar diatas dapat dilihat bahwa sinyal respon sangat rapat dengan

set point dan sistem pun dapat dikatakan stabil.

Gambar IV.8. Sinyal Respon dengan menggunakan gangguan berupa kipas angin

33

Dari gambar diatas dapat dikatakan bahwa sistem yang dihasilkan

merupakan sistem yang tahan akan gangguan dibuktikan dengan tetap

stabilnya sistem saat diberikan gangguan berupa kipas angin.

4.5. Stand alone control

1. Berikut merupakan program Arduino untuk diuji dalam

serial

int Output = 3;

float Ts = 0.052174;

float Kp = 11.63164;

float Ti = 34.518;

float Ki = Kp/Ti;

float Td = 8.6295;

float Kd = Kp*Td;

float Setpoint, Feedback, Setpoint1, Feedback1;

float error;

float errorD, errorD1;

float errorI, errorIsekarang, errorIsekarang1, errorIsekarang2;

float outP, outI, outD, outPIDsebelum;

float errorsebelum = 0;

float errorIsebelum = 0;

int outPID;

void setup() {

// put your setup code here, to run once:

pinMode(3,OUTPUT);

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

// put your main code here, to run repeatedly:

millis();

Setpoint = analogRead (A0);

Setpoint1 = Setpoint*0.0049;

Feedback = analogRead(A1);

Feedback1 = Feedback*0.0049;

error = Setpoint1 - Feedback1;

errorIsekarang = error+errorsebelum;

errorIsekarang1 = errorIsekarang/2;

errorIsekarang2 = errorIsekarang*Ts;

errorI = errorIsekarang2 + errorIsebelum;

errorD1 = error - errorsebelum;

errorD = error/Ts;

34

outP = Kp*error;

outI = Ki*errorI;

outD = Kd*errorD;

outPIDsebelum = outP + outI + outD;

outPIDsebelum = outP + outI + outD/125.9;

if(outPIDsebelum>10)

{

outPIDsebelum=10;

}

else if (outPIDsebelum<0)

{

outPIDsebelum=0;

}

else

{

outPIDsebelum=outPIDsebelum/2;

}

outPID=outPIDsebelum*51;

analogWrite(3,outPID);

errorsebelum=error;

errorIsebelum=errorI;

float finish =millis();

Serial.print ("Setpoint = ");

Serial.print (Setpoint1);

Serial.print ("Feedback = ");

Serial.println (Feedback1);

}

35

2. Berikut ,merupakan hasil pengujian pada serial

a. Kondisi awal

b. Kondisi saat

overshoot

36

c. Kondisi saat

minimum

d. Kondisi saat

s

t

e

a

d

y

s

t

a

t

e

37

Berikut merupakan program untuk sistem Stand alone control

menggunakan display

#include <LiquidCrystal.h>

int Output = 6; //pin3

float Ts =0.052174; //waktu sampling

//nilai Kp,Ki,Kd

float Kp = 11.63164;

float Ti = 34.518;

float Td = 8.6295;

float Ki = Kp/Ti;

float Kd = Kp*Td;

//Definisi variabel untuk perhitungan PID

float Setpoint, Feedback, Setpoint1, Feedback1;

float error;

float errorD, errorD1;

float errorI, errorIsekarang, errorIsekarang1, errorIsekarang2;

float outP, outI, outD, outPIDsebelum;

float errorsebelum = 0;

float errorIsebelum = 0;

int outPID;

LiquidCrystal lcd (12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() {

// put your setup code here, to run once:

pinMode (6,OUTPUT);

Serial.begin(9600);

lcd.begin(16, 2);

}

void loop() {

//put your main code here, to run repeatedly:

Setpoint = analogRead(A0);

Setpoint1 = Setpoint*0.0049;

Feedback = analogRead(A1);

Feedback1 = Feedback*0.0049;

//hitung error

error = Setpoint1 - Feedback1;

//Menghitung error Integral

38

errorIsekarang = error+errorsebelum;

errorIsekarang1 = errorIsekarang/2;

errorIsekarang2 = errorIsekarang1*Ts;

errorI = errorIsekarang2 + errorIsebelum;

//Menghitung error Differensial

errorD1 = error - errorsebelum;

errorD = errorD1/Ts;

//kendali PID

outP = Kp*error;

outI = Ki*errorI;

outD = Kd*errorD;

outPIDsebelum = outP + outI + outD;

outPIDsebelum = outPIDsebelum/125.9;

//Membatasi nilai agar PID tidak >255 atau <0

if(outPIDsebelum>10)

{

outPIDsebelum=10;

}

else if(outPIDsebelum<0)

{

outPIDsebelum=0;

}

else

{

outPIDsebelum=outPIDsebelum;

}

outPIDsebelum=outPIDsebelum/2;

outPID=outPIDsebelum*51;

//menuliskan hasil perhitungan PID pin 3

analogWrite(6,outPID);

errorsebelum=error;

errorIsebelum=errorI;

//Code untuk menampilkan diserial moonitor

Serial.print("Setpoint = ");

Serial.print(Setpoint1);

Serial.print("Feedback = ");

39

Serial.println(Feedback1);

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("SP :");

lcd.setCursor(5,0);

lcd.print(Setpoint1*10);

lcd.setCursor(11,0);

lcd.print("C");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("PV :");

lcd.setCursor(5,1);

lcd.print(Feedback1*10);

lcd.setCursor(11,1);

lcd.print("C");

}

3. Hasil yang di peroleh pada display LCD

Gambar IV.9. Hasil respon stand alone control pada display LCD

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa nilai respon dan nila setpoint

berdekatan maka sistem dapat dikatakan stabil,

40

BAB V

PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Dari praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:

Sistem kendali suhu merupakan kendali yang umum di pakai pada

dunia industri baik itu industi makanan, tekstil, baja dan lain-lain.

Kendali PID merupakan kendali dengan memanfaatkan nilai Kp,

Ti, Td dimana ketiga besaran tersebut saling berkaitan.

Metode Disain yang dapat digunakan pada sistem kendali digital

yaitu Ziegler-Nichols 1&2, serta Cohen dan Coon.

Sistem suhu dapat stabil dengan menggunakan metode disain

Ziegler-Nichols 1, Cohen dan Coon.

Arduino Uno merupakan salah satu Embedded sistem yang dapat

digunakan pada proses sistem kendali digital.

5.2 SARAN

Untuk lebih menyempurnakan dalam proses kendali suhu menggunakan

metoda PID maka terdapat beberapa saran antara lain :

o Metode yang cocok dengan plant suhu atau temperatur adalah

metode disain menggunakan ZN-1 serta Cohencoon.

o Untuk metoda script matlab serta stand alone control harus

diperhatikan pada time sampling karena memiliki perbedaan yang

dapat merubah hasil respon.

o Menggunkan rangkaian pembagi tegangan pada input dan output

arduino karena keterbatasan tegangan pada input arduino uno.

41

5.3 DAFTAR PUSTAKA

muhal.files.wordpress.com/2013/09/modul-dcs-bab-1-dasar-sistem-

kontrol.pdf “Konsep dasar sistem kontrol”,(Diakses pada senin-07-07-

2015,pukul 16.00)

http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15955-2406100038-

chapter1pdf.pdf “Distributed control system(DCS)”,(Diakses pada senin-

07-07-2015,pukul 16.00)

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18172/3/Chapter%20II.pd

f “Process Control Instrumentation”,(Diakses pada senin-07-07-

2015,pukul 17.05).

http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/365/jbptunikompp-gdl-anggajuand-

18247-4-babii.pdf “Proporsional Integral Derivative

(PID)”,(Diakses pada senin-07-07-2015,pukul 21.00).

http://www.tobuku.com/docs/Arduino-Pengenalan.pdf. “Pengenalan

Arduino”,(Diakses 06-07-2015,pukul 21.15).

http://danielikkonen.blogspot.com/2009/09/metode-cohen-coon-tuning-

formula.html “metoda cohen coon”,(diakses pada selasa 07-07-2015,

pukul 22.00)