Abdul Aziz 09524043 Aplikasi Hardware In The Loop Pada Pengendalian Motor DC Menggunakan MATLAB Fakultas Teknologi Industri Presentasi Tugas Akhir Senin, 23 November 2015 TEKNIK ELEKTRO
Abdul Aziz09524043
Aplikasi Hardware In The Loop Pada Pengendalian Motor DC Menggunakan
MATLAB
Fakultas Teknologi Industri
Presentasi Tugas Akhir
Senin, 23 November 2015
TEKNIK ELEKTRO
Latar Belakang
Pendahuluan
Interaksi Manusia dan Komputer Simulasi HIL Proses Pembelajaran
• Bagaimana merancang simulasi pengendalian motor DC dengan HIL?• Bagaimana cara mendapatkan nilai parameter PID yang terbaik untuk
pengendalian motor DC?
• Hardware yang digunakan adalah mikrokontroler jenis Arduino Uno Rev 3.• Plant motor DC yang dipakai berupa model matematika motor DC
MATLAB.• Metode pencarian nilai parameter PID menggunakan metode trial and
error.
Rumusan MasalahRumusan Masalah
Batasan Masalah
Pendahuluan
• Sebagai bahan pembelajaran mahasiswa dalam merancang sistem kendali dengan menggunakan plant model matematis.
• Mengetahui cara kerja sistem kendali PID serta interaksi antara mikrokontroler dan PC.
• Sebagai pengetahuan mahasiswa untuk aplikasi HIL dalam dunia industri.
• Penerapan aplikasi HIL.• Memperoleh parameter kendali PID terbaik.
Pendahuluan
Manfaat Penelitian
Tujuan Penelitian
Perancangan Hardware
Tinjauan Pustaka
Penelitian Sejenis
Penulis Judul MetodeAlvin Sahroni, 2014 PHYSICAL COMPUTING (HARDWARE IN THE LOOP)
PADA PENGENDALIAN MOTOR DC BERBASIS MIKROKONTROLER DAN MATLAB
HIL, PID,
trial and error /tuning
manual
M. Nofriandri, 2014 SIMULATOR PERANCANGAN DANIMPLEMENTASI SISTEM KENDALI POSISIMENGGUNAKAN ARDUINO BERBASIS PC
Hardware,PID,
Ziegler nichols
Tinjauan Pustaka|Motor DC
)(.))((
. sVKKLsRKJs
Ks
bmf
m
dttdiJtKtiK
Jtft
fm
k
)()()(
.)()(
)()(.)(.)( tKdt
tdiLtiRtv bapp
Fungsi Alih
2.40145.1
2 ss
Parameter Nilai Tahanan (R) 2 Ohm
Induktansi (L) 0,5 H Konstanta Torsi ( mK ) 0,15 Nm/A
Konstanta EMF ( bK ) 0,15 Vs/rad
Gaya Gesek ( fK ) 0,2 msN. Momen Inersia (J) 0,02 22 /. smkg
Pers Mekanik
Pers Elektrik• Rise time kurang dari 0.5 detik.• Steady state error kurang dari 5%
dan,• Overshoot kurang dari 10%
Tinjauan Pustaka|PID
• Pengendali untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi.• Pengendali yang terdiri dari Proportional, Integral, Derivative.• Pengendali PID berfungsi untuk mengendalikan kecepatan motor DC
)()()()(0
tedtdKdtteKteKtu d
t
ip
Proportional Integral Derivative
Tinjauan Pustaka|HIL
• Cara menguji sistem kendali yang didesain dengan plant secara simulasi.
Why?
Memperkecil operational cost, waktu, dan memperkecil kemungkinan terjadinya kerusakan pada saat perancangan.
Blok Diagram Sistem
Perancangan Sistem
• Pengiriman data ke PC hingga penerimaan data kembali dari uC• uC berfungsi sebagai Electrical Control Unit (ECU)• Kendali PID untuk mengatur kecepatan motor DC
Sp
Komunikasi Serial
u(t)
µC
PC
Plant MATLAB
∑ PID
(y)
Perancangan Sistem|Flowchart Plant
Konfigurasi Program.
Memasukkan parameter PID ke dalam program.
Instruksi Program dikirim ke MATLAB melalui komunikasi serial.
Hasil kecepatan pada saat simulasi dikirim dari MATLAB ke Mikrokontroler Arduino.
Perancangan Software
Perancangan Sistem|Pengambilan Data
• Menggunakan MATLAB Simulink.• Data dari uC berupa Sp dan u(t).• Pengujian dengan waktu 5 detik.• Menentukan karakteristik respon sistem .
Pengujian & Analisis
Hasil Perancangan & Pengujian
• Memberikan sinyal step sebesar 800 RPM.• Respon sinyal model baik namun harus dikendalikan untuk mencapai set point
• Memberikan parameter Kp=1 dengan Sp=800 RPM pada Arduino.
• Respon sinyal model baik namun harus dikendalikan untuk mencapai set point.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
100
200
300
400
500
600
700
800
t: 5RPM: 29.99
Waktu Simulasi (t)
Open Loop Test Model Motor DC
Out
put S
tep
0 1 2 3 4 50
100
200
300
400
500
600
700
800
t: 5RPM: 28.9
Close Loop Test Model Motor DC
Waktu Simulasi (t)N
ilai K
ecep
atan
(RPM
)
Kp= 1, Ki= 0, Kd= 0Set Point= 800
Pengujian & Analisis
pK iK dK Nilai RPM
pK =15
iK =0
dK =0
287
pK =20
iK =0
dK =0
342
pK =26
iK =0
dK =0
394
Pengujian Parameter Kp
• Pengujian parameter Kp dengan Sp=800 RPM.
• Parameter Kp belum dapat untuk membuat respon sistem menuju set point/nilai referensi. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Waktu Simulasi (t)
Nila
i Kec
epat
an (R
PM)
Respon Kendali Model Motor DC dengan Parameter Kp
Kp=15Kp=20Kp=26Set Point=800
• Parameter Kp = 15, Kp = 20, Kp = 26.
Pengujian & Analisis
pK iK dK settling time ( st )
rise time ( rt )
Overshoot (%)
Steady State Error (%)
pK =26
iK =0.50
dK =0
2,71 s
1,35 s
-
-
pK =26
iK =1
dK =0
0,58 s
0,46 s
1,26%
0,012%
pK =26
iK =1.50
dK =0
0,40 s
0,36 s
15%
0,012%
• Pengujian parameter Ki dengan 3 data dengan Sp=800 RPM.
Pengujian Parameter Kp, Ki
• Ki berpengaruh dalam menaikkan respon sistem menuju set point.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Waktu Simulasi (t)
Nila
i Kec
epat
an (R
PM)
Respon Kendali Model Motor DC dengan Parameter Kp dan Ki
Kp=26 Ki=0,50Kp=26 Ki=1Kp=26 Ki=1,50Set Point=800
Pengujian & Analisis
pK iK dK settling time ( st )
rise time ( rt )
Overshoot (%)
Steady
State
Error (%)
pK =26
iK =1
dK =0.30
0,61 s
0,48 s
1,125%
0,012%
pK =26
iK =1
dK =0.60
0,68 s
0,52 s
1,3125%
0,012%
pK =26
iK =1
dK =1
0,82 s
0,63 s
2,3%
0,012%
• Pengujian dengan 3 data dengan Sp=800 RPM.
• Kd berpengaruh dalam mengurangi overshoot respon sistem.
Pengujian Parameter Kp,Ki,Kd
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Waktu Simulasi (t)
Nila
i Kec
epat
an(R
PM)
Respon Kendali Model Motor DC dengan Parameter Kp, Ki, Kd
Kp=26 Ki=1 Kd=0,30Kp=26 Ki=1 Kd=1Kp=26 Ki=1 Kd=3Set Point=800
Pengujian & Analisis
Set point
Settling
Time ( sT )
Rise Time
( rT )
Overshoot
(%) Steady
State
Error(%)
400 0.61s
0,48 s 1,13% 0,025%
500 0.61 s
0,48 s 1,12% 0,020%
600 0.61 s
0,48 s 1,11% 0,016%
700 0.61 s
0,48 s 1,11% 0,014%
800
0.61 s 0,48 s 1,11% 0,012%
900
0.61 s 0,48 s 1,11% 0,012%
980
0.61 s 0,48 s 1,12% 0,011%
Pengujian Variasi Set Point
• Model Motor DC dapat dikendalikan dengan PID melalui µC Arduino Uno Rev 3,• Parameter nilai Kp dalam penelitian belum sesuai dengan teori umum,• Parameter Ki mempunyai peran besar dalam memperbaiki respon sistem,• Parameter nilai Kd dalam penelitian ini mempunyai pengaruh terhadap menurunnya
overshoot respon sistem,• Nilai PID terbaik dengan Kp=26 Ki=1 Kd=0.30 dan memenuhi spesifikasi untuk mengendalikan
motor DC.
Kesimpulan
Saran• Untuk mendapatkan respon sistem yang lebih bervariasi ada baiknya diuji dengan metode
PID seperti root locus,dan ziegler nichols.• Terbatas pada pendayagunaan plant model motor DC. Selanjutnya dapat menggunakan plant
sesungguhnya.• Menggunakan Arduino atau mikrokontroler jenis lain yang memiliki range pembacaan data
dan clock speed yang lebih tinggi.
Kesimpulan dan Saran