-
Perancangan dan Realisasi Sistem Kendali Digital pada
Plant Level Air dengan Metode Ziegler-Nichols &
Coohen-Coon menggunakan Matlab dan Arduino
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat
menyelesaikan mata kuliah
Sistem Kendali Digital
DIPLOMA III/D-3 TEKNIK ELEKTRONIKA
TEKNIK ELEKTRO
Oleh:
Millatina F R
131311051
Politeknik Negeri Bandung
2015
-
i
ABSTRAK
Suatu sistem yang telah dirancang tidak akan selalu menghasilkan
respon
atau output yang sesuai dengan perancangan. Dibutuhkan suatu
pengendalian atau
pengontrolan untuk mengurangi error yang didapat agar sistem
bisa stabil sesuai
yang diharapkan. Metoda Kendali PID yang di rancang menggunakan
software
Matlab 2013 yang berupa Simulink dan script yang dihubungkan ke
modul
Arduino UNO agar perancangan tunning PID dapat dihubungkan ke
modul sistem
kendali level air. Terdapat dua metode yang digunakan untuk
mendapatkan respon
dengan rise time, overshoot, steady state error dan settling
time yang kecil yaitu
menggunakan metoda Ziegler Nichols tipe 1 dan Ziegler Nichols
tipe 2. Hasil dari
manual tunning PID Ziegler Nichols 2 lebih sesuai apabila
diaplikasikan pada
modul sistem kendali level air dibandingkan dengan Ziegler
Nichlos tipe 1.
Metode Ziegler Nichols tipe 2 ini diterapkan pada jenis sistem
seperti kendali
level air ini karena tidak membutuhkan waktu yang lama untuk
mendapatkan
respon yang digunakan untuk mencari parameter PID. Kendali level
air ini dapat
diaplikasikan pada industri-industri seperti tangki pengisian
minyak, bendungan,
pengisian botol/ kaleng minuman, dan sebagainya. Kendali level
air juga dapat
diaplikasikan pada sistem pendeteksi banjir.
Kata Kunci : Level Air, Ziegler Nichols, Matlab, Arduino Uno,
dan Kendali PID
-
ii
ABSTRACT
A system that has been designed will not always produce a
response or
output in accordance with the design. It takes a controlling or
controlled to reduce
error obtained so that the system can be stabilized as expected.
PID control
method that is designed using the software Matlab Simulink and
2013 in the form
of scripts that are connected to the Arduino UNO module so that
the design of
tunning PID module can be connected to a water level control
system. There are
two methods used to get a response to the rise time, overshoot,
steady state error
and settling time is small, namely using Ziegler Nichols method
of Ziegler
Nichols type 1 and type 2. The results of the manual Ziegler
Nichols tuning PID 2
is more appropriate when applied to the module system control
the level of water
compared with Nichlos Ziegler Ziegler Nichols type 1. Type 2
Method is applied
to the type of water level control system such as this because
it does not take long
to get a response that is used to find the PID parameters. The
water level control
can be applied to industries such as oil charging tank, dam,
charging bottles / cans
of drink, and so on. Water level control can also be applied to
flood detection
system.
Key Word : Water Level,Ziegler Nichols, Matlab, Arduino Uno and
PID
Controller.
-
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT yang mana
atas rahmat dan
bimbingan-Nya laporan akhir ini yang berjudul SISTEM KENDALI
DIGITAL PADA
PLANT LEVEL AIR dapat terselesaikan tepat pada waktunya. Laporan
ini dibuat
untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan mata kuliah
Sistem Kendali Digital,
program studi D-3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro,
Politeknik Negeri
Bandung.
Selama pelaksanaan pembuatan laporan, penulis banyak mendapatkan
bantuan dan
bimbingan dari banyak pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan
banyak terima kasih
kepada pihak - pihak berikut :
1. Orang tua dan keluarga lainnya yang telah memberikan dukungan
materil maupun
moril.
2. Bapak Feriyonika, S.T., M.Sc. Eng. selaku dosen pembimbing
yang telah memberikan
bimbingan dan nasehatnya kepada penulis yang sangat bermanfaat
sekali dalam
menyelesaikan laporan akhir ini.
3. Rekan-rekan EC 2B 2013 yang selalu memberikan dukungan dan
semangatnya
kepada penulis.
Penulis menyadari dalam penyusunan laporan akhir ini masih jauh
dari kata
sempurna, masih banyak kekurangan yang disadari penulis sendiri,
oleh karena itu kritik
atau saran sangat diharapkan untuk mendukung penulisan laporan
ini untuk menjadi lebih
baik lagi. Akhir kata penulis berharap, laporan ini dapat
memberikan manfaat khususnya
untuk penulis sendiri dan umumnya untuk pembaca guna yang dapat
membuat tulisan
menjadi lebih baik lagi.
Bandung, Januari 2015
Penulis
-
iv
DAFTAR ISI
ABSTRAKSI
...........................................................................................................
i
ABSTRACT
............................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR
..........................................................................................
iii
DAFTAR ISI
.........................................................................................................
iv
DAFTAR GAMBAR
.............................................................................................
v
DAFTAR TABEL
................................................................................................
vi
BAB I PENDAHULUAN
......................................................................................
1
1.1 Latar Belakang
.........................................................................................
1
1.2 Tujuan
......................................................................................................
2
BAB II DASAR TEORI
.......................................................................................
3
2.1 Sistem Kendali PID
.................................................................................
3
2.1.1 Pengontrol proporsional
1.............................................................
4
2.1.2 Pengontrol Integral
........................................................................
4
2.1.3 Pengontrol Derivative
....................................................................
5
2.2 Metode Ziegler Nichols
...........................................................................
5
2.2.1 Ziegler Nichols Tipe 1
...................................................................
6
2.2.2 Ziegler Nichols Tipe 2
...................................................................
7
2.3 Matlab
......................................................................................................
8
2.4 Arduino uno
.............................................................................................
9
BAB III METODA DAN PENYELESAIAN
.................................................... 11
3.1 Blok diagram kendali Level Air
............................................................ 11
3.2 Alat dan bahan
.......................................................................................
11
3.3 Perancangan dan Pengujian Perangkat Keras (Hadware)
...................... 12
-
v
3.3.1 Modul Power Suppy (PS-6)
......................................................... 12
3.3.2 Modul Power Amplifier (PA-6)
.................................................. 12
3.3.3 Modul Reference Variable Generator (RVG-6)
.......................... 12
3.3.4 Modul PID (PA-6)
.......................................................................
13
3.4 Perancanagn dan Pengujian Perangkat Lunak (Software)
..................... 13
3.4.1 Script Matlab
...............................................................................
13
3.4.2 Sistem Kendali Ziegler Nichols Tipe 1
....................................... 13
3.4.3 Sistem Kendali Ziegler Nichols Tipe 2
...................................... 13
3.4.4 Sistem Kendali dengan Metoda Cohen Coon
............................. 14
3.4.5 PID Arduino
................................................................................
14
BAB IV DATA DAN ANALISA
........................................................................
15
4.1 Sistem Kendali Ziegler Nichols Tipe 1
................................................. 15
4.1.1 Proses Manual Tuning
...............................................................
17
4.2 Sistem Kendali Ziegler Nichols Tipe 2
................................................. 18
4.3 Cohen Coon
...........................................................................................
20
4.4 PID Script Matlab
..................................................................................
22
4.5 PID Script Arduino
...............................................................................
25
BAB V KESIMPULAN
......................................................................................
29
5.1 Kesimpulan
............................................................................................
29
5.1 Saran
......................................................................................................
30
DAFTAR PUSTAKA
..............................................................................................
-
vi
DAFTAR TABEL
Tabel II.1 Fungsi dari Kp, Ki, dan Kd 3
Tabel IV.1 hasil perhitungan untuk menentukan respon nilai Ki,
Kp, dan Td
16
Tabel IV.2 hasil perhitungan untuk menentukan respon awal pada
plant PID
asli 16
Tabel IV.3 Perhitungan waktu matlab dan waktu sebenarnya 21
-
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 Diagram blok kontroler proposional 4
Gambar II.2 Kurva Sinyal 5
Gambar II.3 Blok diagram Derivative 5
Gambar II.4 Arduino Uno 9
Gambar III.1 Model Blok Simulink untuk mencari parameter PID
13
Gambar III.2 Model Blok Simulink untuk mencari PCR dan KCR
14
Gambar III.3 Model Blok Simulink Cohen Coon 14
Gambar IV.1 Plant keseluruhan dari Kendali Level Air 15
Gambar IV.2 Respon untuk menentukan nilai Ki, Kp, dan Td 16
Gambar IV.3 Respon sinyal Awal 17
Gambar IV.4 Proses Manual Tuning 17
Gambar IV.5 Plant kendali Level Air Keseluruhan 18
Gambar IV.6 Respon awal 18
Gambar IV.7 Sinyal berosilasi dengan PCR 19
Gambar IV.8 Respon dari Waktu Sebenarnya 19
Gambar IV.9 Plant Level Air keseluruhan 20
Gambar IV.10 Respon awal sinyal berosilasi 20
Gambar IV.1I Hasil Desain Metode Cohen Coon 21
Gambar IV.12 Hasil Manual tuning 22
Gambar IV.13 Respon Awal 23
Gambar IV.14 Respon Sebelum Manual Tunning 24
Gambar IV.15 Respon dari Manual Tuning 24
Gambar IV.16 Hasil Respon sistem menggunakan Arduino Uno 28
-
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam dunia industri sistem kendali sangatlah banyak digunakan
terutama
sistem kendali level air, karena kendali level air sangatlah
sederhana juga salah
satu dari sekian banyak sistem yang ada dalam dunia industri,
Misalnya tangki
pengisian minyak, bendungan, pengisian botol minuman atau kaleng
minuman,
aplikasi pada pendeteksi banjir, sistem pendeteksi air
pasang-surut air laut, pompa
tangki air di rumah-rumah dan sebagainya. Saat ini banyak sekali
ditawarkan
suatu metode kontrol yang efektif dan mudah untuk
diimplementasikan, salah
satunya kontrol dengan sistem PID (Proporsional Integral
Derivative).
Kepopuleran PID sebagai komponen kontrol proses dilator
belakangi terutama
oleh kesederhanaan struktur, serta kemudahan dalam melakukan
tuning parameter
kontrolnya. Pada tingkat pengoperasian, seorang operator tidak
dituntut untuk
menguasai pengetahuan matematika yang relative rumit, melainkan
hanya
dibutuhkan pengalaman lapangan saja. (Dede iskandar,2015)[1]
Dalam perancangan yang dilakukan untuk melakukan proses manual
tunning
dapat dilakukan dengan menggunakan software Matlab. Matlab dapat
digunakan
untuk mensimulasi sebagai alat untuk mempelajari dasar-dasar
kendali PID
sebelum dihubungkan langsung pada plant. Matlab yang dilengkapi
Control
Toolbox, membantu perancangan.[2]
Arduino UNO merupakan mikrokontroller yang digunakan untuk
mengkomunikasikan script dan Simulink yang sebelumnya telah
dirancang oleh
matlab untuk dihubungan juga dengan modu kendali level
air.[3]
Pada laporan akhir ini penulis akan menggunakan algoritma PID
dengan
melakukan manual tunning untuk mengendalikan modul plant level
air. Metode
yang dipakai untuk mendapatkan parameter PID adalah dengan
menggunakan
metode Ziegler Nichols tipe 1 (open loop) dan tipe 2 (closed
loop). Setelah
parameter-parameter PID (Kp, Ti, Td) didapat, selanjutnya nilai
dari parameter
tersebut di gunakan ke modul PID. Respon sistem akan di analisis
dan akan
-
2
diperbaiki dengan teknik manual tuning oleh karena itu,
dilakukan percobaan
dengan judul Perancangan dan Realisasi Sistem Kendali Digital
pada Plant Level
Air dengan Metode Ziegler-Nichols & Coohen-Coon menggunakan
Matlab dan
Arduino
1.2 Tujuan
Tujuan dari percobaan ini adalah:
-Dapat menggunakan modul sistem kendali level air dengan
menggunakan
metode Ziegler Nichlos tipe 1 dan 2.
- Dapat merancang Arduino Uno yang dihubungkan ke matlab dan
plant level
air.
- Dapat melakukan pengujian dan penerapan pada sistem kendali
PID.
-
3
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sistem Kendali 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
keunggulan-
keunggulan 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.
Parameter
pengontrol Proporsional Integral derivative (PID) selalu
didasari atas tinjauan
terhadap karakteristik yang di atur (plant). Dengan demikian
bagaimanapun
rumitnya suatu plant, prilaku plant tersebut harus di ketahui
terlabih dahulu
sebelum pencarian parameter PID itu dilakukan.
Tabel II.1 Fungsi dari Kp, Ki, dan Kd
Sistem Kendali PID memiliki transfer Function seperti
berikut:
Terdapat 3 pengaruh perubahan konstanta parameter-parameter PID
yang
sangat berpengaruh terhadapt respon. Adapun penjelasannya
sebagai berikut
-
4
2.1.1 Pengontrol proporsional
Pengontrol proposional memiliki keluaran yang sebanding atau
proposional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara
besaran yang
diinginkan 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. Pada gambar 2.1 menunjukkan blok diagram
yang
menggambarkan hubungan antara besaran setting, besaran aktual
dengan besaran
keluaran pengontrol proporsional. Sinyal keasalahan (error)
merupakan selisih
antara besaran setting
dengan besaran aktualnya. Selisih ini akan mempengaruhi
pengontrol, untuk
mengeluarkan sinyal positif (mempercepat pencapaian harga
setting) atau negatif
(memperlambat tercapainya harga yang diinginkan).
Gambar II.1
Diagram blok kontroler proposional
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.
Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang
dibentuk oleh
-
5
kurva kesalahan penggerak. Sinyal keluaran akan berharga sama
dengan harga
sebelumnya ketika sinyal kesalahan berharga nol. Pada Gambar 2.3
menunjukkan
contoh sinyal kesalahan yang dimasukan ke dalam pengontrol
integral dan
keluaran pengontrol integral terhadap perubahan sinyal
kesalahan.
Gambar II.2 Kurva Sinyal
Kurva Sinyal Kesalahan e(t) terhadap t pada pembangkit kesalhan
nol.
2.2.3 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. Pada Gambar
2.4
menunjukkan blok diagram yang menggambarkan hubungan antara
sinyal
kesalahan dengan keluaran pengontrol.
Gambar II.3
Blok diagram Derivative
2.2 Ziegler Nichlos
Pada saat ini lebih dari separuh pengontrol yang digunakan di
industri
adalah pengontrolan PID digital. Pada masa lampau, pengontrol
yang digunakan
kebanyakan berupa analog. Tuning pengontrolan adalah proses
menentukan
-
6
parameter pengontrol untuk menghasilkan output sesuai yang
diinginkan. Tuning
pengontrol dapat mengoptimalisasikan sistem proses dan
meminimalisasi error
antara variabel proses dan set point. Metoda trial and error
adalah salah satu
metoda tuning pengontrol tradisional yang dilakukan berdasarkan
pengalaman dan
membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mendapatkan hasil yang
diinginkan.
Selain itu ada metoda tuning lain yang dikembangkan dari metoda
trial and error
yaitu metoda Ziegler-Nichols dan metoda Cohen-Coen. Metoda
Ziegler-Nichols
ini dapatdigunakan pada sistem open loop dan closed loop,
sedangkan metoda
Cohen-Coon biasanya hanya digunakan untuk sistem open loop.
Sistem closed
loop adalah sistem yang menggunakan feedback untuk mengontrol,
sedangkan
sistem open loop adalah sistem yang output-nya tidak
dibandingkan dengan input.
2.2.1 Ziegler Nichlos Tipe-1 (Open Loop)
Open Loop terbuka atau kontrol lup terbuka adalah suatu
sistem
yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi
kontrol.
Artinya sistem control terbuka keluarannya tidak dapat digunakan
sebagai
umpan balik dalam masukan.
Persamaan umum PID. Dalam domain waktu sinyal kendali, u(t),
ditulis sbb:
-
7
Pengertian integral = Sum = Menjumlah
e = Integral Error
de = Differential = Perubahan
dt = Jika Lebih cepat ada domain waktu
2.2.2 Metode Ziegler Nichols Tipe 2 (close loop)
Dibandingkan dengan Ziegler-Nichlos, Cohen and Coon bisa
dipakai untuk mendesain PD-Controller. Cohen and Coon juga
bisadipakai untuk plant yang memiliki deadtime yang besar.
Ada tahapan untuk mendesain dengan Cohen and Coon:
Close loop perubahan respon:
-
8
2.3 Matlab
Matlab atau yang sering kita sebut dengan (Matrix Laboratory)
yaitu
sebuah program untuk menganalisis dan mengkomputasi data
numerik, dan
MATLAB juga merupakan suatu bahasa pemrograman matematika
lanjutan, yang
dibentuk dengan dasar pemikiran yang menggunakan sifat dan
bentuk
matriks.MATLAB yang merupakan singkatan dari Matrix Laboratory,
merupakan
bahasa pemrograman yang dikembangkan oleh The Mathwork Inc. yang
hadir
-
9
dengan fungsi dan karakteristik yang berbeda dengan bahasa
pemrograman lain
yang sudah ada lebih dahulu seperti Delphi, Basic maupun
C++.
Pada awalnya program aplikasi MATLAB ini merupakan suatu
interface
untuk koleksi rutin-rutin numerik dari proyek LINPACK dan
EISPACK, dan
dikembangkan dengan menggunakan bahasa FORTRAN, namun sekarang
ini
MATLAB merupakan produk komersial dari perusahaan Mathworks,
Inc.Yang
dalam perkembangan selanjutnya dikembangkan dengan menggunakan
bahasa
C++ dan assembler, (utamanya untuk fungsi-fungsi dasar MATLAB).
MATLAB
telah berkembang menjadi sebuah environment pemprograman yang
canggih yang
berisi fungsi-fungsi built-in untuk melakukan tugas pengolahan
sinyal, aljabar
linier, dan kalkulasi matematis lainnya. MATLAB juga menyediakan
berbagai
fungsi untuk menampilkan data, baik dalam bentuk dua dimensi
maupun dalam
bentuk tiga dimensi.
2.4 Arduino Uno
Gambar 2.4 Arduino Uno
Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328.
Uno
memiliki 14 pin digital input / output (dimana 6 dapat digunakan
sebagai output
PWM), 6 input analog, resonator keramik 16 MHz, koneksi USB,
jack listrik,
header ICSP, dan tombol reset. Uno dibangun berdasarkan apa yang
diperlukan
untuk mendukung mikrokontroler, sumber daya bisa menggunakan
power USB
(jika terhubung ke komputer dengan kabel USB) dan juga dengan
adaptor atau
baterai. Arduino Uno berbeda dari semua papan sebelumnya dalam
hal tidak
menggunakan FTDI chip driver USB-to-serial. Sebaliknya, fitur
Atmega16U2
-
10
(Atmega8U2 sampai versi R2) diprogram sebagai konverter
USB-to-serial. Revisi
2 dari Uno memiliki resistor pulling 8U2 HWB yang terhubung ke
tanah,
sehingga lebih mudah untuk menggunakan mode DFU.
-
11
BAB III
METODA DAN PROSES PENYELESAIAN
Pada bab ini menjelaskan tahap tahap dari awal sampai akhir
untuk
menyelesaiakan dari hasil penelitian.
3.1 Blok diagram kendali Level Air
Blok diagram
Keterangan:
1. Blok Input
Blok input terdiri dari modul catu daya dimana catu daya
menyuplai
tegangan untuk seluruh modul sebesar +15V.
2. Blok Proses
Blok proses terdiri dari modul Set Point (Reference Variable
Generator ),
modul PID dan modul Power Supply (penguat daya).
3. Blok Output
Blok output merupakan output dari plant yang merupakan modul
kendali
level air.
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan modul yang digunakan dalam penelitian kendali level
air.
1. Laptop 1Buah
2. Arduino Uno 1Buah
CATU
DAYA
INPUT
SET
POINT PID PENGUAT
PROSES
PLANT
OUTPUT
-
12
3. Multimeter 1Buah
4. Kabel Penghubung 1Buah
4. Modul Power Supply (PS-6) 1Buah
5. Modul Power Amplifier (PA-6) 1Buah
6. Modul Reference Variable Generator (RVG-6) 1Buah
7. Modul PID-6 1Buah
3.3 Perancangan dan Pengujian perangkat keras (Hardware)
3.3.1 Modul Power Supply (PS-6)
Catu daya akan bekerja sebagai sumber tegangan apabila power
ON/OFF
diubah ke posisi ON. Pada catu daya terdapat potensiometer U
untuk mengubah
tegangan yang diinginkan dan digunakan untuk mengatur besarnya
tegangan.
Apabila arah panahnya diputar kekiri maka nilai tegangannya 0
volt. Sebaliknya
apabila diputar kearah yang berlawanan tegangannya akan
maksimal.
3.3.2 Modul Power Amplifier (PA-6)
Power Amplifier atau Penguat Daya adalah sebagai sumber
untuk
mendapatkan tegangan input dari modul PID yang dihubungkan
menggunakan konektor yang secara mekanis telah sejajar dengan
channel-
channel untuk memberikan input pada modul sebelumnya.
3.3.3 Modul Reference Variable Generator (RVG-6)
Setpoint atau referense variable generator adalah sebagai
input
tegangan dengan range (-10) Volt sampai (+10) Volt atau 0 Volt
sampai
(+10) Volt. Kedua pilihan ini bisa diatur dengan memindahkan
jumper
penghubung.
-
13
3.3.4 Modul PID (6)
Modul PID ini terdiri dari 3 pengaturan parameter yaitu Kp, Ti
dan
Td. Pengaturan parameter tersebut dilakukan secara analog.
Sehingga
pengaturan input pada modul sering tidak presisi.
3.4 Perancangan dan Pengujian Perangkat Lunak (Software)
3.4.1 Script Matlab
Script dari Matlab ini digunakan untuk menjalankan sistem
yang
telah stabil, dalam artian sudah mengandung nilai Kp, Ki dan Kd
yang
sesuai atau yang telah ditentukan . Sehingga respon yang didapat
dari
sistem ini memiliki Rise time, settling time, overshoot dan
steady state
error yang sangat kecil.
3.4.2 Sistem Kendali PID Ziegler Nichols Tipe 1 (Open Loop)
Dalam metode ini sistem kendali level air diatur dengan
sistem
kendali terbuka (open loop). Pada Simulink Matlab, scope
akan
memperlihatkan respon berupa Kurva S. Dengan menggunakan
metode
tipe 1(Open Loop) untuk mendapatkan parameter L dan T.
Gambar III.1
Model Blok Simulink untuk mencari parameter PID
3.4.3 Sistem Kendali PID Ziegler Nichols Tipe 2(Close Loop)
Dalam metode ini sistem kendali level air diatur dengan
sistem
kendali tertutup (close loop) dengan rangkaian feedback. Pada
simulink
Matlab ini scope akan menunjukkan grafik yang berosilasi.
Parameter Kp
pada modul PID diatur agar menghasilkan osilasi yang
konsisten.
-
14
Gambar III.2
Model Blok Simulink untuk mencari PCR dan KCR
3.4.4 Sistem Kendali dengan Metoda Cohen Coon
Gambar III.3
Mode Blok Simulink untuk mencari Td, Gp, T
Dalam metode ini sistem kendali level air diatur dengan
sistem
kendali dengan menggunakan Metode Cohen Coon, dengan
rangkaian
feedback sama seperti Ziegler Nichols Tipe 2.
3.4.5 PID Arduino
Pemrograman PID ini pada Arduino berfungsi untuk
menggerakkan sistem tanpa bantuan laptop (stand alone).
-
15
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Kendali level air dengan Ziegler Nichols Tipe 1 (Open
Loop)
Gambar IV.1
Plant keseluruhan dari Kendali Level Air
Pada gambar diatas adalah plant level air secara keseluruhan
yang
dirancang dengan Catu Daya, Set Point, PID, Penguat Daya dan
Level Air. Plant
tersebut terdapat Catu daya yang terhubung dengan 220Vac yang
dihubungkan
dengan Set Point, yang berfungsi untuk mengatur keluaran air
dari plant level air,
dan dihubungkan juga dengan PID, yang berfungsi sebagai
pengaturan untuk KP,
Ti dan Td. Lalu PID tersebut dihubungkan ke plant penguat daya
karena untuk
menguatkan keluaran. Dan yg terakhir penguat daya dihubungkan
pada plant
Level Air, plant ini adalah untuk melihat hasil respon yang
didapat lalu dari level
air diumpan bailikkan dengan PID. Dan sudah dirancang juga
dengan
menggunakan arduino UNO.
-
16
Gambar IV.2
Respon untuk menentukan nilai Ki, Kp, dan Td
Tabel 4.1 hasil perhitungan untuk menentukan respon nilai Ki,
Kp, dan Td
Langkah selanjutkan melihat respon awal dari perhitungan
selanjutnya dengan
table dibawah ini
Tabel 4.2 hasil perhitungan untuk menentukan respon awal pada
plant PID asli
-
17
Gambar IV.3
Respon sinyal Awal
Gambar ini adalah respon awal yang didapat dari hasil
memasukan nilai Kp, Ti dan Td pada plant PID asli.
4.1.1 Proses Manual Tuning
Gambar IV.4
Proses Manual Tuning
Gambar diatas adalah hasil respon dari manual tuning agar
respon
yang sebelumnya lebih baik, agar overshoot dan over damp
berkurang
caranya dengan memasukan ke PID, KP , TD dan Ti.
-
18
4.2 Kendali level air dengan Ziegler Nichols Tipe 2 (Close
Loop)
Gambar IV.5 Plant kendali Level Air Keseluruhan
Gambar diatas adalah plant keseluruhan Level Air yang
dihubungkan
dengan Arduino Uno.
Gambar IV.6 Respon awal
Gambar diatas adalah sinyal berosilasi saat Arduino Uno
disambungkan ke
Matlab dan Modul kendali Level Air.
-
19
Gambar IV.7
Sinyal berosilasi dengan PCR
Gambar diatas adalah respon saat sinyal berosilasi dengan PCR.
Dengan
membandingkan dengan Real Time (Waktu sebenarnya).
Gambar IV.8 Respon dari Waktu Sebenarnya
Gambar diatas adalah respon dari perhitungan waktu matlab dan
waktu
sebenarnya dengan mengatur atur set point.
-
20
4.3 Cohen and Coon
Gambar IV.9 Plant Level Air keseluruhan
Gambar IV.10 Respon awal sinyal berosilasi
Gambar diatas adalah respon awal sinyal berosilasi ketika semua
plant
dirancang dengan Arduino Uno dan Matlab dengan menggunakan Blok
Simulink
yang telah dibuat.
-
21
Tabel IV.3 Perhitungan waktu matlab dan waktu sebenarnya
IV.1I Hasil Desain Metode Cohen Coon
Gambar diatas adalah hasil desain dari metode Cohen Coon dengan
memasukkan
Nilai perhitungan pada tabel sebelumnya.
-
22
Gambar IV.12 Hasil Manual tuning
Gambar diatas adalah Hasil respon dari Manual tuning dengan
mengatur
set point dan menambahkan nilai Kp dan Td.
4.4 PID Script Matlab
Berikut adalah Script PID yang digunakan dalam matlab dengan
berdasarkan perhitungan sebelumnya untuk melihat hasil
respon.
%===============START=========
====== clf
%Time Sampling Ts=0.053703; pinMode(a,6,'output')
pinMode(a,13,'output') pinMode(a,10,'input') %Setting Parameter PID
Kp =30; Ti =50; Td =0;
Ki =Kp/Ti; Kd=Kp*Td;
%=======Kondisi Error Awal error_sebelum=0;
errorI_sebelumnya=0;
%=========Set untuk Plot y1=0; y2=0;
t=0; x=0; digitalWrite(a,13,1); start=digitalRead(a,10);
while (start==1) tic x=x+1; %=============================
====== %Tentukan PV (proses value)
awal SP = analogRead(a,0); SP = SP*0.0049;
%Tentukan PV (proses value)
awal PV = analogRead(a,5); PV = PV*0.0049;
%Hitung Error error = SP - PV;
%Hitung Error Integral errorI_sekarang = ((error
+ error_sebelum)/2)*Ts;
-
23
errorI = (errorI_sekarang)
+ (errorI_sebelumnya);
%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/5; %=============================
====== %Membatasi agar nilai PID
tidak > 10 if outPID > 10 outPID=10; else outPID=outPID;
end
%Membatasi agar nilai PID
tidak
-
24
Gambar IV.14 Respon Sebelum Manual Tunning
Gambar diatas adalah hasil respon sebelum dilakukannya Manual
Tuning dengan
memasukkan hasil perhitungan Kp, Ki, dan Td ke dalam Script yang
ada pada Matlab.
Gambar IV.15 Respon dari Manual Tuning
Gambar diatas adalah hasil respon dari proses manual tuning
dengan
memasukkan nilai perhitungan Kp, Ki, dan Td yang hasil
perhitungannya berbeda dari
hasil perhitungan sebelumnya.
-
25
4.5 PID Script Arduino
Berikut adalah Script yang dijalankan dalam software Arduino Uno
yang telah
dimasukkan nilai perhitungan Kp, Ki, dan Td dengan menambahkan
LCD ketika
perancangannya.
#include
// initialize the library with the numbers
of the interface pins
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
int Output = 6;
float Ts = 0.01;
float Kp = 30;
float Ti = 50;
float Td = 0;
float Ki = Kp/Ti;
float Kd = Kd*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() {
pinMode(3,OUTPUT);
lcd.begin(16, 2);
// put your setup code here, to run once:
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("SP :");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("PV :");
lcd.setCursor(10, 0);
lcd.print("mbar");
lcd.setCursor(10, 1);
lcd.print("mbar");
}
void loop() {
// put your main code here, to run
repeatedly:
-
26
Setpoint = analogRead(A0);
Setpoint1 = Setpoint*0.0049;
Feedback = analogRead(A5);
Feedback1 = Feedback*0.0049;
error = Setpoint1-Feedback1;
errorIsekarang = error+errorsebelum;
errorIsekarang1 = errorIsekarang/2;
errorIsekarang2 = errorIsekarang1*Ts;
errorI = errorIsekarang2 +
errorIsebelum;
errorD1 = error - errorsebelum;
errorD = errorD1/Ts;
outP = Kp*error;
outI = Ki*errorI;
outD = Kd*errorD;
outPIDsebelum = outP + outI + outD;
if(outPIDsebelum>10)
{
outPIDsebelum=10;
}
else if(outPIDsebelum
-
28
Gambar IV.16 Hasil Respon sistem menggunakan Arduino Uno
Gambar diatas adalah proses upload program ke Arduino yang
berhasil,
plant akan menyala sesuai dengan set point yang diatur melalui
modul setpoint
(RVG-6). Respon Arduino tidak berupa grafik melainkan berupa
deret bilangan
seperti gambar pada IV.16 yang menunjukkan proses berjalannya
respon pada
sistem level air.
-
29
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil saat proses pengujian, pengambilan data dan
analisa
percobaan yang telah dilakukan mengenai Sistem Kendali PID pada
Sistem
Kendali Level Air, dapat disimpulkan bahwa:
1. Pada plant level air menggunakan Ziegler Nichols tipe 1 yang
dihubungkan
dengan arduino uno tidak selalu memiliki respon atau hasil yang
baik dengan
menggunakan PID, KP TD dan Ti dengan mengeset sendiri
mendapatkan hasil
respon yang didapat menjadi lebih baik karena berkurangnya
overshoot dan over
damp.
2. Sistem kendali level air yang yang dikendalikan menggunakan
Arduino Uno
menggunakan Ziegler Nichols tipe -2 adalah mencari respon lalu
diumpan
balikkan lalu dikendalikan menggunakan set point agar hasil
desain yang
diinginkan sedikit terlihat bagus. Namun jika respon yang tidak
diinginkan terjadi
disini kita dapat mengatur atur set point atau memperbesar
Ki.
3.Pada sistem kendali level air yang yang dikendalikan
menggunakan Arduino
Uno menggunakan Cohen Coon adalah metode untuk tuning, yang
berarti bahwa
langkah perubahan dapat diperkenalkan ke input setelah berada
pada keadaan
tunak. Maka output dapat diukur berdasarkan waktu yang konstan
dan waktu
tunda dan tanggapan ini dapat digunakan untuk mengevaluasi
parameter kontrol
awal. Digunakan untuk sistem dengan waktu tunda dan lebih cepat
waktu respons
loop tertutupnya.
4. Sistem Kendali Level Air dengan menggunakan shield arduino
tanpa LCD dan
masih menggunakan laptop, respon yang didapat hasilnya mencapai
stady state
namun masih ada perubahan perubahan sangat kecil ketika setpoint
diatur dengan
feedback yang didapat. Setelah itu mencoba menambahkan script
PID dengan
mengupload di dalam software arduino dengan menambahkan LCD dan
tanpa
bantuan laptop (Stand Alone) respon yang didapat adalah hasilnya
mencapai
stady state juga namun nilai setpoint yang didapat dengan nilai
proses valuenya
masih ada perbedaan lumayan kecil namun perbedaan tersebut
sangat kecil
-
30
mungkin perbedaan ini disebabkan oleh pompa air yang membuat air
ketika terisi
tidak stabil.
5.2 Saran
Demi untuk kesempurnaan, dan pengembangan kajian dari ilmiah
ini, maka
penulis memberikan saran, sebagai berikut:
- Disarankan harus lebih jeli dalam melakukan tunning terutama
dalam mennentukan parameter-parameter PID.
-
31
DAFTAR PUSTAKA
[1]Water Level
Control,http://www.academia.edu/10526784/LAPORAN_PRAKTIKUM_SIMU
LASI_WATER_LEVEL_CONTROL.D.html. Diakses 5 Juli 2015
[2]Pengendalian Level,
http://serbamurni.blogspot.com/2013/12/laoran-
praktikum-pengendalian-level.html. Diakses 5 juli 2015
[3]Teori Kontrol PID,
http://www.academia.edu/4607460/Teori_Kontrol_PID_Proportional_Integral_De
rivative.html. Diakses 5 Juli 2015
[3]Metoda Tuning Ziegler NBichols,
http://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-
nichols.html. Diakses 5 Juli 2015
[4]Sugitriana, Juwita, Sistem Kendali PID pada Modul Kendali
Level
Air.Laporan Akhir, Politeknik Negeri Bandung, 2015
http://www.academia.edu/10526784/LAPORAN_PRAKTIKUM_SIMULASI_WATER_LEVEL_CONTROL.D.htmlhttp://www.academia.edu/10526784/LAPORAN_PRAKTIKUM_SIMULASI_WATER_LEVEL_CONTROL.D.htmlhttp://serbamurni.blogspot.com/2013/12/laoran-praktikum-pengendalian-level.htmlhttp://serbamurni.blogspot.com/2013/12/laoran-praktikum-pengendalian-level.htmlhttp://www.academia.edu/4607460/Teori_Kontrol_PID_Proportional_Integral_Derivative.htmlhttp://www.academia.edu/4607460/Teori_Kontrol_PID_Proportional_Integral_Derivative.htmlhttp://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-nichols.htmlhttp://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-nichols.html