Instrumentasi : Proposal Praktikum Proportional Control

SISTEM KONTROL PROPORTIONAL

Proposal Praktikum Diajukan guna memenuhi tugas Mata Kuliah Instrumentasi

Oleh:

ABDUS SOLIHIN

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2009 1

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Kontroler adalah bagian dari rangkaian atau peralatan instrumentasi yang memproses, membuat keputusan, dan memberikan instruksi lebih lanjut dalam bekerjanya suatu peralatan tertentu. Ada beberapa jenis kontroler, beberapa diantaranya adalah Kontroler Proporsional (P), Kontroler Proporsional Integral (PI), Kontroler Proporsional Deravatif (PD), dan Kontroler Proporsional Integral Deravatif (PID). Akan tetapi dalam eksperimen yang akan dilakukan hanya difokuskan pada Kontroler Proporsional (P). Hal tersebut dikarenakan Kontroler Proporsional (P) merupakan basic design atau prototype yang memberikan konsep pada kontroler yang lain. Kata proportional dalam frasa Kontroler Proporsional mempunyai arti bahwa besarnya aksi kontrol sesuai dengan besarnya error dengan faktor pengali tertentu. Konsep kerja dari Kontroler Proporsional (P)

ialah

pemberian keputusan dalam sistem control dengan melakukan perbandingan sinyal proses dari transmiter, variabel yang dikontrol, dengan setpointnya dan mengirim sinyal yang cocok ke control valve; atau elemen kontrol akhir lainnya dalam rangka menjaga variabel yang dikontrol pada setpoint-nya. Sehingga akan memberikan dua kemungkinan reaksi. Pertama, aksi berlawanan (reverse action) atau turun: bila harga output naik maka kontroler mengurangi sinyal output (udara tekan atau arus )-nya. Kedua, Aksi searah (direct action) atau naik: sebaliknya dari reaksi pertama. Kontrol otomatik telah memainkan peranan penting dalam sains dan rekayasa modern. Disamping untuk kepentingan khusus seperti space-vehicle system, missile-guidance system, robotic system, kontrol otomatik telah menjadi bagian integral yang penting dalam manufaktur modern dan industri proses. Sebagai contoh, kontrol otomatik merupakan esensi dalam numerical control mesin-mesin presisi pada industri manufaktur, desain sistem auto pilot 2

pada industri penerbangan, disain mobil dalam industri otomotif. Juga dapat diterapkan pada operasi-operasi industri seperti mengontrol tekanan, temperatur, kelembaban, viskositas, aliran dalam industri proses. Mengingat aplikasi dari Kontroler Proporsional (P) ini memiliki manfaat dan kontribusi sangat besar dalam banyak bidang seperti disebutkan dalam beberapa contoh diatas, maka eksperimen mengenai Kontroler Proporsional (P) ini sangatlah penting dilakukan agar dapat dikembangkan lebih lanjut.

1.2 Perumusan Masalah Perumusan masalah dari praktikum yang akan dilakukan adalah bagaimana penguatan/gain yang terjadi dari nilai input tertentu yang ditetapkan serta hubungannya dengan besarnya error yang terjadi, dan identifikasi aksi control pada Kontroler Proporsional (P)?

1.3 Tujuan a. Mengetahui bagaimana penguatan/gain yang terjadi dari nilai input tertentu yang ditetapkan. b. Mengetahui hubungan penguatan/gain dengan besarnya nilai error yang terjadi. c. mengidentifikasi aksi control pada Kontroler Proporsional (P) dengan membandingkan sinyal masukan dan keluaran pada osiloskop.

3

BAB 2. DASAR TEORI

Kontroler adalah otak lup control yang melakukan aksi control atau pengendalian dalam suatu proses tertentu. Kontroler membuat keputusan dalam sistem

kontrol

dengan

melakukan

pembandingkan

sinyal

proses

dari

transmitter(variabel yang dikontrol) terhadap seat point-nya atau dengan mengirim sinyal yang cocok ke control valve (elemen control) akhir dalam setpoint-nya.

Dalam melakukan tugasnya itu, kontroler akan melakukan aksi berlawanan (reverse action), aksi searah (direct action), atau gabungan dari kedua aksi tersebut dalam satu proses kerja. Aksi berlawanan terjadi misalnya dalam fenomena harga output naik, maka kontroler mengurangi sinyal output. Hal tersebut berbeda dengan aksi searah (direct action), dimana ketika harga output naik, maka kontroler akan menambah sinyal output. (Placko, 2007: 6-7).

4

Ada beragam jenis kontroler yang diklasifikasikan berdasar aksi kontrol yang dilakukan. Beberapa jenis kontroler tersebut misalnya on-off control action, proportional control action (P), integral control action (I), proportional plus integral control action (PI), proportional plus derivative control action (PD), dan proportional plus integral plus derivative control action (PID). Dari sekian jenis kontroler, on-off control action dan proportional control action (P) adalah sistem kontroler yang paling mendasar dan sederhana proses kerjanya. Hal ini dikarenakan, kontroler-kontroler yang memiliki kualifikasi lebih tinggi relatif masih membutuhkan salah satu atau kedua jenis kontroler tersebut. Proportional controller tidak lain adalah amplifier dengan penguatan sebesar Kp. Kata proportional mempunyai arti bahwa besarnya aksi kontrol sesuai dengan besarnya error dengan faktor pengali tertentu. Jenis kontroler ini memiliki karakteristik

overshoot

tinggi,

waktu

penetapan

besar,

periode

osilasi

sedang,adanya offset, dan gainnya (Kc)sangat mempengaruhi error. Akan tetapi, selain karakteristik tersebut, Proportional controller memiliki kelemahan, yaitu terdapatnya steady state error atau output yang mempunyai selisih terhadap point yang diset (set point).

Dari gambar diatas, diperoleh nilai gain (u/e) adalah:

, dengan nilai R1 = R2 maka:

5

Besarnya gain pada Proportional controller sangat mempengaruhi nilai error yang muncul. Dimana semakin besar nilai Kc membuat nilai offset semakin kecil, walaupun ada harga Kc maksimum (atau biasa disebut juga dengan Kp maksimum). Offset (disebut juga dengan droop atau steady state) terjadi karena aksi kontrol proporsional dengan error yang disebabkan beda antara setpoint dan control point (harga controlled variable pada kesetimbangan baru). (www.mcgoffbethune.com) Dalam rangkaian Proportional controller ini, gain biasanya dapat diungkapkan juga dalam bentuk proportional band yang disingkat dengan PB.

Dari rumusan diatas didapati bahwa proportional band (PB) mempunyai nilai 100 per nilai Kc. Sehingga PB dapat didefinisikan sebagai error yang dibutuhkan untuk menghasilkan keluaran tambahan dari kontroler ke control valve (control akhir yang umum). Akan tetapi, hubungan antara kontrol dan error bergantung pada waktu, dimana u(t) = Kp e(t). Sehingga Kp dapat juga diungkapkan sebagai fungsi transfer:

(Dalam hal ini, beberapa referensi menyebut Kp dengan Kc).

6

BAB 3. METODOLOGI EKSPERIMEN

3.1 Alat dan Bahan Alat dan bahan yang dipergunakan pada eksperimen ini adalah: 1. Osiloskop 2. Sumber arus AC (listrik rumah tangga) 3. Function generator 4. Resistor: 2 buah dengan nilai masing-masing 1 kΩ 5. Potensiometer 6. Operational Amplifier (Op-Amp)

3.2 Desain Rangkaian

Dimana, R1 = R2 = Resistor dengan nilai 1 kΩ Rp = Potensiometer

e = Input tegangan listrik u = Output tegangan listrik

7

3.3 Langkah Kerja Tahapan-tahapan kerja yang dilakukan dalam eksperimen ini adalah: 1. Rangkaian disusun sebagaimana desain rangkaian diatas. 2. Rangakaian dihubungkan dengan osiloskop (CH1 untuk masukan dan CH2 untuk keluaran). 3. Rangkaian dihubungkan dengan function generator atau sumber AC yang dapat diubah-ubah masukannya. 4. Tegangan masukan diubah-ubah sedemikian rupa dari nilai terkecil hingga terbesar dengan mengubah nilai amplitudo pada function generator dan diambil titik-titik sampel tertentu. 5. Dilakukan pengamatan pada masukan dan keluaran di osiloskop dan ditentukan nilai gain yang muncul dengan membandingkan nilai keluaran dan masukan tersebut. 6. Dilakukan perhitungan nilai error yang terjadi dengan menggunakan formula konsep dasar yang telah ada (bias dilihat di dasar teori). 7. Dilakukan pengidentifikasian aksi kontrol dengan mengamati perubahan yang terjadi antara masukan dan keluaran.

1.4 Analisa Data Analisa data yang dipergunakan dalam eksperimen ini terdiri dari dua bagian, yaitu analisa kuantitatif dengan pemaparan nilai-nilai tertentu secara matematis dan analisa kualitatif yang menggunakan deskriptisasi terhadap perubahan-perubahan atau fenomena-fenomena yang terjadi. 1. Analisa Kuantitatif , dengan nilai R1 = R2 maka:

Sehingga dapat diketahui nilai error: 8

2. Analisa Kualitatif Analisa kualitatif dilakukan melalui perbandingan sinyal/tegangan masukan dan keluaran pada osiloskop secara deskriptif. Pembandingan ini meliputi bentuk gelombang, frekuensinya, amplitude, dan sebagainya. Sehingga didapati spesifikasi control yang terjadi melalui perubahanperubahan sinyal masukan dan keluaran yang teramati.

9

Daftar Pustaka

Placko, Dominique. 2007. Fundamental of Instrumentation and Measurement. ISTE: New Porth Beach, USA. Humpries, James T. 2000. Industrial Electronics. www.mcgoff-bethune.comtechlinkprocess.ctrprocess.pdf

10