Laporan Modul Optimasi.doc

Percobaan No Judul Nama Pelapor Kelas/Kelompok Tanggal Praktek

: 09 : Sistem Kendali Otomatis Metode Optimasi Dengan Alat Kendali PID Pada Jaringan Simulator : Fahrul Muhamad Sayuti : 3B/1 : 12 – November – 2018

9.1. Tujuan Percobaan Setelah melakukan percobaan, diharapkan dapat : a. Menjelaskan tanggapan kendali dari sistem kendali otomatis dengan alat kendali PID pada suatu simulator jaringan terkontrol orde ke-2. b. Menyebutkan kriteria pengesetan alat kendali PID. c. Mengotimalkan pengesetan parameter kendali dengan metode jerat terbuka. d. Mengotimalkan pengesetan parameter kendali dengan metode jerat tertutup.

9.2. Teori Dasar Seperti yang telah disinggung pada percobaan tanggapan alat kendali PID, bahwa alat kendali PID banyak digunakan di industri dan pengesetan parameter kontrolnya harus sesuai dengan sistem (“plant”) yang dikontrol. Pada percobaan ini, walaupun masih bersifat simulasi, praktikan akan dikenalkan dengan beberapa metode penalaan parameter kendali guna memperoleh tanggapan sistem kendali yang optimal. Metode penalaan sering juga disama-artikan dengan metode optimasi sistem kendali. Salah satu kelebihan alat kendali PID dibanding dengan alat kendali yang berkembang pesat dewasa ini, seperti “Adaptive Control”, adalah bahwa untuk merancang alat kendali ini (PID) kita tidak harus mengetahui model sistem yang akan dikontrol. Untuk memperoleh tanggapan kendali yang optimal, bisa dilakukan pengesetan atau penalaan parameter kendali langsung ditempat sistem yang akan dikendalikan berada. Sementara alat kendali lain seperti yang tersebut diatas, model plant yang akan dikendalikan harus diketahui terkebih dahulu. Itu pun masih memerlukan kemampuan matematis tingkat tinggi.

Inilah yang menyebabkan alat kendali PID masih tetap bertahan sebagai primadona di industri kendali dan terus dikembangkan guna memperolaeh kinerja yang lebih baik.

Penalaan parameter kendali Tujuan penalaan adalah penetapan parameter-parameter kendali sehingga kinerja sistem kendali bisa optimum. Optimal dalam arti stabil, peka terhadap adanya perubahan atau gangguan, dan cepat dan mengantisipasi semua jenis perubahan akibat perubahan “setpoint” maupun gangguan. Oleh karena itu pula penalaan biasa disebut optimasi sistem. Penalaan parameter kendali bisa dilakukan secara teoritis apa bila model (fungsi alih) plant diketahui. Bila model plant tidak diketahui secara jelas maka metode eksperimen adalah yang paling tepat. Metode eksperimen yang dibahas berikut ini adalah metode penalaan, yakni metode jerat terbuka dan jerat tertutup.

9.2.1. Metoda jerat terbuka atau Metode Kurva Reaksi Dalam metode ini, semua alat kendali tidak difungsikan. Plant diberi masukan step dan keluarannya direkam dan diproses. Sehingga diperoleh kurva “S”. Dari kurva ini diperoleh waktu tunda (delay-time) l dan “time constant” T seperti terlihat pada gambar dibawah ini. Dari kedua harga ini dan penguatan plant Ks, kemudian ditentukan parameter kendali untuk masing-masing konfigurasi, berdasarkan tabel Zeigler dan Nichols (Tabel 9.1).

Masukan

Plant

U

Keluaran

Gambar 9.1. - Penalaan metode jerat terbuka

Tabel 9.1 - Penalaan metode jerat terbuka Jenis alat kendali P

Kp

Ti

Td

∞

0

PI

0

PID

2L

0.5 L

Catatan : Nilai Ks ditentukan dari nilai referensi dibagi nilai keluaran 9.2.2. Metoda jerat tertutup atau Metode Osilasi Pada metode ini, plant dihubungkan ke alat kendali P dan keluaran plant diumpan-balikan ke alat kendali melalui penjumlah seperti ditunjukan pada gambar dibawah ini. Set Point

P

Plant

Keluaran

Gambar 9.2. – Penalaan metode jerat tertutup

Yang perlu dilakukan pada metoda ini adalah memvariasikan Kp, yaitu mulai dari 0 sampai penguatan tertentu, sehingga tanggapan sistem mulai berosilasi. Osilasi disini adalah osilasi uang pertama kali. Penguatan proporsional pada saat sistem mulai berosilasi disebut sustain oscillation atau penguatan kritis (Ku) dan periodenya disebut ultimate period Tu atau periode kritis. Berdasarkan kedua besaran ini, parameter kendali kemudian ditetapkan sesuai tabel berikut. Tabel 9.2 - Penalaan metode jerat tertutup Jenis kendali P PI

Kp 0.5 Ku 0.45 Ku

Ti ∞

Td 0 0

PID

0.6 Ku

0.5 Pu

0.125 Pu

Catatan Perlu diperhatikan bahwa berhubungan penguatan simulator jaringan (orde ke-2) yang digunakan disini sangat kecil menyebabkan kondisi osilasi murni (tanpa damping) tidak bisa dicapai dengan alat kendali P. Oleh karena itu, penguatan kritis Ku diambil dari tanggapan osilasi dengan damping terkecil.

9.3.

Langkah Percobaan

Metoda Jerat Terbuka 1. Jangan fungsikan semua alat kendali (rangkaian loop terbuka). Delay line (Jaringan Tunda) di set T1= T2 = 5s. Berikan tegangan step (W=5 V) pada masukan plant (jaringan tunda) dan rekam keluaran plant. Tentukan waktu mati L dan waktu constant T. 2. Berdasarkan hasil pada langkah 5, tetapkan harga parameter kendali berdasarkan Tabel 9.1. Lakukan pengesetan parameter kendali sesuai dengan nilai optimumnya pada rangkaian loop tertutup. Kemudian, rekam variabel terkontrol jika pada alat kendali dengan masukan tegangan step (W= 5 V).

Gambar 1. Rangkaian alat kendali dengan jaringan tunda di atur pada T1=T2=5s

Gambar 2. Tanggapan dari gambar 1 Dapat dilihat bahwa nilai TU dan TG atau L dan T pada tanggapan diatas adalah

L = 1,207 s T = 15,649 – 1,207 = 14,442 s KS = 1 Tabel 9.3 - Penalaan metode jerat terbuka Jenis alat kendali P

Kp = 11,965

Ti

Td

∞

0

PI 0

= 11,366 PID

Ki = 1/Ti = 0,248 2 * 1,207 = 2,414 Ki = 1/Ti = 0,414

Gambar tanggapan dari metoda jerat terbuka ada dibawah ini: 1. Metoda Jerat Terbuka – P

0.5 * 1,027 = 0,603

2. Metoda Jerat Terbuka – PI

3. Metoda Jerat Terbuka – PID

Tabel 9.4 – Hasil Percobaan Metoda Jerat Terbuka Jenis alat kendali P PI PID

L 0,504 s 0,601 s 0,516 s

T 2,836 – 0,504 = 2,332 s 2,902 – 0,601 = 2,301 s 2,476 – 0,516 = 1,96 s

Metoda Jerat Tertutup 1. Buatlah rangkaian seperti yang ditunjukan pada diagram rangkaian dan lakukan pengesetan sebagai berikut : a. T1 = T2 = 5 s b. W= 5 V c. Matikan bagian kendali I dan Kendali D 2. Masukan tegangan step (W=5 V) dan rekam keluaran plant (variabel terkontrol) untuk Kp= 1; 10; 20; 50; dan 100. Gambar tanggapannya:

3. Pada penguatan (Kp) berapa osilasi tertinggi terjadi dan berapa periode kritisnya ? Osilasi tertinggi terjadi pada penguatan (KP) = 100 dan periode kritisnya (PU) = 5,53 – 0,843 = 4,687 s 4. Berdasarkan hasil pada langkah 3, set parameter kendali sesuai dengan tabel 9.2 dan fungsikan semua alat kendali. Kemudian, rekam variabel terkontrol jika pada alat kendali dengan masukan tegangan step (W= 5 V), seperti pada langkah 2.

Tabel 9.5 - Penalaan metode jerat tertutup Jenis kendali P PI

Kp 0.5 * 100 = 50 0.45 * 100 = 45

Ti ∞

Td 0 0

PID

0.6 * 100 = 60

0.5 * 4,687 = 2,343

0.125 * 4,687 = 0,585

Ki = 1/Ti = 0,426 9.1.

Metoda Jerat Tertutup – P

9.2.

Metoda Jerat Tertutup – PI

9.3.

Metoda Jerat Tertutup – PID

Tabel 9.6 – Hasil Percobaan Metoda Jerat Tertutup Jenis alat kendali P PI PID

L 0,330 s 0,339 s 0,302 s

T 1,232 – 0,330 = 0,902 s 1,300 – 0,339 = 0,961 s 1,104 – 0,302 = 0,802 s

9.4. Kesimpulan Kesimpulan dari praktikum optimasi ini adalah: a. Untuk bisa mengeset parameter yang optimal (stabil) maka digunakan metoda kurva reaksi (metoda jerat terbuka) atau metoda osilasi (metoda jerat tertutup). b. Tabel hasil percobaan Jenis alat kendali P PI PID

Metoda Jerat Terbuka L T 0,504 s 2,836 – 0,504 = 2,332 s 0,601 s 2,902 – 0,601 = 2,301 s 0,516 s 2,476 – 0,516 = 1,96 s

Metoda Jerat Tertutup L T 0,330 s 1,232 – 0,330 = 0,902 s 0,339 s 1,300 – 0,339 = 0,961 s 0,302 s 1,104 – 0,302 = 0,802 s

c. Dapat dilihat pada tabel diatas bahwa metoda jerat tertutup mempunyai waktu yang lebih cepat untuk L dan T nya untuk semua kendali seperti P, PI dan PID.

Sedangkan metoda jerat terbuka mempunyai waktu yang lebih lama untuk L dan T-nya dibanding dengan metoda jerat tertutup. d. Error yang paling baik menggunakan metoda jerat tertutup. e. Osilasi yang paling baik menggunakan metoda jerat tertutup. f.

Yang paling stabil tanggapannya menggunakan metoda jerat tertutup.