Matlab Simulink [PDF]

Citation preview

Laporan Praktikum



Laboratorium Sistem Kendali Kontinyu II Kendali Suhu Pemanas (ON/OFF)



Disusun oleh:



04 05 11 16 20



Kelompok EK-2B / 04 Annisa Fitri Hanifa Aufiar Triviandi Ismantoro Farizal Annas Nurani Indah Saptari Susanto Eko Sulistyanto



NIM NIM NIM NIM NIM



3.32.13.1.04 3.32.13.1.05 3.32.13.1.11 3.32.13.1.16 3.32.13.1.20



Dosen: Bambang Supriyo, BSEE, MEngSc,PhD



PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2015



Lab. Sistem Kendali Kontinyu II 1



KENDALI SUHU PEMANAS (ON/OFF) 1. Tujuan Tujuan dari percobaan ini praktikan dapat :  Mahasiswa dapat membuat rangkaian kendali suhu pemanas.  Memahami tanggapan keluaran dari transduser LM35 terhadap suhu yang diberikan.  Mengetahui



cara



pengkoneksian



Arduino



pada



komputer



untuk



pengecekan pengukuran melalui Matlab Simulink.  Mengetahui cara menampilkan rekam data pengukuran dari Matlab simulink.  Mengetahui respon plot grafik set point, suhu aktual, dan fungsi waktu untuk tiap pengaturan set point yang berbeda.



2. Dasar Teori 2.1 Sensor Suhu LM35 LM35 ialah sensor temperatur paling banyak digunakan untuk praktek, karena selain harganya cukup murah, linearitasnya cukup bagus. LM35 memiliki 3 buah pin kaki, pin1 untuk masukan tegangan positif (+), pin2 sebagai tegangan keluaran, dan pin3 sebagai masukan tegangan negatif/GND (-). LM35 memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi 0,5oC pada suhu 25oC. Sensor LM35 umumnya akan naik sebesar 10mV setiap kenaikan 1°C (Output LM35 pada pin 2 akan berubah-ubah sesuai dengan suhu sekitarnya dari -55 °C (550mV ) sampai 150 °C (1,5V)). Dapat beroperasi pada tegangan 4 V-30 V. Persamaan : VO = 10 mV . T Artinya, jika misalnya terbaca temperatur T = 50oC maka Voutputnya ; Vo = 10mV x 50oC = 0,5 V 2.2 Arduino Uno Arduino Uno adalah board berbasis mikrokontroler pada ATMega 328. Board ini memiliki 14 digital input / ouput pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai ouput PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, Kendali Suhu Pemanas (ON/OFF)



Lab. Sistem Kendali Kontinyu II 2



jack listrik dan tombol reset. Pin – pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber tekanan bisa didapat dari adaptor AC – DC atau baterai untuk menggunakannya (Arduino, Inc., 2009). Arduino Uno R3 berbeda dengan semua board sebelumnya karena Arduino Uno R3 ini tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Melainkan menggunakan fitur dari ATMega 16U2 yang diprogram sebagai konverter USB-to-serial. 2.3 Relay Prinsip Kerja Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali terbuka.Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC). Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. 2.4 Solid State Relay (SSR) Solid State Relay (SSR) adalah relay/saklar elektronik semikonduktor yang memiliki kelebihan dan kekurangan dibandingkan dengan relay konvensional (elektro mekanik). Sistem isolasi pada solid state relai pada umumnya terisolasi secara optik sedangkan relay konvensional (elektro mekanik) terisolasi secara fisik, akondisi ini akan memberikan keuntungan dan kerugian tersendiri antara solid state relay dan relay konvensioanl. Fungsi solid state relay sebenarnya sama saja dengan relay elektromekanik yaitu sebagai saklar elektronik yang biasa digunakan atau diaplikasikan di industri-industri sebagai alat pengendali. Namun relay elektro mekanik memiliki banyak keterbatasan bila dibandingkan dengan solid state relay, salah satunya seperti siklus hidup kontak yang terbatas, mengambil banyak ruang, dan besarnya daya kontaktor relay. Karena keterbatasan ini, banyak produsen relay menawarkan perangkat Kendali Suhu Pemanas (ON/OFF)



Lab. Sistem Kendali Kontinyu II 3



solid state relay dengan semikonduktor modern yang menggunakan SCR, TRIAC, atau output transistor sebagai pengganti saklar kontak mekanik. Pada rangkaian ini SSR digunakan untuk menyalakan pemanas. 2.5 Matlab Simulink MATLAB (matrix laboratory) adalah sebuah lingkungan komputasi numerikal dan bahasa pemrograman komputer generasi keempat. Dikembangkan oleh The MathWorks, MATLAB memungkinkan manipulasi matriks, pem-plot-an fungsi dan data, implementasi algoritma, pembuatan antarmuka pengguna, dan peng-antarmuka-an dengan program dalam bahasa lainnya. Meskipun hanya bernuansa numerik, sebuah kotak kakas (toolbox) yang menggunakan mesin simbolik MuPAD, memungkinkan akses terhadap kemampuan aljabar komputer. Sebuah paket tambahan, Simulink, menambahkan simulasi grafis multiranah dan Desain Berdasar-Model untuk sistem terlekat dan dinamik. Pada



tahun



2004,



MathWorks



mengklaim



bahwa



MATLAB



telah



dimanfaatkan oleh lebih dari satu juta pengguna di dunia pendidikan dan industri. Simulink merupakan bagian tambahan dari software MATLAB (Mathworks Inc.). Simulink dapat digunakan sebagai sarana pemodelan, simulasi dan analisis dari sistem dinamik dengan menggunakan antarmuka grafis (GUI).



3. Bahan dan Alat 1. Sensor LM35 2. IC Op-Amp CA3140 3. Transistor BD 139 4. Dioda Zener 5,1 V 5. Capasitor 6. Resistor dan Variabel Resistor 7. LED 8. Relay 9. SSR 10. Arduino UNO 11. PC dengan Matlab Simulink 12. Solder 13. Kipas



1 buah 2 buah 1 buah 2 buah 1 buah 7 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 2 buah 2 buah



4. Langkah Percobaan 1. Membuat rangkaian Kendali Suhu Pemanas seperti gambar berikut :



Kendali Suhu Pemanas (ON/OFF)



Lab. Sistem Kendali Kontinyu II 4



2. Memasang tegangan supply 12 volt pada rangkaian, dan memastikan semua komponen terpasang dengan baik. 3. Memeriksa tegangan output dari sensor LM35 sesuai dengan tabel kondisi berikut : SP (oC) 30 40 50 60



SP (Volt) 1,5 2 2.5 3



4. Memeriksa tegangan pada titik A0, A1, dan A2 dengan multimeter, tegangan harus tidak lebih dari 5 V karena akan digunakan untuk masukan pin Arduino. 5. Memutar Resistor Variable untuk mengatur set point pada pin A2. 6. Membuat program dengan Matlab Simulink, sesuaikan penggunaannya dengan Input Arduino yang digunakan. 7. Mengamati plot grafik respon antara suhu aktual dan set point dari tampilan scope pada Matlab Simulink. 8. Mengambil rekam data dari set point, suhu aktual, dan fungsi waktu pada workspace Matlab Simulink. 9. Berikut ini adalah gambar program pada Matlab Simulink :



Kendali Suhu Pemanas (ON/OFF)



Lab. Sistem Kendali Kontinyu II 5



5. Hasil Percobaan 5.1. Tabel Hasil Percobaan 5.1.1 Tabel 1 Rekam data respon set point 30oC - 40oC time 0 11 19 20 26 28 31 35 38 42 45 45.1 45.2



sp 40.76246 40.86022 40.86022 40.86022 40.86022 40.86022 40.86022 40.86022 40.86022 40.86022 40.86022 40.86022 40.86022



suhu aktual 30.00978 31.1828 32.94233 33.13783 34.79961 35.28837 36.07038 37.14565 38.02542 39.19844 40.0782 40.17595 40.17595



Tout 32.3 43.3 51.3 52.3 58.3 60.3 63.3 67.3 70.3 74.3 77.3 77.4 77.5



5.1.2 Tabel 1 Rekam data respon set point 30oC - 50oC time 0 5 18 25 36 43 49 56 63 64.9 65.2 65.3 65.4 65.5 65.6



sp 50.73313783 50.83088954 50.73313783 50.83088954 50.73313783 50.73313783 50.73313783 50.73313783 50.73313783 50.83088954 50.73313783 50.63538612 50.73313783 50.73313783 50.73313783



suhu aktual 30.88954057 31.08504399 33.82209189 36.07038123 40.17595308 42.91300098 45.25904203 47.50733138 49.46236559 50.04887586 50.04887586 50.04887586 50.04887586 50.14662757 50.14662757



tout 67.7 72.7 85.7 92.7 103.7 110.7 116.7 123.7 130.7 132.6 132.9 133 133.1 133.2 133.3



5.1.3 Tabel 1 Rekam data respon set point 30oC - 60oC time 0



sp 60.80156403



suhu aktual 29.52101662



tout 203.3



Kendali Suhu Pemanas (ON/OFF)



Lab. Sistem Kendali Kontinyu II 6



8 19 28 33 60 78 107 140 145 147 147.3 147.4 147.5 147.6



60.5083089 60.70381232 60.70381232 60.70381232 60.60606061 60.60606061 60.70381232 60.70381232 60.70381232 60.70381232 60.80156403 60.70381232 60.80156403 60.60606061



30.10752688 35.28836755 38.70967742 40.27370479 45.35679374 47.80058651 50.04887586 55.13196481 57.67350929 59.6285435 59.82404692 59.92179863 60.01955034 60.11730205



211.3 222.3 231.3 236.3 263.3 281.3 dst..



Rekam data respon telah kami singkat, sebenarnya data yang berasal dari workspace Matlab Simulink sangat halus dan teliti untuk tiap perubahan suhunya.



5.2. Grafik 5.2.1. Plot grafik respon saat setpoint 30oC - 40oC



5.2.2. Plot grafik respon saat setpoint 30oC - 50oC



Kendali Suhu Pemanas (ON/OFF)



Lab. Sistem Kendali Kontinyu II 7



5.2.3. Plot grafik respon saat setpoint 30oC - 60oC



6. Pembahasan Sensor suhu LM35 memiliki output sebesar 1˚/10 mV. Hal ini berarti bahwa setiap perubahan 1 ˚C akan menghasilkan 10 mVolt tegangan. Titik awal tegangan diset pada 1,5 volt, pada tegangan ini suhu pada LM35 berada pada titik 30 ˚. Apabila set point dibuat pada tegangan 2 volt, maka suhu akan berada pada titik 40 ˚C. Dimana untuk mencapai keadaan set point dari suhu awal 30 ˚C , pemanas akan menyala. Kenaikkan suhu ini akan terus berlangsung sampai mencapai titik set point. Setelah mencapai set point maka suhu akan konstan pada posisi set point yang diminta. Akan sedikit terlihat steady state error pada titik ini. Kemudian suhu dikembalikan pada keadaan awal (30 ˚).



Untuk



mengembalikan ke keadaan 30oC kipas akan menyala untuk mendinginkan sensor. Saat dirubah set point tegangan menjadi 2,5 volt dengan cara memutar potensiometer pada pin A2. Pada saat set point tegangan 2,5 volt, maka set point suhu adalah sebesar 50 ˚C. Untuk mencapai set point 50 ˚C pemanas akan menyala, dan suhu akan mulai naik hingga mencapai set point. Setelah tercapai set point maka suhunya akan berjalan konstan pada titik 50 ˚ (set point). Akan sedikit terlihat steady state error pada titik ini. Kemudian ulangi langkah yang sama, yaitu suhu dikembalikan pada keadaan awal 30 ˚. Untuk mengembalikan ke keadaan 30oC kipas akan menyala untuk mendinginkan sensor. set point tegangan 3 Volt dan suhu menunjukkan titik Kendali Suhu Pemanas (ON/OFF)



Lab. Sistem Kendali Kontinyu II 8



60 ˚. Maka untuk mencapai keadaan tersebut pemanas akan menyala, dan suhu akan terus naik hingga mencapai titik set point suhu. Setelah tercapai maka suhu akan bergerak konstan pada titik set pointnya (60 ˚).



7. Simpulan 1. 2. 3. 4.



Perubahan suhu akan mempengaruhi tegangan keluaran sensor LM35. Tegangan output sensor LM35 linier, yaitu berubah setiap 1˚/10 mV. Untuk mengatur set point digunakan Resistor Variabel pada pin A2. Set point akan mempengaruhi kerja pemanas dan kipas pendingin pada



rangkaian. 5. Pengkoneksian rangkaian ke Arduino kemudian ke Matlab Simulink bertujuan untuk melihat plok grafik tanggapan antar set point, suhu aktual, dan fungsi waktu untuk tiap pengaturan set point yang berbeda serta untuk mendapat rekam datanya. 6. Pada grafik dapat dilihat ada Steady State Error, perbedaannya termasuk cukup kecil.



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



Kendali Suhu Pemanas (ON/OFF)