Pengantar Sistem Kontrol [PDF]

Citation preview

PENGANTAR SISTEM KONTROL 1-1 PENDAHULUAN Kontrol automatik telah memegang peranan yang sangat penting dalam perkembangan ilmu dan teknologi. Di samping sangat diperlukan pada pesawat ruang angkasa,peluru kendali, sistem pengemudian pesawat, dan sebagainya, kontrol automatik telah menjadi bagian yang penting dan terpadu dari proses-proses dalamj pabrik dan industri modern. Sebagai contoh, kontrol automatik sangat diperlukan dalam operasi-operasi di industri untuk mengontrol tekanan, temperatur, kelembaban, viskositas, dan aliran dalam industri proses pengecoran dengan mesin perkakas, penanganan, dan perakitan bagian-bagian mekanik dalam industri manufaktur, dan sebagainya. Metoda respon ferkuensi dan tempat kedudukan akar, yang merupakan inti teori kontrol klasik, akan membawa kita ke sistem yang stabil dan memenuhi seperangkat persyaratan performansi yang hampir sembarang. Sistem semacam itu pada umumnya tidak optimal dalam setiap pengertian yang berarti. Semenjak akhir tahun 1950, penekanan persoalan dalam desain sistem kontrol telah digeser dari disain salah satu dari beberapa sistem yang bekerja menjadi disain satu sistem optimal dalam suatu pengertian yang berarti. Karena "plant" modern dengan multi-masukan dan multi-keluaran menjadi semakin kompleks, maka deskripsi sistem kontrol modern memerlukan banyak persamaan. Teori kontrol klasik, yang hanya membahas sistem satu masukan satu keluaran, sama sekali tidak dapat digunakan untuk sistem multi-masukan-multi-keluaran. Semenjak sekitar tahun 1960, teori kontrol modern telah dikembangkan untuk mengatasi bertambah kompleksnya "plant" modem dan persyaratan yang keras pada ketelitian, berat, dan biaya untuk kebutuhan militer, ruang angkasa, dan industri. Dengan adanya komputer elektronik analog, digital, dan hibrid yang dapat digunakan pada perhitungan-perhitungan yang kompleks, maka penggunaan komputer dalam disain sistem kontrol dan penggunaan komputer yang dipasang langsung pada system kontrol sekarang menjadi praktis dan umum. 1-2 DEFNISI-DEFINISI Pada bagian ini kita akan mendefinisikan istilah-istilah yang diperlukan untuk menjelaskan sistem kontrol. "Plant" "Plant" adalah seperangkat peralatan, mungkin hanya terdiri dari beberapa bagian mesin yang bekerja bersama-sama, yang digunakan untuk melakukan suatu operasi tertentu. Dalarn buku ini, setiap obyek fisik yang dikontrol (seperti tungku pemanas, reaktor kimia, dan pesawat ruang angkasa) disebut plant.



Proses (process). Kamus Merriam-Webster mendefinisikan proses sebagai operasl atau perkembangan alamiah yang berlangsung secara kontinyu yang ditandai oleh suatu deretan perubahan kecil yang berurutan dengan cara yang relatif tetap dan menuju ke suatu hasil atau keadaan akhir tertentu; atau suatu operasi yang sengaja dibuat, berlangsung secara kontinyu, yang terdiri dari beberapa aksi atau perubahan yang dikontrol, yang diarahkan secara sistematis menuju ke suatu hasil atau keadaan akhir tertentu. Dalam buku ini, setiap operasi yang dikontrol disebut proses. Sebagai contoh adalah proses kimia, ekonomi, dan biologi. Sistem (system). Sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama-sama dan melakukan suatu sasaran tertentu. Sistem tidak dibatasi hanya untuk sistem fisik saja. Konsep sistem dapat digunakan pada gejala yang abstrak dan dinamis seperti yang dijumpai dalam ekonomi. Ganguan (disturbances). Gangguan adalah suatu sinyal yang cenderung mempunyai pengaruh yang merugikan pada harga keluaran sistem. Kontrol berumpan-balik (feedback control). Kontrol berumpan-balik adalah suatu operasi yang dengan adanya beberapa gangguan, cenderung memperkecil selisih antara keluaran sistem dan masukan acuan (atau suatu keadaan yang diinginkan, yang secara sembarang diubah) dan bekerja berdasarkan selisih tersebut. Sistem kontrol berumpan-balik (feedback control system). Sistem kontrol berumpanbalik adalah sistem kontrol yang cenderung menjaga hubungan yang telah ditentukan antara keluaran dan masukan acuan dengan membandingkannya dan menggunakan selisihnya sebagai alat pengontrolan. Servomekanigne (servomechanisms). Servomekanisme adalah sistem kontrol berumpan-balik dengan keluaran berupa posisi, kecepatan, atau percepatan mekanik. Servomekanisme banyak digunakan dalam industri modern. Sebagai contoh, operasi mesin perkakas yang seluruhnya automatik, bersama-sama dengan instruksi yang telah diprogram terlebih dahulu, dapat dibuat dengan menggunakan servomekanisme. Sistem regulator automatik (automatic regulating systems). Sistem regulator automatik adalah sistem kontrol berumpan-balik dengan masukan acuan atau keluaran yang diinginkan konstan atau berubah terhadap waktu dengan lambat dan tugas utamanya adalah menjaga keluaran yang Ebenarnya pada harga yang diinginkan, dengan adanya. Sistem pemanas ruangan dengan termostat sebagai kontrolernya adalah sebuah contoh sistem regulator automatik. Sistem pengontrolan proses (process control system). Sistem regulator automatic dengan keluaran berupa besaran seperti temperatur, tekanan, aliran, tinggi muka cairan atau pH disebut sistem pengontrolan proses. Pengontrolan proses secara luas digunakan di industri. Pengontrolan dengan program seperti pengontrolan temperatur tungku pemanas di mana temperatur tungku dikontrol sesuai dengan instruksi yang telah diprogram terlebih dahulu seringkali digunakan pada sistem seperti itu. Sebagai contoh, program yang harus



disetel terlebih dahulu dapat berupa instruksi untuk menaikkan temperatur tungku sampai harga tertentu selama selang waktu tertentu kemudian menurunkan temperatur tungku sampai harga tertentu yang lain selama selang waktu tertentu yang lain pula. Pada pengontrnlan dengan program seperti itu, titik setel diubah sesuai dengan jadwal waktu yang telah ditentukan. Kontroler (penguntrol) kemudian berungsi untuk menjaga temperatur tungku agar mendekati titik setel yang berubah.



1-3 KONTROL LUP TERTUTUP DAN KONTROL LUP TERBUKA Pertamakali kita akan mendefinisikan sistem kontrol lup tertutup dan lup terbuka. Kemudian kita akan membandingkan dua jenis sistem kontrol ini. Akhirnya akan dikenalkan konsep kontrol adaptif dan kontrol dengan penalaran. Sistem kontrol lup tertutup (closed-loop control system). adalah sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Jadi, sistem kontrol lup tertutup adalah sistem kontrol berumpan-balik. Gambar I-I menunjukkan hubungan masukan.keluaran dari system kontrol lup tertutup.



Gambar semacam itu disebut diagram blok (block diagram).



Aksi kontrol ini didasarkan pada operasi lup tertutup. Karena baik balikan dari keluaran (temperatur air) untuk perbandingan dengan masukan acuan dan aksi pengontrolan terjadi melalui aksi operator, maka sistem ini disebut sistem kontrol lup tertutup. Sistem semacam ini dapat disebut sistem kontrol manual berumpan-balik (manual feedback control) atau sistem kontrol manual lup tertutup (manual closed loop control). Jika kontroler automatik digunakan untuk menggantikan operator manusia seperti ditunjukkan pada Gambar 1-3, sistem kontrol tersebut menjadi automatik, yang biasa disebut sistem kontrol automatik berumpan-balik atau sistem kontrol automatik lup tertutup. Posisi penunjuk pada kontroler automatik menyetel temperatur yang diinginkan. Keluaran, temperatur air panas yang sebenarnya, yang diukur dengan alat ukur temperatur, dibandingkan dengan temperatur yang diinginkan untuk membangkitkan sinyal kesalahan penggerak. Untuk maksud ini, temperatur keluaran diubah menjadi satuan yang sama dengan masukan (titik setel) dengan menggunakan transduser. (Transduser adalah suatu peralatan yang merubah suatu sinyal dari satu bentuk menjadi bentuk lain). Jika tidak ada kesalahan, maka tidak diperlukan perubahan bukaan katup.



Pada sistem yang ditinjau di sini, perubahan temperatur sekeliling, temperatur air dingin masukan, dan sebagainya, dapat dipandang sebagai gangguan eksternal. Sistem kontrol manual berumpan.balik dan sistem kontrol automatik berumpan balik tersebut di atas bekerja dengan cara yang sama. Mata operator adalah analog dengan alat ukur kesalahan; otaknya analog dengan kontroler automatik; dan otot-ototnya analog dengan aktuator. Pengontrolan sistem yang kompleks dengan operator manusia adalah tidak efektifkarena terdapat beberapa hubungan timbal-balik antara beberapa variabel.



Sistem kontrol lup terbuka (open-loop control system). Sistem kontrol lup terbuka adalah sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengontrolan. Jadi pada sistem kontrol lup terbuka, keluaran tidak diukur atau diumpan.balikkan untuk dibandingkan dengan masukan. Perhatikan bahwa setiap sistem kontrol yang bekerja pada basis waktu adalah lup terbuka. Sebagai contoh, pengontrolan lalu-lintas dengan sinyal yang dioperasikan pada basis waktu adalah contoh lain dari kontrol lup terbuka.



Perbandingan antara sistem kontrol lup tertutup dan lup terbuka. Suatu kelebihan dari sistem kontrol lup tertutup adalah penggunaan umpan-balik yang membuat respon sistem relatif kurang peka terhadap gangguan eksternal dan perubahan internal pada parameter sistem. Jadi mungkin dapat digunakan komponen-komponen yang relative kurang teliti dan murah untuk mendapatkan pengontrolan "plant" dengan teliti; hal ini tidak mungkin diperoleh pada sistem lup terbuka. Dari segi kestabilan, sistem kontrol lup terbuka lebih mudah dibuat karena kestabilan bukan merupakan persoalan utama. Sebaliknya, kestabilan selalu merupakan persoalan utama pada sistem kontrol lup tertutup karena cenderung terjadi kesalahan akibat koreksi berlebih yang dapat menimbulkan osilasi pada amplituda konstan ataupun berubah.



1-4 BEBERAPA CONTOH ILUSTRASI SISTEM KONTROL Pada pasal ini kita akan menyajikan beberapa contoh ilustrasi sistem kontrol lup tertutup. Sistem pengontrolan tekanan. Gambar 1-5 menunjukkan suatu sistem pengontrolan tekanan. Tekanan dalam tungku dikontrol berdasarkan posisi "damper". Tekanan ini diukur dengan elemen pengukur tekanan. Jadi, sinyal yang diperoleh diumpankan ke kontroler untuk dibandingkan dengan harga yang diinginkan. Jika terdapat perbedaan atau kesalahan, keluaran kontroler diumpankan ke aktuator yang mengatur posisi damper untuk memperkecil kesalahan. Sistem pengontrolan kecepatan. Prinsip dasar dari governor Watt untuk mesin uap dilukiskan dengan diagram skematik pada Gambar 1-6. Besarnya laju aliran uap yang masuk ke silinder mesin diatur sesuai dengan selisih antara kecepatan mesin yang diinginkan dan kecepatan mesin yang sebenarnya.



Urutan dari aksi pengontrolan dapat dinyatakan sebagai berikut: Masukan acuan (titik setel) disetel sesuai dengan kecepatan yang diinginkan. Jika kecepatan yang sebenarnya turun di bawah harga yang diinginkan, maka gaya sentrifugal dari governor kecepatan mengecil, menyebabkan katup pengontrol bergerak ke atas, mencatu uap yang lebih banyak sehingga kecepatan mesin membesar sampai dicapai harga yang diingnkan. Sebaliknya, jika kecepatan mesin melebihi harga yang diinginkan, maka gaya sentrifugal dari governor kecepatan membesar, menyebabkan katup pengontrol bergerak ke bawah. Hal ini akan memperkecil catu uap sehingga kecepatan mesin mengecil sampai dicapai harga yang diinginkan. Sistem kontrol numerik. Kontrol numerik adalah suatu metoda pengontrolan gerak dari komponen mesin dengan menggunakan angka-angka. Pada kontrol numerik, gerak benda kerja dapat dikontrol dengan informasi biner yang disimpan pada sebuah pita. Pada sistem kontrol semacam itu, harga-harga numerik simbolik diubah menjadi harga fisis atau besaran) oleh sinyal listrik (atau yang lain) yang diteöemahkan menjadi pergerakan linier atau sirkuler. Sinyal ini dapat berupa sinyal digital (pulsa) atau analog (tegangan yang berubah terhadap waktu).



Prinsip kerja dari sistem yang ditunjukkan pada Gambar 1-7 adalah sebagai berikut: Sebuah pita disiapkan dalam bentuk biner yang menyatakan bagian P yang diinginkan. Untuk menjalankan sistem, pita diumpankan ke pembaca pita. Sinyal masukan yang berupa pulsa modulasi frekuensi dibandingkan dengan sinyal pulsa balikan (feedback). Pengubah sinyal digital menjadi analog mengubah pulsa-pulsa tersebut menjadi sinyal analog dengan besar tegangan tertentu yang kemudian memutar motor servo. Posisi pemotong (pahat) dikontrol sesuai dengan masukan motor servo. Transduser yang dipasang pada pemotong mengubah gerakan menjadi sinyal listrik yang kemudian diubah menjadi pulsa-pulsa oleh pengubah sinyal analog menjadi digital. Sinyal ini kemudian dibandingkan dengan sinyal pulsa masukan. Kontroler melakukan operasi maternatik untuk menghitung selisih antara sinyal-sinyal pulsa tersebut. Jika ada, maka suatu sinyal dikirimkan ke motor servo untuk memperkecil selisih tersebut. Suatu kelebihan dari kontrol numerik adalah dapat diproduksinya bagian-bagian mesin yang kompleks dengan toleransi yang merata pada kecepatan pengerjaan maksimum. Sistem kontrol dengan komputer. Gambar 1-8 menunjukkan sebuah diagram skematik pengontrolan tanur tinggi dengan komputer. Tanur tinggi adalah suatu bangunan yang besar dengan tinggi kurang lebih 30 m. Tanur modern dibangun untuk menghasilkan 4000 ton besi kasar (pig-iron) per hari dan harus dijaga agar operasinya kontinyu mengingat bahwa prosesnya adalah peleburan. Bijih besi, kokas, dan batu gamping dimasukkan melalui puncak tanur pada perbandingan tertentu. (Kurang lebih diperlukan 2 ton bijih besi, 1 ton kokas, 1/2 ton "flux", dan 4 1/2 ton udara untuk menghasilkan I ton besi kasar). Udara, yang cukup penting dalam



proses ini, dipanaskan dalam tungku pemanas dan disemburkan ke dalam tanur. dalam tanur dihasilkan dari pembakaran kokas, yang dari proses pembakaran menghasilkan gas monoksida. Gas ini, bersama dengan kokas, mereduksi bijih besi dalam tanur menjadi metal, dan batu gamping yang bekerja sebagai "flux", mengikat bahan kotoran (impurities) menjadi terak. Besi yang telah mencair kemudian mengaIir ke dasar tanur, dan terak cair naik ke permukaan. Besi cair dan terak cair secara periodik dikeluarkan dari tanur melalui saluran yang telah disediakan.



Karena jumlah karbon, mangaan, silikon, sulfur, fosfor, dan sebagainya sangat bergantung pada komposisi bijih besi, kokas, dan batu gamping yarw digunakan, maka sulit bagi operator manusia untuk mengontrol komposisi kimia dari besi kasar yang ke luar dari tanur. Pada pengontrolan tanur dengan komputer, informasi mengenai komposisi besi, terak, dan gas buang, temperatur, dan tekanan dalam tanur, maupun komposisi bijih besi, kokas, dan batu gamping, diumpankan ke komputer pada selang waktu tertentu. Perhitungan-perhitungan yang kompleks untuk menentukan jumlah optünal dari bahan dasar yang harus dimasukkan ke tanur ditangani oleh komputer. Dengan komposisi besi kasar yang diinginkan dapat dijaga. Juga operasi keadaan tunak (steady state) dari tanur tinggi pada kondisi yang memuaskan dapat dijaga. Pergerakan lalu-lintas dalam jaringan adalah cukup kompleks karena variasi dari volume lalu-lintas sangat bergantung pada jam dan hari dalam satu minggu, maupun pada beberapa faktor yang Iain. Dalam beberapa hal distribusi Poisson dapat diterapkan untuk kedatangan pada persimpangan, tetapi hal ini tidak perlu berlaku untuk semuapersoalan lalu.lintas. Pada kenyataannya, meminimumkan waktu tunggu rata.rata adalahsuatu persoalan kontrol yang sangat kompleks.



Sistem Biologis. Tinjau kompetisi dua spesies bakteri yang populasinya adalah x1dan x2. Dua spesies ini berkompetisi dalam arti memerlukan persediaan makanan yang sama. Pada kondisi tertentu populasi dan xa berubah terhadap waktu sesuai dengan hubungan



di mana a11, a12, a21, dan a22 adalah konstanta-konstanta positif dan x1 dan x2 tidak berharga negatif. Persamaan ini disebut persamaan kompetisi Volterra. Jika suatu bahan kimia tertentu diberikan pada spesies-spesies tersebut, perubahan populasi mengikuti persamaan berikut:



di mana b1 dan b2 adalah konstanta positif dan u adalah masukan yang dapat dikontrol (pada contoh ini adalah jumlah bahan kirnia). Suatu persoalan yang menarik adalah meminimumkan populasi dalam selang waktu tertentu dan menjaga agar populasinya sebesar mungkin pada selang waktu tersebut. Ini merupakan suatu contoh Sistem biologis yang dapat dianalisis dengan teori kontrol. Sistem bisnis adalah sistem lup tertutup. Suatu disain yang bagus akan mengurangi kontrol -pengelolaan yang diperlukan. Perhatikan bahwa gangguan-gangguan dalam sistem ini adalah kekurangan tenaga kerja atau bahan, gangguan komunikasi, kesalahan manusia, dan sebagainya.



1-5 PRINSIP-PRINSIP DISAIN SISTEM KONTROL Persyaratan umum sistem kontrol. Setiap sistem kontrol harus stabil. Ini merupakan persyaratan utama. Di samping kestabilan mutlak. suatu sistem kontrol harus mempunyai kestabilan relatif yang layak; jadi, kecepatan respon harus cukup cepat dan menunjukkan peredaman yang layak. Suatu sistem kontrol juga harus mampu memperkecil kesalahan sampai nol atau sampai pada suatu harga yang dapat ditoleransi. Setiap system kontrol yang berguna harus memenuhi persyaratan ini. Persyaratan kestabilan relatif yang layak dan ketelitian keadaan tunak (steady state) cenderung tidak dapat dipenuhi secara bersama.sama. Oleh karena itu dalam mendisain Sistem kontrol, kita perlu melakukan kompromi yang paling efektif di antara dua persyaratan ini. Persoalan dasar dalam disain sistem kontrol. Gambar 1-9 adalah diagram blok suatu Sistem kontrol. Kontroler me*asilkan sinyal kontrol yang didasarkan pada variable masukan



acuan dan variabel keluaran. Pada kondisi praktis, selalu ada beberapa gangguan yang bekerja pada "plant". Gangguan ini mungkin berasal dari luar atau dari dalam, mungkin bersifat acak, mungkin pula dapat diramalkan. Kontroler harus memperhitungkan setiap gangguan yang akan mempengaruhi variabel keluaran.



Untuk menentukan sistem kontrol optimal, perlu didefinisikan indeks performansi. Indeks ini merupakan ukuran kuantitatif dari performansi yang merupakan ukuran deviasi dari perfomansi ideal. Spesifikasi sinyal kontrol diseluruh waktu operasi disebut hukum kontrol. Secara maternatis, persoalan dasar kontrol adalah menentukan hokum kontrol optimal, dengan berbagai kendala teknik dan ekonomi, yang berarti meminimumkan indeks performansi yang diberikan. Untuk sistem yang relatif sederhana, hukum kontrol dapat diperoleh seeara analitis. Untuk sistem yang kompleks, mungkin memerlukan komputer digital yang dipasang langsung pada sistem untuk mendapatkan hukum kontrol optimal. Analisis. Yang dimaksud analisis sistem kontrol adalah penelitian, pada kondisi tertentu, performansi sistem yang model matematiknya diketahui. Karena setiap sistem tersusun dari komponen, maka analisis harus dimulai dari deskripsi matematik tiap komponen. Setelah model matematik keseluruhan Sistem diturunkan, cara analisis yang digunakan tidak bergantung pada sistem fisiknya. pneumatik, listrik, mekanik, atau yang lain. Desain yang dimaksud dengan disain suatu sistem adalah mencari suatu system yang dapat menyelesaikan tugas yang diberikan. Pada umumnya, prosedur disain tidak diperoleh secara langsung tetapi memerlukan metoda coba-coba. Sintesis. Yang dimaksud dengan sintesis adalah mencari suatu sistem dengan prosedur langsung yang akan bekeja menurut cara tertentu. Biasanya, prosedur semacam ini bersifat



matematis dari awal sampai akhir proses disain. Pada saat ini telah tersedia banyak prosedur sintesis untuk rangkaian linier dan untuk sistem linier optimal. Pendekatan dasar dalam disain Sistem kontrol. Pendekatan dasar dalam disain setiap sistem kontrol praktis perlu melibatkan metoda cobaoba. Sintesis Sistem control linier secara teoritis dapat dilakukan, dan secara sistematis insinyur kontrol dapat menentukan komponenkomponen yang diperlukan untuk mencapai sasaran yang diberikan.



1-6 GARIS BESAR ISI BUKU Dalam mendisain suatu sistem kontrol, insinyur kontrol harus mampu menentukan dan menganalisis respon sistem terhadap berbagai sinyal dan gangguan. Oleh karena itu, kita akan mulai dengan persoalan analisis tersebut. Bab 2—9 dan 11—15 terutama berhubungan dengan persoalan tersebut, sedangkan Bab 10 dan 16 lebih banyak membahas persoalan disain. Untuk membantu pembaca, kita akan membahas secara singkat, isi dan susunan buku ini. Bab 2 dan 3 mengulang latar belakang matematik dasar yang diperlukan untuk memahami teori kontrol yang disajikan dalam buku ini. Bab 4 membahas model matematik sistem fisik. Pertamakali kita akan mendefinisikan fungsi alih dan diagram blok, mengulang berbagai hukum dasar fisika, dan menurunkan persamaan diferensial dan fungsi alih untuk berbagai sistem fisik. Bab ini mencakup pembahasan dasar aliran sinyal. Bab 5 membahas berbagai cara pengontrolan dan pengenalan sistem fluidik. Bab 6 melibatkan analisis sistem kontrol dalam wawasan waktu Respon transien sistem kontrol diteliti secara lebih terperinci. Kriteria kestabilan Routh dimasukkan dalam bab ini. simulasi komputer analog juga dibahas secara singkat dalam bab ini. Bab7 membahas analisis kesalahan dan pengantar optimasi sistem. Bab 8 mengenalkan metoda tempat kedudukan akar, sedangkan Bab 9 membahas teknik-teknik klaslk yang tetap digunakan secara luas, yang dikenal sebagai metoda respon frekuensi. Kriteria kestabilan Nyquist diturunkan dan diterapkan pada analisis kestabilan sistem kontrol. Bab 10 membahas teknik•teknik disain dan kompensasi. Contoh-contoh kompensasi sistem dengan menggunakan teknik tempat kedudukan akar dan respon frekuensi dibahas dalam bab ini. Bab II membahas analisis "describing function" sistem kontrol non-linier. Bab 12 membahas metoda yang dikenal dengan nama metoda bidang fasa. Bab 13 mengenalkan sistem waktu diskrit dan membahas metoda transformasi z.



Bab 14—16 menyajikan pengantar teori kontrol modern. Secara khusus, Bab 14 mengenalkan konsep keadaan, variabel keadaan, dan ruang keadaan. Di sini kita membahas penyajian ruang keadaan sistem kontrol dan jawab persamaan keadaan. Bab 15 membahas analisis kestabilan dengan metoda Liapunov. Akhirnya, Bab 16 membahas konsep keterkontrolan dan keteramatan, sistem kontrol optimal, dan suatu pengantar sistem kontrol adaptif. Metoda respon frekuensi yang merupakan inti teori kontrol klasik, secara luas digunakan di industri. Metoda ini berguna dalam mengkaji sistem kontrol satu masukan satu keluaran dengan parameter konstan. Penting untuk diperhatikan bahwa teori kontrol modern sama sekali tidak menggantikan kontrol klasik. Kedua pendekatan tersebut saling melengkapi. Teknik control modern didasarkan pada aspek-aspek yang berguna baik dari teori kontrol klasik maupun teori kontrol modern. Maksud buku ini adalah untuk memberikan latar belakang yang baik dan penggunaan perkakas teknik kontrol modern kepada pembaca.



CONTOH SOAL DAN JAWABAN



SOAL A-I-I. Buatlah daftar kelebihan dan kelemahan yang penting dari sistem control lup terbuka. Jawab. Kelebihan sistem kontrol lup terbuka adalah sebagai berikut: I . Konstruksinya sederhana dan perawatannya mudah 2. Lebih murah daripada sistem kontrol lup tertutup. 3. Tidak ada persoalan kestabilan. 4. Cocok digunakan jika keluaran sukar diukur atau secara ekonomi tidak layak. (Sebagai contoh, mengusahakan suatu peralatan untuk mengukur kualitas keluaran pemanggang roti adalah cukup mahal). Kelemahan sistem kontrol lup terbuka adalah sebagai berikut: 1 . Gangguan dan perubahan kalibrasi akan menimbulkan kesalahan, sehingga ke- luaran mungkin berbeda dengan yang diinginkan. 2. Untuk menjaga kualitas yang diperlukan pada keluaran, diperlukan kalibrasi ulang dari waktu ke waktu.



SOAL A-I -2.



Gambar 1-10(a) adalah diagram skematik sistem pengontrolan tinggi muka cairan. Di sini kontroler automatik menjaga tinggi muka cairan dengan mem bandingkan tinggi muka yang sebenarnya dengan tinggi muka yang diinginkan dan melakukan koreksi setiap kesalahan dengan mengatur bukaan katup pneumatik. Gambar 1-10(b) aqalah diagram blok sistem kontrol tersebut. Gambarlah diagram blok semacam itu untuk sistem pengontrolan tinggi muka cairan yang dioperasikan manusia (manual).



Jawab. Pada Sistem yang dioperasikan manusia, mata, otak, dan otot masing-masing berfungsi sebagai alat ukur, kontroler, dan katup pneumatik. Diagram blok yang menggambarkan sistem ini ditunjukkan pada Gambar 1-11.



SOAL A-1-3. Suatu sistem organisasi rekayasa (engineering) tersusun dari beberapa grup besar, seperti manajemen, penelitian dan pengembangan, disain pendahuluan eksperimen,



disain produk dan pembuatan bagan, fabrikasi dan perakitan, dan pengujian. Grup-grup ini saling berhubungan di dalam menyusun operasi keseluruhan. Sistem ini dapat dianalisis dengan ményederhanakannya menjadi beberapa perangkat komponen paling dasar yang diperlukan, yang dapat memberikan perincian analitik dan dengan menyatakan karakteristik dinamik tiap komponen dengan seperangkat persamaan sederhana. (Performansi dinamik sistem semacam itu dapat ditentukan dari hubungan antara kemajuan prestasi dan waktu). Gambarlah diagram fungsional yang menunjukkan suatu sistem organisasi rekayasa. Jawab. Diagram blok fungsional dapat digambar dengan menggunakan blok-blok untuk menyatakan kegiatan fungsional dan garis-garis sinyal yang saling berhubungan untuk menyatakan informasi atau keluaran produk operasi sistem. Diagram blok yang merupakan suatu kemungkinan jawaban, ditunjukkan pada Gambar 1-12.



SOAL-SOAL



SOAL B-1-1. Beberapa sistem kontrol lup tertutup dan lup terbuka dapat dijumpai di rumahrumah. Berikan beberapa contoh danjelaskan prinsip kerjanya! SOAL B-1-2. Gambarlah diagram blok suatu sistem pemanas ruangan. Perhatikan bahwa kontroler Sistem ini adalah termostat. beberapa gangguan yang mungkin timbul dalam sistem semacam ini. SOAL B-1-3. Gambar I -13 menunjukkan suatu sistem kontrol tegangan mekanik. Jelaskan urutan:urutan aksi pengontrolan jika kecepatan umpan tiba-tiba diubah dalam selang waktu yang singkat.



SOAL B-1-4. Gambar 1-14 menunjukkan sistem kontrol swa-kerja (self-operated). Jelaskan prinsip kerjanya.