Sistem Kendali [PDF]

Citation preview

Dasar Sistem Kendali M Rofii, ST ATEM Semarang



Konsep Dasar Sistem Kontrol Sistem  kombinasi atas beberapa komponen yang bekerja bersamasama dan melakukan suatu pekerjaan tertentu. Komponen ini dapat berdiri sendiri maupun berupa komponen yang saling berkesinambungan antara satu dengan yang lain.



 Input komponen masukan yang dapat berupa data atau informasi  Proses operasi atau perkembangan alami yang berlangsung secara kontinu yang ditandai oleh suatu deretan perubahan kecil yang berurutan dengan cara yang relatif tetap dan menuju ke suatu hasil atau keadaan tertentu  Output hasil dari perubahan yang dilakukan terhadap data atau informasi yang diberikan pada input



Contoh Sistem 1.Sistem Mobil



2. Sistem Robot



Contoh 2 3. Sistem Peternakan Ikan



4. Sistem Komputer



4



Sistem Kontrol • Definisi Sistem yang terdiri dari beberapa elemen sistem yang dapat mengendalikan / mengatur suatu besaran tertentu. •Elemen Sistem: Plant, Proses, Sensor, Aktuator, dll



Definisi - definisi •Plant: Objek fisik yang dikendalikan (Tungkupemanas, reaktornuklir, Pesawat ruang angkasa •Proses: Operasi yang dikontrol •Sistem: Kombinasi dari komponen atau elemen-elemen (kontrol) yang bekerja bersama-sama •Gangguan: Sinyal yang mempunyai pengaruh merugikan terhadap keluaran sistem



6



Aplikasi Sistem Pengaturan  Pesawat Ruang Angkasa (Flight Control, Orbit Control)  Pada “artificial” (konomi Modern, model kinerja siswa)  “Natural” (Pankreas, Mata, tangan, dsb)  Transportasi  Peralatan Elektronik dirumah (Mesincuci,AC,CDPlayer,AudioRecorder dsb)  Proses Industri (Temperatur,Tekanan,Posisidsb)



Sejarah Perkembangan Sistem Kontrol  Ancient Greece (3000 SM): Water clocks, automatic oil lamps.  Abad ke17 , Cornelis Drebble: Pengendali Temperatur untuk inkubatortelor telur  Abad ke18, James Watt : Mesin Uap  Sebelum abad ke19 –Pertengahan abad 20: Pengembangan Teori Kontrol klasik  1960: mulai perkembangan teori kontrol modern



Lyapunov, Alexandr



Sejarah Perkembangan 2  Akhir abad 19 : Teori Stabilitas ( J.C.Maxwell, E.J Routh, A.M Lyapounov  Akhir 1920-Pertengahan 30 (Negative feedback / ”Black”, Analisis Frekuensi Respons / “H.W. Bode”, Teori Stabilitas/” H.Nyquist”  1948 : Metode Root Locus/” W.R Evans”  1960 : Metode State-Space /” Kalman”



Walter R. Evans



Sejarah Singkat •1868 First article of control „on governor‟s‟ – by Maxwell •1877 Routh stability criterion •1892 Liapunov stability condition •1895 Hurwitz stability condition •1932 Nyquist •1945 Bode •1947 Nichols



Sejarah Singkat 2 Richard Bellman



•1948 Root locus •1949 Wiener optimal control research •1955 Kalman filter and control ability observ ability analysis •1956 Artificial Intelligence •1957 Bellman optimal and adaptive control 11



Sejarah Singkat 3 Francis J. Doyle



•1962 Pontryagin optimal control •1965 Fuzzy set •1972 Vidyasagar multi-variable optimal control and Robust control •1981 Doyle Robust control theory •1990 Neuro-Fuzzy 12



US vs USSR • US was developed based on frequency domain method bode, nyquist, black, evans, Bellman • USSR was more mathematics. They used time domain method for control! Lyapunov, Tsypkin, Minorsky, Pontryagin • In the past USSR won against US but they have no money. Poor USSR! • From 1940s control became an engineering discipline • Sputnik vs Appollo in 1960s-1970s



Jenis Sistem Kontrol  Open-Loop (Loop terbuka) : Sistem kontrol yang keluarannya tidak mempengaruhi terhadap aksi pengontrolannya.  Closed-loop (loop tertutup): Sistem kontrol yang keluarannya mempengaruhi langsung terhadap aksi pengontrolannya



Jenis Sistem Kontrol 2 Sistem kontrol loop terbuka



Faktor penting: WAKTU



Contoh : Pemanggang roti, Mesin cuci, kendali traffic(lalu lintas), dll



16



Jenis Sistem Kontrol 3 Sistem Kontrol Lup Tertutup



Faktor penting: AKURASI, PRESISI



Contoh : Dispenser, Pompa Air Otomatis, AC, Lemari Es, dll



18



Manual VS Otomatis



19



Co: Kontrol manual



Co: Kontrol automatik



Kebutuhan dalam Sistem Kontrol Otomatis • Keamanan (Safety). Pada kondisi kompleksitas yang tinggi atau plant/proses yang berbahaya, pada akhirnya dibutuhkan kontrol otomatis dan protokol untuk menjaga keamanan. • Stabilitas (Stability). Plant atau proses harus bekerja secara mantap (steadily), dapat diprediksi (predictably) dan keterulangan (repeatably), tanpa fluktuasi atau kegagalan yang tidak terencana. • Ketelitian (Accuracy)



Open Loop Kelebihan Sistem Pengaturan Loop Terbuka  Memiliki konstruksi yang sederhana  Biaya pemeliharaan lebih terjangkau  Tidak ada masalah dalam hal stabilitas  Lebih cocok digunakan jika output sulit diukur Kelemahan Sistem Pengaturan Loop Terbuka  Bisa digunakan jika telah mengetahui hubungan input dan output  Bisa digunakan jika tidak ada gangguan internal dan eksternal  Output pada sistem akan berubah terhadap waktu  Perlu kalibrasi sistem secara teratur



Close Loop Kelebihan Sistem Pengaturan Loop Tertutup  Memiliki ketelitian yang terjaga  Dapat mengetahui karakteristik dan perubahan pada plant  Ketidakliniearan antar komponen pada sistem tidak terlalu menggangu



Kelemahan Sistem Pengaturan Loop Tertutup  Perawatannya lebih rumit  Memerlukan biaya yang mahal  Cenderung ke arah osilasi



Transfer function hubungan matematik di antara input dan output suatu komponen sistem kontrol. Secara khusus, fungsi transfer didefinisikan sebagai output dibagi input. Digunakan untuk mencirikan hubungan masukan keluaran dari komponen / elemen sistem kontrol dengan menggunakan model matematik sistem dan Transformasi Laplace



MATEMATIS (bersifat pasti, eksak, predicteble)



TF misalnya, kita dapat membayangkan sensor suhu sebagai pengubah derajat menjadi volt atau motor sebagai pengubah volt menjadi putaran per menit [rotation per minute atau rpm]. Untuk menjelaskan kinerja keseluruhan sistem kontrol, kita harus memiliki suatu bahasa yang sama sehingga kita dapat menghitung efek gabungan dari berbagai komponen di dalam sistem. Kebutuhan inilah yang berada dibalik konsep fungsi transfer.



Contoh



Suatu potensiometer dipergunakan sebagai sensor posisi. Potensiometer ini dirancang sedemikian hingga putaran 0° menimbulkan 0 V dan 300° menimbulkan 10 V. Tentukan fungsi transfer dari potensio tersebut !



27



Solusi Fungsi transfer adalah output dibagi input. Dalam kasus ini, input ke potensio adalah “posisi dalam derajat,” dan outputnya adalah volt: TF=out / in = 10 V / 300° = 0,0333 V/°



28



Contoh



Untuk sensor yang mengukur suhu, inputnya adalah suhu dan outputnya adalah tegangan. Fungsi transfer sensor diberikan sebagai 0,01 V/°F. Tentukan tegangan output sensor jikalau suhunya adalah 600°F.



29



Solusi TF = output / input  Output = input * TF = 600° F * 0,01 V/°F =6V



30