Topik 01 Pengantar Sistem Kendali PDF [PDF]

Citation preview

Pengantar Sistem Kendali



Introduction of Control System Pertemuan - 01 Oleh : Erny Listijorini, ST., MT.



SEJARAH PERKEMBANGAN SISTEM KENDALI Abad ke-18 : Governor Sentrifugal untuk mengendalikan kecepatan mesin uap yang dibuat oleh James Watt. 1922 1932



1934 1940-an 1950



: Minorsky membuat pengendali automatik untuk pengemudian kapal dan cara menentukan kestabilan dari persamaan diferensial yang melukiskan sistem. : Nyquist mengembangkan prosedur sederhana untuk menentukan kestabilan sistem loop tertutup pada basis respon loop terbuka terhadap masukan tunak “steady state” sinusoida. : Hazen memperkenalkan servomekanisme relai untuk sistem kontrol posisi yang mampu mengikuti dengan baik masukan yang berubah. : Metode respon frekuensi memungkinkan merancang sistem kontrol linier berumpan balik yang memenuhi persyaratan performansi. : Metode tempat kedudukan akar dalam disain sistem kontrol benar-benar telah berkembang.



Pengontrol umpan balik otomatis pertama yang digunakan dalam proses industri adalah ‘flyball governor’ James Watt, yang dikembangkan pada tahun 1769 untuk mengendalikan kecepatan mesin uap. Perangkat serba mekanis yang ditunjukkan pada Gambar1, mengukur kecepatan poros keluaran dan memanfaatkan pergerakan kecepatan flyball untuk mengontrol katup dan jumlah uap yang masuk ke mesin. Dengan bertambahnya kecepatan, bobot bola naik dan menjauh dari sumbu poros menutup katup.



Gambar 1.1 : Watt’s flyball governor



Bobot terbang membutuhkan tenaga dari mesin untuk berbelok dan karena itu menyebabkan pengukuran kecepatan menjadi kurang akurat.



Sistem umpan balik historis pertama, diklaim oleh Rusia, adalah pelampung permukaan air regulator dikatakan telah ditemukan oleh I. Polzunov pada tahun 1765. Pengatur level sistem ditunjukkan pada Gambar 2. Pelampung mendeteksi ketinggian air dan mengontrol katup yang menutupi saluran masuk air di boiler.



Gambar 1.2 : Water-level float regulator



DEFINISI dan ISTILAH dalam SISTEM KENDALI Plant : adalah seperangkat peralatan, mungkin hanya terdiri dari beberapa bagian mesin yang bekerja bersamasama, yang digunakan untuk melakukan suatu operasi tertentu. Setiap obyek fisik yang dikontrol disebut ‘plant’. Contoh: tungku pemanas, reaktor kimia, pesawat ruang angkasa. Proses : adalah suatu operasi atau perkembangan alamiah atau sengaja dibuat yang berlangsung secara kontinyu yang ditandai oleh suatu deretan perubahan kecil yang berurutan dengan cara yang relative tetap, yang terdiri dari beberapa aksi atau perubahan yang dikontrol, yang diarahkan secara sistematis menuju ke suatu hasil atau keadaan akhir tertentu. Disini setiap operasi yang dikontrol disebut ‘proses’. Sistem : adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama-sama dan melakukan suatu sasaran tertentu. Contoh: sistem fisik, biologi, ekonomi dsb. Gangguan (disturbances) : adalah suatu sinyal yang cenderung mempunyai pengaruh yang merugikan pada harga keluaran sistem.



Gambar 1.3 : Suatu ‘Plant’ Industri



Gambar 1.4 : Diagram Proses di Industri



Jenis proses yang dilakukan dalam industri manufaktur modern dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu :



1. Proses Kontinyu Proses kontinyu adalah proses di mana bahan mentah memasuki salah satu ujung sistem dan produk jadi keluar dari ujung sistem lainnya. Prosesnya sendiri berjalan terus menerus. Setelah proses dimulai, proses tersebut berlangsung terus menerus untuk jangka waktu yang relatif lama. Jangka waktu dapat diukur dalam menit, hari, atau bahkan bulan, tergantung pada prosesnya.



2. Proses ‘Batch’ Pemrosesan batch tidak ada aliran bahan produk dari satu bagian proses ke bagian lain. Sebagai gantinya, sejumlah tertentu dari setiap input ke proses diterima dalam satu batch, dan kemudian beberapa operasi dilakukan pada batch tersebut untuk menghasilkan produk jadi atau produk antara yang perlu diproses lebih lanjut. Proses dilakukan, produk jadi disimpan, dan batch produk lainnya diproduksi. Setiap batch produk mungkin berbeda.



Beberapa proses menggabungkan fitur batch dan tipe kontinyu. Dalam proses tersebut, beberapa bahan produk diolah dan disimpan dalam operasi batch. Kemudian bahan-bahan yang disimpan ini ditarik sesuai kebutuhan ke dalam proses yang berkelanjutan. Banyak produk berbahan dasar kimia diproduksi dengan menggunakan proses batch.



3. Proses Produksi Individu Proses produksi produk individual adalah yang paling umum dari semua sistem pemrosesan. Dengan proses manufaktur ini, serangkaian operasi menghasilkan produk keluaran yang bermanfaat. Barang yang diproduksi mungkin perlu ditekuk, dibor, dilas, dan sebagainya. Benda kerja biasanya merupakan bagian terpisah yang harus ditangani secara individual. Dalam rencana industri otomatis moderen, operator hanya menyiapkan operasi dan memulai sebuah start, dan pengoperasian alat berat diselesaikan secara otomatis. Mesin dan proses otomatis ini dikembangkan untuk memproduksi produk secara massal, mengontrol operasi yang sangat kompleks, atau untuk mengoperasikan mesin secara akurat untuk jangka waktu yang lama. Mereka menggantikan banyak keputusan, intervensi, dan observasi manusia.



Kontrol berumpan-balik (feedback control): adalah suatu operasi yang dengan adanya beberapa gangguan (yang tidak dapat diramal), cenderung memperkecil selisih antara keluaran sistem dan masukan acuan, dan bekerja berdasarkan selisih tersebut. Sistem kontrol berumpan-balik : adalah sistem kontrol yang cenderung menjaga hubungan yang telah ditentukan antara keluaran dan masukan acuan dengan membandingkannya dan menggunakan selisihnya sebagai alat pengendali. Contoh: organisme manusia adalah sebuah sistem kontrol berumpan-balik yang sangat kompleks.



Gambar 1.9 : Sistem Kendali berumpan balik



Gambar 1.11 : Aplikasi Feedback Control pada Mobil



Gambar 1.10 : Feedback Control System pada tubuh manusia



Servomekanis Servomekanik merupakan sistem pengendalian umpanbalik dimana keluarannya adalah variabel berupa posisi, kecepatan, atau percepatan. Oleh karena itu, istilah servomekanisme dan sistem pengendalian posisi adalah sinonim. Pada umumnya, keluaran pada servomekanik diharapkan dapat mengikuti perubahan masukannya. Contoh servomekanik : 1. Sistem kontrol lengan robot, dimana lengan robot harus mengikuti jalan tertentu di ruangan yang telah ditentukan. 2. Sistem pendaratan otomatis pesawat udara, dimana pesawat udara harus mengikuti jalan di angkasa yang telah ditentukan, dan lain-lain.



Gambar 1.12 : Servomekanis



Sistem Regulator Automatik 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 sebenarnya pada harga yang diinginkan, dengan adanya gangguan. Contoh : Prinsip kerja AC



Gambar 1.13 : Prinsip Kerja AC



Komponen Sistem Kendali atau Control System a. Controller



Kontroler merupakan salah satu komponen dalam sistem pengaturan yang memegang peranan sangat penting. Kontroler merupakan salah satu komponen sistem pengaturan yang berfungsi mengolah sinyal umpan balik dan sinyal masukan acuan (setpoint) atau sinyal error mejadi sinyal kontrol. Sinyal error disini adalah selisih antara sinyal umpan balik yang dapat berupa sinyal keluaran plant sebenarnya atau sinyal keluaran terukur dengan sinyal masukan acuan (setpoint). Kebanyakan masukan kontroler adalah sinyal error dan keluaran kontroler disebutsinyal kontrol.



b. Sensor



Sensor adalah sesuatu lalu digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan lingkungan fisik atau kimia. Variabel keluaran dari sensor yang diubah menjadi besaran listrik disebut Transduser. Pada saat ini, sensor tersebut yang telah dibuat dengan ukuran sangat kecil dengan orde nanometer.



c. Aktuator



Industrial Pneumatic Actuator Industrial Actuator Ball Valves



Diakont actuators for motion control systems.



Aktuator adalah sebuah peralatan mekanis untuk menggerakkan atau mengontrol sebuah mekanisme atau sistem. Aktuator diaktifkan dengan menggunakan lengan mekanis yang biasanya digerakkan oleh motor listrik, yang dikendalikan oleh media pengontrol otomatis yang terprogram di antaranya mikrokontroler.



d. Plant Plant adalah seperangkat peralatan, mungkin hanya terdiri dari beberapa bagian mesin yang bekerja bersama-sama, yang digunakan untuk melakukan suatu operasi tertentu.



e. Disturbance Gangguan (disturbance) adalah sinyal mempengaruhi terhadap nilai keluaran sistem.



yang



Sinyal ini berpengaruh terhadap ketidakstabilan sistem. Gangguan ada yang bersifat Internal ataupun Eksternal. Gangguan Internal adalah gangguan yang berasal dari sistem itu sendiri, misalnya : berkurangnya kepekaan sensor, keausan dari instrumen actuator, dll. Gangguan Eksternal adalah gangguan yang berasal dari luar sistem, misalnya : perubahan dari variable input dan output.



End of Topic 01