pengsis laporan tugas besar pengendalian sistem-1
TRANSCRIPT
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 1/19
Kata Pengantar
Puji syukur kami ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena
atas rahmat-Nya lah kami dapat menyusun laporan tugas besarpengendalian sistem ini.
Tak lupa kami ucapkan terimakasih kepada orang-orang yang
berpengaruh dalam penyusunan laporan tugas besar pengendalian sistem
ini, seperti teman-teman kami yang banyak membantu dengan ide-ide
cemerlangnya serta pengetahuan dan aasan yang luas yang dibagi
kepada kami untuk menyelesaikan laporan ini. Terimakasih juga kepada
!apak "ugeng "upriadi selaku mata kuliah kami, yaitu pengendalian
sistem #$ yang telah memberikan dan mengarahkan tugas ini sehingga
dapat mengembangkan ide dan pola pikir kami. !apak %rio "unar !askoro
yang merupakan dosen pengendalian sistem #$ yang telah membimbing
kami sebelum &T" sehingga kami mendapatkan dasar-dasar ilmu yang
kuat untuk dikembangkan lebih lanjut
'aporan tugas besar pengendalian sistem ini berisi tentang
analisis sistem kontrol yang ada pada mesin uji tarik pada praktikum
material teknik yang pernah kami lakukan. %nalisis ini juga dibantu
dengan so(tare matlab dan simulink.
)arapannya laporan tugas besar ini dapat berman(aat bagi kami
sebagai penulis maupun yang membaca nya untuk memperluas aasan
dan ilmu pengetahuan. "elain itu, manusia tidak luput dari kesalahan dan
kekuarangan. %pabila ada kesalahan dalam laporan tugas besar
pengendalian sistem ini kami menerima kritik dan saran serta kami juga
memohon maa( atas kekurangan kami.
1 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 2/19
*a(tar +si
Kata Pengantar
$
*a(tar +si
Pendahuluan
+. 'atar !elakang
++. *asar Teori +++. Metodologi /
+si
+. Proses Komputasi 0Matlab1
2++. %nalisis
$
Penutup
+. Kesimpulan
$3
'ampiran
$4
2 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 3/19
5e(erensi
$4
Pendahuluan
+. 'atar !elakang
&ji Tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan
suatu bahan6material dengan cara memberikan beban gaya yang
sesumbu 7%skeland, $2/38. &ji tarik mungkin adalah cara pengujian bahanyang paling mendasar. &ji tarik rekayasa banyak dilakukan untuk
melengkapi in(ormasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan
sebagai data pendukung bagi spesi9kasi bahan 0*ieter, $2/:1. Pada uji
tarik, benda uji diberi beban gaya tarik sesumbu yang bertambah secara
kontinyu, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan terhadap
perpanjangan yang dialami benda uji 0*a;is, Tro<ell, dan =iskocil,$2331.
Kur;a tegangan regangan rekayasa diperoleh daripengukuran perpanjangan benda uji.Pengujian ini
sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi di
seluruh dunia, misalnya di %merika dengan %"TM E/ dan >epang dengan
>+" $. *engan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui
bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan
mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. %lat
eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman (grip1 yangkuat dan kekakuan yang tinggi (highly stif).
3 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
Gambar 1.1 alat ujitarik
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 4/19
!ila kita terus menarik suatu bahan 0dalam hal ini suatu logam1 sampai
putus, kita akan mendapatkan pro9l tarikan yang
lengkap yang berupa kur;a seperti digambarkan
pada ?br.$. Kur;a ini menunjukkan hubunganantara gaya tarikan dengan perubahan panjang.
Pro9l ini sangat diperlukan dalam desain yang
memakai bahan tersebut.
!iasanya yang menjadi (okus perhatian adalah
kemampuan maksimum bahan tersebut dalam
menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut "Ultimate Tensile
Strength".
&ntuk hampir semua logam, pada tahap sangat aal dari uji tarik,
hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus
dengan perubahan panjang bahan tersebut. +ni disebut daerah linier
atau linear zone.
Mesin uji tarik untuk material yang terdiri atas beberapa bagian,
!agian atas disebut sebagai Crosshea! atau bagian yang bergerak yang
menarik benda uji, "epasang ulir cylinder akan membaa atau
menggerakan bagian crosshead. "ementara itu di bagian baah di buat
static. dibagian crosshead terdapat sensor loadcell yang akan mengukur
besarnya gaya tarik, sedangkan untuk mengukur
perubahan panjang digunakan strain gages atau
e<tensometer.
Pada karya tulis ini, kami akan menganalisis respon dari sensor loadcell
pada mesin uji Tarik. *ata yang kami gunakan berasal dari parktikum
material yang pernah kami lakukan. *isini digunakan material alumunium
4#4$.
++. *asar Teori
PID Controller
P+* atau roportional#$ntegral#%eri&ati&e Controller adalah
sebuah mekanisme 'ontrol loop eeba'k yang umum digunakanpada system 'ontrol industrial. "ebuah P+* controller terus menerus
4 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
gambar 1. material ujitarik
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 5/19
mengkalulasi sebuah error ;alue sebagai perbedaan antara ;ariabel
terukur pada proses dibandingkan dengan setpoint yang diinginkan.
Proses untuk memilih parameter kontroler untuk dapat memenuhi
spesi9kasi per(orma disebut sebagai 'ontroller tuning. @ieger andNichols mengajukan aturan untuk mendapatkan gain proporsional
Kp, aktu integral Ti dan aktu deri;ati;e Td berdasarkan
karakteristik 5espon berdasarkan respon langkah eksperimental
atau nilai dari Kp yang menghasilkan stabilitas marjinal hanya ketika
Proportional Aontrol %ction digunakan.
%da metode yang diketahui sebagai @ieger-Nichols tuning
rules. Kedua aturan ini digunakan ketika o;ershoot maksimum 3B
di respon step.
Metode Pertama C
Gambar 1.* metoe 1 +ieger#,i'hols tuning rules
Ketika plant tidak meibatkan integrator atau dominant
comple<-conjugate poles, maka kur;a respons berbentuk seperti ".
Metode pertama ini dapat diaplikasikan apabila kur;a respons
berbentuk " seperti gambar diatas. Kur;a berbentuk " ini dapat
dikarakteristikan dengan konstan yaitu delay time ' dan konstanta
aktu T. *elay time dan konstatna aktu ditentukan dengan
5 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 6/19
menggambar garis tangen pada titik inDeksi pada kur;a " dan
menentukan perpotongan antara garis tangen tersebut dengan
seumbu aktu dan garis c0t1K.
Transer -un'tion ditentukan dengan sistem orde tingkat $ dengan'ag seperti berikut C
*engan memasukkan nilai Kp, Ti, dan Td berdasarkan table /-$maka didapat
Maka P+* controller memiliki pile pada origin dan dua nol saat " -$6'
Metode Kedua
6 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 7/19
Pada metode kedua, pertama kita menentukan Ti tak
hingga dan Td #. *Engan menggunakan proportional control
action, meningkatkan Kp dari # ke critical ;alue Kcr dimana pada
titik itu output pertama kali menunjukan osilasi yang berkelanjutan.
Maka critical gain Kcr dan Aorresponding Period Pcr dapat
ditentukan . @ieger dan Nichols menyarankan baha kita
menentukan nilai dari parameter Kp, T+, dan Td berdasarkan (ormula
pada tabel /-.
*engan memasukkan nilai yang ad maka didapat C
7 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
Gambar 1. metoe keua +ieger#,i'hols tuning rules
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 8/19
Maka, ketika controller P+* memliki pole pada origin dan ouble zero
ketika s -6Pcr.
Bode
!ode adalah bagan dari re/uen'y response dari suatu
system. Terdapat bagian yaitu bode magnitude plot yangmenunjukkan besaran dari respon (rekuensi dan bode phase plot
yang menunjukkan phase shi(t atau sudut (asa. "atuan yangumumnya digunakan adalah decibel, sb, dan digambar pada kertas
semilog.
Faktor dasar dari ?0j1)0j1 ada empat yaitu gain K, +ntergral dan
*eri;ati;e (actors, First order (actors0$GjT1$ dan Huadratic (actors
Nyquist
Merupakan stabilitas dari sebuah system closed loop dari
respon (rekuensi loop terbuka open loop pole. Kriteria dapat
ditunjukkan dengan persamaan berikut@ N G P
*imana C
@ jumlah Iero dari +G?0s1)0s1 pada separuh bagian kanan bidang
"
N jumlah pelingkaran searah jarum jam terhadap titik +Gj#
P >umlah pole dari ?0s1)0s1 pada sparuh bagian kanan bidang s
8 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 9/19
>ika P tidak nol , untuk sistem kendali yang stabil kita harus meiliki
@# aau N-P adalah pelingkaran berlaanan arah jarum jam dari
titik J+Gj#
Root LocusPada teori system control dan stabilitas, analisis root locus adalah
metode gra9s untuk memeriksa bagaimana akar dari sebuah sistem
berubah tergantung pada ;ariasi pada parameter dalam sistem,
umumnya terdapat pada gain pada system dengan (eedback. Teknik
ini digunakan sebagai kriteria stabilitas dalam system control yang
dikembangkan oleh =alter 5. E;ans dalam menentukan stabilitas
suatu system. 5oot locus memplot poles pada system control closed
loop dalam kompleks bidang s sebagai (ungsi sebuah parameter
gain.
Karakteristik dasar dari sebuah respon transien dalam system
'lose loop sangat berhubungan dengan lokasi dari pole-polenya.
>ika system memiliki gain yang ;ariati(, maka lokasi dari pole-pole
dpilih berdasarkan nilai dari loop gain.
&ntuk menggambar kur;a root locus ada beberapa hal yang harus
diperhatikan yaitu C
• Menandai open loop poles dan Ieroes
• Menandai porsi real a<is pada sebelah kiri dari pole dengan jumlah
ganjil dan zeroes
• Mengetahui asymtot
| Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 10/19
Gambar 1.0 'ontoh grak root lo'us
+++. Metodologi*alam penyelesaian permasalahan operasi mesin uji tarik ini, digunakan
beberapa metodologi untuk menemukan nilai kontrol yang pas untuk respon
yang lebih baik dan cepat.
1! "#s$eri%en&ntuk mendapatkan data input berupa stroke dan output berupa
load, dilakukan uji tarik pada benda metal. &ji Tarik ini dilaksanakan di
laboratorium metalurgi dan material FT&+, berbarengan dengan
pelaksanaan kegiatan praktikum material teknik.2! &o't()re *o%$ut)si
Ketika telah diperoleh data percobaan, lalu digunakan alat bantu
so(tare komputasi M%T'%! untuk mendapatkan trans(er (ungsi hingga
mendapatkan nilai kontrol dengan metode root locus, nyHuist dan bode.
+si
1+ | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 11/19
+. Proses Komputasi 0matlab1
Beri#ut %eru$)#)n l)n,#)- y)n, dil)#u#)n untu#
%en,et)-ui tr)ns'er 'unction
*ata Praktikum Material Teknik &ji Tarik menggunakan material
%lumunium. +nput nya merupakan "troke dalam satuan mm. utputnya
berupa 'oad dalam satuan kg(. +nput dan output ini berada pada
domain aktu dalam satuan detik.
'alu masukkan data input dan output kedalam matlab. 0melalui input;ariable1
11 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
Gambar .1 %ata
Gambar . input ata
Gambar .* 'omman 2ino2
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 12/19
Ketik ident pada 'omman 2ino2 untuk mencari trans(er (unction nya.
'alu akan muncul kotak dialog seperti di atas, ubah kotak Limport datamenjadi Ltime domain..
Gambar .0 import ata
0&ntuk memunculkan gra9k time plot, centrang kotak kecil disebelahkiri baah, gra9k tersebut menunjukkan hubungan load dan stroke
terhadap aktu. 1
'alu akan muncul kotak dialog import data seperti diatas. Masukkandata uji tarik yang telah kita copy di ;ariabel dengan menulis namanya.
Time disesuaikan dengan yang terjadi pada saat praktikum. setelah
selesai, klik import.
12 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
Gambar . import ata
Gambar .3 estimate
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 13/19
&ntuk melihat trans(er (unction nya, ubah kotak yang berisikan tulisan
Lestimate menjadi Ltrans(er (unction seperti pada gambar diatas.
Kemudian matlab akan menghitung trans(er (unctionnya dan akandidapatkan trans(er (unction seperti pada kotak dialog tersebut.
*e%udi)n di.)()- ini )d)l)- l)n,#)-/l)n,#)- untu#
%en,et)-ui )$)#)- siste% st).il )t)u tid)#0 d)n untu#%en,et)-ui #onst)nt) *i0 *$0 *d )$).il) di.utu-#)n $)d)
siste% untu# %en)di st).il!
Masukkan trans(er (unction yang telah kita dapat dari hasil yang
sebelumnya ke editor lalu run section agar bisa dijalankan pada
command indo
13 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
Gambar .4 Transer un'tion
-igure 1Gambar .5 menentukan nilai k Gambar .6 %iagram boe
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 14/19
.
%kan muncul diagram root locus dan bode dari trans(er (unction yang
kita punya. Kita juga dapat melihat step response sistem dari tab
analysis plot. *ari gra9k yang dihasilkan kita mengetahui baha sistembelum stabil. &ntuk itu diberikan P+* Turning pada sistem. !erikut
diagram step response setelah diberikan P+* Turning.
&ntuk mengetahui konstanta Kp, Ki, dan Kd kita perlu mengekspor P+*
Turning yang kita set ke dalam orkspace.
Gambar .11 nilai 7
"etelah itu bisa didapat nilai Kp, Ki, dan Kd dan T( seperti gambar diatas.
14 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
Gambar .18 ekspor $% turning
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 15/19
)%.)r di.)()- ini %eru$)#)n di),r)% .lo# d)ri siste%
terse.ut!
++. %nalisis!erdasarkan hasil diagram rootlocus, bode, dan nyHuist yang
didapatkan setelah diterapkan P+* Turning berikut analisis dari
masing-masing diagram
• !erdasarkan diagram rootlocus dapat dilihat baha sebagian
besar Iero dan pole letaknya berada di samping kiri yang
menunjukan sistem mendekati stabil. Perkiraan stabil ini
didasari pada letak Iero dan pole pada rootlocus itu sendiri
15 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
Gambar .11 %iagram blok
Gmbar .1 9asil
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 16/19
• !erdasarkan diagram bode, sistem tidak begitu Duktuati(
alaupun masih terdapat sedikit bergelombang pada diagram
bode.
• !erdasarkan diagram NyHuist yang didapatkan jelas baha
sistem belum stabil. )al ini terlihat pada encircle yang
meleati nilai -$ pada sebelah kiri. Kesalahan pembacaanpada root locus dapat terjadi sehingga kita menganggap
baha sistem sudah stabil. )al ini disebabkan angka yang
dapat dibaca pada diagram rootlocus yang didapat oleh kami
kurang detil sehingga tidak terlihat baha ada salah satu pole
yang terdapat pada sebelah kanan yang mengindikasikan
ketidakstabilan sistem.
16 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
Gambar .1 boe iagram
Gambar .1* ny/uist iagram
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 17/19
Penutup+. Kesimpulan
!erikut kesimpulan hasil yang kami peroleh
Trans(er Function#.###$$/4 s - /.44e-$$
---------------------------------------------
s G #.#### s G $.#$e-#: s G .:/e-$
Nilai Kp, Ki, dan KdKp -#.##:, Ki -$.$e-#/, Kd $.#:eG#, T( .:eG#4
5oot 'ocus
!ode *iagram
NyHuist *igaram
17 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 18/19
'ampiran!erikut kami lampirkan data uji tarik yang kami miliki
O*ata yang kami miliki berjumlah :3 data, kami hanya melampirkansebagian kecilnya saja
TimeCsec 'oadCkg(
"trokeCmm "pare
#,##3 #,#$ #,##$3$#,##$3
$
#,#$ #,#2 #,##3 #,##3
#,#$3 #,#:3 #,##3$#,##3
$
#,# #,$3 #,##3 #,##3
#,#3 #,2/ #,##33$#,##33
$
#,# #,#$ #,##:3$#,##:3
$
#,# #,4/ #,##23$#,##23
$
#,#3 $,#3 #,#$#3 #,#$#3
#,#33 $,2$ #,#$2#,#$
2#,#4 $,:#: #,#$3 #,#$3
#,#43 $,2 #,#$32#,#$3
2
#,#/ ,/ #,#$23 #,#$23
#,#/3 ,$ #,##2#,##
2
#,#23 ,/ #,#3 #,#3#,$#3 ,: #,#33 #,#33
#,$$ ,2:: #,#:3 #,#:3#,$ 3,:/3 #,#23 #,#23
18 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m
7/23/2019 Pengsis Laporan Tugas Besar Pengendalian Sistem-1
http://slidepdf.com/reader/full/pengsis-laporan-tugas-besar-pengendalian-sistem-1 19/19
#,$3 4,33: #,##2#,##
2
5e(erensihttpC66lpsa.sarthmore.edu6NyHuist6NyHuistE<amples.html
httpC66.me.ust.hk6mech4$6inde<6'ecture6AhapterQ2.pd(
Modern Aontrol Engineering - Katushiko gata
httpC66.imimg.com6data6%656MY-22:#36aluminum-grades-4#4$-
#-3#3-:#:3-3#<3#.jpg
httpC66.aandd.jp6img6products6testQmeasuring6testinstruments6rt(6rt(Q/.jpg
1 | Tu g a s ! e s a r P e n g e n d a l i a n " i s t e m