Kontrol PID Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Dengan Metode Tuning Direct Synthesis

Kontroler PID adalah kontroler berumpanbalik yang paling populer di dunia industri. Selama lebih dari 50 tahun, kontroler PID terbukti dapat memberikan performa kontrol yang baik meski mempunyai algoritma sederhana yang mudah dipahami [1]. Hal krusial dalam desain kontroler PID ialah tuning atau pemberian parameter P, I, dan D agar didapatkan respon sistem yang diinginkan.
Salah satu metode yang muncul ialah tuning berdasar model plant, karena identifikasi plant bukan lagi hal yang sulit untuk dilakukan. Salah satu jenisnya ialah Direct Synthesis yang memerlukan model plant sebenarnya dan model plant yang diinginkan untuk mendapatkan parameter P, I, D dari kontroler. [2].
Sementara itu, di dunia industri juga dikenal adanya Programmable Logic Controller (PLC) sebagai alat pengatur urutan proses secara digital. Namun sekarang ini PLC telah dapat juga menangani proses analog. PLC C200H OMRON mengadaptasi hal itu dengan munculnya special unit seperti Analog Input Unit , Analo2. Dasar Teori
2.1 Kontroler PID [4]
Kontroler adalah komponen yang berfungsi meminimasi sinyal kesalahan. Tipe kontroler yang paling populer ialah kontroler PID. Elemen-elemen kontroler P, I dan D masing¬masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem, menghilang¬kan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar.
g Output Unit, PID Controller, ASCII Unit, dan lain – lain
2.2 Tuning Kontroler dengan Model Plant Nyata [2]
Aspek yang sangat penting dalam desain
kontroler PID ialah penentuan parameter kontroler PID supaya sistem close loop memenuhi kriteria performansi yang diinginkan. Hal ini disebut juga dengan tuning kontroler.
Seiring dengan berkembangnya penelitian tentang identifikasi suatu sistem “black box”, maka memperoleh transfer function atau karakteristik dari sistem tersebut bukanlah hal yang teramat sulit. Hal ini menyebabkan metode tuning kontroler yang membutuhkan model plant sebenarnya juga dapat dilakukan dengan relatif mudah, misalnya dengan metode Direct Sinthesys.
3.1.1 Unit ASCII [5]
Unit ASCII adalah unit pelengkap cerdas dari PLC C200H OMRON yang membuat sistem kontrol berbasis PLC lebih fleksibel dan berkemampuan tinggi. Unit ASCII ini dapat digunakan untuk memonitor sistem, memproses data, membuat laporan dan mengerjakan tugas – tugas lainnya. Pemrograman pada ASCII Unit dikerjakan dengan BASIC, sebagai pengganti ladder diagram, sehingga lebih cocok untuk memproses data analog.
3.2 Perencanaan Software
Selain masalah hardware, software yang bekerja sebagai “jantung” dari sistem sangat penting untuk direncanakan dengan tepat. Di antaranya ialah algoritma untuk transfer data dan implementasi kontroler digital.
3.2.1 Algoritma Transfer Data [5]
Data dari plant (motor DC) berupa tegangan yang dihasilkan oleh tachometer. Tegangan analog antara 0 – 5 V tersebut dimasukkan ke dalam ADC 8 bit dan akan diubah menjadi 8 digit bilangan biner yang merepresentasikan nilai tegangan analog tersebut berdasarkan nilai – nilai biner dari MSB (Most Significant Bit) sampai LSB (Least Significant Bit). Nilai keluaran ADC sebesar 0 – 5 V tersebut akan dikuatkan sebesar 4 kali karena level logic pada Input Module PLC adalah 0 - 24 V, yang akan dianggap sebagai data input PLC.
4.2 Kriteria Performansi [8]
Dengan mengacu pada pengertian yang diberikan Ogata [8], berikut ini kriteria performansi dari plant yang digunakan:
• Berada dalam pita akurasi 5% (lebih atau kurang dari 5% set point). Dalam besaran tegangan : 3,8 V – 4,2 V.
• Error steady state kurang dari 5% dari set point (agar berkorelasi dengan syarat akurasi). Dalam besaran tegangan kurang dari 4,2 V.
• Rise time maksimal 1 s.
• Setting time maksimal 2 s
• Maximum overshoot sebesar 5% dari set point. Dalam besaran tegangan : maksimal 4,2 V.
4.3 Hasil dan Analisa Pengujian Sistem Pengukuran data dilakukan dengan menyusun rangkaian seperti pada gambar 6, dan merekam
hasilnya.
4.3.1 Simulasi dan Percobaan Close Loop Test I–Perubahan Set Point
Eksperimen pertama yang dilakukan ialah dengan memberikan perubahan set point pada plant yang tealah running dan steady. Berikut ini gambar hasil simulasi dengan MATLAB dari eksperimen tersebut untuk plant tanpa kontroler.
5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan
Dari pembahasan dalam penelitian ini dapat disimpulkan bahwa :
1. Implementasi kontroler PID pada modul ASCII-PLC C200H untuk mengatur kecepatan motor DC dapat dilakukan.
2. Implementasi metode tuning Direct Sinthesys pada kontroler PID memberikan kriteria performansi plant yang cukup baik (memberi akurasi, error steady state : 0,144 detik, maximum overshoot : 0, rise time : 0,36 detik, dan settling time : 0,54 detik) dan kemampuan untuk kembali mencapai set point saat diberikan disturbance.
5.2 Saran
Saran – saran untuk mengembangkan penelitian ini ialah:
1. Implementasi self-tuning PID dengan fuzzy logic untuk peningkatan performa kontrol dari kontroler PID.
2. Pemilihan jenis dan karakteristik plant yang tepat agar berbagai pengembangan dalam eksperimen dapat dilakukan.