Hybrid coupler memiliki beberapa desain, ada yang menggunakan waveguides, dan adapula yang menggunakan mikrostrip/stripline. Jenis hybrid coupler yang menggunakan waveguides antara lain Bethe-Hole Coupler, Two-Hole Couplers, dan Schwinger Reversed-Phase Coupler. Sedangkan jenis hybrid coupler yang menggunakan microstrip/stripline adalah Coupled-Line Directional Couplers, Lange Directional Coupler, Hybrid Ring, dan Branch-Line Hybrid Coupler. Berikut penjelasan hybrid coupler yang menggunakan microstrip/stripline.
a. Coupled-Line Directional Couplers
Ketika terdapat dua saluran transmisi yang unshielded yang berdekatan, daya dapat dikopel diantara saluran tersebut, karena adanya interaksi medan elektromagnetik. Saluran yang dihubungkan itu disebut sebagai coupled transmission lines, dan biasanya terdiri dari tiga konduktor yang berdekatan. Berikut gambar desain Coupled-Line Directional Couplers .
Coupled-LineDirectional Couplers Sebagai contoh penggunaan coupled-line directional coupler untuk pengukuran daya datang dan daya pantul, adalah 20 dB, artinya bila pada port 1 kita hubungkan sebuah sumber 0 dBm (1 mW) daya ini akan dikopel ke port 3 sebesar – 20 dB (10–2 kali), yaitu – 20 dBm. Gambar 2.1 memperlihatkan setup directional coupler untuk mengukur daya datang dan daya pantul. Generator dengan impedansi Z0 dipasang pada port 1 bedan yang tidak diketahui, Z, pada port 2, sedangkan port 3 dan port 4 diterminasi dengan beban yang sesuai dengan impedansi kopler, Z0, agar daya yang datang pada port-port ini seluruhnya diserap. Bila daya masukan dari generator pada port 1 adalah P 1% akan dikopel ke port 3 dan 99% menjadi daya yang datang ke beban, P = 99%P.Bila Z ≠ Z, sebagian daya yang datang ini akan dipantulkan sebesar P0 yang 1% nya dikopel ke port 4 dan dikembalikan ke sumber sebesar 99%..
b. Lange Directional Coupler
Secara umum, kopling pada coupled line coupler mengalami ketidaktepatan untuk memenuhi nilai faktor kopling 3 dB atau 6 dB. Salah satu cara untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan menambahkan kopling diantara sisi coupled line dengan menggunakan beberapa lines parallel, sehingga fringing fields pada kedua sisi dapat memberikan kontribusi untuk kopling. Hal ini dapat diimplementasikan pada directional coupler jenis Lange Directional Coupler, seperti terlihat pada gambar 2.2
Kopler ini dapat dengan mudah mendapatkan nilai 3 dB coupling ratio, dengan bandwidth yang lebar. Selain itu, beda fasa antara kedua output (output dan coupled) adalah 90° sehingga disebut juga tipe quadrature coupler. Namun ada beberapa kekurangan dari kopler ini, antara lain jalur (lines) sangat sempit sehingga seperti terlihat menyatu (berhimpitan), dan kopler ini sulit dalam hal fabrikasi yang menggunakan kawat untuk menghubungkan antar lines.
c. Hybrid Ring
Hybrid Ring atau disebut juga rat-race merupakan jenis directional coupler dengan beda fasa 180° antara kedua port output. Sinyal masuk pada port 1, kemudian dibagi ke port 2 dan 3 sebagai keluaran dan port 4 sebagai port isolasi. Jika input diposisikan pada port 4, maka sinyal akan dibagi sama besar pada port 2 dan 3 dengan beda fasa 180°, dan port 1 menjadi port isolasi.
pada hybrid ring ini dibatasi oleh frekuensi yang tergantung oleh panjangnya lingkaran. Peningkatan bandwidth didapatkan dengan tambahan pada beberapa bagian circuit atau lingkaran yang simetri. 2.1.4 Branch-Line Hybrid Coupler Branch-Line Hybrid Coupler disebut juga Quadratue Hybrids dengan beda fasa 90° pada port output dan coupled. Hybrid tipe ini sangat mudah direalisasikan dengan menggunakan mikrostrip atau stripline dengan tujuan mendapatkan nilai kopling 3 dB. Branch-Line Hybrid Coupler dapat dilihat pada gambar dibawah.Kopler hibrid adalah jenis passive device yang terdiri dari empat port, yaitu port 1 digunakan sebagai port gelombang yang masuk (port input), port 2 sebagai output, port 3 adalah port untuk mengkopling (coupled port), dan port 4 digunakan sebagai isolation port.
Prinsip kerja kopler Branch-Line Hibrid, yaitu output [S21] dan kopling [S31] memiliki nilai -3dB, masing-masing nilai ini di dapat dengan mengatur panjang impedansi tiap saluran yang berbeda-beda. Beda fasa 90o tergantung dari panjang λ/4, pada saat [S21] panjangnya λ/4 dan saat di [S31] panjangnya 2λ/4 jadi selisih antara [S21] dan [S31] adalah λ/4 yaitu sama dengan 90o. Untuk isolasi pada rangkaian di atas memiliki beda fasa 180o yaitu saat [S41] panjangnya λ/4 dan saat dari port 1,menuju port2, dan menuju port3 dan terakhir ke port4 memiliki panjang 3λ/4 jadi memiliki selisih 2λ/4 atau 180o sehingga saling menghilangkanjadi idealnya isolasi adalah 0, cara mendapatkan isolasi yang ideal dengan pengaturan panjang impedansi dan λ/4 karena tiap saluran memiliki panjang yang berbeda-beda
Tampilkan postingan dengan label Pristama Nur Ramdani (0826). Tampilkan semua postingan
Tampilkan postingan dengan label Pristama Nur Ramdani (0826). Tampilkan semua postingan
Senin, 11 Januari 2010
Smart Antena
Smart antenna merupakan kombinasi dari beberapa susunan elemen antenna dengan kemampuan pengolahan sinyal untuk mengoptimalkan daya pancar sesuai dengan respon linkungan sinyal tersebut. Sistem ini telah digunakan untuk keperluan militer,seperti: sistem radar untuk melacak sasaran. Dan juga diteliti untuk keperluan telekomuniksi bergerak dalam hal penentuan posisi MS. Adapun hal utama yang membuat suatu sistem antenna menjadi smart, yaitu kemampuan untuk mengestimasi sudut kedatangan sinyal, Angel of Arrival (AOA). Untuk analisis dan simulasi pada tugas akhir ini akan menggunakan algoritma MUSIC untuk penentuan AOA dan teknik eigen untuk beamforming-nya.
Susunan Antena
Susunan antena berfungsi sebagai penangkap sinyal datang, dimana tiap elemen menangkap sinyal yang sama, tetapi dengan perbeadaan fasa yang disebabkan adanya jarak antar elemen antenna. Perbedaan fasa inilah yang menandakan AOA sinyal datang. Sinyal yang ditangkap pada tiap antenna ini nantinya akan diolah untuk mencari AOA.
Teknik-teknik estimasi DOA
Teknik-teknik yang digunakan untuk estimasi AOA antara lain: teknik konvensional, teknik berbasis Subspace, teknik maximum likelihood, dan teknik terintegrasi. Teknik konvensional berdasar pada beamforming klasik di mana teknik ini memerlukan jumlah elemen antenna yang cukup banyak untuk mendapatkan resolusi yang tinggi. Teknik berbasis subspace adalah suatu teknik beresolusi tinggi yang memanfaatkan struktur eigen pada input data matrix. Teknik maximum likelihood adalah sutu teknik yang optimal, dimana teknik ini memberikan kinerja yang baik meskipun berada pada kondisi SNR yand rendah. Teknik terintegrasi adalah suatu teknik yang memisahkan multiple signal dan mengestimasi AOA dengan memanfaatkan teknik subspace. Algoritma MUSIC sebagai salah satu teknik estimasi AOA yang berbasis subspace. Algoritma MUSIC pertama kali diperkenalkan oleh Schmidt pada tahun 1979, yang merupakan teknik klasifikasi beberapa sinyal resolusi tinggi yang didasarkan pada pemanfaatan struktur eigen dari matriks input kovarians.
Susunan Antena
Susunan antena berfungsi sebagai penangkap sinyal datang, dimana tiap elemen menangkap sinyal yang sama, tetapi dengan perbeadaan fasa yang disebabkan adanya jarak antar elemen antenna. Perbedaan fasa inilah yang menandakan AOA sinyal datang. Sinyal yang ditangkap pada tiap antenna ini nantinya akan diolah untuk mencari AOA.
Teknik-teknik estimasi DOA
Teknik-teknik yang digunakan untuk estimasi AOA antara lain: teknik konvensional, teknik berbasis Subspace, teknik maximum likelihood, dan teknik terintegrasi. Teknik konvensional berdasar pada beamforming klasik di mana teknik ini memerlukan jumlah elemen antenna yang cukup banyak untuk mendapatkan resolusi yang tinggi. Teknik berbasis subspace adalah suatu teknik beresolusi tinggi yang memanfaatkan struktur eigen pada input data matrix. Teknik maximum likelihood adalah sutu teknik yang optimal, dimana teknik ini memberikan kinerja yang baik meskipun berada pada kondisi SNR yand rendah. Teknik terintegrasi adalah suatu teknik yang memisahkan multiple signal dan mengestimasi AOA dengan memanfaatkan teknik subspace. Algoritma MUSIC sebagai salah satu teknik estimasi AOA yang berbasis subspace. Algoritma MUSIC pertama kali diperkenalkan oleh Schmidt pada tahun 1979, yang merupakan teknik klasifikasi beberapa sinyal resolusi tinggi yang didasarkan pada pemanfaatan struktur eigen dari matriks input kovarians.
Antena Mikrostrip
Antenna mikrostrip adalah suatu konduktor metal yang menempel diatas ground plane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik. Antena mikrostrip merupakan antena yang memiliki massa ringan, mudah untuk difabrikasi, dengan sifatnya yang konformal sehingga dapat ditempatkan pada hampir semua jenis permukaan dan ukurannya kecil dibandingkan dengan antena jenis lain, karena sifat yang dimilikinya, antena mikrostrip sangat sesuai dengan kebutuhan saat ini sehingga dapat di-integrasikan dengan peralatan telekomunikasi lain yang berukuran kecil, akan tetapi antenna mikrostrip juga memiliki beberapa kekurangan yaitu: bandwidth yang sempit, gain dan directivity yang kecil, serta efisiensi rendah.
Bentuk konduktor bisa bermacam-macam tetapi yang pada umumnya digunakan berbentuk empat persegi panjang dan lingkaran karena bisa lebih mudah dianalisis
Mikrostrip Empat Persegi Panjang
Metode yang biasanya digunakan dalam menganalisis antena mikrostrip empat persegi panjang adalah model saluran transmisi. Menurut teori saluran transmisi, antena mikrostrip empat persegi panjang dapat dimodelkan sebagai dua buah slot peradiasi paralel yang terpisahkan jarak sebesar setengah panjang gelombang dalam bahan. Ketika gelombang datang dari saluran pencatu menemui perubahan kasar (discontinue) pada sisi input konduktor antena mikrostrip, medan listriknya akan menyebar ke udara bebas juga pada sisi berikutnya setelah melewati patch atau konduktor yang dianggap sebagai saluran transmisi. Apabila panjang antenna 14 mikrostrip sebesar setengah panjang gelombang pada bahan, diasumsikan medan listrik pada sisi input sepanjang W positif mengarah dari ground-plane ke konduktor, maka pada sisi ujung yang lain medan listrik akan mengarah sebaliknya, yaitu dari konduktor ke ground plane. Sehingga kedua komponen vertikal dari kedua medan listrik akan saling menghilangkan, sedangkan komponen horizontal akan berubah secara kontinyu setelah melewati konduktor sepanjang L dan ini akan dirasakan sebagai radiasi di medan jauh.
Medan listrik yang menyebar dari kedua sisi antena mikrostrip ke udara bebas disebut sebagai medan limpahan (fringing field)
Dimensi Antena Mikrostrip
Untuk mencari dimensi antena mikrostrip (W dan L), harus diketahui terlebih dahulu parameter bahan yang akan digunakan yaitu tebal dielektrik (h), konstanta dielektrik(εr), tebal konduktor (t) dan rugi-rugi bahan (rugi-rugi tangensial). Panjang antena mikrostrip harus disesuaikan, karena apabila terlalu pendek maka bandwidth akan sempit sedangkan apabila terlalu panjang bandwidth akan menjadi lebih lebar tetapi efisiensi radiasi akan menjadi kecil. Dengan mengatur lebar dari antenna mikrostrip (W) impedansi input juga akan berubah. Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena mikrostrip dapat menggunakan persamaan:
1. 1 . Menghitung lebar konduktor (W)
2. 2. Menghitung konstanta dielektrik efektif (εeff)
3. Menghitung panjang efektif (Leff)
4. 4. Menghitung panjang tambahan (ΔL)
5. 5. Menghitung panjang konduktor (L)
6. 6. Menghitung Letak dari titik pencatuan (L1)
Frekuensi Resonansi Antena Mikrostrip
Frekuensi resonansi adalah rekuensi dimana antena mikrostrip memiliki impedansi resitif (nilai reaktansi impedansi sama dengan nol). Tetapi sangatlah sulit untuk mendapatkan nilai reaktansi input nol, sehingga frekuensi resonansi antenna mikrostrip dianggap terjadi ketika nilai reaktansi input minimum dengan nilai resistansi maksimum. Frekuensi resonansi tidak selalu sama dengan frekuensi kerja yang diinginkan sehingga pada frekuensi kerja nilai reaktansi memiliki nilai yang berpengaruh pada impedansi input antena mikrostrip. Frekuensi resonansi antenna mikrostrip dapat diperoleh melalui persamaan
Impedansi Karakteristik Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip memiliki impedansi karakteristik yang sangat sensitive terhadap perubahan frekuensi. Hal itu disebabkan oleh tipisnya bahan antenna mikrostrip. Selain dipengaruhi oleh karakteristik bahan, lebar dimensi antenna mikrostrip (W) juga berpengaruh pada impedansi karakteristiknya. Impedansi karakteristik antena mikrostrip dapat diperoleh menggunakan persamaan berikut:
Bentuk konduktor bisa bermacam-macam tetapi yang pada umumnya digunakan berbentuk empat persegi panjang dan lingkaran karena bisa lebih mudah dianalisis
Mikrostrip Empat Persegi Panjang
Metode yang biasanya digunakan dalam menganalisis antena mikrostrip empat persegi panjang adalah model saluran transmisi. Menurut teori saluran transmisi, antena mikrostrip empat persegi panjang dapat dimodelkan sebagai dua buah slot peradiasi paralel yang terpisahkan jarak sebesar setengah panjang gelombang dalam bahan. Ketika gelombang datang dari saluran pencatu menemui perubahan kasar (discontinue) pada sisi input konduktor antena mikrostrip, medan listriknya akan menyebar ke udara bebas juga pada sisi berikutnya setelah melewati patch atau konduktor yang dianggap sebagai saluran transmisi. Apabila panjang antenna 14 mikrostrip sebesar setengah panjang gelombang pada bahan, diasumsikan medan listrik pada sisi input sepanjang W positif mengarah dari ground-plane ke konduktor, maka pada sisi ujung yang lain medan listrik akan mengarah sebaliknya, yaitu dari konduktor ke ground plane. Sehingga kedua komponen vertikal dari kedua medan listrik akan saling menghilangkan, sedangkan komponen horizontal akan berubah secara kontinyu setelah melewati konduktor sepanjang L dan ini akan dirasakan sebagai radiasi di medan jauh.
Medan listrik yang menyebar dari kedua sisi antena mikrostrip ke udara bebas disebut sebagai medan limpahan (fringing field)
Dimensi Antena Mikrostrip
Untuk mencari dimensi antena mikrostrip (W dan L), harus diketahui terlebih dahulu parameter bahan yang akan digunakan yaitu tebal dielektrik (h), konstanta dielektrik(εr), tebal konduktor (t) dan rugi-rugi bahan (rugi-rugi tangensial). Panjang antena mikrostrip harus disesuaikan, karena apabila terlalu pendek maka bandwidth akan sempit sedangkan apabila terlalu panjang bandwidth akan menjadi lebih lebar tetapi efisiensi radiasi akan menjadi kecil. Dengan mengatur lebar dari antenna mikrostrip (W) impedansi input juga akan berubah. Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena mikrostrip dapat menggunakan persamaan:
1. 1 . Menghitung lebar konduktor (W)
2. 2. Menghitung konstanta dielektrik efektif (εeff)
3. Menghitung panjang efektif (Leff)
4. 4. Menghitung panjang tambahan (ΔL)
5. 5. Menghitung panjang konduktor (L)
6. 6. Menghitung Letak dari titik pencatuan (L1)
Frekuensi Resonansi Antena Mikrostrip
Frekuensi resonansi adalah rekuensi dimana antena mikrostrip memiliki impedansi resitif (nilai reaktansi impedansi sama dengan nol). Tetapi sangatlah sulit untuk mendapatkan nilai reaktansi input nol, sehingga frekuensi resonansi antenna mikrostrip dianggap terjadi ketika nilai reaktansi input minimum dengan nilai resistansi maksimum. Frekuensi resonansi tidak selalu sama dengan frekuensi kerja yang diinginkan sehingga pada frekuensi kerja nilai reaktansi memiliki nilai yang berpengaruh pada impedansi input antena mikrostrip. Frekuensi resonansi antenna mikrostrip dapat diperoleh melalui persamaan
Impedansi Karakteristik Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip memiliki impedansi karakteristik yang sangat sensitive terhadap perubahan frekuensi. Hal itu disebabkan oleh tipisnya bahan antenna mikrostrip. Selain dipengaruhi oleh karakteristik bahan, lebar dimensi antenna mikrostrip (W) juga berpengaruh pada impedansi karakteristiknya. Impedansi karakteristik antena mikrostrip dapat diperoleh menggunakan persamaan berikut:
Antena Septagonal
Antena Septagonal (segi tujuh) adalah antena jenis omni poligonal yaitu erupakan gabungan 7 antena baru. Prinsip dari tiap antena baru ini adalah uatu penyepadan bertingkat dari besar impedansi karakteristik di udara menuju impedansi terminal. Salah satu cara untuk mendapat gain antena yang besar dan mendapat polaradiasi omnidireksional adalah dengan cara menggabungkan 7 antena baru secara radial.Seperti terlihat pada gambar. Pada Penyepadan bertingkat l /4 binomial bisa digunakan beberapa trafo l/4 dengan impedansi karakteristik yang berbeda-beda sebagai penyepadan bertingkat dari impedansi karakteristik udara menuju impedansi terminal.Seperti terlihat pada gambar berikut.
Impedansi tiap tingkat :
Penyepadanan Pada Antena Septagonal
Pada antena septagonal impedansi terminal (ZT) yang diharapkan »50 maka ZT » 50ohm Z0//Z0// Z0//Z0 Z0//Z0 Z0. jadi Z0 yang diharapkan adalah sebesar 350 ohm, pada pembuatan antena septagonal ini pada intinya adalah membuat penyepadan bertingkat dari 377 ohm menjadi 350 ohm sebanyak 7 penyepadan dengan saluran 2 kawat kemudian disusun secara radial.
Lebar Pita Frekuensi (BW)
Saluran 2 kawat sejajar
Pada pembuatan antena septagonal digunakan saluran 2 kawat sejajar
Impedansi tiap tingkat :
Penyepadanan Pada Antena Septagonal
Pada antena septagonal impedansi terminal (ZT) yang diharapkan »50 maka ZT » 50ohm Z0//Z0// Z0//Z0 Z0//Z0 Z0. jadi Z0 yang diharapkan adalah sebesar 350 ohm, pada pembuatan antena septagonal ini pada intinya adalah membuat penyepadan bertingkat dari 377 ohm menjadi 350 ohm sebanyak 7 penyepadan dengan saluran 2 kawat kemudian disusun secara radial.
Lebar Pita Frekuensi (BW)
Saluran 2 kawat sejajar
Pada pembuatan antena septagonal digunakan saluran 2 kawat sejajar
Analisa Performansi dan Robustness Beberapa Metode Tuning Kontroler PID pada Motor DC
Kontroler PID adalah kontroler berumpan balik yang paling populer di dunia industri. Selama lebih dari 50 tahun, kontroler PID terbukti dapat memberikan performansi 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 kita inginkan.
Pada tahun 1942, Ziegler-Nichols mengembang¬kan metode kurva reaksi (open loop tuning ) di mana kita bisa mendapatkan parameter P, I, D dari respon open loop sistem (tidak perlu mengetahui model plant). Sementara Cohen-Coon juga mengembangkan metode eksperi¬mental dimana hasilnya akan memberikan overshoot yang meluruh seperempat bagian.
Kemudian muncul metode tuning yang berdasar model plant, karena identifikasi plant bukan lagi hal yang sulit untuk dilakukan. Metode pertama ialah Direct Synthesis yang memerlukan model plant sebenarnya dan model plant yang diinginkan untuk mendapatkan parameter P, I, D dari kontroler [2].
Untuk mengamati performansi suatu sistem, parameter-parameter berikut sering digunakan : maximum overshoot, error steady state, rise time dan settling time. Selain itu, pengamatan Robustness sistem juga perlu diperhatikan, seiring dengan berkembangnya studi tentang robust control system pada tahun 1 980an. Gain margin dan phase margin sering kali digunakan sebagai ukuran Robustness suatu sistem [3]. Sehingga dengan mengamati nilai gain margin dan phase margin, kita bisa menentukan Robustness suatu sistem.
2. 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.
Persamaan kontroler PID dalam bentuk Laplace: 1
UsKEs
() (()
= P + +
EsTsEs ()(
D
Ts
I
Dimana :
KP = penguatan proporsional
Ti = waktu integral
Td = waktu turunan
U(s) = Sinyal kontrol
E(s) = Sinyal error
2.2 Tuning Kontroler
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.
2.2.1 Metode Ziegler-Nichols [4]
Ziegler-Nichols pertama kali memperkenalkan metodenya pada tahun 1942. Metode ini memiliki dua cara yaitu metode osilasi dan kurva reaksi. Kedua metode ditujukan untuk meng-hasilkan respon sistem dengan lonjakan maksi¬mum sebesar 25%.
Metode kurva reaksi didasarkan terhadap reaksi sistem loop terbuka. Plant sebagai loop terbuka dikenai sinyal step function. Kalau plant minimal tidak mengandung unsur integrator ataupun pole – pole kompleks, reaksi sistem akan berbentuk S. Gambar 1 menunjukkan kurva berbentuk S tersebut. Kelemahan metode ini terletak pada ketidakmampuannya untuk menangani plant integrator maupun plant yang memiliki pole kompleks.
Kurva berbentuk S mempunyai dua konstanta, waktu mati (dead time) L dan waktu tunda T. Dari Gambar 1 terlihat bahwa kurva reaksi berubah naik, setelah selang waktu L.
2.2.2 Metode Cohen-Coon
Karena tidak semua proses dapat mentolerir keadaan osilasi dengan amplitudo tetap, Cohen – Coon berupaya memperbaiki metode osilasi dengan menggunakan metode quarter amplitude decay. Respon loop tertutup sistem, pada metode ini, dibuat sehingga respon berbentuk quarter amplitude decay. Quarter amplitude decay didefinisikan sebagai respon transien yang amplitudonya dalam periode pertama memiliki perbandingan sebesar seperempat (1/4).
2.2.3 Metode Direct Synthesis [2]
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.
Metode ini terlebih dulu menentukan perilaku ouput yang diinginkan (reference) dengan membuat bentuk trayektorinya, dan model prosesnya (plant) digunakan untuk secara langsung mendapatkan persamaan kontroler yang sesuai. Berikut ini penurunan rumusnya.
2.4 Robustness Sistem [3]
2.4.1 Pendahuluan Sistem Robust
Selain performansi, Robustness dari suatu sistem juga mulai diperhitungkan orang. Robustness suatu sistem menunjukkan kemampuan sistem untuk tetap memberikan performansi yang diinginkan meskipun ada perubahan (ketidak¬tentuan) paramer plant yang signifikan. Ketidaktentuan (uncertainty) dalam sistem muncul karena :
o Perubahan parameter plant
o Dinamika plant yang tidak dimodelkan
o Time delay yang tidak dimodelkan
o Perubahan daerah operasi
o Noise dari sensor
o Disturbance yang tidak diprediksikan
4. Kesimpulan
Dari hasil simulasi, kontroler PID dengan metode tuning Ziegler Nichols dan Cohen-Coon mempunyai performansi yang lebih baik (rise time sekitar 0.1 s dan settling time di bawah 1 s) dari metode Direct Synthesis (rise time dan settling time sebesar 5 s). Juga kedua metode tersebut memberikan Robustness sistem yang lebih baik, dengan phase margin 41.40 dan 42.60, dibanding metode terakhir yang memberikan phase margin 88.50.
Namun akibat keterbatasan plant motor DC yang hanya mampu menerima sinyal kontrol maksimal 8 V, maka metode Direct Synthesis memberikan performansi yang lebih baik (tanpa overshoot, rise time dan settling time sebesar 5 s), dibanding.
Pada tahun 1942, Ziegler-Nichols mengembang¬kan metode kurva reaksi (open loop tuning ) di mana kita bisa mendapatkan parameter P, I, D dari respon open loop sistem (tidak perlu mengetahui model plant). Sementara Cohen-Coon juga mengembangkan metode eksperi¬mental dimana hasilnya akan memberikan overshoot yang meluruh seperempat bagian.
Kemudian muncul metode tuning yang berdasar model plant, karena identifikasi plant bukan lagi hal yang sulit untuk dilakukan. Metode pertama ialah Direct Synthesis yang memerlukan model plant sebenarnya dan model plant yang diinginkan untuk mendapatkan parameter P, I, D dari kontroler [2].
Untuk mengamati performansi suatu sistem, parameter-parameter berikut sering digunakan : maximum overshoot, error steady state, rise time dan settling time. Selain itu, pengamatan Robustness sistem juga perlu diperhatikan, seiring dengan berkembangnya studi tentang robust control system pada tahun 1 980an. Gain margin dan phase margin sering kali digunakan sebagai ukuran Robustness suatu sistem [3]. Sehingga dengan mengamati nilai gain margin dan phase margin, kita bisa menentukan Robustness suatu sistem.
2. 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.
Persamaan kontroler PID dalam bentuk Laplace: 1
UsKEs
() (()
= P + +
EsTsEs ()(
D
Ts
I
Dimana :
KP = penguatan proporsional
Ti = waktu integral
Td = waktu turunan
U(s) = Sinyal kontrol
E(s) = Sinyal error
2.2 Tuning Kontroler
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.
2.2.1 Metode Ziegler-Nichols [4]
Ziegler-Nichols pertama kali memperkenalkan metodenya pada tahun 1942. Metode ini memiliki dua cara yaitu metode osilasi dan kurva reaksi. Kedua metode ditujukan untuk meng-hasilkan respon sistem dengan lonjakan maksi¬mum sebesar 25%.
Metode kurva reaksi didasarkan terhadap reaksi sistem loop terbuka. Plant sebagai loop terbuka dikenai sinyal step function. Kalau plant minimal tidak mengandung unsur integrator ataupun pole – pole kompleks, reaksi sistem akan berbentuk S. Gambar 1 menunjukkan kurva berbentuk S tersebut. Kelemahan metode ini terletak pada ketidakmampuannya untuk menangani plant integrator maupun plant yang memiliki pole kompleks.
Kurva berbentuk S mempunyai dua konstanta, waktu mati (dead time) L dan waktu tunda T. Dari Gambar 1 terlihat bahwa kurva reaksi berubah naik, setelah selang waktu L.
2.2.2 Metode Cohen-Coon
Karena tidak semua proses dapat mentolerir keadaan osilasi dengan amplitudo tetap, Cohen – Coon berupaya memperbaiki metode osilasi dengan menggunakan metode quarter amplitude decay. Respon loop tertutup sistem, pada metode ini, dibuat sehingga respon berbentuk quarter amplitude decay. Quarter amplitude decay didefinisikan sebagai respon transien yang amplitudonya dalam periode pertama memiliki perbandingan sebesar seperempat (1/4).
2.2.3 Metode Direct Synthesis [2]
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.
Metode ini terlebih dulu menentukan perilaku ouput yang diinginkan (reference) dengan membuat bentuk trayektorinya, dan model prosesnya (plant) digunakan untuk secara langsung mendapatkan persamaan kontroler yang sesuai. Berikut ini penurunan rumusnya.
2.4 Robustness Sistem [3]
2.4.1 Pendahuluan Sistem Robust
Selain performansi, Robustness dari suatu sistem juga mulai diperhitungkan orang. Robustness suatu sistem menunjukkan kemampuan sistem untuk tetap memberikan performansi yang diinginkan meskipun ada perubahan (ketidak¬tentuan) paramer plant yang signifikan. Ketidaktentuan (uncertainty) dalam sistem muncul karena :
o Perubahan parameter plant
o Dinamika plant yang tidak dimodelkan
o Time delay yang tidak dimodelkan
o Perubahan daerah operasi
o Noise dari sensor
o Disturbance yang tidak diprediksikan
4. Kesimpulan
Dari hasil simulasi, kontroler PID dengan metode tuning Ziegler Nichols dan Cohen-Coon mempunyai performansi yang lebih baik (rise time sekitar 0.1 s dan settling time di bawah 1 s) dari metode Direct Synthesis (rise time dan settling time sebesar 5 s). Juga kedua metode tersebut memberikan Robustness sistem yang lebih baik, dengan phase margin 41.40 dan 42.60, dibanding metode terakhir yang memberikan phase margin 88.50.
Namun akibat keterbatasan plant motor DC yang hanya mampu menerima sinyal kontrol maksimal 8 V, maka metode Direct Synthesis memberikan performansi yang lebih baik (tanpa overshoot, rise time dan settling time sebesar 5 s), dibanding.
Amplifier dengan Umpan Balik Akustik untuk Memperkuat Frekuensi Rendah Penguat Audio
Pada sistem audio, spektrum frekuensi dapat dibagi menjadi tiga wilayah, yaitu bass, middle, dan treble. Untuk keperluan tertentu, ketiga wilayah nada tersebut diatur sedemikian rupa sehingga sesuai dengan karakteristik ruangan atau sesuai dengan. keinginan si pendengar musik. Sebuah pengatur nada biasanya ditambahkan untuk melengkapi penguat audio sehingga didapatkan respon frekuensi seperti yang diinginkan. Pengatur nada tersebut berfungsi untuk memperbesar (boost) atau memperlemah (cut) sinyal-sinyal audio pada frekuensi tertentu. Pengatur nada aktif dibuat menggunakan filter yang diberi penguat dengan umpan balik negatif.Pada sistem kontrol, pengertian umpan balik berarti pengembalian hasil dari keluaran kepada masukan dari suatu sistem. Konsep umpan balik ini sangat penting dalam teori sistem kontrol karena akan menentukan karakteristik dan mempengaruhi kes¬tabilan dari sistem kontrol tersebut [1]. Sistem audio dapat dipandang sebagai sebuah sistem kontrol yang juga memiliki parameter-parameter seperti gain, frequency response, dan lain-lain. Pada sistem audio, terdapat fenomena natural feedback dimana sinyal suara yang dikeluarkan dari speaker akan masuk kembali ke dalam sistem dan mempengaruhi karakteristik dan performa dari sistem tersebut [6]. Ada banyak sistem kontrol umpan balik yang dirancang supaya acousüc feedback yang muncul di dalam sistem bisa dimanfaatkan untuk memperoleh respon tertentu dari sistem [7],[8].
Untuk menghasilkan nada rendah, tersedia loud¬speaker khusus yang disebut sebagai woofer. Beberapa penguat audio dilengkapi dengan penguat khusus untuk frekuensi rendah ini karena konstruksi dari diafragma woofer itu sendiri yang cukup tebal disamping ukuran coil dari loudspeaker woofer yang juga tergolong besar sehingga diperlukan daya lebih untuk menggerakkan diafragma tersebut hingga dihasilkan bunyi nada rendah yang cukup keras. Pada umumnya loudspeaker tipe woofer ini hanya menghasilkan suara dengan frekuensi rendah di atas 100 Hz. Jika hendak memperkuat suara dengan frekuensi dibawah 100 Hz, biasanya digunakan loudspeaker tipe subwoofer. Ada dua fenomena yang sering terjadi, yaitu kotak yang disediakan untuk subwoofer ini menjadi sedemikian besar atau sistem penguat untuk subwoofer menjadi sangat kompleks dan berlebihan. Keduanya disebabkan karena tanggapan frekuensi rendah yang dihasilkan belum seperti yang diinginkan. Hal ini terjadi karena pada kebanyakan sistem penguat subwoofer, sinyal umpan balik diambil sebelum loudspeaker subwoofer. Sedangkan loudspeaker subwoofer itu sendiri juga memiliki karakteristik yang akan mempengaruhi tanggapan frekuensi suara yang akan dihasilkan.
Pada makalah ini akan disajikan salah satu imple¬mentasi teori umpan balik pada sistem audio. Umpan balik yang diberikan pada amplifier diperoleh dari sinyal akustik yang diubah menjadi sinyal listrik menggunakan sebuah transducer. Makalah ini di¬susun dengan urutan sebagai berikut. Di bagian awal akan dijelaskan teori dasar dari sistem berumpan balik dan respon filter yang diharapkan. Kemudian dilanjutkan dengan perencanaan dan implementasi sistem. Di bagian akhir akan disajikan hasil-hasil pengujian dan ditutup dengan kesimpulan.
Umpan Balik (Feedback)
Implementasi
Pada makalah ini dijelaskan bagaimana meman¬faatkan fenomena osilasi akibat umpan balik positif pada sebuah sistem penguat audio untuk memperkuat frekuensi rendahnya. Tanggapan frekuensi yang diinginkan ditunjukkan pada gambar 2 di bawah ini. Frekuensi yang diperkuat berada pada rentang 20Hz hingga 90Hz dan ini merupakan wilayah spektrum audio yang disebut sebagai subwoofer.
Kesimpulan
Pada makalah ini telah disajikan salah satu aplikasi teori umpan balik pada sebuah sistem penguat audio. Sinyal umpan balik yang diberikan diambil dari sinyal akustik yang dikeluarkan oleh loudspeaker dan diubah kembali menjadi sinyal elektrik. Karena sinyal akustik ini sefasa dengan sinyal input bagi penguat, maka diperlukan rangkaian filter dan komparator untuk menjaga supaya efek umpan balik positif hanya bekerja pada rentang frekuensi tertentu yang dalam hal ini adalah rentang frekuensi rendah.
Penguat audio (audio amplifier) yang digunakan dipilih yang tanpa menggunakan pengatur nada (tone control). Pada waktu menggunakan rangkaian tanpa umpan balik akustik, frekuensi masukan dari sumber mengalami penguatan yang sama sepanjang rentang frekuensi audio.
Sedangkan ketika menggunakan sistem umpan balik akustik, frekuensi masukan dari sumber mengalami penguatan ± 9 dB pada waktu frekuensi berada pada 10 Hz sampai 100 Hz, dan mengalami penguatan sebesar ± 6–8 dB pada frekuensi 100 Hz ke atas. Dengan demikian, sistem penguat dengan umpan balik akustik ini memberikan penguatan cukup baik pada spektrum audio subwoofer.
Untuk menghasilkan nada rendah, tersedia loud¬speaker khusus yang disebut sebagai woofer. Beberapa penguat audio dilengkapi dengan penguat khusus untuk frekuensi rendah ini karena konstruksi dari diafragma woofer itu sendiri yang cukup tebal disamping ukuran coil dari loudspeaker woofer yang juga tergolong besar sehingga diperlukan daya lebih untuk menggerakkan diafragma tersebut hingga dihasilkan bunyi nada rendah yang cukup keras. Pada umumnya loudspeaker tipe woofer ini hanya menghasilkan suara dengan frekuensi rendah di atas 100 Hz. Jika hendak memperkuat suara dengan frekuensi dibawah 100 Hz, biasanya digunakan loudspeaker tipe subwoofer. Ada dua fenomena yang sering terjadi, yaitu kotak yang disediakan untuk subwoofer ini menjadi sedemikian besar atau sistem penguat untuk subwoofer menjadi sangat kompleks dan berlebihan. Keduanya disebabkan karena tanggapan frekuensi rendah yang dihasilkan belum seperti yang diinginkan. Hal ini terjadi karena pada kebanyakan sistem penguat subwoofer, sinyal umpan balik diambil sebelum loudspeaker subwoofer. Sedangkan loudspeaker subwoofer itu sendiri juga memiliki karakteristik yang akan mempengaruhi tanggapan frekuensi suara yang akan dihasilkan.
Pada makalah ini akan disajikan salah satu imple¬mentasi teori umpan balik pada sistem audio. Umpan balik yang diberikan pada amplifier diperoleh dari sinyal akustik yang diubah menjadi sinyal listrik menggunakan sebuah transducer. Makalah ini di¬susun dengan urutan sebagai berikut. Di bagian awal akan dijelaskan teori dasar dari sistem berumpan balik dan respon filter yang diharapkan. Kemudian dilanjutkan dengan perencanaan dan implementasi sistem. Di bagian akhir akan disajikan hasil-hasil pengujian dan ditutup dengan kesimpulan.
Umpan Balik (Feedback)
Implementasi
Pada makalah ini dijelaskan bagaimana meman¬faatkan fenomena osilasi akibat umpan balik positif pada sebuah sistem penguat audio untuk memperkuat frekuensi rendahnya. Tanggapan frekuensi yang diinginkan ditunjukkan pada gambar 2 di bawah ini. Frekuensi yang diperkuat berada pada rentang 20Hz hingga 90Hz dan ini merupakan wilayah spektrum audio yang disebut sebagai subwoofer.
Kesimpulan
Pada makalah ini telah disajikan salah satu aplikasi teori umpan balik pada sebuah sistem penguat audio. Sinyal umpan balik yang diberikan diambil dari sinyal akustik yang dikeluarkan oleh loudspeaker dan diubah kembali menjadi sinyal elektrik. Karena sinyal akustik ini sefasa dengan sinyal input bagi penguat, maka diperlukan rangkaian filter dan komparator untuk menjaga supaya efek umpan balik positif hanya bekerja pada rentang frekuensi tertentu yang dalam hal ini adalah rentang frekuensi rendah.
Penguat audio (audio amplifier) yang digunakan dipilih yang tanpa menggunakan pengatur nada (tone control). Pada waktu menggunakan rangkaian tanpa umpan balik akustik, frekuensi masukan dari sumber mengalami penguatan yang sama sepanjang rentang frekuensi audio.
Sedangkan ketika menggunakan sistem umpan balik akustik, frekuensi masukan dari sumber mengalami penguatan ± 9 dB pada waktu frekuensi berada pada 10 Hz sampai 100 Hz, dan mengalami penguatan sebesar ± 6–8 dB pada frekuensi 100 Hz ke atas. Dengan demikian, sistem penguat dengan umpan balik akustik ini memberikan penguatan cukup baik pada spektrum audio subwoofer.
Akses Papan Informasi Dot Matrix Melalui Web dan Jaringan GPRS Telepon Selular
Kebutuhan akan akses suatu piranti secara jarak jauh adalah sangat mungkin direalisasikan dengan berbagai cara, mulai dari penggunaan frekuensi radio ataupun inframerah. Dengan tersedianya jaringan telpon seluler dan Internet, maka memungkinkan pula media ini digunakan untuk kendali jarak jauh. Beberapa pemanfaatan kendali via web atau telepon seluler telah dilakukan sebelumnya dan menunjukan hasil yang prospektif [1] [2]. Dalam penelitian ini dibangun sistem akses jarak jauh yang dikendalikan baik lewat Web maupun lewat jaringan GPRS telepon selular (mobile internet) untuk mengakses sistem papan informasi dot matrix. Papan dot matrix yang diwakili dengan LCD dapat diakses secara jarak jauh untuk pengisian teks kalimat yang akan ditampilkan pada papan informasi tersebut.
WAP adalah suatu protokol aplikasi yang memungkinkan internet dapat diakses oleh ponsel dan perangkat wireless lainnya. WAP membawa informasi secara online melewati internet langsung menuju ke ponsel atau client WAP lainnya. Dengan adanya WAP, berbagai informasi dapat diakses setiap saat hanya dengan menggunakan ponsel.
Cara kerja WAP hampir sama dengan cara kerja internet saat ini. Dibutuhkan WAP Gateway untuk menjembatani ponsel dengan internet dalam mengirim dan menerima data. Hal ini sama halnya dengan pengguna komputer yang membutuhkan ISP (Internet Service Provider) sebagai gateway dalam menjembatani komputer dengan internet. Disamping itu, ponsel yang digunakan juga harus WAP-enabled, yaitu sudah dilengkapi dengan teknologi WAP yang bisa digunakan untuk mengakses internet.
Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler AT89S51 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit dengan 4K byte In-System Pro¬grammable Flash Memory. Mikrokontroler AT89S51 memiliki fitur-fitur sebagai berikut:
1. 8 bit CMOS mikrokomputer
2. 4K bytes In-System Programming Flash Memory
3. 128 bytes internal RAM
4. 32 jalur input-output
5. Watchdog Timer
6. Dua pointer data
7. Dua 16-bit timer/counter
8. Memiliki arsitektur lima two-level vector interrupt
9. Sepasang full duplex serial port
10. On chip oscillator
11. Clock circuüry
12. Pemrograman ISP yang fleksibel
Hardware Sistem
Bagian hardware adalah bagian yang menerima input dari server melalui komunikasi serial meng¬gunakan RS 232, memprosesnya dan menampil¬kannya pada LCD dot matrix 16 karakter x 2 baris. Server mengendalikan hardware LCD ini dengan menggunakan program exe yang dibangun dengan bahasa C (pesan.exe).
Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini antara lain:
1. Sistem yang telah dibuat dapat menampilkan informasi sesuai dengan yang dikirimkan, dimana sistem dapat diakses melalui web dan mobile internet. Untuk pengaksesan melalui web dapat digunakan web browser (Internet Explorer), dan untuk pengaksesan melalui mobile internet dapat digunakan handphone dengan fasilitas WAP dan WAP Emulator.
2. Fasilitas keamanan berupa password mengguna¬kan session dapat berjalan dengan baik.
3. Bahasa PHP, C, HTML, dan WML dapat saling mendukung dalam pembuatan sistem akses papan informasi LCD dot matrix melalui web dan mobile internet.
WAP adalah suatu protokol aplikasi yang memungkinkan internet dapat diakses oleh ponsel dan perangkat wireless lainnya. WAP membawa informasi secara online melewati internet langsung menuju ke ponsel atau client WAP lainnya. Dengan adanya WAP, berbagai informasi dapat diakses setiap saat hanya dengan menggunakan ponsel.
Cara kerja WAP hampir sama dengan cara kerja internet saat ini. Dibutuhkan WAP Gateway untuk menjembatani ponsel dengan internet dalam mengirim dan menerima data. Hal ini sama halnya dengan pengguna komputer yang membutuhkan ISP (Internet Service Provider) sebagai gateway dalam menjembatani komputer dengan internet. Disamping itu, ponsel yang digunakan juga harus WAP-enabled, yaitu sudah dilengkapi dengan teknologi WAP yang bisa digunakan untuk mengakses internet.
Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler AT89S51 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit dengan 4K byte In-System Pro¬grammable Flash Memory. Mikrokontroler AT89S51 memiliki fitur-fitur sebagai berikut:
1. 8 bit CMOS mikrokomputer
2. 4K bytes In-System Programming Flash Memory
3. 128 bytes internal RAM
4. 32 jalur input-output
5. Watchdog Timer
6. Dua pointer data
7. Dua 16-bit timer/counter
8. Memiliki arsitektur lima two-level vector interrupt
9. Sepasang full duplex serial port
10. On chip oscillator
11. Clock circuüry
12. Pemrograman ISP yang fleksibel
Hardware Sistem
Bagian hardware adalah bagian yang menerima input dari server melalui komunikasi serial meng¬gunakan RS 232, memprosesnya dan menampil¬kannya pada LCD dot matrix 16 karakter x 2 baris. Server mengendalikan hardware LCD ini dengan menggunakan program exe yang dibangun dengan bahasa C (pesan.exe).
Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini antara lain:
1. Sistem yang telah dibuat dapat menampilkan informasi sesuai dengan yang dikirimkan, dimana sistem dapat diakses melalui web dan mobile internet. Untuk pengaksesan melalui web dapat digunakan web browser (Internet Explorer), dan untuk pengaksesan melalui mobile internet dapat digunakan handphone dengan fasilitas WAP dan WAP Emulator.
2. Fasilitas keamanan berupa password mengguna¬kan session dapat berjalan dengan baik.
3. Bahasa PHP, C, HTML, dan WML dapat saling mendukung dalam pembuatan sistem akses papan informasi LCD dot matrix melalui web dan mobile internet.
Aplikasi Scada System pada Miniatur Water Level Control
Dunia industri terus berkembang dengan sistem¬sistem yang baru dalam bidang manufaktur, khususnya sistem kontrol. Saat ini banyak sekali ditawarkan suatu metode kontrol yang efektif dan mudah untuk diimplementasikan.
Perkembangan yang semakin pesat ini, menuntut seorang mahasiswa untuk dapat lebih mengenal bidang tersebut. Untuk itu akan sangat bermanfaat sekali, apabila dalam suatu kegiatan akademik ditunjukkan dan diberikan simulasi dari module yang menyerupai sistem yang ada dalam dunia industri. Karena akan banyak sekali dijumpai suatu sistem dan peralatan dalam bidang kontrol, yang tidak sesederhana gambaran yang diberikan dalam perkuliahan.
SCADA System
SCADA (Supervisory Control and Data Aqcuisi¬tion) sistem, adalah sistem yang memungkinkankan pengguna/operator untuk melakukan:
1. Monitoring (pengawasan)
2. Controlling (pengendalian)
3. Data Aqcuisition (pengambilan dan perekaman data)
Perencanaan Sistem
Pada perencanaan sistem tersebut ada tiga bagian yang perlu mendapat perhatian yaitu:
1. miniature water level control yang difungsikan sebagai plant
2. PLC yang merupakan “otak” dari system
3. SCADA software (Wonderware® InTouchTM) yang akan memvisualisasikan proses yang terjadi pada plant.
Kesimpulan
Berdasarkan perancangan dan pengujian sistem dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
• Tipe dan karakteristik input dan output pada PLC akan memberi pengaruh yang berbeda pada desain rangkaian pengkondisi sinyal.
• Karakteristik PLC yang membaca data dalam BCD dan Heksadesimal akan sedikit menyulit¬kan bila dibaca menggunakan SCADA. Karena SCADA software membaca dalam Heksade¬simal dan menampilkan dalam decimal.
• Pelampung (float) dengan ketebalan 6mm akan memberikan error pembacaan sensor pada saat pengosongan tandon sebesar 6 mm.
• Metode kontrol yang digunakan adalah metode kontrol bias dengan rumusan Bias = 2,5 . ketinggian – 26. Rumusan tersebut didapatkan dari regresi linier hasil pengujian bias pada tiap ketinggian.
• Untuk mempertahankan sistem pada ketinggian tertentu dijalankan dengan rumusan teg_pompa = bias + error. Di mana kestabilan sistem dicapai saat teg pompa = bias.
• Pada saat kestabilan sistem tercapai kemudian pada sistem diberikan gangguan penambahan air sebanyak 500 ml, maka sistem akan kembali stabil pada ketinggian yang diinginkan dikurangi tebal dari pelampung.
Perkembangan yang semakin pesat ini, menuntut seorang mahasiswa untuk dapat lebih mengenal bidang tersebut. Untuk itu akan sangat bermanfaat sekali, apabila dalam suatu kegiatan akademik ditunjukkan dan diberikan simulasi dari module yang menyerupai sistem yang ada dalam dunia industri. Karena akan banyak sekali dijumpai suatu sistem dan peralatan dalam bidang kontrol, yang tidak sesederhana gambaran yang diberikan dalam perkuliahan.
SCADA System
SCADA (Supervisory Control and Data Aqcuisi¬tion) sistem, adalah sistem yang memungkinkankan pengguna/operator untuk melakukan:
1. Monitoring (pengawasan)
2. Controlling (pengendalian)
3. Data Aqcuisition (pengambilan dan perekaman data)
Perencanaan Sistem
Pada perencanaan sistem tersebut ada tiga bagian yang perlu mendapat perhatian yaitu:
1. miniature water level control yang difungsikan sebagai plant
2. PLC yang merupakan “otak” dari system
3. SCADA software (Wonderware® InTouchTM) yang akan memvisualisasikan proses yang terjadi pada plant.
Kesimpulan
Berdasarkan perancangan dan pengujian sistem dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
• Tipe dan karakteristik input dan output pada PLC akan memberi pengaruh yang berbeda pada desain rangkaian pengkondisi sinyal.
• Karakteristik PLC yang membaca data dalam BCD dan Heksadesimal akan sedikit menyulit¬kan bila dibaca menggunakan SCADA. Karena SCADA software membaca dalam Heksade¬simal dan menampilkan dalam decimal.
• Pelampung (float) dengan ketebalan 6mm akan memberikan error pembacaan sensor pada saat pengosongan tandon sebesar 6 mm.
• Metode kontrol yang digunakan adalah metode kontrol bias dengan rumusan Bias = 2,5 . ketinggian – 26. Rumusan tersebut didapatkan dari regresi linier hasil pengujian bias pada tiap ketinggian.
• Untuk mempertahankan sistem pada ketinggian tertentu dijalankan dengan rumusan teg_pompa = bias + error. Di mana kestabilan sistem dicapai saat teg pompa = bias.
• Pada saat kestabilan sistem tercapai kemudian pada sistem diberikan gangguan penambahan air sebanyak 500 ml, maka sistem akan kembali stabil pada ketinggian yang diinginkan dikurangi tebal dari pelampung.
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.
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.
Internal Model Control (IMC) - Neural Network (NN) Gain Scheduling untuk Pengendalian Kolom Distilasi
IMC telah banyak diulas pada beberapa buku ajar [4], dan beberapa peneliti telah mengaplikasikan metode pengendalian IMC menggunakan pemodelan matematis. Dalam penelitian tersebut membanding¬kan respon pengendalian antara PID dengan IMC, dan didapatkan bahwa untuk proses yang komplek, IMC menampilkan respon yang lebih baik dan robust dibandingkan dengan PID (konvensional kontrol). Namun karakteristik IMC pada penelitian diatas tidak berbeda dengan PID yaitu pengendali yang linier. Sementara karakteristik umum dari proses di industri merupakan proses yang nonlinier,
kompleks, multivariabel serta dipengaruhi oleh gangguan-gangguan yang merugikan proses tersebut. Salah satu alternatif yang dapat digunakan untuk meningkatkan kualitas dan unjuk kerja sistem pengendalian di industri adalah mengembangkan strategi sistem pengendalian nonlinier.
IMC sebagai pengendali berbasis model, maka usaha membuat pengendali IMC nonlinier dapat dilakukan dengan membuat model yang nonlinier seperti yang telah dilakukan oleh [2] menggunakan model dan pengendali NN dan [3] model dan pengendali dengan Neurofuzzy. Namun cara ini mempunyai kendala untuk mendapatkan data openloop plant yang bervariasi pada seluruh range pengendalian [1], sehingga perlu dipikirkan metode lain untuk men-dapatkan pengendali yang nonlinier.
IMC (Internal Model Control )
Internal Model Control (IMC) adalah metode pengendalian yang berdasarkan pada ketepatan suatu model dari suatu proses, yang menjadi pedoman untuk mendesain sistem pengendalian yang stabil dan robust. Dimana, suatu sistem pengendalian yang robust adalah sistem pengendalian yang aman pada perubahan proses dinamik [5]
Sistem Yang Diteliti
Penelitian ini menggunakan model pemisahan sistem methanol-air dalam kolom distilasi tunggal dengan menggunakan struktur pengendalian L-V. Spesifi¬kasi perancangan sistem ditunjukkan pada Tabel 1 [1,3].
Tabel 1. Data steady state kolom distiasi metanol – air [1,3]
Diskripsi Variabel Nilai
Laju umpan (F), mol/meni 45.000
Laju distilat (D), mol/menit 22.500
Laju produk bawah (B), mol/menit 22.500
Komposisi umpan (Xf), fraksi mol methanol 1
Komposisi distilat (XD), fraksi mol methanol 1
Komposisi produk bawah (XB), fraksi mol 0
methanol
Perbandingan refluks 1
Jumlah plate 30
Letak plate umpan 5
Tekanan operasi (atm) 1
Beban condensor, 104 kcal/menit 35
Beban reboiler, 104 kcal/menit 35
Kolom tunggal dirancang dengan basis perbandingan refluks sebesar 1,1 kali perbandingan refluks minimum. Sistem yang digunakan adalah methanol-air pada tekanan 1 atm. Kemurnian produk adalah 99% frsksi mol metanol pada distilat dan 1% frsksi mol metanol pada produk bawah. Konsumsi energi panas untuk reboiler adalah sebesar 35,1 x 104 kcal/menit.
Kesimpulan
Telah dirancang IMC-NNGS untuk mengendalikan kualitas produk kolom distilasi methanol-air dan menunjukkan bahwa efektifitas NN dalam men-update harga tuning λ pada kontroler IMC membuat performansi sistem pengendalian IMC-NNGS lebih baik jika dibandingkan dengan IMC konvensional, ditinjau dari nilai IAE yang kecil, IAE yang kecil pada pengendalian kualitas kolom distilasi menun¬jukkan bahwa produk distilat (methanol) yang tidak sesuai spesifikasi dari kualitas yang ditentukan semakin sedikit dan produk bawah (air) semakin ramah lingkungan, penghematan energi pada reboiler dan kondenser dan secara keseluruhan performansi sistim menjadi lebih baik.
kompleks, multivariabel serta dipengaruhi oleh gangguan-gangguan yang merugikan proses tersebut. Salah satu alternatif yang dapat digunakan untuk meningkatkan kualitas dan unjuk kerja sistem pengendalian di industri adalah mengembangkan strategi sistem pengendalian nonlinier.
IMC sebagai pengendali berbasis model, maka usaha membuat pengendali IMC nonlinier dapat dilakukan dengan membuat model yang nonlinier seperti yang telah dilakukan oleh [2] menggunakan model dan pengendali NN dan [3] model dan pengendali dengan Neurofuzzy. Namun cara ini mempunyai kendala untuk mendapatkan data openloop plant yang bervariasi pada seluruh range pengendalian [1], sehingga perlu dipikirkan metode lain untuk men-dapatkan pengendali yang nonlinier.
IMC (Internal Model Control )
Internal Model Control (IMC) adalah metode pengendalian yang berdasarkan pada ketepatan suatu model dari suatu proses, yang menjadi pedoman untuk mendesain sistem pengendalian yang stabil dan robust. Dimana, suatu sistem pengendalian yang robust adalah sistem pengendalian yang aman pada perubahan proses dinamik [5]
Sistem Yang Diteliti
Penelitian ini menggunakan model pemisahan sistem methanol-air dalam kolom distilasi tunggal dengan menggunakan struktur pengendalian L-V. Spesifi¬kasi perancangan sistem ditunjukkan pada Tabel 1 [1,3].
Tabel 1. Data steady state kolom distiasi metanol – air [1,3]
Diskripsi Variabel Nilai
Laju umpan (F), mol/meni 45.000
Laju distilat (D), mol/menit 22.500
Laju produk bawah (B), mol/menit 22.500
Komposisi umpan (Xf), fraksi mol methanol 1
Komposisi distilat (XD), fraksi mol methanol 1
Komposisi produk bawah (XB), fraksi mol 0
methanol
Perbandingan refluks 1
Jumlah plate 30
Letak plate umpan 5
Tekanan operasi (atm) 1
Beban condensor, 104 kcal/menit 35
Beban reboiler, 104 kcal/menit 35
Kolom tunggal dirancang dengan basis perbandingan refluks sebesar 1,1 kali perbandingan refluks minimum. Sistem yang digunakan adalah methanol-air pada tekanan 1 atm. Kemurnian produk adalah 99% frsksi mol metanol pada distilat dan 1% frsksi mol metanol pada produk bawah. Konsumsi energi panas untuk reboiler adalah sebesar 35,1 x 104 kcal/menit.
Kesimpulan
Telah dirancang IMC-NNGS untuk mengendalikan kualitas produk kolom distilasi methanol-air dan menunjukkan bahwa efektifitas NN dalam men-update harga tuning λ pada kontroler IMC membuat performansi sistem pengendalian IMC-NNGS lebih baik jika dibandingkan dengan IMC konvensional, ditinjau dari nilai IAE yang kecil, IAE yang kecil pada pengendalian kualitas kolom distilasi menun¬jukkan bahwa produk distilat (methanol) yang tidak sesuai spesifikasi dari kualitas yang ditentukan semakin sedikit dan produk bawah (air) semakin ramah lingkungan, penghematan energi pada reboiler dan kondenser dan secara keseluruhan performansi sistim menjadi lebih baik.
Identifikasi Gain dan Bandwidth Audio Amplifier Menggunakan MCS-51
Amplifier memegang peranan penting pada sistem audio video. Beraneka ragam jenis amplifier telah beredar di pasaran saat ini dimana masing-masing produsen amplifier mengklaim bahwa produknyalah yang paling baik. Baik buruknya kualitas dari sebuah amplifier ditentu¬kan oleh parameter-parameternya, biasanya para produsen amplifier sudah mencantumkan nilai dari beberapa parameter yang didapatkan dari hasil pengujian produk tersebut di laboratorium mereka. Yang menjadi masalahnya disini adalah apakah nilai-nilai parameter yang dicantumkan tersebut memang benar-benar sesuai dengan yang didapat dari hasil pengujian di laboratorium mereka.
Karena itu dalam proyek ini penulis mencoba membuat sebuah instrumen untuk mengukur beberapa parameter dari amplifier, yaitu Bandwidth dan Gain dari sebuah audio amplifier sehingga kita dapat mengetahui respon dari amplifier tersebut.
Bandwidth adalah jangkauan penguatan amplifier untuk suatu daerah frekuensi tertentu dimana penguatannya masih optimum. Misalnya suatu amplifier mempunyai tanggapan frekuensi dari 20 Hz sampai 20 kHz. Artinya amplifier tersebut mampu untuk memperkuat secara optimum sinyal-sinyal audio dengan frekuensi antara 20 Hz sampai 20 kHz. Sinyal-sinyal audio di luar daerah itu praktis tidak mengalami penguatan yang berarti dan cenderung dihilangkan.
Mikrokontroler 89C51
Sistem mikrokontroler menggunakan 89C5 1 yang dikonfigurasikan sebagai single chip controller. Yang perlu disampaikan di sini adalah I/O map dari kontroller ini. Fungsi dari semua port pada rangkaian controller ini adalah sebagai berikut:
• Port 0 digunakan untuk menerima output data dari ADC yang sudah dikonversi ke bentuk digital oleh ADC.
• Port 1 digunakan untuk menampilkan hasil pengolahan data ke LCD, port yang dipakai hanya port 1.4 sampai dengan port 1.7.
• Port 2 digunakan untuk mengirim sinyal data digital yang telah dihasilkan oleh mikrokontroller ke DAC.
4. Hasil Pengujian
Pengujian sistem untuk menentukan gain dan bandwidth dilakukan dengan cara sebagai berikut.
• Pengujian dengan osiloskop: input power amplifier dihubungkan dengan function generator dengan amplitudo 0,5 volt dan frekuensi yang diubah-ubah mulai dari 10 Hz sampai 200 KHz.
• Pengujian dengan alat yang dibuat: input dari power amplifier dihubungkan dengan pin output pada DAC. Jadi input sinyal disini dihasilkan oleh 89C5 1 yang sudah diprogram supaya membangkitkan frekuensi mulai dari 200 KHz sampai 10 Hz dan dengan tegangan output 0,5 volt peak to peak.
5. Kesimpulan
Setelah melakukan percobaan pada 2 power amplifier maka didapat kesimpulan sebagai berikut:
• Secara teoritis, alat ini dapat bekerja untuk mengidentifikasi gain maksimal 40 X. Hasil pengujian menunjukkan bahwa perhitungan gain oleh sistem mendekati hasil perhitungan menggunakan osiloskop dengan error rata-rata sebesar 5,08% (perhitungan sistem relatif terhadap osiloskop). Error ini disebabkan karena untuk identifikasi gain, yang dapat ditampilkan di LCD adalah pembulatan kelipatan 4 sebagai konsekuensi dari peng¬gunaan attenuator dan respon kopling ac dari amplifier.
Karena itu dalam proyek ini penulis mencoba membuat sebuah instrumen untuk mengukur beberapa parameter dari amplifier, yaitu Bandwidth dan Gain dari sebuah audio amplifier sehingga kita dapat mengetahui respon dari amplifier tersebut.
Bandwidth adalah jangkauan penguatan amplifier untuk suatu daerah frekuensi tertentu dimana penguatannya masih optimum. Misalnya suatu amplifier mempunyai tanggapan frekuensi dari 20 Hz sampai 20 kHz. Artinya amplifier tersebut mampu untuk memperkuat secara optimum sinyal-sinyal audio dengan frekuensi antara 20 Hz sampai 20 kHz. Sinyal-sinyal audio di luar daerah itu praktis tidak mengalami penguatan yang berarti dan cenderung dihilangkan.
Mikrokontroler 89C51
Sistem mikrokontroler menggunakan 89C5 1 yang dikonfigurasikan sebagai single chip controller. Yang perlu disampaikan di sini adalah I/O map dari kontroller ini. Fungsi dari semua port pada rangkaian controller ini adalah sebagai berikut:
• Port 0 digunakan untuk menerima output data dari ADC yang sudah dikonversi ke bentuk digital oleh ADC.
• Port 1 digunakan untuk menampilkan hasil pengolahan data ke LCD, port yang dipakai hanya port 1.4 sampai dengan port 1.7.
• Port 2 digunakan untuk mengirim sinyal data digital yang telah dihasilkan oleh mikrokontroller ke DAC.
4. Hasil Pengujian
Pengujian sistem untuk menentukan gain dan bandwidth dilakukan dengan cara sebagai berikut.
• Pengujian dengan osiloskop: input power amplifier dihubungkan dengan function generator dengan amplitudo 0,5 volt dan frekuensi yang diubah-ubah mulai dari 10 Hz sampai 200 KHz.
• Pengujian dengan alat yang dibuat: input dari power amplifier dihubungkan dengan pin output pada DAC. Jadi input sinyal disini dihasilkan oleh 89C5 1 yang sudah diprogram supaya membangkitkan frekuensi mulai dari 200 KHz sampai 10 Hz dan dengan tegangan output 0,5 volt peak to peak.
5. Kesimpulan
Setelah melakukan percobaan pada 2 power amplifier maka didapat kesimpulan sebagai berikut:
• Secara teoritis, alat ini dapat bekerja untuk mengidentifikasi gain maksimal 40 X. Hasil pengujian menunjukkan bahwa perhitungan gain oleh sistem mendekati hasil perhitungan menggunakan osiloskop dengan error rata-rata sebesar 5,08% (perhitungan sistem relatif terhadap osiloskop). Error ini disebabkan karena untuk identifikasi gain, yang dapat ditampilkan di LCD adalah pembulatan kelipatan 4 sebagai konsekuensi dari peng¬gunaan attenuator dan respon kopling ac dari amplifier.
Perancangan SCADA Software dengan Wonderware In Touch Recipe Manager dan SQL Access Manager pada Simulator Proses Pencampuran Bahan
Saat ini teknologi automasi berbasis PLC (Pro¬grammable Logic Controller) banyak dipakai di dunia industri. PLC yang menggunakan ladder dia¬gram untuk pemrogramannya merupakan pengendali yang handal khususnya untuk sistem-sistem yang bersifat sekuensial, misal: manufaktur.Salah satu kekurangan PLC ialah pada bagian interface yang tidak user friendly, sehingga operator sulit untuk mengamati plant yang dikendalikan PLC. Selain itu juga muncul kebutuhan untuk menyimpan data ke dalam database. Karena itu muncullah
berbagai macam software SCADA dari bermacam¬macam vendor, misalnya: Wonderware, Intellution WinCC, SciTech, dan lain-lain. Software tersebut biasanya memiliki fitur-fitur lengkap, kompleks dan tentu saja memiliki harga yang tidak murah.Seiring dengan perkembangan internet, kebutuhan untuk dapat mengakses sisem SCADA dari jarak jauh melalui internet. Hal ini memudahkan pemilik perusahaan yang berada jauh dari plant yang dimi¬likinya, namun masih ingin mengamati dan mengendalikan plant tersebut. Kebutuhan tersebut dipenuhi oleh vendor SCADA software, misalnya Wonderware yang mengeluarkan produk Suite-Voyager.
Masalah yang akan dijelaskan dalam penelitian ini adalah bagaimana membuat SCADA software yangsederhana dan murah untuk suatu plant yang dikontrol oleh PLC OMRON. SCADA software ini juga dapat diakses dari jarak jauh melalui internet. Plant yang akan dikendalikan ialah miniatur rumah cerdas, dimana alat yang akan dikontrol adalah lampu, fan dan lampu dimmer dari miniatur tersebut
Software
Program untuk menjalankan sistem ini dibuat pada Wonderware, jadi Wonderware berfungsi untuk mengontrol sekaligus memonitor. Pada PLC tetap diprogram menggunakan ladder logic beserta parameter-parameternya untuk menerima input, dan mengeluarkan output. Untuk pemrograman PLC menggunakan software SYSMAC-CPT. Dan untuk menghubungkan Wonderware In Touch dengan PLC dibutuhkan software I/O driver OmronHL.
KESIMPULAN
Kesimpulan
Dari semua proses yang dilakukan, mulai dari perencanaan, pembuatan alat, sampai dengan pengujian alat/sistem, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
a. Simulator Mixing plant untuk pembuatan kertas di mana terdapat 4 buah tank bahan (NBKP, LBKP, Wet Brokes, dan Dry Brokes) dan sebuah mixing chest dapat dikontrol dari sebuah komputer dengan program SCADA dengan baik (tingkat keberhasilan 100 %).
berbagai macam software SCADA dari bermacam¬macam vendor, misalnya: Wonderware, Intellution WinCC, SciTech, dan lain-lain. Software tersebut biasanya memiliki fitur-fitur lengkap, kompleks dan tentu saja memiliki harga yang tidak murah.Seiring dengan perkembangan internet, kebutuhan untuk dapat mengakses sisem SCADA dari jarak jauh melalui internet. Hal ini memudahkan pemilik perusahaan yang berada jauh dari plant yang dimi¬likinya, namun masih ingin mengamati dan mengendalikan plant tersebut. Kebutuhan tersebut dipenuhi oleh vendor SCADA software, misalnya Wonderware yang mengeluarkan produk Suite-Voyager.
Masalah yang akan dijelaskan dalam penelitian ini adalah bagaimana membuat SCADA software yangsederhana dan murah untuk suatu plant yang dikontrol oleh PLC OMRON. SCADA software ini juga dapat diakses dari jarak jauh melalui internet. Plant yang akan dikendalikan ialah miniatur rumah cerdas, dimana alat yang akan dikontrol adalah lampu, fan dan lampu dimmer dari miniatur tersebut
Software
Program untuk menjalankan sistem ini dibuat pada Wonderware, jadi Wonderware berfungsi untuk mengontrol sekaligus memonitor. Pada PLC tetap diprogram menggunakan ladder logic beserta parameter-parameternya untuk menerima input, dan mengeluarkan output. Untuk pemrograman PLC menggunakan software SYSMAC-CPT. Dan untuk menghubungkan Wonderware In Touch dengan PLC dibutuhkan software I/O driver OmronHL.
KESIMPULAN
Kesimpulan
Dari semua proses yang dilakukan, mulai dari perencanaan, pembuatan alat, sampai dengan pengujian alat/sistem, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
a. Simulator Mixing plant untuk pembuatan kertas di mana terdapat 4 buah tank bahan (NBKP, LBKP, Wet Brokes, dan Dry Brokes) dan sebuah mixing chest dapat dikontrol dari sebuah komputer dengan program SCADA dengan baik (tingkat keberhasilan 100 %).
Perbandingan Analisa Aliran Daya dengan Menggunakan Metode Algoritma Genetika dan Metode Newton-Raphson
Semua kegiatan pembangunan sarana fisik path berbagai sektor menggunakan energi listrik sebagai salah satu infrastruktur penunjang kegiatan. Sistem tenaga listrik yang ada diharapkan merupakan sistem yang handal dan berkualitas tinggi berkaitan dengan suplai energi listriknya.
Untuk mengetahui kondisi teknis sistem keistrikan dilakukan analisa terhadap komponen sistem tenaga listrik yang meliputi pembangkit, saluran transmisi, dan beban terpasang. Kita dapat menggunakan metode perhitungan aliran daya dalam analisa sistem tenaga untuk menge tahui besarnya nilai parameter-parameter di setiap Bus sistem yang meiputi tegangan, daya, arus, dan besamya sudut fasa. Salah satu metode yang dipakai dalam menyelesaikan perhitungan aliran daya adalah metode Newton-Raphson. Metode mi menerapkan Deret Taylor untuk mendapatkan turunan persamaan matematika sebagai dasar perhitungan iterasi yang melibatkan penggunaan matrik Jacobian.
Sementara itu perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi telah sampai path tahap pengintegrasian berbagai cabang ilmu untuk menemukan sesuatu yang barn, yang diharapkan dapat semakin meringankan usaha untuk mendapatkan hasil terbaik. Cara-cara konven¬sional untuk menyelesaikan masalah-masalah yang berkaitan dengan sistem tenaga listrik, misalnya penggunaan metode Newton-Raphson dalam perhitungan aliran daya mulai dicari.
2. Persamaan Aliran Daya
Dalam analisa aliran daya terdapat Bus-bus yang menyusun sebuah sistem tenaga listrik. Pada Bus ke-i, daya komplek netto yang diinjeksikan ke Bus dinyatakan oleh persamaan berikut ini [2].
SPjQPPjQQ
i i i(Gi Li)(GiLi)
=+=−+−(1)
Dengan:
G = Generator(SGi=PGi+jQGi) L = Load (SLi=PLi + jQLi)
Secara umum, untuk tiap Bus dari sistem tenaga listrik dengan n Bus berlaku [2]:
n
P i jQi V i V k Y ik
− = ⋅
* ∑= k 1
atau
n
S i V i Y ik V k
= ⋅
*
∑= k 1
Untuk i, k = 1, 2, ...,n
Misalkan suatu sistem Bus terdiri dari lima Bus. Dari persamaan 2, pada saluran transmisi antara Bus ke-2 dan Bus ke-3 berlaku persamaan [2]:
P 23+jQ23 =V 2 I 23
*
⎡ −
V V
PjQV (3)
23⎤
+=
2323 2Z
⎢ ⎥
⎣ 23 ⎦
3. Metode Newton-Raphson
Metode Newton-Raphson dikembangkan dari
Deret Taylor dengan mengabaikan derivatif
pertama fungsi dengan satu variabel dari
persamaan Deret Taylor berikut ini [2].
4. Metode Algoritma Genetika
Dalam metode Algoritma Genetika, ada sekumpulan individu (disebut Populasi) untuk suatu permasalahan-dalam hal ini perhitungan aliran daya dinyatakan dalam bentuk bilangan real, yang menyusun gen-gen pembentuk kromosom tersebut.
Dalam peneitian ini urutan langkah penyelesaian perhitungan dengan menggunakan metode Algoritma Genetika adalah sebagai berikut [5]:
1. Inisisalisasi Populasi.
Kromosom tersusun atas gen-gen yang meru¬pakan bilangan komplek yang dibangkitkan secara acak, merepresentasikan besarnya tegangan komplek setiap Bus (Vn= an ± bin, n=1, 2, 3,..., n)
2. Evaluasi Populasi Awal.
Kita menghendaki supaya Pn dan Qn mendekati nol (minimasi), sehingga populasi awal yang terbentuk dievaluasi nilainya menggunakan fungsi fitness yang didefinisi¬kan sebagai berikut:
fitness=ΣΔP n + ΣΔ Q n
()2()2
n: 1, 2, 3, ..., jumlah_bus (8)
3. Seleksi.
Proses seleksi adalah proses pemilihan kromosom. Proses seleksi menggunakan metode Roullete Wheel [6]. Kromosom yang memiliki nilai fitness besar memiliki probabilitas akumulatif besar pula sehingga mempunyai peluang yang besar untuk ter¬pilih. Pada perhitungan aliran daya, kromosom terpilih adalah yang mempunyai
4. Crossover.
Proses crossover menggunakan arithmatic crossover yang dikerjakan untuk kondisi bilangan real pada kedua parent. Prosedurnya sebagai berikut:
- Bangkitkan bilangan random antara 0 dan 1
- Offspring 1 = (parent1 x random) + (parent2 x (1-random))
- Offspring2=(parent1x(1random))+(parent
2 x random)
5. Mutasi.
Proses mutasi menggunakan prosedur mutasi dengan arah bebas (Free Direction Mutation, to mutate chromosome in a free direction). Sebagai contoh, parent v = [x1, x2, ..., xn], arah mutasi dibangkitkan secara random d, sehingga offspring v’ yang terbentuk ditentukan oleh rumus sebagai berikut:
v = v + M . d (9) Apabila nilai offspring yang terbentuk tidak berada pada range yang dikehendaki, set M secara random sebagai bilangan real dalam (0,
M) sedemikian sampai v + M .d berada pada range yang dikehendaki.
6. Evaluasi Hasil Mutasi.
Populasi yang dihasilkan dari mutasi dievaluasi kembali untuk menghitung fitness dari masing-masing kromosom.
7. Pembentukan Generasi Baru.
Pembentukaan generasi baru dilakukan secara Steady State yaitu populasi dibentuk sebanyak MaxKromosom. Populasi yang terbentuk dari evaluasi hasil mutasi digabungkan dengan populasi generasi sebelumnya. Keuntungan metode Steady State adalah kromosom¬kromosom dengan nilai fitness yang lebih kecil dari generasi sebelumnya tidak akan terbuang. Langkah selanjutnya adalah melakukan evaluasi terhadap generasi baru. Demikian proses ini diulangi terus sampai tercapai kriteria berhenti yang diinginkan, dalam hal ini sampai dengan setting generasi maksimum dalam variabel MaxGenerasi
Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diperoleh dari peng¬gunaan metode Algoritma Genetika maupun metode Newton-Raphson pada penelitian ini adalah:
1. Metode iterasi Newton-Raphson maupun metode Algoritma Genetika dapat digunakan untuk menentukan nilai parameter Bus dalam perhitungan aliran daya.
2. Dalam perhitungan dengan menggunakan metode Newton-Raphson diperlukan peng¬gunaan matrik Jacobian sedangkan metode Algoritma Genetika tidak memerlukan peng¬gunaan matrik Jacobian karena koreksi tegangan dan sudut fasa dilakukan pada setiap pembentukan generasi baru selama proses perhitungan.
3. Metode Newton-Raphson dapat menyelesai¬kan perhitungan dengan waktu komputasi yang lebih cepat dibandingkan dengan waktu komputasi pada metode Algoritma Genetika untuk mencapai kriteria berhenti yang sama.
Untuk mengetahui kondisi teknis sistem keistrikan dilakukan analisa terhadap komponen sistem tenaga listrik yang meliputi pembangkit, saluran transmisi, dan beban terpasang. Kita dapat menggunakan metode perhitungan aliran daya dalam analisa sistem tenaga untuk menge tahui besarnya nilai parameter-parameter di setiap Bus sistem yang meiputi tegangan, daya, arus, dan besamya sudut fasa. Salah satu metode yang dipakai dalam menyelesaikan perhitungan aliran daya adalah metode Newton-Raphson. Metode mi menerapkan Deret Taylor untuk mendapatkan turunan persamaan matematika sebagai dasar perhitungan iterasi yang melibatkan penggunaan matrik Jacobian.
Sementara itu perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi telah sampai path tahap pengintegrasian berbagai cabang ilmu untuk menemukan sesuatu yang barn, yang diharapkan dapat semakin meringankan usaha untuk mendapatkan hasil terbaik. Cara-cara konven¬sional untuk menyelesaikan masalah-masalah yang berkaitan dengan sistem tenaga listrik, misalnya penggunaan metode Newton-Raphson dalam perhitungan aliran daya mulai dicari.
2. Persamaan Aliran Daya
Dalam analisa aliran daya terdapat Bus-bus yang menyusun sebuah sistem tenaga listrik. Pada Bus ke-i, daya komplek netto yang diinjeksikan ke Bus dinyatakan oleh persamaan berikut ini [2].
SPjQPPjQQ
i i i(Gi Li)(GiLi)
=+=−+−(1)
Dengan:
G = Generator(SGi=PGi+jQGi) L = Load (SLi=PLi + jQLi)
Secara umum, untuk tiap Bus dari sistem tenaga listrik dengan n Bus berlaku [2]:
n
P i jQi V i V k Y ik
− = ⋅
* ∑= k 1
atau
n
S i V i Y ik V k
= ⋅
*
∑= k 1
Untuk i, k = 1, 2, ...,n
Misalkan suatu sistem Bus terdiri dari lima Bus. Dari persamaan 2, pada saluran transmisi antara Bus ke-2 dan Bus ke-3 berlaku persamaan [2]:
P 23+jQ23 =V 2 I 23
*
⎡ −
V V
PjQV (3)
23⎤
+=
2323 2Z
⎢ ⎥
⎣ 23 ⎦
3. Metode Newton-Raphson
Metode Newton-Raphson dikembangkan dari
Deret Taylor dengan mengabaikan derivatif
pertama fungsi dengan satu variabel dari
persamaan Deret Taylor berikut ini [2].
4. Metode Algoritma Genetika
Dalam metode Algoritma Genetika, ada sekumpulan individu (disebut Populasi) untuk suatu permasalahan-dalam hal ini perhitungan aliran daya dinyatakan dalam bentuk bilangan real, yang menyusun gen-gen pembentuk kromosom tersebut.
Dalam peneitian ini urutan langkah penyelesaian perhitungan dengan menggunakan metode Algoritma Genetika adalah sebagai berikut [5]:
1. Inisisalisasi Populasi.
Kromosom tersusun atas gen-gen yang meru¬pakan bilangan komplek yang dibangkitkan secara acak, merepresentasikan besarnya tegangan komplek setiap Bus (Vn= an ± bin, n=1, 2, 3,..., n)
2. Evaluasi Populasi Awal.
Kita menghendaki supaya Pn dan Qn mendekati nol (minimasi), sehingga populasi awal yang terbentuk dievaluasi nilainya menggunakan fungsi fitness yang didefinisi¬kan sebagai berikut:
fitness=ΣΔP n + ΣΔ Q n
()2()2
n: 1, 2, 3, ..., jumlah_bus (8)
3. Seleksi.
Proses seleksi adalah proses pemilihan kromosom. Proses seleksi menggunakan metode Roullete Wheel [6]. Kromosom yang memiliki nilai fitness besar memiliki probabilitas akumulatif besar pula sehingga mempunyai peluang yang besar untuk ter¬pilih. Pada perhitungan aliran daya, kromosom terpilih adalah yang mempunyai
4. Crossover.
Proses crossover menggunakan arithmatic crossover yang dikerjakan untuk kondisi bilangan real pada kedua parent. Prosedurnya sebagai berikut:
- Bangkitkan bilangan random antara 0 dan 1
- Offspring 1 = (parent1 x random) + (parent2 x (1-random))
- Offspring2=(parent1x(1random))+(parent
2 x random)
5. Mutasi.
Proses mutasi menggunakan prosedur mutasi dengan arah bebas (Free Direction Mutation, to mutate chromosome in a free direction). Sebagai contoh, parent v = [x1, x2, ..., xn], arah mutasi dibangkitkan secara random d, sehingga offspring v’ yang terbentuk ditentukan oleh rumus sebagai berikut:
v = v + M . d (9) Apabila nilai offspring yang terbentuk tidak berada pada range yang dikehendaki, set M secara random sebagai bilangan real dalam (0,
M) sedemikian sampai v + M .d berada pada range yang dikehendaki.
6. Evaluasi Hasil Mutasi.
Populasi yang dihasilkan dari mutasi dievaluasi kembali untuk menghitung fitness dari masing-masing kromosom.
7. Pembentukan Generasi Baru.
Pembentukaan generasi baru dilakukan secara Steady State yaitu populasi dibentuk sebanyak MaxKromosom. Populasi yang terbentuk dari evaluasi hasil mutasi digabungkan dengan populasi generasi sebelumnya. Keuntungan metode Steady State adalah kromosom¬kromosom dengan nilai fitness yang lebih kecil dari generasi sebelumnya tidak akan terbuang. Langkah selanjutnya adalah melakukan evaluasi terhadap generasi baru. Demikian proses ini diulangi terus sampai tercapai kriteria berhenti yang diinginkan, dalam hal ini sampai dengan setting generasi maksimum dalam variabel MaxGenerasi
Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diperoleh dari peng¬gunaan metode Algoritma Genetika maupun metode Newton-Raphson pada penelitian ini adalah:
1. Metode iterasi Newton-Raphson maupun metode Algoritma Genetika dapat digunakan untuk menentukan nilai parameter Bus dalam perhitungan aliran daya.
2. Dalam perhitungan dengan menggunakan metode Newton-Raphson diperlukan peng¬gunaan matrik Jacobian sedangkan metode Algoritma Genetika tidak memerlukan peng¬gunaan matrik Jacobian karena koreksi tegangan dan sudut fasa dilakukan pada setiap pembentukan generasi baru selama proses perhitungan.
3. Metode Newton-Raphson dapat menyelesai¬kan perhitungan dengan waktu komputasi yang lebih cepat dibandingkan dengan waktu komputasi pada metode Algoritma Genetika untuk mencapai kriteria berhenti yang sama.
Senin, 05 Oktober 2009
Traffic Light Controller Menggunakan Media RF
Ada beberapa cara dalam pengaturan lampu traffic light, diantaranya dengan sistem networking dan standalone. Kedua sistem tersebut sebenarnya sudah dapat berjalan dengan baik, hanya saja terdapat beberapa kendala yang dihadapi. Kendala pada sistem networking adalah pada pembangunan sistem jaringan kabel yang sangat rumit. Kendala pada sistem standalone adalah masalah pengaturannya, karena apabila setting dari traffic light akan dirubah, maka harus datang ke tempat traffic light tersebut berada. Sehingga perlu adanya solusi untuk traffic light setting dari jarak jauh. Sistem yang dimaksud adalah pengontrolan traffic light jarak jauh menggunakan media frekuensi radio sebagai media perantara yang dikirimkan melalui radio HT. Penggunaan Radio HT tidak memerlukan jaringan kabel yang cukup rumit perawatannya . Selain itu Radio HT sangat umum digunakan oleh masyarakat dan memiliki area yang cukup jauh tergantung kekuatan pancaran transmisinya. Sistem yang telah dibangun dapat diakses menggunakan PC (atau notebook) yang dihubungkan ke radio modem. Terdapat enam mode dan tiga kondisi dalam sistem traffic light ini yang masing-masing dapat digunakan sesuai dengan kondisi lalu lintas. Proses pengontrolan pada sistem dilakukan oleh mikrokontroler AT89C51 dan sekaligus sebagai pengolah data yang diterima dari PC. Software yang digunakan pada PC untuk pengontrolan adalah bahasa pemrograman Delphi7.0 dengan hubungan serial melalui port RS232 yang ada pada PC. Berdasarkan hasil pengujian, sistem memiliki beberapa keuntungan, antara lain lebih praktis bila dibandingkan dengan menggunakan kabel dan setting traffic light lebih efisien bila dibandingkan dengan standalone traffic light. Sedangkan uji perbandingan biaya antara penggunaan jaringan kabel dan HT belum dilakukan dalam penelitian ini.
Langganan:
Postingan (Atom)