perancangan sistem kendali kecepatan menggunakan

PEMODELAN DINAMIS PENGATURAN
FREKUENSI MOTOR AC BERBEBAN
MENGGUNAKAN PID
Oleh
:
1.Eka Agung
2.Nurul
Renata S
Mahabbah
6907040019
6907040023
LATAR BELAKANG
 Penggunaan
motor AC 3 fasa saat ini banyak
digunakan diberbagai aplikasi. Salah satu
penggunaan motor AC yang sering ditemui yaitu
terdapat diperabotan rumah tangga maupun
peralatan industri Untuk mencapai kecepatan
putaran motor yang diinginkan maka dibutuhkan
sistem kendali kecepatan motor. Karena itu
penulis
merancang
pemodelan
dinamis
pengaturan frekuensi motor AC berbeban
menggunakan PID.
RUMUSAN MASALAH
1.
2.
3.
Bagaimana mengkontrol kecepatan pada motor
AC 3 fasa dengan mengatur frekuensinya?
Bagaimana merancang hardware dari sistem
pengaturan frekuensi motor AC 3 fasa berbeban
menggunakan PID?
Bagaimana merancang software sistem kontrol
untuk mendapatkan respon sistem yang di
inginkan?
MAKSUD DAN TUJUAN PEMBUATAN
ALAT
1.
2.
3.
Merancang system kontrol kecepatan pada
motor AC 3 fasa dengan mengatur frekuensinya
Merancang hardware dari sistem pengaturan
frekuensi motor AC 3 fasa berbeban
menggunakan PID
Merancang software sistem kontrol untuk
mendapatkan respon sistem yang di inginkan
BATASAN MASALAH
1.
2.
Tugas akhir yang kami buat ini hanya mengacu
pada kendali kecepatan motor AC 3 fasa dengan
beban pompa air
Hasil penelitian akan ditampilkan menggunakan
Matlab
MANFAAT
1.
2.
3.
Menambah referensi tentang pengaturan
khususnya kecepatan motor AC 3 fasa.
Manfaat umum yaitu dapat digunakan sebagai
kerangka acuan dalam penelitian sistem
berikutnya.
Dapat dijadikan modul pembelajaran bagi
mahasiswa PPNS
TINJAUAN PUSTAKA
Pengertian PID
2. DAC-08
3. Mikrokontroller AVR ATMega 8535
4. Komunikasi Serial Komputer
5. Matlab 7
6. Bahasa C
7. Analisa Kestabilan Routh Hurtwitzs
8. Power Supply
9. Motor AC 3 Fasa
10. Omron Type 3g3jx Inverter Sysdrive
11. Pompa Air
12. Rotary Encoder
1.
PENGERTIAN PID
Elemen-elemen kontroler P, I dan D masing - masing
secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi
sebuah sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan
perubahan awal yang besar. Sistem kontrol PID terdiri dari
tiga buah cara pengaturan yaitu kontrol P (Proportional), D
(Derivative) dan I (Integral), dengan masing-masing
memiliki
kelebihan
dan
kekurangan.
Dalam
implementasinya masing-masing kontrol dapat bekerja
sendiri maupun gabungan diantaranya. Dalam perancangan
sistem kontrol PID yang perlu dilakukan adalah mengatur
parameter P, I atau D agar tanggapan sinyal keluaran sistem
sesuai terhadap masukan tertentu sebagaimana yang
diinginkan
Aksi kontrol proporsional (P)
Digunakan untuk mempercepat respon sistem, tetapi
akan menghasilkan kesalahan pada kondisi mantap
(offset).
 Aksi kontrol integral (I)
Dapat menghilangkan kesalahan pada kondisi mantap
(offset), tetapi dapat memperlambat respon sistem
(berlawanan dengan aksi kontrol proporsional). Harga Ti
terlalu kecil akan mengakibatkan sistem lebih berosilasi.
 Aksi kontrol derivatif
Dapat
menghilangkan
simpangan
maksimum
(overshoot). Harga Td yang terlalu kecil dapat
menimbulkan osilasi dan respon menjadi lambat. Aksi
derivatif juga dapat memperkuat noise.

DAC-08

DAC berfungsi untuk merubah besaran-besaran digital
yang berasal dari komputer menjadi besaran analog yang
dalam hal ini dipergunakan untuk menggerakkan
aktuator.
MIKROKONTROLLER AVR ATMEGA
8535

Sistem minimum (sismin) mikrokontroler adalah
rangkaian elektronik minimum yang diperlukan untuk
beroperasinya IC mikrokontroler. Di keluarga
mikrokontroler AVR, seri 8535 adalah salah satu seri
yang sangat banyak digunakan
KOMUNIKASI SERIAL KOMPUTER

Suatu terminal yang menghubungkan antara terminal
data dari suatu peralatan dan peralatan komunikasi data
yang yang menjalankan pertukaran data biner secara
serial, oleh industri komunikasi data disebut RS-232.
MIKROKONTROLLER
ATMEGA 8535
MATLAB 7

MATLAB adalah sebuah lingkungan komputasi numerikal dan
bahasa
pemrograman
komputer
generasi
keempat.
Dikembangkan oleh The MathWorks, MATLAB memungkinkan
manipulasi matriks, pem-plot-an fungsi dan data, implementasi
algoritma,
pembuatan
antarmuka
pengguna,
dan
pengantarmukaan dengan program dalam bahasa lainnya.
BAHASA C

C adalah bahasa yang standar, artinya suatu program
yang ditulis dengan bahasa C tertentu akan dapat
dikonversi dengan bahasa C yang lain dengan sedikit
modifikasi. Didalam bahasa pemrograman computer,
data yang digunakan umumnya dibedakan menjadi data
nilai numerik dan nilai karakter. Nilai numerik dapat
dibedakan lagi menjadi nilai numerik integer dan nilai
numerik pecahan. Nilai numeric pecahan dapat
dibedakan lagi menjadi nilai numerik pecahan ketetapan
tungga dan nilai numerik pecahan ketetapan ganda.
Bahasa-bahasa pemrograman computer membedakan
data ke dalam beberapa tipe dengan tujuan supaya data
menjadi efisien dan efektif.
ANALISA KESTABILAN ROUTH HURTWITZS
 Sebuah
sistem dikatakan tidak stabil jika
responnya
terhadap
suatu
masukan
menghasilkan osilasi yang keras atau bergetar
pada suatu amplitudo/harga tertentu. Sebaliknya
suatu sistem disebut stabil jika sistem tersebut
akan tetap dalam keadaan diam atau berhenti
kecuali jika dirangsang (dieksitasi oleh suatu
fungsi masukan dan akan kembali dalam
keadaan diam jika eksitasi tersebut dihilangkan).
Ketidakstabilan merupakan suatu keadaan yang
tidak menguntungkan bagi suatu sistem lingkar
tertutup
POWER SUPPLY
 Suatu
alat yang berfungsi sebagai buffer antara
power suplai dengan peralatan elektronik yang
kita gunakan seperti komputer, printer, modem,
dsb. Bila ada gangguan atau dengan kata lain
suplai daya terputus maka, UPS akan segera
bekerja dalam waktu sesingkat mungkin
sehingga peralatan elektronik yang kita miliki
tidak mengalami kerusakan
 Motor
MOTOR AC 3 FASA
listrik arus bolak-balik diklasifikasikan
dengan dasar prinsip pengoperasian sebagai
motor asinkron (induksi) atau motor sinkron.
Motor induksi adalah jenis motor dimana tidak
ada tegangan eksternal yang diberikan pada
rotornya, tetapi arus pada stator menginduksikan
tegangan pada celah udara dan pada lilitan rotor
untuk menghasilkan arus rotor dan medan
magnet. Medan magnet stator dan rotor
kemudian berinteraksi dan menyebabkan rotor
motor berputar
OMRON TYPE 3G3JX INVERTER
SYSDRIVE
 Inverter
adalah sebuah perangkat elektronik
yang mengubah tegangan AC tiga fasa dari jalajala (berfrekuensi 50 Hz atau 60 Hz) menjadi
tegangan DC, kemudian mengubahnya kembali
menjadi tegangan AC tiga fasa dengan frekuensi
yang bisa diatur-atur sesuai keinginan
pengguna/user, Salah satu aplikasi Inverter
dalam dunia keelektroteknikan adalah untuk
mengendalikan kecepatan putaran motor AC.
POMPA AIR

Pompa air merupakan alat atau mesin untuk
memindahkan atau menaikkan cairan dengan cara
mengisap dan memancarkannya, biasanya berupa
silinder yg berkatup.
ROTARY ENCODER
 Rotary
encoder adalah device elektromekanik
yang dapat memonitor gerakan dan posisi.
Rotary encoder umumnya menggunakan sensor
optik untuk menghasilkan serial pulsa yang
dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan
arah. Sehingga posisi sudut suatu poros benda
berputar dapat diolah menjadi informasi berupa
kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan
oleh rangkaian kendali.

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN
ALAT
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Perjalanan Sistem Alat
Pembuatan Sistem Alat
Hardware Alat
DT – HIQ AVR USB ISP
Proses Instalisasi Driver USB
DT – AVR Low Cost Micro System
Cara Memprogram ke Mikrokontroler (DT – AVR
Low Cost Micro System)
Instalasi DT – AVR Low Cost Micro System
PERJALANAN SISTEM
ALAT
PEMBUATAN SISTEM ALAT
HARDWARE ALAT
Gambar alat tampak dari atas

Gambar alat tampak dari depan
Gambar kontroller alat
DT – HIQ AVR USB ISP

DT-HiQ AVR USB ISP adalah In-System Programmer
(ISP) untuk mikrokontroler AVR® 8-bit RISC.
Programmer ini dapat dihubungkan ke PC melalui
antarmuka USB dan mengambil sumber catu daya dari
target board. DT-HiQ AVR USB ISP dapat digunakan
dengan
perangkat
lunak
AVR
Studio©,
CodeVisionAVR©, AVRDUDE (WinAVR), BASCOMAVR©, dan perangkat lunak lain yang mendukung
protokol ATMEL STK500/AVRISP. (Digiware.,2008).
Konfigurasi PIN konektor ISP
PROSES INSTALASI DRIVER USB
 Sebelum
menggunakan DT-HiQ AVR USB ISP,
driver USB harus di-install sesuai dengan urutan
cara penginstalan pada CD driver DT-HiQ AVR
USB ISP
DT – AVR Low Cost Micro System
Merupakan sebuah modul single chip dengan basis mikro
kontroller AVR dan memiliki kemampuan untuk
melakukan komunikasi data serial secara UART RS-232
serta pemrograman memori melalui ISP ( In-System
Programing).
PENGUJIAN HARDWARE

Metode Pengujian Hardware
Pengujian system kendali pengaturan
kecepatan motor AC dilakukan dengan
dua cara pengujian yaitu pengujian
manual dan pengujian otomatis.



Pengujian Manual
- Pengujian Menggunakan
Tachometer
Tabel 4.1. Pengujian
Menggunakan
Tachometer.
F
Rpm
I
Vsensor
10
293,5
1,5
2,89
20
594,1
1,5
5,80
30
887,5
1,5
8,80
40
1183
1,5
11,90
50
1461
1,5
14,77


- Pengujian Menggunakan
Rotary Encoder
Tabel 4.2. Pengujian
Menggunakan Rotary
Encoder
F
Rpm I
Vsenso
r
10
292
1,5
2,89
20
594
1,5
5,80
30
886
1,5
8,80
40
1180 1,5
11,90
50
1460 1,5
14,77

Pengujian Otomatis
Pengujian otomatis dengan aturan
-Tegangan Inverter konstan 1 volt dan 4 volt
-Sampling waktu 0,01 detik
Ket: Tabel pengujian otomatis dapat dilihat di hard
copy buku TA dikarenakan data yang banyak
dan tidak memungkinkan ditampilkan di slide
ANALISA

Analisa Data Hasil Pengujian Alat
Data yang didapatkan dari hasil pengujian alat dengan
tegangan inverter 1 volt di masukkan pada M-file
software Matlab, sehingga didapatkan gambar kurva
sepertI berikut :
60
50
40
30
20
10
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Gambar kurva sistem dengan tegangan inverter 4 volt
250
200
150
100
50
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Analisa Respon Sistem
Data hasil pengujian tegangan sensor ( Ts ) dengan
sampling waktu 0,1 s, tegangan inverter 1 volt dan 4 volt
dimasukkan ke M-file software Matlab sehingga
didapatkan respons seperti berikut :
Response Hasil Pengujian Pemodelan Dinamis Pengaturan Frekuensi Motor AC Berbeban Menggunakan PID
60
100
40
50
20
0
Model (-.) (Volt)
Hasil Pengujian (-) (Volt)

0
0
50
100
150
200
Sampling ke k (Ts=0.1)
250
300
350
-50
400
Kurva Respon Sistem Tegangan Inverter 4 volt
250
200
200
150
150
100
100
50
50
0
0
200
400
600
Sampling ke k (Ts=0.1)
800
1000
0
1200
Model (-.) (Volt)
Hasil Pengujian (-) (Volt)
Response Hasil Pengujian Pemodelan Dinamis Pengaturan Frekuensi Motor AC Berbeban Menggunakan PID
250
Analisis Kontrol

Data hasil pengujian tegangan sensor ( Ts ) dengan
sampling waktu 0,1 s, tegangan inverter 1 volt
dimasukkan ke M-file software Matlab,sehingga
didapatkan grafik seperti berikut :
40
3.5
x 10
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Bode Diagram Tegangan Inverter 1 volt
Bode Diagram
0
Magnitude (dB)
-20
-40
-60
-80
-100
-180
Phase (deg)
-225
-270
-315
-360
-405
-1
10
0
10
1
10
Frequency (rad/sec)
2
10
3
10
Grafik transfer function tegangan inverter 4 volt
25
20
15
10
5
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Bode Diagram Tegangan Inverter 4 volt
Bode Diagram
40
Magnitude (dB)
20
0
-20
-40
Phase (deg)
-60
0
-45
-90
-2
10
-1
10
0
10
1
10
Frequency (rad/sec)
2
10
3
10
Analisis Menggunakan Metode Ziegler Nichols
Untuk mendapatkan pergeseran grafik yang baik
maka digunakan Metode Ziegler Nichols, seperti
berikut :
 -transfer function :

59.63 s 2 - 58.42s + 528
1 9.141s 2 + 182.2s + 9.261
Simulink Ziegler Nichols
Scope Ziegler Nichols
Analisa Kendali PID

- Tegangan Inverter 1 volt :
Transfer function =
59.63 s 2 - 58.42s + 528
1 9.141s 2 + 182.2s + 9.261
Simulink Kendali PID tegangan inverter 1 volt
Scope transfer function tanpa kendali PID tegangan
inverter 1 volt
Scope kendali P ( Proportional ) tegangan inverter 1volt

P ( Proportional ) : 1.9406
Scope Kendali PI tegangan inverter 1 volt

PI ( Proportional Dan Integral ) : - P : 1.7465
- I : 77.425
Scope kendali PID tegangan inverter 1 volt

PID: - P : 2.328
- I : 172.05
- D : 0.007879
SEKIAN DAN TERIMA KASIH