introduksi - eLisa UGM

Apakah Mekatronika ?
Cuplikan definisi mekatronik dari berbagai
pakar dibidangnya
Mechatronics is “a methodology for
designing products that exhibit fast, precise
performance. These characteristics can be
achieved by considering not only the
mecahnical design but also the use of servo
controls, sensors, and electronics”
Mechatronics is “the confluence of traditional
design methods with sensors and
instrumentation technology, drive and
actuator technology, embedded real-time
microprocessor systems, and real-time
software”


Mechatronics is really nothing but good
design practice. The basic idea is to apply
new controls to extract new levels of
performance from mechanical device;
By having a good idea of what can be done
using other than mechanical means, design
freedom increases dan result improve.


Today we have mechanical systems for which
performance is defined by what’s in a computer,
wether it’s software algorithms, neural networks,
or fuzzy logic. That alone makes it different from
anything you could do (more than) 25 years ago!
Any system in which you control or modulate
power is a candidate for computer control. For any
mechanical component you can ask the question:
What is its purpose ? Does it transmit power ? Or is
its purpose control and coordination ? Computers,
software, and electronics can generally do this
second function more efficiently – simpler,
cheaper, with much more flexibility!




In the past, machine and product design has,
almost exclusively, been the preoccupation of
mechanical engineers.
Recently, machine design has been profoundly
influenced by the evolution of microelectronics,
control engineering, and computer science.
What is needed, as a solid basis for designing
high-performance machines, is a synergetic crossfertilization between the different engineering
diciplines. This is exactly what mechatronics is
aiming at; it is a concurrent-engineering view of
machine design.
Mechatronics encompasses the knowledge base
and the technologies required for the flexible
generation of controlled motion.


Istilah mekatronika digunakan dalam kendali
komputer untuk motor-motor elektrik
(Yaskawa Electric Co., Japan);
Perkembangannya tidak berasal dari robotika,
justru robotika-lah yang banyak mengambil
keunggulan2 teknologi kinematika, dinamika,
kendali, teknologi sensor dan pemrograman
aras-tinggi.
Konsentrasi mekatronika pada teknologi
servo yang digunakan produk–produk seperti:
pembuka pintu otomatis, mesin penjaja dan
kamera-kamera autofokus.
Penggunaan teknologi informasi, para
insinyur mulai memadukan mikroprosesor
dalam sistem mekanik (embedded system)
untuk meningkatkan unjuk-kerja.
Penggunaan teknologi komunikasi, agar
suatu produk dapat terhubungkan dalam
suatu jaringan yang lebih besar atau luas.
Bagian Interdisipliner (antar cabang ilmu
pengetahuan) yang berhubungan dengan
studi & perancangan dari sistem & peralatan
yang melibatkan
◦
◦
◦
◦
elektronik
sensor
aktuator dan
arsitektur pengendalian
Motor Pemutar
Mekanis posisi
Sensor Posisi
Motor Head
Mekanik Cardrige
Cardrige
Head
Switch Cover

Komponen dasar
◦ resistor,
◦ kapasitor,
◦ induktor

Komponen analog
◦ op-amp,
◦ relay

Komponen semikonduktor
◦
◦
◦
◦
transistor,
diode,
gerbang logika (and, or, not),
flip-flop



Proximity
◦
◦
◦
◦
switch,
photoelectric,
capacitive,
inductive
◦
◦
◦
◦
potensiometer,
LVDT,
enkoder,
tachometer
Posisis dan kecepatan
Force & Strain
◦ strain gage,
◦ load cell

Temperatur

Akselerasi

Aliran & Tekanan
◦ termokopel,
◦ RTD,
◦ termistor
◦ piezzo electric
accelerometer


Selenoida & voice coil
Motor
◦
◦
◦
◦


AC,
DC,
Servo,
Stepper
Hidrolik & penumatik
Smart material device
◦ piezzo electric

Rangkaian logika
◦
◦
◦
◦




kombinasional,
sekuensial,
PAL,
PLA
PLC
Mikrokendali
Mikroprosesor
Software

Resistor
◦ Fungsinya melawan/menghambat

Kapasitor (Kondensator)
◦ Penyimpan

Induktor
◦ mengimbas

Bahan dasar terbuat dari komposisi karbon
◦ Nilai
: 1  - 100 M
◦ Daya
: 1/8 W – 2 W
◦ Perubahan harga menurun karena
 umur 5%
 solderan 2%
 panas uap 15%
◦ Jenis resistor ini kurang stabil dibanding lainnya

Bahan dari selaput karbon (carbon film)
◦ Terbuat dari selaput korbon yang diendapkan pada
substrat keramik
◦ Nilai
: 10  - 10 M
◦ Toleransi
: > 5%
◦ Daya
: s/d 2 W

Bahan dari lilitan kawat yang dililitkan pada
gelondong keramik atau material lain
◦ Kawatnya dari campuran alumunium-kromiumnikel, atau alumunium-kromium-besi
◦ Oleh karena berbentuk lilitan maka resistor ini
mengandung induktansi & kapasitansi
◦ Merupakan jenis resistor yang presisi
◦ Nilai
: 0,22  - 10 M 
◦ Toleransi
: < 0,5%
◦ Daya
:2W


Satuan : ohm ()
Cara penulisan
◦ Jika dalam ohm dinyatakan dengan R
 0R5 = 0,5  atau 0,5
◦ Jika dalam kilohm dinyatakan dengan K
 2K2 = 2,2 K  atau 2,2 K
◦ Jika dalam megohm dinyatakan dengan M
 1M5 = 1,5 M  atau 1,5 M

Kegunaannya
◦ menyimpan tenaga listrik
◦ Menahan arus rata-rata
◦ Menghubungsingkat sebuah hambatan bagi arus
AC
◦ Penapis (Filtering)
◦ Pengkopel sinyal dari satu rangkaian ke
rangkaian lain
◦ Pembangkit gelombang non-sinus misal saw
tooth

Simbol
Biasa
Elektrolit
Merubah DC ke AC
Menghilangkan spike: pasanglah 0,1 mF melintang thd. Sumber daya (power) dan
ground pada IC logik.
Integrator: merubah sinyal kotak (square) menjadi sinyal segitiga
(konstanta waktu RC >> periode pulsa) sekitar 10 kali lipat.
Diferensiator: merubah sinyal kotak menjadi sinyal spike dalam hal ini
Konstanta waktu RC << pulsa periode (sekitar 1/10 kali lipat).

Capasitor khusus atau Kapasitas liar yang
tidak diinginkan, ini terdapat antara
◦
◦
◦
◦

Penghantar2 yang berdekatan
Badan2 komponen yang berdekatan
Lilitan2 kawat di dalam kumparan
Elektroda2 di dalam dioda, transistor dsb
Kapasitas liar ini hanya beberapa pF (piko
farad), tidak berpengaruh pada frekuensi
rendah kecuali frekuensi tinggi

Macam2 Capasitor
◦ Keramik
◦ Mika (Mylar)
 Digunakan baik untuk frekuensi rendah maupun tinggi
 Toleransi ± 1%
◦ Polyster
 Kapasitas 1 pF – 1 µF
 Toleransi ± 10%
◦ Elektrolit
 Tantalum


Umumnya kapasitas dinyatakan dalam µF
atau pF
Ada kalanya huruf k dipakai sebagai
pengganti nF
◦ Contoh : 10k = 10nF = 0,01 µF




Warna yang diterapkan
seperti pada hambatan
Jenis kapasitas kecil
Jalur A, B & C digunakan
untuk pengkodean
dalam pF
Jalur D
◦ Hitam
◦ Putih

= 20%
= 10%
Jalur E
◦ Merah
◦ Kuning
= 250 Vdc
= 400 Vdc
A
B
C
D
E
Warna untuk
Jalur 1
Jalur 2
Faktor
Perkalian
3
Jalur 4
(Volt)
10
Hitam
-
0
-
Coklat
1
1
10
Merah
2
2
100
Jingga
3
3
-
Kuning
4
4
-
6,3
Hijau
5
5
-
16
Biru
6
6
-
20
Unggu
7
7
-
Abu-Abu
8
8
0,01
25
Putih
9
9
0,1
3
Merah muda
-
-
-
35
1
2
3
4

Penyimpan Muatan : q = Cv
 q : banyaknya muatan (Coulomb)
 v : tegangan antara dua keping (volt)
 C : Kapasitas (farad)
Konstanta waktu (t) :
Charging
t = RC
Discharging
ic
C
_
+
vc
Berdasar perubahan waktu, v=v(t) dan i=i (t)
1
VC   iC dt
C
dVC
iC  C
dt
Berdasar eksponensial, v=Vest dan i=Iest
1
VC 
IC
sC
iC  sCVC
Seri
C1
C2
C3
1
1
1
CP 


C1 C 2 C3
Paralel
C1
C2
C3
Cp=C1+C2+C3

Kegunaan
Elemen elektronika yang dipakai untuk
menghadirkan energi yang tersimpan dalam medan
magnet
i
1
iC   vL dt
L
dVL
iL  L
dt
M
۰۰
+
v1
L1
L2 v2
-
di1
di2
v1  L1
M
dt
dt
dan
di2
di2
v2  L 2
M
dt
dt

Independent source
◦ Sumber tegangan atau arus yang tidak bergantung
pada sesuatu sumber lain

Dependent source atau controlled
◦ Sumber tegangan atau arus yang dikendalikan oleh
sumber lain
+
+
+
v (t )
V
v (t )
_
i
_
_
ideal
Beban
a
+
i (t )
i (t )
v
_
b
ideal
Beban
a
i (t )
R
b
a
a
+
+
+
v1
_
+
Av1
_
i1
_
ri1
_
b
b
Voltage Controlled
Current Controlled

Hukum Arus Kirchhoff
◦ Jumlah semua arus yang menuju ke suatu simpul
harus sama dengan nol pada setiap saat

Hukum Tegangan Kirchhoff
◦ Jumlah penurunan tegangan diseputar lingkar
(untai) harus nol pada setiap saat
Function Generator