Sistem Kontrol Digital

Sistem Kontrol Digital
Kuliah 1
Kontrol Digital
Bab 13 buku-ajar
Agus Arif
1
Materi
•
•
•
•
•
•
Tujuan, Bahan & Buku-ajar Kuliah
Definisi Sistem Kontrol Digital
Kelebihan Komputer Digital
Contoh Sistem Kontrol Digital
Posisi Komputer Digital
Konversi Digital-ke-Analog
– rangk resistor berbobot, rangk tangga R-2R
• Konversi Analog-ke-Digital
– counter ramp, tracking, successive-approximat,
single-ramp, dual-ramp, parallel/flash
Agus Arif
2
Tujuan & Bahan Kuliah {1}
• Tujuan: setelah mengikuti kuliah ini mhs
memiliki kompetensi
– memodelkan,
– menganalisis &
– mendesain
sistem kontrol digital.
• Bahan kuliah:
– Konversi A/D & D/A
– Pemodelan komputer digital
– Transformasi-z
Agus Arif
3
Tujuan & Bahan Kuliah {2}
• Bahan kuliah (lanjutan):
– Fungsi transfer
– Reduksi diagram blok
– Kestabilan
– Ralat keadaan-ajeg
– Tanggapan transien
– Desain pelipatan (gain)
– Kompensasi berjenjang (cascade)
Agus Arif
4
Buku-ajar
• Nise, Norman S., 2000, Control Systems
Engineering, ed. 3, John Wiley & Sons
– Situs web pendukung:
http://he-cda.wiley.com/WileyCDA/
HigherEdTitle/productCd-0471445770.html
• Phillips, Charles L & Nagle, H. Troy, 1995,
Digital Control System Analysis & Design,
ed. 3, Prentice Hall
Agus Arif
5
Definisi Sistem Kontrol Digital
• Sistem kontrol otomatis yang menggunakan
komputer digital sebagai pengontrol
• Sistem kontrol digital = sistem kontrol datatercuplik = sistem terkontrol-komputer
• Fungsi komputer digital:
– Supervisory : penjadwalan, pemantauan prmtr &
variabel yg bernilai di luar rentang kerja,
pengawalan shutdown yg aman
– Direct control sbg bagian dr kalang kontrol
Agus Arif
6
Kelebihan Komputer Digital
• Hemat biaya:
– Satu komputer mampu mengendalikan banyak
kalang kontrol secara sekaligus
• Lentur menanggapi perubahan desain:
– Stp perubahan/modifikasi dpt dilakukan sbg
perubahan perangkat-lunak
• Kebal derau:
– Sistem digital memiliki ketahanan derau yg lebih
baik drpd sistem analog
Agus Arif
7
Contoh Sistem Kontrol Digital
Agus Arif
8
Posisi Komputer Digital {1}
Agus Arif
9
Posisi Komputer Digital {2}
• Kalang yg mengandung sinyal analog &
digital hrs melakukan proses konversi
– A/D atau ADC (Analog-to-Digital Converter)
– D/A atau DAC (Digital-to-Analog Converter)
• Sinyal analog pd output plant (c) & input
sistem (r)  A/D harus ada pada sisi input
komputer digital
• Sinyal analog pd input plant (f)  D/A hrs
ada pada sisi output komputer digital
Agus Arif
10
Konversi D/A {1}
• Konversi D/A: sederhana & seketika
• Contoh D/A 3-bit:
Agus Arif
11
Konversi D/A {2}
• Output tegangan D/A:
(
Vo = Vfs A1 2 −1 + A2 2 −2 +  + An 2 − n
)
– Vfs : tegangan skala-penuh sbg rujukan
– A1 : most significant bit (MSB)  Vfs/2
– An : least significant bit (LSB)  Vfs/2n
• Resolusi: perubahan analog terkecil yg dpt
dihasilkan konverter = LSB dlm volt
Agus Arif
12
Rangk Resistor Berbobot {1}
Agus Arif
13
Rangk Resistor Berbobot {2}
• D/A sederhana: penguat penjumlah + resist
dgn nilai bobot faktor 2 yg meningkat
• Kelemahan:
– Butuh nilai resistor yg tepat pd rentang yg lebar
(1024 ~ 1 pd D/A 10-bit)
– Saklar dgn resistans yg rendah & dgn tegangan
offset nol
• Kelemahan tsb diatasi dgn D/A dgn rangk
tangga (ladder) R-2R
Agus Arif
14
Rangk Tangga R-2R {1}
Agus Arif
15
Rangk Tangga R-2R {2}
• Rangk ini hanya butuh 2 nilai: R & 2R 
sesuai utk diterapkan dlm keping terpadu
• Nilai R: 2,5 hingga 10 kΩ & Thevenin
berturutan: tegangan input tereduksi sebesar
faktor 2 dari MSB sampai LSB
• Kelemahan:
– Arus tangga, disipasi & pemanasan tergantung
pd input digital  non-linearitas
– Beban pd tegangan rujukan tergantung pd input
digital  diatasi dgn rangk R-2R terbalik
Agus Arif
16
Rang Tangga R-2R Terbalik {1}
Agus Arif
17
Rang Tangga R-2R Terbalik {2}
• Arus mengaliri tangga scr konstan & input
digital mengarahkannya ke
– ground (bit 0) atau
– konverter arus-ke-tegangan (bit 1)
• Konfigurasi D/A yg populer
– Implementasi pd keping terpadu CMOS
– Saklar hrs dgn resistans rendah  MOS/J-FET
– Resolusi hingga 12-bit
Agus Arif
18
Konversi A/D {1}
• Konversi A/D: proses 2-langkah & tidak
seketika  tundaan di antara input-output
– Sinyal analog dicuplik scr periodik & dipegang
selama selang pencuplikan
– Sinyal tercuplik diubah mjd sinyal digital
• Laju pencuplikan paling sedikit 2 kali lebarpita sinyal analog (laju Nyquist)
• Langkah kerja:
Agus Arif
19
Konversi A/D {2}
Agus Arif
20
Konversi A/D {3}
Agus Arif
21
Konversi A/D {4}
Agus Arif
22
Counter Ramp {1}
Agus Arif
23
Counter Ramp {2}
Agus Arif
24
Tracking ADC {1}
Agus Arif
25
Tracking ADC {2}
Agus Arif
26
Successive Approximation {1}
Agus Arif
27
Successive Approximation {2}
Agus Arif
28
Single Ramp Converter {1}
Agus Arif
29
Single Ramp Converter {2}
Agus Arif
30
Single Ramp Converter {3}
Agus Arif
31
Dual Ramp Converter {1}
Agus Arif
32
Dual Ramp Converter {2}
Agus Arif
33
Parallel Converter/Flash
Agus Arif
34