BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Saat ini telah banyak sistem kendali yang diaplikasikan untuk mengendalikan kecepatan putar motor DC, salah satu sistem kendali yang telah diaplikasikan yaitu sistem kendali kecepatan dengan PID tunggal. Sistem kendali ini bekerja dengan cara memproses perhitungan berdasarkan variabel kendali Kp, Ki, dan Kd untuk mencapai kondisi sesuai setpoint yang diharapkan. Sistem kendali ini mampu menghasilkan respon keluaran dari kecepatan putar motor DC yang cukup baik. Namun dalam kenyataannya, sistem kendali dengan PID tunggal ini belum mampu menghasilkan suatu respon keluaran yang baik sesuai kondisi yang diinginkan saat terjadi perubahan setpoint. Sistem kendali PID tunggal hanya mampu bekerja untuk kondisi yang bersifat linier. Namun motor DC merupakan sebuah plant yang memiliki efek non-linieritas. Sehingga kerena non-linearitas inilah yang membuat sistem kendali PID tunggal tidak mampu menghasilkan respon keluaran yang memiliki karakteristik yang sama jika diberikan nilai setpoint yang berbeda-beda. Untuk menghasilkan suatu respon keluaran dengan karakteristik yang sama dari setiap setpoint yang berbeda-beda, maka harus diterapkan suatu metode yang mampu mengurangi efek non-linieritas ini. Salah satu cara untuk mengurangi efek non-linieritas ini, maka dirancanglah kendali PID yang bersifat adaptif dalam mengendalikan kecepatan putar motor DC. Gain scheduling merupakan salah satu metode yang mampu mengurangi efek non-linieritas. Metode ini akan me-linieritaskan kondisi non-linier pada plant motor DC dengan cara mencari invers dari fungsi yang menyebabkan efek non-linieritas. Penambahan gain scheduling pada bagian kendali ini akan menyebabkan respon keluaran sistem memiliki karakteristik yang cenderung sama untuk setiap setpoint yang berbeda-beda, karena suatu sistem hanya akan menghasilkan respon keluaran dengan karakteristik yang cenderung sama bila sistemnya linier. 1.2. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang dalam tugas akhir ini, penulis dapat merumuskan masalah sebagai berikut : 1 1. Bagaimana menentukan fungsi alih dari motor DC dengan metode Ziegler-Nichols dan mensimulasikan sistem kendali kecepatan pada SciLab. 2. Bagaimana mengimplementasikan nilai kendali adaptif PID dan menentukan nilai parameter Kp, Ki, dan Kd pada masing-masing jenis PID pada program di mikrokontroler Arduino Uno. 3. Bagaimana melakukan linierisasi pada daerah kerja motor DC yang bersifat nonlinieritas dan mengimplementasikan metode Gain scheduling pada kendali adaptif PID. 4. Bagaimana cara membaca nilai output sensor untuk menentukan perhitungan RPM melalui sinyal umpan balik dari sensor Magnetic Encoder dan program komunikasi serial Labview dengan mikrokontroler untuk menampilkan respon trayektori dari kecepatan putaran motor DC. 5. Bagaimana cara untuk menambah dan mengurangi masukan nilai setpoint pada Arduino Uno dan melakukan pengujian sistem kendali kecepatan tanpa beban maupun dengan beban. 1.3. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian tugas akhir ini adalah : 1. Mengimplementasikan metode kendali adaptif PID dengan Gain scheduling untuk mengurangi efek non-linieritas dan menghasilkan respon keluaran dari kecepatan putar motor DC dengan karakteristik yang cenderung sama untuk setiap setpoint yang berubah-ubah. 2. Menghasilkan overshoot dari respon keluaran yang kurang dari 20%, menghasilkan waktu naik (rise time) kurang dari 1 detik. 3. Mengimplementasikan metode kendali adaptif PID ke dalam mikrokontroler Arduino Uno untuk mengendalikan kecepatan putar motor DC. 4. Mengaplikasikan komunikasi serial software LabVIEW pada komputer dengan mikrokontroler arduino uno. 1.4. Batasan Masalah Tugas akhir ini membahas permasalahan yang ada dengan batasan masalah sebagai berikut : 2 1. Motor DC yang digunakan yaitu motor DC gear encoder GM320051-SY 12V dan Putaran motor DC yang digunakan hanya satu arah dengan Kecepatan maksimum motor yang diuji adalah 90 rpm dan minimum 50 rpm. 2. Penentuan fungsi alih menggunakan metode Ziegler-Nichols hanya untuk simulasi 3. Batasan linieritas pada daerah kerja motor DC dibagi menjadi tiga daerah kerja dan Batasan mapping RPM dan PWM diambil dari batasan yang linier. 4. Software Labview hanya dapat menampilkan respon trayektori. 5. Nilai parameter kendali dari setiap PID ditinjau melalui estimasi daerah kerja. 6. Menggunakan Arduino Uno sebagai pengendali Motor DC dan untuk pengujian diberi gangguan pada piringan oleh rem magnet yang bersifat impuls (tidak kontinyu). 7. Implementasi sistem dalam bentuk alat yang dibuat dalam bentuk prototype. 1.5. Metode Penelitian Metode penelitian yang akan digunakan untuk penyusunan tugas akhir ini adalah : 1. Studi Literatur Bertujuan untuk melakukan pemahaman mengenai konsep terkait dalam penyusunan tugas akhir ini yang berasal dari buku, jurnal, paper, dan artikel terkait. 2. Studi Pengembangan Aplikasi Bertujuan untuk melakukan penelitian terhadap aplikasi dan pengembangan metode yang dibutuhkan untuk mendukung penyelesaian tugas akhir ini. 3. Perancangan Model Program, Software, dan Hardware Bertujuan untuk melakukan perancangan terhadap pemodelan aplikasi metode kendali adaptif PID dan hardware yang mendukung. 4. Pengujian Alat dan Analisis Kinerja Sistem Pengujian dilakukan untuk mengetahui seberapa baik respon trayektori kecepatan motor DC dengan nilai kendali dari hasil pengontrolan oleh mikrokontroler serta analisis parameter kendali terhadap kinerja sistem. 5. Penyusunan Laporan dan Pengambilan Kesimpulan Bertujuan untuk memberikan laporan hasil dari setiap pelaksanaan dari tugas akhir ini dan mengambil kesimpulan dari setiap analisis yang telah dilakukan. 3 1.6. Sistematika Penulisan Tugas akhir ini disusun dalam lima bab berikut : BAB I : PENDAHULUAN Pada bab pertama ini dibahas latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, hipotesa, metode penelitian, dan sistematika penulisan yang digunakan dalam pelaksanaan pembuatan tugas akhir ini. BAB II : DASAR TEORI Pada bab ini dijelaskan mengenai teori dasar tentang sistem kendali, kendali PID, motor DC, Arduino Uno, driver motor DC, software Labview, gain scheduling, sistem linier dan sensor magnetic encoder. BAB III: PEMODELAN DAN IMPLEMENTASI SISTEM Pada bab ini dijelaskan mengenai perancangan sistem kendali secara keseluruhan dan perancangan metode adaptif PID. BAB IV: PENGUJIAN DAN ANALISIS SISTEM Pada bab ini dijelaskan hasil pengujian dan analisis dari sistem yang telah dirancang dan diimplementasikan. BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN Pada bab ini merupakan akhir dari seluruh penulisan Tugas Akhir yang berupa Kesimpulan dan Saran untuk pengembangan sistem yang telah dibuat untuk kedepannya. 4
