bab ii landasan teori

 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Motor DC
Dalam kehidupan sehari – hari penggunaan motor DC dapat kita lihat pada
motor starter mobil, pada tape recorder, pada mainan anak–anak, dan pada
pabrik–pabrik,
motor DC digunakan untuk elevator, conveyor, dan sebagainya.
Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan
untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor DC disebut
stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian
yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam medan magnet,
maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah
putaran. Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik phasa tegangan dari
gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator,
dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar
dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu
lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen.
Gambar 2.1 Motor DC
Prinsip dasar dari motor arus searah adalah jika sebuah kawat berarus
diletakkan diantara kutub magnet (U-S) maka pada kawat itu akan bekerja suatu
6
7
gaya yang akan menggerakkan kawat itu. Arah gerak kawat itu dapat ditentukan
dengan kaidah tangan kiri yang berbunyi :
“Apabila tangan kiri terbuka diletakkan diantara kutub Utara dan Selatan
sehingga
garis gaya yang keluar dari kutub utara menembus telapak tangan kiri
dan arus didalam kawat mengalir searah dengan arah keempat jari, maka kawat itu
akan mendapat gaya yang arahnya sesuai dengan arah ibu jari (gambar 2.2.)”.
Gambar 2 2 Kaidah Tangan Kiri Fleming
Besarnya gaya tersebut : F = B i l Newton .............................................. (2.1)
Dimana:
B = kerapatan fluks (webber)
l
= panjang penghantar (meter)
i
= arus yang melewati penghantar (ampere)
Gambar 2.3 Gerak magnet
Berdasarkan gambar 2.3 bila arus listrik yang mengalir dalam kawat arahnya
menjauhi kita maka medan – medan magnet yang terbentuk di sekitar kawat
8
arahnya searah dengan putaran jarum jam. Sebaliknya bila arus listrik yang
mengalir dalam kawat arahnya mendekati kita maka medan – medan magnet yang
terbentuk di sekitar kawat arahnya berlawanan dengan arah perputaran jarum jam
(percobaan
Maxwel).
2.1.1 Komponen utama motor DC
Adapun komponen utama yang dimiliki motor DC adalah sebagai berikut:
a. Kutub medan permanen.
Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan
menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub
medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakkan bearing pada ruang
diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan,
yaitu kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar
melintasi bukan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor
yang lebih besar atau lebih kompleks terdapat satu atau lebih
elektromagnet. Elektromagnet menerima supply dari luar sebagai penyedia
arus medan (penguat terpisah).
b. Armatur / Jangkar
Bila arus masuk menuju jangkar, maka arus ini akan menjadi
elektromagnet. Jangkar yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as
penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil,
jangkar berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub,
sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi,
arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan.
c. Komutator
Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya
adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Komutator juga
membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya. Laju torsi
dan arah dapat diubah sesuai beban bekerja pada tegangan rendah.
Konduktor yang mengalirkan arus akan merasakan gaya di dalam medan
magnet.
9
2.1.2 Jenis-jenis motor DC
a.
Motor DC penguat terpisah memiliki control arus jangkar dan medan yang
terpisah. Arah putaran motor dapat diatur atau diubah dengan cara
mengubah atau membalik arah aliran arus jangkar atau medan.
DC Supply
M
Kumparan
Medan
Gambar 2.4 Motor DC Penguat Terpisah
b. Motor DC penguat sendiri / self excited:
1. Motor shunt. Pada motor shunt, kumparan medan (medan shunt)
dihubungkan secara paralel dengan kumparan jangkar (motor) seperti
diperlihatkan dalam Gambar 2.5 Oleh karena itu total arus dalam jalur
merupakan penjumlahan arus jangkar dan arus medan.
M
Shunt Field
DC Supply
Gambar 2.5 Motor DC Shunt
Kecepatan pada motor shunt relatif konstan tidak tergantung pada beban
oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal
yang rendah, seperti peralatan mesin. Motor ini menghasilkan torka awal
yang sangat kecil, kecepatan dalam kondisi tanpa beban yang jauh lebih
kecil, serta memiliki regulasi kecepatan yang baik.
10
Selain itu kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan
dalam susunan seri dengan motor maka kecepatan berkurang atau dengan
memasang tahanan pada arus medan maka kecepatan bertambah.
2. Motor seri
Dalam motor seri, kumparan medan dihubungkan secara seri dengan
kumparan jangkar seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.6 Oleh karena itu,
arus medan sama dengan arus dinamo.
Series Field
DC Supply
M
Gambar 2.6 Motor DC Seri
Motor ini dapat menghasilkan torka awal yang sangat tinggi serta
kecepatan dalam kondisi tanpa beban yang sangat besar sehingga harus
dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban. Meskipun demikian,
dalam kondisi beban ringan, dapat muncul kondisi yang membahayakan di
mana motor memiliki kemungkinan untuk berputar dalam kecepatan yang
terlampau tinggi. Pembalikan polaritas tegangan catu tidak memiliki efek
terhadap arah putaran motor, karenabaik arus jangkar dan medan keduanya
berbalik arah. Kecepatan pada motor seri dibatasi pada 5000 rpm.Motormotor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan
awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist.
c. Motor DC kompon/gabungan
Motor DC kompon merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor
kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri
11
dengan kumparan motor (M) seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.7
sehingga, motor kompon memiliki torsi penyalaan awal yang bagus dan kecepatan
yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase kumparan
medan
yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torsi penyalaan awal
yang dapat ditangani oleh motor ini.
Series Field
DC Supply
M
Shunt Field
Gambar 2.7 Motor DC Kompon
2.1.3 Motor DC Magnet Permanen
Motor DC magnet permanen adalah motor yang medan magnet utamanya
berasal dari magnet permanen. Kumparan medan elektromagnetik digunakan
untuk medan jangkar. Gambar 2.8 memperlihatkan operasi motor DC magnet
permanen. Arus mengalir melalui kumparan jangkar dari sumber tegangan DC,
menyebabkan jangkar berfungsi sebagai magnet. Kutub pada kumparan jangkar
akan ditarik oleh kutub medan utama dari polaritas yang berbeda, sehingga
jangkar berputar.
Pada gambar 2.8a terlihat jangkar berputar searah dengan putaran jarum
jam. Apabila kutub jangkar segaris dengan kutub medan, sikat-sikat ada pada
celah di komutator sehingga tidak ada arus mengalir pada jangkar. Jadi, gaya tarik
atau gaya tolak dari magnet akan berhenti, seperti tampak pada gambar 2.8b.
Kemudian kelembaman membawa jangkar melewati titik netral. Komutator akan
membalik arus jangkar ketika kutub yang tidak sama dari jangkar dan medan
saling berhadapan satu sama lain, sehingga membalik polaritas medan jangkar.
Kutub-kutub yang sama dari jangkar dan medan kemudian menjadi saling tolak
12
menolak, sehingga jangkar berputar terus menerus seperti diperlihatkan pada
gambar 2.8c.
Gambar 2.8 Operasi Motor DC Magnet Permanen
Arah putaran dari motor DC magnet permanen ditentukan oleh arah arus yang
mengalir pada jangkar. Pembalikan ujung-ujung jangkar tidak akan membalik
arah putaran. Salah satu keistimewaan dari motor DC magnet permanen ini adalah
kecepatannya dapat dikontrol dengan mudah. Kecepatan motor magnet permanen
berbanding langsung dengan harga tegangan yang diberikan di jangkar karena
memiliki nilai fluks yang konstan. Jadi, semakin besar tegangan jangkar maka
kecepatan motor akan semakin tinggi.
Adapun persamaan-persamaan yang digunakan dalam karakteristik kerja
motor arus searah adalah sebagai berikut :
Ia
Ra
V
M
Gambar 2.9 Rangkaian Pengganti Motor DC
Dimana :
n
Ea
………………………………………………...………. ........ (2.2)
K .
n
V  Ia.Ra
………………………………...……………………......(2.3)
K .
V
= Sumber tegangan DC (Volt)
13
n
= Putaran motor (rpm)
Ia
= Arus jangkar (A)
Ra
= Tahanan jangkar (Ω)

= Fluks magnet (Wb)
K
= Konstanta
Jika tegangan diperbesar, maka putaran akan cepat. Untuk menjadikan
putaran lebih lambat yaitu dengan menurunkan tegangan.
2.1.4
Karakteristik Motor DC
Karakteristik – karakteristik yang penting dari motor arus searah adalah :
Karakteristik pengaturan putaran (n) fungsi tegangan jangkar (Ea) : n  f Ea 
Persamaan tegangan jangkar terhadap putaran motor adalah :
n
Ea ……………………………………..…………………………..(2.4)
K .
n
0
Ea
Gambar 2.10 Karakteristik Putaran Motor DC Terhadap Tegangan Jangkar
Kurva n = f(Ea) terlihat linier karena n naik ketika Ea dinaikkan, dan n
turun ketika Ea diturunkan dan bentuk kurvanya yang tidak non linier ini
dianggap linier.
n
n0
Δn
n
0
V  Ia.Ra
K .
Ia
Gambar 2.11 Karakteristik Putaran Motor DC Terhadap Arus Jangkar
14
Dari gambar di atas dapat dilihat pengaturan n  f Ia  . Terlihat jelas
bahwa semakin besar arus jangkar (Ia) maka putaran motor DC akan turun.
Terjadi selisih antara pada kecepatan tanpa beban (n 0) dengan keadaan pada saat
arus jangkar dinaikan.
2.1.5 Kelebihan dan Kekurangan Motor DC
Keuntungan utama motor DC adalah kecepatannya mudah dikendalikan
dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC ini dapat dikendalikan
dengan mengatur :
a. Tegangan jangkar – meningkatkan tegangan jangkar akan meningkatkan
kecepatan.
b. Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada
umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan
daya rendah hingga sedang, seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering
terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang
lebih besar. Motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih
dan tidak berbahaya sebab risiko percikan api pada sikatnya. Selain itu motor DC
juga relatif mahal dibanding motor AC.
2.2 PWM (Pulse width modulation)
PWM (Pulse width modulation), adalah sebuah metode untuk pengaturan
kecepatan perputaran, dalam hal ini adalah motor DC Magnet Permanen. PWM
dapat dihasilkan oleh empat metode, sebagai berikut :
1. Metode analog
2. Metode digital
3. IC diskrit
4. Mikrokontroler
Pada proyek akhir ini, metode PWM dihasilkan dengan menggunakan
metode analog. Metode PWM ini akan mengatur lebar atau sempitnya periode
pulsa aktif yang dikirimkan oleh IC PWM SG3525 ke IC L298 driver motor.
15
Sinyal PWM digunakan untuk mengaktifkan rangkaian driver motor DC,
perubahan lebar pulsa PWM menyebabkan terjadinya perubahan tegangan input
motor DC.
PWM pada dasarnya adalah sarana transmisi informasi dalam serangkaian
pulsa, dimana data yang dikirim dikodekan melalui lebar dari pulsa yang
ditransmisikan. PWM merupakan suatu teknik dalam mengatur kerja suatu
peralatan yang memerlukan arus pull in yang besar dan untuk menghindari
disipasi
daya
yang
berlebihan
dari
peralatan
yang
akan
dikontrol.
PWM
merupakan suatu metoda untuk mengatur kecepatan perputaran motor
dengan cara mengatur prosentase lebar pulsa high terhadap perioda dari suatu
sinyal persegi dalam bentuk tegangan periodik yang diberikan ke motor sebagai
sumber daya. Semakin besar perbandingan lama sinyal high dengan perioda sinyal
maka semakin cepat motor berputar.
Pulse width modulation (PWM) sering digunakan di dalam sistem
pengontrolan kecepatan motor dan bisa mengatasi masalah pada starting motor
yang jelek. PWM, bisa dianalogikan seperti kegiatan naik sepeda. Sewaktu
mengendarai sepeda, ada saat dimana mengayuh pedal dan ada saat relaks atau
kondisi santai (tidak mengayuh). Ketika sepeda melambat, misalkan pada jalan
yang agak menanjak, maka pedal akan dikayuh lebih cepat dan setelah mencapai
kondisi yang di inginkan kayuhan pedal akan diperlambat.
Fungsi PWM digunakan dalam mengurangi daya total yang disediakan
untuk beban dengan daya rata-rata yang disampaikan adalah sebanding dengan
duty cycle modulasi. Duty cycle adalah rasio atau perbandingan antara waktu
mengayuh pedal dengan waktu rilek / santai. Duty cycle pada kondisi 100%
berarti pada saat bersepeda pedal dikayuh terus tanpa waktu santai, sedangkan
kondisi duty cycle 50% berarti mengayuh pedal selama setengah dari waktu total.
2.2.1 Prinsip Dasar PWM
Modulasi lebar pulas (PWM) dapat diperoleh dengan bantuan sebuah
gelombang kotak yang siklus kerja (duty cycle) gelombangnya dapat diubah-ubah
untuk mendapatkan sebuah tegangan keluaran yang bervariasi yang merupakan
16
nilai rata-rata dari gelombang tersebut. Lebih jelasnya mari kita simak gambar
dibawah ini.
Gambar 2.12 Gelombang pulsa duty cycle
Berdasarkan gambar diatas, Ton adalah waktu dimana tegangan keluaran
berada pada posisi high atau 1 sedangkan Toff adalah waktu dimana tegangan
keluaran berada pada posisi low. Anggap Ttotal adalah waktu satu siklus atau
penjumlahan antara Ton dengan Toff , biasa dikenal dengan istilah periode satu
gelombang.
T total = Ton + Toff .................................................................................. (2.5)
Siklus kerja atau duty cycle sebuah gelombang didefinisikan sebagai,
D
(
)
....................................................................... (2.6)
Tegangan keluaran dapat bervariasi dengan duty-cycle dan dapat dirumuskan
sebagai berikut,
Vout
Vin ...................................................................................... (2.7)
sehingga:
Vout =
Vin ....................................................................................(2.8)
Dari rumus diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa tegangan keluaran dapat
diubah-ubah secara langsung dengan mengubah nilai Ton. Apabila Ton adalah 0,
Vout juga akan 0. Apabila Ton adalah Ttotal maka Vout adalah Vin atau katakanlah
nilai maksimumnya.
17
2.2.2 Pembangkitan PWM
Dasar pembangkitan PWM adalah dengan membandingkan tegangan (+)
non-inverting dengan tegangan (-) inverting menggunakan rangkaian komparator.
dibangkitkan dengan membandingkan gelombang segitiga (ramp wave)
Pulsa
dengan VDC (V control) melalui komparator. Dengan ramp wave yang
mempunyai amplitudo dan frekwensi tetap, duty cycle dari PWM bisa berubah
dengan mengatur tegangan DC.
Gambar 2.13 Rangkaian komparator
Prinsip kerja rangkaian komparator adalah bila tegangan non-inverting
lebih besar daripada tegangan inverting maka keluaran pembanding mendekati
Vdd dan apabila sebaliknya maka keluaran pembanding mendekati Vss. Bila
diberikan input pada inverting berupa tegangan DC, sedangkan pada noninverting diberi input gelombang segitiga dengan amplitudo dan frekwensi tetap
maka akan dihasilkan sinyal PWM. IC yang digunakan pada proyek akhir ini
adalah IC SG3525 yang terdiri dari 16 pin.
Gambar 2.14 Pin IC SG3525
18
Proses pembentukan PWM pada IC ini dengan membandingkan rangkaian
komparator seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.15 Diagram Blok IC SG3525
Gambar2.16 Proses Pembentukan PWM Menggunakan Komparator
Pada
gambar
diatas
terdapat
rangkaian
komparator
yang
akan
menghasilkan keluaran PWM. Prinsip kerjanya adalah jika pin 2 diberi tegangan
masukan 1-5 volt maka tegangan input itu akan dibandingkan dengan tegangan
segitiga pada komparator. Tegangan segitiga tersebut dapat diatur besar
frekuensinya dengan mengatur besarnya Ct dan Rt. Jika tegangan masukan 1 volt
19
maka akan memotong tegangan segitiga kecil sehingga duty cycle yang dihasilkan
kecil tetapi jika tegangan masukan sebesar 5 volt akan memotong semua tegangan
segitiga sehingga duty cycle yang dihasilkan akan 100%. Adapun fungsi dari
masing-masing
pin adalah :
Tabel 2.1 Fungsi masing-asing pin IC SG3525
Pin
Fungsi
Adalah input dari tegangan yang akan distabilkan dari output.
Bila tegangan feedback dari output lebih besar dari 2,5V akan
bereaksi menghentikan pengeluaran pulsa dibagian output,
Pin 1
sehingga pulsa jadi menyempit. Sebaliknya ketika terbaca
tegangan output kurang dari 2,5V akan membiarkan pulsa terus
melebar hingga tercapai tegangan output yg sesuai. Tetapi lebar
pulsa ada batasnya yaitu lebar maksimal pulsa yg dihasilkan
oleh oscillator PWM.
Adalah referensi pembanding tegangan. Tegangan +5V dari
Pin 2
pin16 diberikan ke resistor pembagi tegangan yg terdiri dari 2
resistor 10K, sehingga menghasilkan tegangan referensi +2,5V.
Sychroniser hanya dibutuhkan untuk penggunaan khusus,
seperti aplikasi dipesawat penerima TV / Monitor Komputer
Pin 3
atau Amplifier kelas D. Maksudnya agar langkah kerja
frekuensi selaras dengan alat yang menggunakannya. Atau bisa
juga digunakan bila kita menginginkan penggunaan oscillator
external.
Pin 4
Pin 5
Pin 6
Pin 7
Oscillator Out, untuk mengukur frekuensi kerja oscillator
Adalah untuk hubungan kapasitor penentu frekuensi kerja PWM
Oscillator, bekerja bersama pin 6.
Adalah untuk hubungan resistor penentu frekuensi kerja PWM
Oscillator, bekerja bersama pin 5.
Adalah Discharge untuk oscillator PWM. Kelengkapan dari
bagian oscillator PWM.
20
Adalah untuk soft start. Disaat start akan membatasi oscillator
PWM agar bekerja mulai dari pulsa-pulsa yg sangat sempit
kemudian secara bertahap akan memperlebar pulsa, hingga
Pin 8
akhirnya dicapai lebar pulsa yang sesuai kebutuhan untuk
menghasilkan tegangan output yg dibutuhkan. Hasilnya di
output tegangan akan keluar dari tegangan mendekati 0V
kemudian secara perlahan naik secara bertahap hingga tercapai
tegangan output yg sesuai dengan tegangan yang diharapkan.
Adalah Shutdown untuk mengaktifkan penghentian kerja IC
PWM. Bisa digunakan untuk pengaktifan jarak jauh, seperti
Tape mobil. Di smps PC shutdown digunakan untuk mematikan
kerja IC PWM saat terjadi insiden tegangan lebih yang tak
Pin 10
terkendali, atau tegangan drop yang tidak wajar, atau beban
output melebihi batas yg ditentukan. Shutdown akan aktip bila
diberi tegangan +5V, dalam rangkaian proyek akhir ini belum
digunakan sebagaimana mestinya, maka harus dihubungkan ke
Ground.
Pin 11 & pin
Adalah output dimana kedua pin tersebut berbeda fase 180
14
derajat, atau bekerja secara bergantian.
adalah catu untuk bagian output, bisa dipisah dari tegangan catu
Pin 13
utama pada pin 15, bila kita menginginkan tegangan output yg
berbeda dgn tegangan catu utama. Tegangan maksimum untuk
catu ini adalah +18VDC dgn arus maksimal 100mA.
Adalah input catu tegangan utama untuk semua rangkaian IC
Pin 15
PWM, tidak termasuk tegangan catu untuk bagian output. Batas
tegangan yg diijinkan mulai dari +8V ~ +35VDC.
Adalah referensi voltage, yang memberi tegangan +5V yang
Pin 16
sudah distabilkan didalam IC tersebut.
21
2.3
Driver Motor H-Bridge
Driver
Motor
adalah
sebuah
rangkaian
yang
digunakan
untuk
mengendalikan sebuah motor DC sehingga dapat berputar searah ataupun
melawan
jarum jam.Prinsip kerja driver motor adalah mengatur aliran arus pada
motor DC. Apabila arah arus dibalikkan maka putaran motor akan berputar kearah
sebaliknya juga. Driver motor pada dasarnya berfungsi sebagai penguat, sehingga
daya yang besar dapat dikontrol pada tegangan 1-5 volt. Seperti kita ketahui
biasanya standar kontrol itu antara 1-5 volt atau 1-10 volt sehingga driver tersebut
diintegrasikan dalam suatu rangkaian pengendali misalnya PID. Jika
dapat
diintegrasikan dengan rangkaian PID pada saat motor dibebani putaran motor DC
akan tetap konstan atau stabil.
Selain itu rangkaian driver berfungsi untuk mengatur kerja peralatan
dimana ia dihubungkan atau dirangkai dalam suatu fungsi elektronika. Driver
motor DC membentuk beberapa fungsi dasar seperti men-start dan mempercepat
motor, menghentikan gerak motor, membalik putaran motor, mengendalikan
putaran, dan menyediakan beberapa upaya untuk melindungi motor dari
kerusakan elektronik.
H-Bridge atau yang diterjemahkan secara kasar sebagai Jembatan H
(Gambar 2.17), adalah sebuah rangkaian dimana motor menjadi titik tengahnya
dengan dua jalur yang bisa dibuka tutup untuk melewatkan arus pada motor
tersebut, persis seperti huruf “H” (dengan motor berada pada garis horizontal).
Gambar 2.17 Rangkaian H-Bridge Secara Umum
Dua terminal motor a dan b dikendalikan oleh 4 saklar (1 s.d. 4). Ketika saklar
satu dan dua diaktifkan (saklar 3 dan 4 dalam keadaan off), maka terminal motor a
22
akan mendapatkan tegangan (+) dan terminal b akan terhubung ke ground (-), hal
ini menyebabkan motor bergerak maju (atau searah jarum jam). Lihat Gambar
2.18 di bawah ini:
Gambar 2.18 Motor Berputar Searah Jarum Jam
Sedangkan sebaliknya, bila saklar 1 dan 2 dalam keadaan off, saklar 3 dan 4
dalam keadaan aktif, maka terminal a akan terhubung ke ground (-) dan terminal b
akan mendapatkan tegangan (+), dan tentunya hal ini dapat menyebabkan motor
berubah arah putarnya, menjadi bergerak mundur (atau berlawanan dengan arah
jarum jam) seperti ditunjukan pada Gambar 2.19
Gambar 2.19 Motor Berputar Berlawanan Arah Jarum Jam
2.3.1 IC L298 Motor Driver
L298 adalah IC yang dapat digunakan sebagai driver motor DC. IC ini
menggunakan prinsip kerja H-Bridge. IC L298 memiliki dua buah rangkaian HBridge di dalamnya, sehingga dapat digunakan untuk men-drive dua buah motor
23
DC. IC L298 masing-masing dapat menghantarkan arus hingga 2A. Namun,
dalam penggunaannya, IC ini dapat digunakan secara paralel, sehingga
kemampuan menghantarkan arusnya menjadi 4A. Dalam proyek akhir ini pin IC
dihubungkan dalam modus operasi paralel.Adapun pin IC
L298
L298 yang
dihubungkan secara parallel yaitu :
 OUT1 dihubungkan dengan OUT3
 OUT2 dihubungkan dengan OUT4
 IN1 dihubungkan dengan IN3
 IN2 dihubungkan dengan IN4
 ENABLE A dihubungkan dengan ENABLE B
IC ini memiliki empat channel masukan yang didesain untuk dapat
menerima masukan level logika TTL. Masing-masing channel masukan ini
memiliki channel keluaran yang bersesuaian. Gambar 2.20 memperlihatkan
penampang IC L298. Dengan memberi tegangan 5 volt pada pin enable A dan
enable B, masing-masing channel output akan menghasilkan logika high (1) atau
low (0) sesuai dengan input pada channel masukan. Untuk lebih jelasnya prinsip
kerja IC L298 dapat dilihat pada tabel 2.1
Gambar 2.20 Penampang IC L298
24
Tabel 2.1 Tabel Logika Prinsip Kerja IC L298
Enable A,B
1
0
Input 1,3
Output 1,3
Input 2,4
Output 2,4
0
0
0
0
1
1
1
1
0
x
0
x
1
x
1
x
Keterangan:
x : kondisi don’t care (tidak dihiraukan)
2.4
Komponen Elektronik
2.4.1 Dioda
Bahan dasar yang banyak digunakan untuk membuat piranti elektronik
adalah bahan semikonduktor germanium (Ge) dan Silikon (Si), yang mana kedua
bahan ini mempunyai electron valensi yang sama. Sambungan bahan
semikonduktor P dan N mendasari suatu piranti elektronik aktif yang disebut
sebagai dioda. Dioda mempunyai elektroda anoda yang berkutub positif dan
elektroda katoda yang berkutub negatif. Simbol dioda diperlihatkan seperti pada
gambar
Gambar 2.21 Simbol Dioda
A. Bias Maju Dioda
Jika anoda dihubungkan pada polaritas positif batere, sedangkan katoda
pada polaritas negative seperti pada gambar 2.22, maka keadaan dioda
disebut arah maju (forward-bias) aliran arus dari anoda menuju katoda,
dan aksinya sama dengan rangkaian tertutup.
25
Gambar 2.22 Bias Maju Saklar On
Gambar 2.23 Kurva Hubungan Arus dengan Tegangan Bias Maju
B. Bias mundur Dioda
Jika katoda dihubungkan pada polaritas positif batere, sedangkan aooda
pada polaritas negatif seperti gambar 2.24, maka keadaan dioda disebut
arah mundur (reverse-bias) dan aksinya sama dengan rangkaian terbuka.
Gambar 2.24 Bias Mundur- Saklar Off
26
Sebagai sifat dioda, pada saat reverse, nilai tahanan dioda relatif sangat
besar dan dioda ini tidak dapat menghantarkan arus. Gambar 2.25
memperlihatkan kurva pada saat reverse. Harga-harga nominal baik arus
maupun tegangan tidak boleh dilampaui,karena akan mengakibatkan
rusaknya dioda.
Gambar 2.25 Kurva Hubungan Arus dan Tegangan Bias Mundur
Secara umum dioda digunakan sebagai penyearah (rectifier) tegangan
AC satu fasa atau tiga fasa kedalam bentuk gelombang arus searah (DC).
2.4.2 Dioda Schottky
Dioda Schottky menggunakan logam emas, perak atau platina pada salah
satu sisi dan silikon yang didop ( N+ ) pada sisi lain. Sehingga dioda semacam ini
adalah piranti unipolar karena elektron merupakan pembawa mayoritas pada
kedua sisi junction.
Gambar 2.26 Dioda Schottky
27
Dioda Schottky dibuat dengan cara menggabungkan suatu logam seperti
emas , perak atau platina dengan silikon jenis n. Alat ini mempunyai penyimpanan
muatan
yang sangat kecil dan banyak dijumpai dalam penerapan sebagai saklar
kecepatan tinggi. Suatu jenis logam itu berlaku sebagai acceptor bagi elektron bila
digabungkan ke silikon type n. Selanjutnya elektron berdifusi dari silicon ke
logam tadi. Pada kontak penyearah , arus yang sangat kecil mengalir hingga
tegangan UN melampaui tegangan minimum tertentu . Uj adalah tegangan yang
diperlukan
untuk mencapai kurva tegangan datar seperti gambar 2.27
Gambar 2.27 Elektron berdifusi dari silikon ke logam
Difusi ini mengakibatkan terjadi penipisan elektron dekat sambungan pada
bahan n dan cenderung bermuatan positif. Bila daerah ini menjadi cukup lebar
tegangan positif ini menghalangi difusi lebih lanjut. elektron mengalir. Bila dioda
Schottky dioperasikan dalam mode maju , arus electron bergerak dari silikon type
N. Karena elektron bergerak melalui logam berimpendansi rendah waktu
rekombinasi τ sangat kecil , bernilai sekitar 10 ps.
Dioda Schottky adalah dioda yang tidak mempunyai lapisan pengosongan
atau penyimpanan muatan, dapat dioperasikan nyala dan mati lebih cepat daripada
dioda bipolar selain itu banyak digunakan sebagai rangkaian saklar (switching).
28
Biasanya, digunakan pula untuk menyearahkan frekuensi diatas 300MHz dan
mempunyai batasan tegangan yang rendah dan waktu operasi yang cepat.
Kapasitor Electrolytic
2.4.3
Kapasitor merupakan komponen elektronik yang dapat menyimpan muatan
listrik. Kapasitor electrolytic terdiri atas kapasitor-kapasitor yang bahan
dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Elektroda kapasitor ini terbuat dari
alumunium yang menggunakan membran oksidasi yang tipis. Umumnya kapasitor
termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan –
yang
dibadannya. Biasanya jenis kapasitor ini digunakan pada rangkaian power supply,
low pass filter, dan rangkaian pewaktu.
Gambar 2.28 Kapasitor Electrolytic
Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan
positif akan mengumpul pada satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang
sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal satu lagi. Muatan positif
tidak mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak
bisa menuju kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non
konduktif sehingga muata elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada
ujung-ujung kakinya.
2.4.4 Penyearah Gelombang Satu Fasa
Penyearah gelombang (rectifier) merupakan bagian dari power supply / catu
daya yang berfungsi untuk mengubah sinyal tegangan AC (Alternating current)
menjadi tegangan DC (Direct Current). Komponen utama dalam penyearah
29
gelombang adalah dioda yang dikonfiguarsikan secara forward bias. Dalam
sebuah power supply tegangan rendah, sebelum tegangan AC tersebut di ubah
menjadi tegangan DC maka tegangan AC tersebut perlu di turunkan menggunakan
transformator
stepdown. Ada 3 bagian utama dalam penyearah gelombang pada
suatu power supply yaitu, penurun tegangan (transformer), penyearah gelombang /
rectifier (dioda) dan filter (kapasitor) yang digambarkan dalam blok diagram
berikut.
AC Input
Transformer
Rectifier
Filter
DC Output
Gambar 2.29 Blok Diagram Power supply
Pada dasarnya konsep penyearah gelombang dibagi dalam 2 jenis yaitu,
penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. Pada proyek
akhir ini penulis akan membuat power supply setengah gelombang ± 15 V.
2.4.4.1 Penyearah Setengah Gelombang
Penyearah setengah gelombang hanya menggunakan 1 buah diode
sebagai komponen utama dalam menyearahkan gelombang AC.
AC
Vi
IRL
RL
Gambar 2.30 Penyearah setengah gelombang
30
Prinsip kerja penyearah setengah gelombang adalah bahwa pada saat
sinyal input (Vi) pada setengah perioda positif, maka dioda mendapat bias maju
sehingga arus (IRL) mengalir ke beban (RL), dan sebaliknya bila sinyal input pada
setengah
perioda negatif maka dioda mendapat bias mundur sehingga tidak ada
arus (IRL) yang mengalir ke beban (RL) dan berarti tegangan V RL sama dengan
nol. Bentuk tegangan masukan dan keluaran penyearah setengah gelombang
diperlihatkan pada gambar 2.31 dibawah ini.
Gambar 2.31 Bentuk Gelombang Penyearah Setengah Gelombang
2.4.5 Transformator Step Down
Transformator step down adalah komponen elektronika pasif yang
berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik bolak-balik (AC). Bentuk dasar
transformator adalah sepasang ujung pada bagian primer dan sepasang ujung pada
bagian sekunder. Bagian primer dan sekunder adalah merupakan lilitan kawat
email yang tidak berhubungan secara elektris. Kedua lilitan kawat ini dililitkan
pada sebuah inti yang dinamakan inti trafo. Untuk trafo frekuensi rendah
contohnya adalah trafo penurun tegangan (Step Down Trafo) yang digunakan pada
peralatan-peralatan elektronik tegangan rendah. Trafo jenis ini jika pada bagian
primernya dihubungkan dengan tegangan AC misalnya 220 volt maka pada
bagian sekundernya akan mengeluarkan tegangan yang lebih rendah. Pada
rangkaian tersebut trafo berfungsi untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala
PLN yang 220 volt menjadi sebesar tegangan yang dibutuhkan peralatan tersebut
agar dapat bekerja normal, misalya 3 volt, 6 olt, atau 12 volt.
31
Gambar 2.32 Transformator Step Down
2.4.6 IC Regulator
Regulator
tegangan
berfungsi
untuk
filter
tegangan
atau
untuk
menstabilkan tegangan agar tegangan yang ada selalu konstan. Hal ini
dimaksudkan agar pasokan tegangan yang akan digunakan selalu stabil, sebab IC
dan komponen yang ada dalam robot tersebut memerlukan tegangan yang stabil
agar sistem kerjanya tidak terganggu. Oleh karena itu biasanya dalam rangkaian
power supply dipakai IC Regulator tegangan agar tegangan outputnya stabil. IC
yang biasa digunakan adalah IC 78XX, IC seri 78xx (kadang-kadang dikenal
sebagai LM78xx) adalah sebuah keluarga IC regulator tegangan linier monolitik
bernilai tetap.
Keluarga 78xx adalah pilihan utama bagi banyak sirkuit elektronika yang
memerlukan catu daya teregulasi karena mudah digunakan dan harganya relatif
murah. Untuk spesifikasi IC individual, xx digantikan dengan angka dua digit
yang mengindikasikan tegangan keluaran yang didesain, contohnya 7805
mempunyai keluaran 5 volt dan 7812 memberikan 12 volt.
Keluarga 78xx adalah regulator tegangan positif, yaitu regulator yang didesain
untuk memberikan tegangan keluaran yang relatif positif terhadap ground
bersama. Sedangkan keluarga 79xx adalah peranti komplementer yang didesain
untuk catu negatif. IC 78xx dan 79xx dapat digunakan bersamaan untuk
memberikan regulasi tegangan terhadap pencatu daya split. Pada gambar 2.33
berikut merupakan susunan kaki IC regulator tersebut.
32
Gambar 2.33 Susunan Kaki IC Regulator
Keunggulan
seri 78xx diantaranya :
1) Seri 78xx tidak memerlukan komponen tambahan untuk meregulasi tegangan,
membuatnya mudah digunakan, ekonomis dan hemat ruang. Regulator tegangan
lainnya mungkin memerlukan komponen tambahan untuk membantu peregulasian
tegangan. Bahkan untuk regulator bersakelar, selain membutuhkan banyak
komponen, juga membutuhkan perencanaan yang rumit.
2) Seri 78xx memiliki rangkaian pengaman terhadap pembebanan lebih, panas
tinggi dan hubung singkat, membuatnya hampir tak dapat dirusak. Dalam keadaan
tertentu, kemampuan pembatasan arus peranti 78xx tidak hanya melindunginya
sendiri, tetapi juga melindungi rangkaian yang ditopangnya.
Kekurangan seri 78xx diantaranya :
1) Tegangan masukan harus lebih tinggi dari tegangan keluaran (biasanya 2-3
volt). Ini membuatnya tidak tepat digunakan untuk penggunaan tegangan rendah,
misalnya regulasi 5 volt dari sumber baterai 6 volt tidak akan bekerja dengan
7805.
2) Sebagaimana regulator linier lainnya, arus masukan sama dengan arus
keluaran. Karena tegangan masukan lebih tinggi daripada tegangan keluaran,
berarti ada daya yang diboroskan.
2.4.7 Transistor Sebagai Penguat Arus
Transistor sebagai penguat adalah salah satu fungsi transistor selain
transistor sebagai saklar. Pada saat ini penggunaan transistor sebagai penguat
sudah banyak di gunakan dalam sebuah perangkat elektronik. Contohnya adalah
33
Tone Control, Amplifier (Penguat Akhir), Pre-Amp dan rangkaian elektronika
lainnya. Penggunaan transistor ini memang sudah menjadi keharusan dalam
komponen elektronika.
Transistor merupakan suatu komponen monokristal semi konduktor di
mana dalam komponen terdapat dua pertemuan antara P-N. Sehingga kita dapat
membuat dua rangkaian yaitu P-N-P dan N-P-N. Transistor merupakan suatu
komponen yang dapat memperbesar level sinyal keluaran sampai beberapa kali
sinyal masukan. Sinyal masukan disini dapat berupa sinyal AC ataupun DC.
Prinsip dasar transistor sebagai penguat adalah arus kecil pada basis
mengontrol arus yang lebih besar dari kolektor melewati transistor. Transistor
berfungsi sebagai penguat ketika arus basis berubah. Perubahan kecil arus basis
mengontrol perubahan besar pada arus yang mengalir dari kolektor ke emitter.
Kelebihan dari transistor penguat tidak hanya dapat menguatkan sinyal, tapi
transistor ini juga bisa digunakan sebagai penguat arus, penguat tegangan dan
penguat daya. Pada proyek akhir ini Penguat arus diterapkan pada adaptor atau
power supply dengan daya rendah. Fungsi rangkaian ini adalah meningkatkan
kemampuan power supply atau adaptor tersebut dalam memberikan sumber arus
yang lebih besar. Rangkaian ini dibuat dengan komponen utama berupa transistor
yang dipasang sebagai penguat arus dari suatu regulator tegangan positif.
Gambar 2.34 Transistor Sebagai Penguat Arus
Rangkaian penguat arus ini merupakan teknik penguatan arus secara umum
dari regulator positif LM78xx atau regulator LM317 yang hanya mampu
mengallirkan arus maksimal 1A. Dengan pemasangan transistor sebagai penguat
arus tersebut maka arus maksimal yang mampu di supply adalah sesuai
kemampuan maksimal transistor mengalirkan arus.
34
2.5
Enkoder
Enkoder adalah alat yang dapat menghasilkan keluaran digital sebagai akibat
dari pergeseran sudut atau linear. Enkoder posisi dapat dikelompokkan dalam dua
kategori
yaitu encoder incremental yang mendeteksi perubahan pergeseran dari
beberapa posisi data, dan enkoder absolut yang memberikan posisi aktual.
Gambar 2.35 Enkoder inkremental optis
Pada gambar 2.35 menunjukkan bentuk dasar dari sebuah enkoder
incremental untuk pengukuran pergeseran sudut sebuah batang. Enkoder ini terdiri
dari sebuah piringan yang berputar bersama batang. Pada bentuk ini, piringan
putar memiliki sejumlah jendela di mana berkas cahaya dapat lewat dan dideteksi
oleh sensor cahaya yang sesuai. Pada saat batang dan piringannya berputar, maka
sensor akan menghasilkan sebuah keluaran berupa pulsa di mana jumlah pulsa
berbanding lurus dengan sudut yang dilewati oleh putaran piringan. Pergeseran
sudut piringan, yang juga berarti pergeseran batangan yang memutarnya, dengan
demikian dapat ditentukan berdasarkan banyaknya pulsa yang dihasilkan pada
pergeseran sudut dari beberapa posisi data. Jumlah jendela pada sebuah piringan
bervariasi antara 60 hingga ribuan dengan banyak lintasan memiliki slot-slot yang
hampir sama banyak pada tiap-tiap lintasan. Dengan 60 buah slot dalam 1 kali
revolusi, di mana satu revolusi sama dengan putaran sejauh 360º, maka pergeseran
sudut minimum , yang dikenal dengan istilah resolusi, yang dapat dideteksi adalah
⁄
= 6º. Dengan encoder inkremental banyaknya pulsa yang terhitung akan
menggambarkan besarnya pergeseran sudut yang terjadi. Sebuah pergeseran,
35
misalnya 50º, akan menghasilkan jumlah pulsa yang sama bagaimanapun posisi
sudut batangan saat memulai rotasinya.
2.6 Sistem Kendali adalah sistem yang dibangun untuk menghasilkan
Sistem Kendali
karakteristik kerja yang mampu menekan atau meminimalisasi faktor pengaruh
yang dapat menyimpangkan keluaran sistem dari yang diinginkan agar diperoleh
hasil yang teregulasi (berada sekitar nilai standar yang telah ditetapkan
sebelumnya).
Menurut Pakpahan, 1988, istilah lain sistem kontrol atau teknik
kendali adalah teknik pengaturan, sistem pengendalian, atau sistem pengontrolan.
Sistem kendali dapat dibedakan menjadi beberapa jenis. Berdasarkan prinsip
kerja pengaturan, sistem kendali ada dua macam, yaitu sistem kendali umpan
maju (kalang terbuka/open loop) dan sistem kendali umpan balik (kalang
tertutup/close loop).
2.6.1 Sistem Kendali Loop Terbuka
Sistem kendali loop terbuka merupakan sistem kontrol yang keluarannya
tidak berpengaruh pada aksi pengontrolan, atau dengan kata lain sistem kendali
loop terbuka keluarannya (output) tidak dapat digunakan sebagai perbandingan
umpan balik dengan inputnya. Akibatnya ketetapan dari sistem tergantung dari
kalibrasi.
Pada umumnya, sistem kendali loop terbuka tidak tahan terhadap gangguan
luar. Dibawah ini adalah gambar diagram blok sistem kendali loop terbuka.
Disturbances
Summator
R(s)
C(s)
e(s)
Controller
Set- Point +
Error
Actuator
Process
Manipulated
Variabel
Gambar 2.36 Blok Diagram Sistem Kendali Loop Terbuka
Process
Variable
36
2.6.2 Sistem Kendali Loop Tertutup
Sistem kendali loop tertutup seringkali disebut sistem kendali umpan balik.
Sistem
umpan balik ini adalah sistem kendali yang mengawasi nilai-nilai keluaran
yang aktual dan membandingkan agar tetap pada nilai-nilai yang diinginkan,
untuk kemudian mengubah set aktuator agar kesalahan (error) semakin diperkecil.
Sinyal kesalahan (error) merupakan selisih antara besaran setpoint dengan
besaran
aktualnya. Selisih ini akan mempengaruhi kontroler, untuk mengeluarkan
sinyal
positif
(mempercepat
pencapaian
harga
setting)
atau
negatif
(memperlambat tercapainya harga yang diinginkan). Pada umumnya sistem
kendali loop tertutup tahan terhadap gangguan dari luar sehingga dapat
mengkompensasi ketidaktepatan di dalam model proses, kesalahan pengukuran,
dan gangguan-gangguan tak terukur.
Disturbances
Summator
R(s)
C(s)
e(s)
Controller
Set- Point +
Actuator
Process
Error
Manipulated
Variabel
Sensor
Gambar 2.37 Blok Diagram Sistem Kendali Loop Tertutup
Process
Variable
37
Gambar 2.38 Ilustrasi Spesifikasi Respon
2.6.3 Macam Sistem Kendali
Dalam sistem kendali dikenal beberapa macam pengendali yang umum
digunakan, antara lain :
1. Pengendali P (Proporsional)
2. Pengendali I (Integral)
3. Pengendali D (Derivatif)
Pada proyek akhir ini modul pengendali motor DC magnet permanen dapat
dihubungkan pada suatu kontroler PID, sehingga selain dapat dikontrol secara
loop terbuka juga dapat dikontrol secara loop tertutup. Jenis pegendali yang akan
digunakan adalah pengendali Proporsional Integral (PI).
a. Pengendali Proporsional Integral (PI)
Summator
R(t)
Set - Point
e(t)
+
P+I
C(t)
upi(t)
Process
Process
Variable
Error
Manipulated
Variabel
Gambar 2.39 Diagram Blok Pengendali PI pada Sistem Kendali Loop Tertutup
Alat pengendalian proporsional–integral (PI) adalah alat pengendalian hasil
kombinasi dari alat pengendalian proporsional (P) dan alat pengendalian integral
38
(I). Bentuk matematis alat pengendalian ini merupakan kombinasi penambahan
persamaan pengendalian dari alat pengendalian P dan alat pengendalian..
Upi(t)=K e(t)
p
Kp
T1
t
 e(t )dt
…….……………….………………......... (2.9)
0
Jika harga awal dianggap nol, maka transformasi Laplace persamaan di atas
adalah
Upi(s)
= KpE(s) +
Kp
TI s
E(s) ……………………….…………………… (2.10)
Maka fungsi alih alat pengenalian dapat dituliskan :
( )
(
( )
) ….………………………………………..………… (2.10)
Kp adalah penguatan proporsional, dan T1 adalah waktu integral. Kedua
parameter ini dapat diset harganya. Waktu integral mengatur aksi pengendalian
integral namun pengubahan penguatan proporsional mempengaruhi kedua bagian
aksi pengendalian, yakni bagian proporsional dan bagian integral. Dalam alat
pengendalian integral, parameter pengendaliannya biasa juga dinyatakan dengan
laju reset (reset rate) atau Ki yang merupakan kebalikan dari waktu integral Ti.
Laju reset ini adalah berapa kali per menit aksi bagian pengendalian proporsional
menjadi dua kali lipat. Untuk memperjelas pengertian waktu integral dapat dilihat
dalam penjelasan tanggapan step alat pengendalian.
Tabel 2.2 Pengaruh Tunning Parameter PI Secara Independen Terhadap Respon Proses
Waktu
Tanjakan
Pembesaran
Kp
Overshoot
Berkurang Bertambah
Pembesaran
Sedikit
Ki
Berkurang
Waktu
Error
Penetapan
Tunak
Sedikit
Bertambah
Bertambah Bertambah
Berkurang
Banyak
Berkurang
Kestabilan
Menurun
Menurun
Dapat disimpulkan bahwa karakteristik dari pengendalian PID adalah
sebagai berikut.
39
Efek P yang dapat mempercepat respon dan terjadi offset, efek I yang
dapat menghilangkan offset namun responnya lambat, sehingga efek PI adalah
respon yang cukup cepat dan nilai offset nol.
2.6.4 Aksi Kontrol Dasar
Pada pengerjaan tugas akhir ini digunakan tipe kontroler feedback. Nilai
Manipulative Variable (MV) pada kontroler feedback bergerak kearah kebalikan
dari nilai Process Variable (PV). Sehingga nilai PV melebihi nilai Set point
Variable
(SV) maka nilai error akan bertambah dan nilai output dari kontroler
akan menurun sehingga nilai PV menurun. Pada dasarnya, tugas sebuah
pengontrol otomatis terbagi dalam dua tahap, yaitu membandingkan dan
menghitung. Kedua tugas tersebut di dalam diagram blok diwakili oleh kerja
summing junction dan kerja unit kontrol, seperti terlihat pada Gambar 2.40s.
SP
error
+
Pengontrol
MV
Proses
CV
PV
Gambar 2.40 Diagram Blok Sistem Pengontrolan Feedback
Summing junction bertugas membandingkan Variable Process (PV)
dengan titik acuan (SP) sehingga akan dihasilkan kesalahan (error = SP – PV).
Unit pengontrol bertugas menghitung besar kecilnya koreksi yang diperlukan
akibat adanya error ini dan menghasilkan sinyal kontrol (MV) menuju elemen
kontrol akhir.
2.6.5 Tanggapan Sistem Kendali Umum
Ketelitian adalah menunjukkan deviasi keluaran sebenarnya terhadap nilai
yang diinginkan. Umumnya ketelitian sistem pengaturan diperbaiki dengan
menggunakan mode pengontrol seperti integrasi atau integrasi proporsional.
Kestabilan adalah suatu sistem dikatakan stabil jika keluarannya tetap pada
nilai tertentu dalam jangka waktu yang ditetapkan setelah diberi masukan.
40
Keluaran suatu sistem tak stabil akan terus naik dan atau turun hingga kondisi
break down.
Kecepatan respon (response) adalah mengukur kecepatan keluaran dalam
menanggapi
perubahan nilai masukan.
Pada sistem orde dua, tanggapan sistem kendali terbagi menjadi tiga
berdasarkan konstanta peredamannya, yaitu sistem kurang teredam/under damped
(ζ < 1), teredam kritis/critical damped (ζ = 1) dan teredam lebih/over damped (ζ >
1).
Gambar 2.41 Kurva Peredaman (Damped Curve)
2.6.6
Tanggapan Transien
Tanggapan transien adalah tanggapan sistem yang berlangsung dari awal
dikenai perubahan masukan atau gangguan sampai keadaan akhir atau kondisi
tunak (steady state).
Secara umum bentuk respon output sistem orde 2, untuk input unit step
sebagai berikut :
Gambar 2.42 Tanggapan Transien
41
Parameter-parameter transien :
td = tr =
50% amplitudo input.
rise time = waktu yang dibutuhkan sistem untuk kenaikan respons dari
delay time = waktu yang dibutuhkan utuk mencapai amplitude sebesar
(10% - 90%) amplitudo input.
tp =
peak time = waktu yang dibutuhkan sistem untuk mencapai respons
sampai amplitudo maximum/ maximum overshoot pertama.
ts = settling time = waktu yang dibutuhkan untuk mencapai simpangan amplitudo
tidak lebih dari 5% pertama kali.
Mp = maximum persent over shoot = perbandingan diantara simpangan tertinggi
yang tercapai dengan amplitudo steady state (amplitudo input).
( )
( )