MATERI I
PEGENALAN SISTEM KONTROL
Perkembangan Sistem Kontrol
·
System kontrol automatik pertama
adalah governor sentrifugal untuk
pengontrolan kecepatan mesin uap
yang dibuat oleh James Watt pada abad ke-18
·
1922-Minorsky membuat kontroler
automatik untuk mengemudikan kapal
dengan cara menentukan kestabilan dari persamaan diferensial
·
1932-Nyquist mengembangkan suatu
prosedur yang relatif sederhana untuk
menentukan kestabilan sistem lup tertutup pada basis respon lup terbuka terhadap masukan lunak (steady state)
sinusoida
·
19341934--Hazen, yang
memperkenalkan istilah servomekanisme untuk systemHazen, yang memperkenalkan
istilah servomekanisme untuk system
kontrol posisi, membahas desain servomekanisme relai yang mampu mengikuti dengan baik masukan yang berubah
·
1940-an, metode respon
frekuensi untuk mendesain system
kontrol liniar berumpan-balik yang
memenuhi persyaratan performansi.
·
Aakhir tahun 1940 hingga awal
tahun 1950, metoda tempat kedudukan akar
dalam disain system kontrol.
·
Teori kontrol modern dapat
dikatakan menuju pada kontrol optimal. Penerapan teori kontrol modern dalam
bidang non-teknik seperti biologi, ekonomi, kedokteran, dan sosiologi sekarang
banyak dilakukan dan hasil- hasil yang menarik dan berarti akan dapat diperoleh
di masa datang.
Definisi dalam Sistem Kontrol
·
Plant = adalah seperangkat
peralatan, mungkin hanya terdiri dari
beberapa bagian mesin yang bekerja bersama-sama, yang digunakan untuk
melakukan suatu operasi tertentu.
·
Proses = operasi atau perkembangan
alamiah / sengaja dibuat, yang berlangsung secara kontinyu yang ditandai oleh
suatu deretan perubahan kecil yang berurutan dengan cara yang relatif tetap dan
menuju ke suatu hasil atau keadaan akhir tertentu
·
Sistem = kombinasi dari beberapa
komponen yang bekerja bersama-sama dan melakukan suatu sasaran tertentusama dan
melakukan suatu sasaran tertentu
·
Gangguan (disturbances) = suatu
sinyal yang cenderung mempunyai pengaruh yang merugikan pada harga keluaran
system
·
Sistem kontrol berumpan-balik
(feedback control system) = system kontrol yang cenderung menjaga hubungan yang
telah ditentukan antara keluaran dan masukan acuan dengan membandingkannya dan
menggunakan selisihnya sebagai alat pengontrolan
·
Servomekanisme (servomechanisms) =
system kontrol berumpan-balik dengan keluaran berupa posisi, kecepatan, atau
percepatan mekanik
Penggambaran yang
tepat untuk menjelaskan
sepngendaliaan loop tertutup
dan terbuka adalah dengan
mengambil contoh pada
kejadian sehari-hari .
Kita mengambil benda pada sebuah meja, dan
kemudian kita menggerakkan tangan
untuk mengambilnya.
Gerakan gerakan
yang kita lakukan menuntut ebuah kesinambungan terhadap posisi dari obyek tersebut
dan posisi dari
tangan kita, dimana
perbedaan jarak dalam
hal ini kita sebut sebagai kesalahan. Prosedur dari
penggerakan tangan adalah reaksi dari otak setelah mengukur kesalahan yang terjadi dan berusaha
untuk mengurangi kesalahan
tersebut hingga nol.
Memang proses
tersebut tidak kita sadari, dalam kejadia
yang telah kita lakukan diatas adalah sebuah contoh dari pengendallian
loop tertutup. Loop Ini terbentuk dari rangkaian informasi dari
tangan mata dan
ke otak dan
kembali lagi ke
tangan. Andaikan serupa seperti di atas, akan tetapi mata
kita tertutup dengan kain maka hal itu kita kategorikan pengendalian terbuka, dimana
hubungan informasi dari
tangan ke mata
tidak ada/terputus.
Didalam mengendalikan sebuah
robot, baik sistem
pengendalian loop terbuka
maupun tertutup, keduanya sangat diperlukan.
Untuk sistem sistem
seperti ini yang
bertindak sebagai otak adalah
komputer, yang menerima
informasi dari sejumlah
sensor yang ditempatkan di dalam
dan di sekeliling robot.
A.
KENDALI LOOP TERBUKA
Sistem kontrol lup terbuka adalah system
kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengontrolan, jadi
keluarannya tidak diukur atau diumpan
balikan untuk dibandingkan dengan masukan
Sebuah contoh praktis adalah mesin cuci.
Perendaman, pencucian dan pembilasan pada mesin. Mesin ini tidapencucian dan
pembilasan pada mesin. Mesin ini tidak mengukur sinyal keluaran, misalnya
kebersihan pakaian.
Gambar.1.1. Diagram
Blok Kendali Loop Terbuka
Gambar diatas
adalah sistem kendali
terbuka, sebagai ilustrasi
digambarkan mata anda tertutup, masihlah mungkin untuk
menyelesaikan suatu pekerjaan/perintah dengan baik (obyek yang dicari bisa ditemukan), dengan syarat
dua faktor berikut ini terpenuhi. Yang pertama
setelah memutuskan kearah
mana tangan anda
digerakkan, anda harus
dapat melakukan gerakan itu secara akurat. Faktor
yang kedua, benda
tersebut harus tidak berpindah tempat, ataupun bergerak ke
arah yang ditentukan atau diperkirakan.
Dalam kenyataanya, banyak
terdapat contoh yang
menggambarkanpegendalian
loop terbuka, salah satunya
adalah pemanggang roti.
Masukan dari alat
ini adalah warna, begitu pula
dengan keluarannya. Pada
Umumnya, hasil yang
diperoleh adalah
memuaskan karena fihak
pabrik telah melakukan kalibrasi. Meskipun
demikian, ada kemungkinan
pemanggang roti tersebut menjadi tidak akurat dikarenakan kemungkinan
terjadi perubahann yang
tidak diperhitungkan sebelumnya. Seperti
kerusakan pada elemen pemanasnya maupun ketebalan potongan roti
yang tidak wajar.
Kita dapat menyimpulkan bahwa
pengendalian loop tertutup
lebih sederhana, tetapi
harus sesuai dengan situasi
dimana semua pengaruh
telah dapat diperkirakan dan
tidak tergantung faktor faktor
luar.
B.
KENDALI LOOP TERTUTUP
Pada dasarnya, sistem pengendalian di mana
sebuah kesalahan diukur dan dipergunakan untuk mengkoreksi proses yang terjadi
·
Merupakan system kontrol yang sinyal keluarannya
mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan
·
Sistem kontrol lup tertutup adalah
system kontrol berumpan balik.
·
Sinyal kesalahan
penggerak merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan-balik
atau
Gambar.1.2.
Diagram Blok Kendali Loop Tertutup
Huruf r merupakan singkatan dari masukan
referensi, yang menentukan suatu nilai yang diharapkan bagi sistem yang
dikendalikan tersebut Lingkaran silang didepan r adalah titik penjumlahan di
dalam diagram di atas. Di dalam diagram
di atas tampak
terdapat dua sinyal
yang masuk ke
titik penjumlahan :
r dan sinyal
b ( umpan
balik dari keluaran
). Keluaran dari
titik penjumlahan adalah
sinyal kesalahan (e), yang nilainya adalah selisih dari r dan b. Dengan
kata lain sinyal kesalahan e adalah perbedaan anara apa yang diinginkan dengan
apa yang dihasilkan.
Bergerak lebih
jauh lagi, kotak
berlabel pengendali menerima sinyal
kesalahan dan menghasilkan
sinyal kontrol (m). Kotak berlabel
sistem kendali adalah
piranti yang sedang
dikendalikan, contoh motor listrik dalam sistem robot.
Sistem
kendali menjadi lengkap
setelah sinyal keluaran
c diumpankan kembali
ke titik penjumlahan. Sebelum
masuk ke titik
penjumlahan, sinyal
c pada umumnya
(melalui kotak yang label
umpan balik), yang
berfungsi untuk mengalihkan
sinyal c ke
dalam bentuk yang dapat diterima ke titik penjumlahan. Sebagai contoh, c
adalah posisi motor dan b adalah tegangan
listrik dalam hal
ini, fungsi dari
element umpan balik
adalah mengalihkan posisi mekanis menjadi volt.
Konsep sistem kontrol lup tertutup pada sistem termal
·
Di sini manusia bekerja sebagai
kontroler untuk menjaga temperatur air panas pada harga
tertentu. Termometer yang dipasang pada
pipa keluaran air panas mengukur temperatur
yang sebenarnya dan sebagai keluaran system
·
Kontroler automatik digunakan
untuk menggantikan operator manusia.
Gambar.1.3.
Diagram Blok Kendali Loop Tertutup
A.
Sistem Pengontrolan Tekanan
Gambar di bawah ini menunjukkan suatu
system pengontrolan tekanan. Tekanan
dalam tungku dikontrol berdasarkan posisi “damper”. Tekanan ini diukur dengan elemen pengukur
tekanan. Jadi, sinyal yang diperoleh
diumpankan ke kontroler untuk dibandingkan dengan harga yang diinginkan. Jika terdapat pebedaan atau kesalahan,
keluaran kontroler diumpankan ke actuator yang mengatur posisi damper untuk
memperkecil kesalahan
B. Sistem Pengontrolan Kecepatan
Prinsip
dasar dari governor Watt untuk mesin uap dilukiskan dengan diagram skematik
pada gambar dibawah ini. Besarnya laju aliran uap yang masuk ke silinder
mesin diatur sesuai dengan selisih antara kecepatan mesin yang diinginkan dan
kecepatan mesin yang sebenarnya.
C. Sistem Kontrol Numerik
·
Kontrol numeric adalah suatu
metoda pengontrolan gerak dari
komponen mesin dengan menggunakan angka-angka.
·
Pada kontrol numeric, gerak benda
kerja dapat dikontrol dengan
informasi biner yang disimpan pada sebuah pita
Prinsip –
prinsip Desain System Kontrol
1. Persyaratan umum system kontrol
2. Persoalan dasar dalam disain system kontrol
3. AnalisisAnalisis
4. Disain
5. Sintesis
6. Pendekatan dasar dalam disain system kontrol
Persyaratan Umum system
Kontrol
1.
Setiap system kontrol harus stabil
2.
System kontrol harus mempunyai
kestabialan relatif yang layak.
3.
Kecepatan respon harus cukup cepat
dan menunjukkan peredaman yang layak.
4.
Suatu system kontrol juga harus
mampu memperkecil kesalahan sampai nol atau sampai pada suatu harga yang dapat
ditoleransi.
Persoalan dasar dalam
system Kontrol
1.
Kontroler menghasilkan sinyal
kontrol yang didasarkan pada variable acuan
masukan dan variable keluaran
2.
Pada praktiknya, selalu ada
beberapa gangguan yang bekerja pada “plant”.
3.
Untuk menentukan system kontrol
optimal, perlu didefinisikan indeks performansi.
4.
Spesifikasi sinyal kontrol diseluruh waktu operasi
disebut hukum kontrol. Secara matematika, persoalan dasar kontrol adalah
menentukan hukum kontrol optimal, dengan berbagai kendala teknik dan ekonomi,
yang berarti meminimumkan indeks performansi yang diberikanindeks performansi
yang diberikan
MATERI II
Gambar.2.1.
Klasifikasi Sensor dan Transduser
Transduser
berasal dari kata “traducere” dalam bahasa Latin yang berarti mengubah.
Sehingga transduser dapat didefinisikan sebagai suatu peranti yang dapat
mengubah suatu energi ke bentuk energi yang lain. Bagian masukan dari
transduser disebut sensor, karena bagian ini dapat mengindera suatu kuantitas
fisik tertentu dan mengubahnya menjadi bentuk energi yang lain. Kita mengenal
ada enam macam energi, yaitu : radiasi, mekanik, panas, listrik, magnetik dan
kimia.
Gambar.2.2. Enam Macam Energi dalam Sensor dan Transduser
Dari sisi pola aktivasinya,
transduser dapat dibagi menjadi dua, yaitu:
1. Transduser pasif, yaitu transduser yang dapat
bekerja bila mendapat energi tambahan dari luar.
Contohnya :
Thermistor : Untuk
mengubah energi panas menjadi energi listrik yaitu tegangan listrik, maka
thermistor harus dialiri arus listrik. Ketika hambatan thermistor berubah
karena pengaruh panas, maka tegangan listrik dari thermistor juga berubah
2. Transduser aktif, yaitu transduser yang bekerja
tanpa tambahan energy dari luar, tetapi menggunakan energi yang akan diubah itu
sendiri.
Contohnya :
Termokopel : Ketika
menerima panas, termokopel langsung meng-hasilkan tegangan listrik tanpa
membutuhkan energi dari luar.
Pemilihan Transduser
Pemilihan suatu transduser sangat tergantung
kepada kebutuhan pemakai dan lingkungan di sekitar pemakaian. Untuk itu dalam
memilih transduser perlu diperhatikan beberapa hal di bawah ini:
1. Kekuatan, maksudnya ketahanan atau proteksi
terhadap beban lebih
2. Linieritas, yaitu kemampuan untuk menghasilkan
karakteristik masukan-keluaran yang linier
3. Stabilitas tinggi, yaitu kesalahan pengukuran yang
kecil dan tidak begitu banyak terpengaruh oleh faktor-faktor lingkungan
4. Tanggapan dinamik yang baik, yaitu keluaran segera
mengikuti masukan dengan bentuk dan besar yang sama
5. Repeatability : yaitu kemampuan untuk menghasilkan
kembali keluaran yang sama ketika digunakan untuk mengukur besaran yang sama,
dalam kondisi lingkungan yang sama
6. Harga. Meskipun faktor ini tidak terkait dengan
karakteristik transduser sebelumnya, tetapi dalam penerapan secara nyata
seringkali menjadi kendala serius, sehingga perlu juga dipertimbangkan.
Macam – macam sensor :
1. Sensor Cahaya
a) Fotovoltaic atau sel solar
Adalah alat sensor
sinar yang mengubah energi sinar langsung menjadi energi listrik. Sel solar
silikon yang modern pada dasarnya adalah sambungan PN dengan lapisan P yang
transparan. Jika ada cahaya pada lapisan transparan P akan menyebabkan gerakan
elektron antara bagian P dan N, jadi menghasilkan tegangan DC yang kecil
sekitar 0,5 volt per sel pada sinar matahari penuh. Sel fotovoltaic adalah
jenis tranduser sinar/cahaya
b) Fotokonduktif
Energi yang jatuh pada
sel fotokonduktif akan menyebabkan perubahan tahanan sel. Apabila permukaan
alat ini gelap maka tahanan alat menjadi tinggi. Ketika menyala dengan terang
tahanan turun pada tingkat harga yang rendah.
2. Sensor Suhu
Ada 4 jenis utama
sensor suhu yang biasa digunakan :
a) Thermocouple
Thermocouple pada
pokoknya terdiri dari sepasang penghantar yang berbeda disambung las dilebur
bersama satu sisi membentuk “hot” atau sambungan pengukuran yang ada
ujung-ujung bebasnya untuk hubungan dengan sambungan referensi. Perbedaan suhu
antara sambungan pengukuran dengan sambungan referensi harus muncul untuk alat
ini sehingga berfungsi sebagai thermocouple.
b) Detektor Suhu
Tahanan
Konsep utama dari yang
mendasari pengukuran suhu dengan detektor suhu tahanan (resistant temperature
detector = RTD) adalah tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding
dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi dan dapat diulang lagi
sehingga memungkinkan pengukuran suhu yang konsisten melalui pendeteksian
tahanan. Bahan yang sering digunakan RTD adalah platina karena kelinearan,
stabilitas dan reproduksibilitas.
c) Thermistor
Adalah resistor yang
peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif. Karena suhu
meningkat, tahanan menurun dan sebaliknya. Thermistor sangat peka (perubahan
tahanan sebesar 5 % per °C) oleh karena itu mampu mendeteksi perubahan kecil di
dalam suhu.
d) Sensor Suhu
Rangkaian Terpadu (IC)
Sensor suhu dengan IC
ini menggunakan chip silikon untuk elemen yang merasakan (sensor). Memiliki
konfigurasi output tegangan dan arus. Meskipun terbatas dalam rentang suhu
(dibawah 200 °C), tetapi menghasilkan output yang sangat linear di atas rentang
kerja.
3. Sensor Tekanan
Prinsip kerja dari
sensor tekanan ini adalah mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik.
Ukuran ketegangan didasarkan pada prinsip bahwa tahanan pengantar berubah
dengan panjang dan luas penampang. Daya yang diberikan pada kawat menyebabkan
kawat bengkok sehingga menyebabkan ukuran kawat berubah dan mengubah tahanannya
Istilah :
Transduser
Suatu peranti yang
dapat mengubah suatu energy keenergi yang lain.
Transduser pasif
Tranduser yang dapat
bekerja bila mendapat energy tambahan dari luar.
Transduser aktif
Transduser yang
bekerja tanpa tambahan energi dari luar, tetapi menggunakan energi yang akan diubah
itu sendiri.
Sensor
Jenis tranduser yang
digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia
menjadi tegangan dan arus listrik.
Thermocouple
Piranti yang
dipergunakan untuk mengukur suhu yang menggunakan dua plat yang terhubung.
RTD
Resistant Temperature
Detector
|
|
|
|
4.3.b.
Rangkaian Sensor Suhu
|
|
4.3.c.
Rangkaian Sensor Suhu
4.3.d.
Rangkaian Sensor Suhu
Gambar.4.3. Contoh Penggunaan Sensor dalam Rangkaian
Elektronika
Comments