610819

5/7/2018 610819 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/610819 1/9

Ratna Ika Putri, Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa, Halaman 1-9

1

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI 3 FASA

DENGAN KONTROLER PID

METODE ZIEGLER-NICHOLS

Ratna Ika Putri*)

Abstrak

Motor induksi merupakan alat penggerak yang paling banyak digunakan dalam dunia

industri. Salah satu kelemahan motor induksi yaitu memiliki beberapa karakteristik parameter yang tidak linier terutama resistansi rotor sehingga tidak dapatmempertahankan kecepatannya secara konstan bila terjadi perubahan beban. Oleh karenaitu untuk mendapatkan kecepatan yang konstan dan performansi sistem yang baik maka

dibutuhkan suatu kontroler. Pada artikel ini didesain kontroler PID dengan penentuanparameter menggunakan metode Ziegler Nichols. Dari hasil uji simulasi dan eksperimen

didapatkan parameter transien yaitu settling time (ts) = 9.45 detik, rise time (tr) = 2.295

detik, delay time (td) = 2.16 detik, time constan ,2.295 detik = (ז) error steady state =

0.6% dan overshoot 35%. Sedangkan dengan memberikan perubahan beban makakontroler dapat mempertahankan kecepatan sesuai setpoint dengan recovery time sebesar4.158 detik .

Kata Kunci : Motor Induksi, PID, Ziegler Nichols

Abstract

Three phases induction motor is the most widely used electric motor in industries. The

induction motor has a weakness that is it is unable to maintain speed constantly due to

load changing because it has some non linear characteristic parameter especially on

rotor resistance. To get constant speed and better induction motor performance

therefore the controller is needed. This article designs PID controller with Ziegler

Nichols method. From the result of simulation and experiment obtained transient parameter that is settling time (ts) = 9.45 second, rise time (tr) = 2.295s, delay time (td)

= 2.16s, time constant (ז) = 2.295s, error steady state = 0.6% and overshoot 35%. While

on If load changing is given situation controller can maintain speed suitable with set

point with recovery time 4.158s

Keyword: Induction motor, PID, Ziegler Nichols

I. PENDAHULUANMotor induksi 3 fasa adalah alat

penggerak yang paling banyak digunakandalam dunia industri. Hal ini dikarenakan

motor induksi mempunyai konstruksi yangsederhana, kokoh, harganya relatif murah,serta perawatannya yang mudah, Sehingga

motor induksi mulai menggeser penggunaan

motor dc pada industri. Pada motor induksi

memiliki beberapa parameter yang bersifat

non-linier, terutama resistansi rotor, yang

memiliki nilai bervariasi untuk kondisi

operasi yang berbeda. Hal ini yang

menyebabkan pengaturan pada motor induksi

lebih rumit dibandingkan dengan motor DC.

Salah satu kelemahan dari motor induksi

adalah tidak mampu mempertahankankecepatannya dengan konstan bila terjadi

perubahan beban. Apabila terjadi perubahan

beban maka kecepatan motor induksi akan

menurun. Untuk mendapatkan kecepatan

konstan serta memperbaiki kinerja motor

induksi terhadap perubahan beban, maka

dibutuhkan suatu kontroler. Suatu kontrolerkonvensional PI dapat digunakan pada

pengaturan kecepatan motor induksi, tetapi

kontroler konvensional PI ini membutuhkan

masukan sensor yang akurat dan nilai

konstanta PI yang sesuai untuk menghasilkanpenggerak dengan performansi yang tinggi.

Oleh karena itu kontroler PI ini tidak dapat

mengatasi perubahan beban atau pengaruhlingkungan sehingga dapat memperburuk

performansi penggerak. (Ibrahim Z & Levi

E,2002: 240)

Kontrol otomatis memegang peranan yangpenting dalam perkembangan ilmu dan

teknologi, terutama di pabrik-pabrik dan

*) Ratna Ika Putri. Dosen Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro,

Politeknik Negeri Malang

5/7/2018 610819 - slidepdf.com


Jurnal ELTEK, Volume 06 Nomor 01, April 2008 ISSN 1693-4024

2

25%

t

C(t

1

0

industri. Dengan kontrol yang tepat dapat

mempertinggi kualitas, menurunkan biaya

produksi, dan meningkatkan laju hasil

produksi. Kontroler PID merupakan salah satu

kontrol otomatis yang memiliki kestabilan

yang cukup baik dalam mengatur kecepatan

motor terhadap perubahan beban yang

dinamis. Kontroler PID merupakan gabungan

dari kontroler P, I, dan D, yang masing-

masing mempunyai keunggulan dan

kelemahan, dengan menggabungkankeunggulan ketiga kontroler tersebut, maka

kontroler PID memiliki kestabilan yang cukup

baik.Pada penelitian ini dirancang suatu

pengaturan kecepatan motor induksi 3 fasa

dengan menggunakan kontroler PID dengan

metode ziegler-nichols. Dengan adanyapengaturan kecepatan ini diharapkan

kecepatan motor induksi dapat konstan sesuai

yang diinginkan, walaupun mendapatgangguan ataupun perubahan beban.

2. KAJIAN PUSTAKA

2.1. Kontroler Proposional-Integral-

Differential (PID)Kontrol otomatis yaitu membandingkan

harga yang sebenarnya dari keluaran plant

dengan harga yang diinginkan, menentukan

deviasi, dan menghasilkan suatu sinyalkontrol yang akan memperkecil deviasi

sampai nol atau sampai suatu harga yang

kecil. Kontroler otomatis akan menghasilkan

sinyal kontrol yang disebut aksi pengontrolan(Katsuhiko Ogata, 1994: 127). Kontroler

adalah suatu komponen dalam sistem yang

berfungsi mengolah sinyal error (selisih dari

set-point dengan keluaran feed-back ) menjadisinyal kontrol sedemikian, sehingga respon

keluaran pada t→∼ (keadaan steady state)

mendekati set-point atau dengan kata lain

pada keadaan steady state ε(∼) = minimal

(≈0).Kontroler dalam sistem yang

mempunyai dua masukan yaitu set-point dan

keluaran feed -back dengan satu keluaran yaitu

sinyal kontrol yang bekerja sedemikian,

sehingga selisih sinyal set-point (reference)

dengan keluaran feed-back pada t→ (steady

state) akan menuju nol (error steady state

minimal)( IbrahimLevi E,2002:240).

Kontroler PID (Proporsional- Integral-

Diferensial) adalah merupakan gabungan daritiga jenis kontroler. Jika dari masing-masing

ketiga kontrol tersebut berdiri sendiri-sendiri,

hasil aksi kontrol kurang bagus, karenamasing-masing mempunyai kelemahan dan

kelebihan. Dengan mengkombinasikan ketiga

jenis kontrol tersebut ke dalam satu sistemkontrol, diharapkan mampu memberikan

kontribusi dari kelebihan masing-masing

kontroler. Persamaan kontrol PID dapat

diberikan sebagai berikut:(Bahraim 1993 : 79)

∫ ++=t

d p

i

p

pdt

t deT K dt t e

T

K t eK t U

0

)()()(.)( (1)

U(t) = UP (t) + UI (t) + UD (t) (2)

Parameter KP adalah gain proporsional, TI adalah gain integral, dan TD adalah gain

derivatif dari kontrol PID. Dalam bentuk

transformasi laplace persamaan kontrol PID

dapat ditulis sebagai berikut:

U(s) = UP(s) + UI(s) + UD(s) (3)

)()( s E sT s

T K sU d

i

p

++= (4)

Untuk memenuhi sistem yang diinginkan,

maka ketiga parameter PID harus ditetapkan

secara optimal. Ada beberapa cara (metoda)

untuk menentukan parameter tersebut

diantaranya adalah:

a. Metoda coba-coba (cut and try

method ).

b. Metoda Ziegler - Nichols.

c.

Metoda tanggapan tangga (steprespons).

2.1.1. Metoda Ziegler- Nichols Aturan Ziegler - Nichols adalah untuk

penyepadanan alat-alat kontrol PID. Ziegler dan Nichols untuk menentukan nilai

penguatan proporsional KP, waktu integral TI,

dan waktu TD yang didasarkan pada

karakteristik respon transien suatu sistem

yang diketahui. Penentuan parameter alat

kontrol PID dapat dilakukan berdasarkan hasil

ekperimen pada sistem (Katsuhiko Ogata,1994:230).

Gambar 1 Respon Tangga Aturan Ziegler - Nichols

5/7/2018 610819 - slidepdf.com



3

Penyepadanan aturan Ziegler - Nichols

terbagi dalam dua metode untuk pencapaian

25% lonjakan harga maksimum dalam respon

tangga seperti ditunjukkan pada gambar 1.

Metode pertama adalah hasil eksperimen

memperoleh respon sistem terhadap masukan

tangga, seperti ditunjukkan pada gambar 2.

Jika respon tidak mencakup integrator

ataupun nilai-nilai kutub pasangan kompleks

yang dominan, maka kurva respon tangga

dalam satuan mungkin menyerupai kurvaberbentuk-s seperti ditunjukkan gambar 3.

Gambar 3 Kurva Respon Berbentuk-S

Tabel 1. Aturan Pendekatan Ziegler - Nichols Jenis Kontroler KP TI TD

Kontroler PKontroler PIKontroler PID

T/L0.9T/L1.2T/L

∞ L/0.3

2L

00

0.5L

Keterangan:

T: Time konstan dalam detik

L: Lagging time dalam detik

2.2. Motor Induksi

Perputaran motor induksi 3 fasaditimbulkan oleh adanya medan putar (fluk

yang berputar) yang dihasilkan oleh kumparan

stator. Medan putar ini terjadi apabila

kumparan stator dihubungkan dengan sumber

tegangan jala-jala PLN. Motor induksi dapat

dihubungkan bintang maupunsegitiga.(Boldea I&Nasar SA, 1986: 85)

(a) (b)

(c) (d) (e) (f)

Gambar 4. Prinsip Terjadinya Medan Putar

Seperti pada gambar 4, misalkan

kumparan pada motor adalah a-a, b-b dan c-c

dihubungkan dengan 3 fasa masing-masing

fasa dengan beda 120o

listrik seperti gambar

1(a) dan dialiri oleh arus listrik yang

sinusoidal. Distribusi arus seperti padagambar 1(b) ia, ib dan ic sebagai fungsi waktu.

Pada keadaan t1, t,, t3 dan t4 fluks resultan yang

ditimbulkan adalah seperti pada Gambar 1(c),

1(d), 1(e) dan 1(f).

Pada saat t1 fluks resultan mempunyai arah

yang sama dengan arah fluks yang dihasilkan

oleh 1 kumparan a -a, sedangkan pada saat t2

fluks resultannva mempunyai arah yang sama

dengan arah fluks yang dihasilkan oleh k -

umparan c -c dan pada t3 fluks resultannyamempunyai arah yang sama dengan fluks yang

dihasilkan oleh kumparan b -b. Untuk t4 fluks

resultannya berlawanan arahnya dengan fluksresultan yang dihasilkan pada saat t1. Demikian

juga pada kondisi t5 fluks resultanya

berlawanan arahnya dengan kondisi pada t2.

Demikian seterusnya sehingga terjadiperputaran fluks magnit ini pada keliling

kumparan dengan kecepatan putarnya

sebanding dengan frekuensi dibagi dengan jumlah kutub magnit. Dengan persamaan

sebagai berikut:

rpm p

f n

120= (5)

dimana f adalah frekuensi dalam hertz dan p

jumlah kutub magnit yang digunakan. Jadi

putaran sinkron pada motor induksi tersebut

sangat tergantung pada frekuensi sumber yang

digunakan serta jumlah kutub magnit dari

kumparan motor.

2.2.1. Rangkaian Ekivalen Motor InduksiMotor induksi mempunyai 2 bagian

utama yaitu stator dan rotor. Stator adalahbagian yang diam dan biasanya dipasang

kumparan (lilitan) utama sekeliling statortersebut yang berfungsi penghasil medan putar

1

Sist

U

C

Gambar 2 Respon Satuan

L T

C(

t

K

5/7/2018 610819 - slidepdf.com



4

dan yang akan menyeret rotor berputar,

sedangkan rotor adalah bagian yang bergerak

dari motor induksi. Pada motor induksi juga

terdapat kumparan (lilitan) medan magnit

tetapi jumlahnya sedikit dan dipasang paralel

membentuk sangkar, biasanya disebut rotor

sangkar (Boldea I&Nasar SA, 1986:88).

Kerja dari motor induksi hampir sama

dengan kerja dari transformator, karena

transformator bekerja berdasarkan induksi

elektromagnit. Oleh karena itu, motor induksi juga dapat dianggap sebagai transformator

dengan rangkaian sekunder yang berputar.

Sehingga rangkaian ekivalen dari motorinduksi dapat dilukiskan sebagai rangkaian

transformator seperti yang ditunjukkan dalam

gambar 5.

Rangkaian Ekivalen stator Rangkaian Ekivalen rotor

Gambar 5. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi

Dari rangkaian di atas dapat ditulis

persamaan secara vektor sebagai berikut:

)(11111 X R I E V ++=

∧∧∧

(6)

)(22222 L R X R I V E +++= ∧∧∧ (7)

V1 tegangan sumber volt, E1 tegangan ggl

lawan primer (stator) volt dan R1 tahanan

murni kumparan stator serta X1 reaktansikumparan stator, I1 arus stator. Sedangkan

pada rotor, E2 tegangan induksi rotor volt, V2

tegangan pada beban, R2 tahanan murni

kumparan rotor, X2 reaktansi kumparan rotor

dan RL adalah beban yang terpasang pada

rotor saat motor dibebani serta I2 arus pada

rotor.

2.2.2. SlipBila kecepatan motor dinyatakan dengan

n rpm dan kecepatan serempak medan putar

adalah n1 maka slip (S) adalah n1-n rpm.

Biasanya slip (S) dinyatakan dalam pecahan

kecepatan serempak atau dalam persen

dengan persamaan sebagai berikut:

%100)(1

1 xn

nnSSlip

−=

(8)

Berubah-ubahnya kecepatan motor

induksi (n) mengakibatkan berubahnya hargaslip dari 100% pada saat start sampai 0% pada

saat motor diam yaitu n=n1. Pada saat n=n1

yaitu motor dalam keadaan diam tegangan

tidak akan terinduksi dan arus tidak akan

mengalir pada jangkar rotor sehingga dengan

demikian tidak akan timbul kopel. Karena

kopel makan timbul apabila n kecil dari n1.

Hubungan frekuensi dengan slip dapat

dilihat sebagai berikut:

Bila f 1 = frekuensi jala-jala maka p

f n 1120=

atau120

1

1

pn f = maka pada rotor berlaku

persamaan untuk frekuensi rotornya yaitu:

120

)( 11

nn p f

−= (9)

karena slip (S) =1

1

n

nn −

dan 120

1

1

pn

f = maka

f 2 = f 1s (10)

Pada saat start slip (S) = 100% jadi f 1 = f 2

dengan demikian pada saat start dan rotor

belum berputar, frekuensi pada stator dan rotor

sama besarnya. Sedangkan dalam keadaan

rotor berputar frekuensi arus rotor dipengaruhi

oleh slip (S) yaitu f 2 = f 1S. Karena tegangan

induksi turut pula dipengaruhi oleh slip(Sumanto, 1993).

2.2.3 Torsi Motor Induksi Torsi untuk motor induksi dapat

dihitung dengan:

( ) ( )2

2

22

2

2

1'

2

/ X as Ra

E I

+

=(11)

( ) ( )22

22

2

2

2

2

/

/

X aS Ra

S Ra

impendansi

tahananCos

+==φ

(12)

φ ω cos3'

21 I E T P == (13)

Keterangan:

P: daya dalam satuan Watt.

T: Torsi dalam satuan Newton.

ω : Kecepatan sudut dalam satuan radian per

detik.Pada motor induksi kecepatan dan torsi

dapat diatur menggunakan beberapa metode

pengontrolan, yaitu:a. Pengontrolan melalui tegangan stator

(Stator voltage control).

b. Pengontrolan melalui tegangan rotor (Rotor voltage control).

5/7/2018 610819 - slidepdf.com



5

c. Pengontrolan melalui frekuensi

(Frequency control).

d. Pengontrolan melalui tegangan stator dan

rotor (Stator voltage and frequency

control).

e. Pengontrolan melalui arus stator (Stator

current control).

f. Pengontrolan melalui tegangan, arus, dan

frekuensi (Voltage, current, and

frequency control).

3. PERANCANGAN

3.1. Blok Diagram Sistem PengaturanPengaturan kecepatan motor induksi

dengan metode PID Ziegler Nichols ini

memiliki blok diagram system seperti yang

ditunjukkan pada gambar 6

IBM Compatible

DAC

Tachogenerator

Inverter

=

~

ADC

BebanMotorInduksi

Gambar 6. Blok Diagram Sistem Pengaturan

Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa

Nilai kecepatan motor induksi yang akan

diatur (setpoint ) dimasukkan melalui PC,

kontroler akan mengatur kecepatan dari motorinduksi sesuai dengan nilai setpoint yang

diinginkan dengan mengirimkan sinyal

kontrol yang sesuai. Sinyal kontrol dikirimkan

ke inverter melalui rangkaian DAC.

Kecepatan motor induksi diukur dengan

menggunakan tachogenerator yang digunakan

sebagai sinyal umpan balik ke kontroler.

Keluaran tachogenerator di kirim ke komputer

melalui rangkaian ADC.Perancangan system kecepatan motor

induksi tiga fasa ini terdiri dari beberapa tahap

yaitu:

3.2. Identifikasi Plant Identifikasi plant ini bertujuan untuk

mengetahui model plant dari sistem yang

dibuat, sehingga dapat menentukan model

kontrol yang sesuai dengan plant tersebut.

Model plant yang dihasilkan digunakan untuk

pengujian algoritma kontroler secara simulasi

sebelum diimplementasikan. Identifikasi

plant menggunakan metode strejc, denganmelihat respon plant tanpa menggunakan

kontroler (Open loop).

Berdasarkan respon plant untaian

terbuka dapat ditentukan parameter-parameter

fungsi alih plant dengan pendekatan model

strejc seperti yang ditunjukkan pada gambar7.

Gambar 7. Identifikasi Dengan Model Strejc

Langkah pertama dalam identifikasi dengan

strejc ini yaitu menentukan nilai Tu dan Ta

yang didapatkan dari penarikan garis

singgung respon untaian terbuka plant .Tu = 3.5 x 75 x 10

-3= 0.26 detik

Ta = (30 – 3.5) x 75 x 10-3

= 2 detik

Setelah didapat nilai Tu dan Ta maka dapat

ditentukan orde dari model plant

n = Tu/Ta = 0.26/2 = 0,13

dengan nilai n sebesar 0.13 maka plant ini

memiliki orde 2. Berdasarkan tabel strejc

pada plant orde 2 maka

Ta / T = 2,718T = 0,7358 detik

Tu’/ T = 0,282

Tu’

= 0,207505 detik

τ = Tu - Tu’

= 0,053255 detik

n

s

Ts

eK sG

)1()(

+=

−τ

2

053255.0

)17358.0()(

+=

−

s

eK sG

S

Dari persamaan dasar orde dua:

22

2

2)(

nn

n

ssK sG

ω ξω

ω

++= , maka:

31.171762.1 ==nω

31.12

70779.2

x=ξ

ξ= 1.033 (ξ > 1)

5/7/2018 610819 - slidepdf.com



6

Setelah didapatkan parameter-parameter

tersebut, dapat dituliskan transfer function

model plant sebagai berikut:

84706.168.3

265276.0)(

2 ++=∴s

sG

3.3. Perencanaan KontrolerKontroler yang digunakan yaitu

kontroler PID dengan metode Ziegler Nichols.

Pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa

dengan kontrol PID adalah suatu sistem

pengaturan kecepatan motor terhadapperubahan beban agar tetap mampu

mempertahankan kecepatan yang diinginkan

(set point ) dengan parameter kontrol PID.Persamaan kontrol PID yang digunakan

sebagai dasar membuat program

mikrokontroler sistem kontroler PID adalah

sebagai berikut:

∫ ++=t

d p

i

p

pdt

deT K dt e

T

K eK t U

0

)(

Harga parameter kontroler PID yang

dirancang menggunakan pendekatan respon

waktu dengan melalui dua cara, yaitu metode

limit stability Zeigler - Nichols dan metode

coba-coba (cut and try method ).

Metode Ziegler-Nichols diterapkan untuk menentukan nilai-nilai parameter PID: KP, TI,dan TD dengan ketentuan sinyal respon

berbentuk-S. Karena sinyal respon plant

menyerupai kurva berbentuk-S (lihat gambar

8), maka dari respon plant besarnya parameter

PID, nilai parameter KP, TI, dan TD secara

cepat dan akurat dapat dihitung sebagai

berikut:

Gambar 8. Kurva Respon Untaian Terbuka

L = 4 x 75 x 10-3

= 0,3 detik

T = 48 x 75 x 10-3

= 3,6 detik

KP = 1,2 x T/L = 4,32

TI = 2 x 0,3 = 0,6

TD = 0,5 x L = 0,15

Parameter-parameter KP, TI, dan TD

diterapakan dengan menggunakan motode

Ziegler - Nichols dan metoda Cut and try.

Untuk metoda cut and try, nilai parameter KP,

TI, dan TD berkisar pada nilai metode Ziegler -

Nichols.

4. ANALISIS DAN PENGUJIAN

4.1. Pengujian Algoritma Kontroler PID

Ziegler Nichols Pengujian ini bertujuan untuk menguji

algoritma kontrol yang telah dibuat sesuai

dengan yang diinginkan. Parameter PID yaitu

nilai Kp, Ti dan Td ditentukan dengan

menggunakan metode Ziegler-Nichols.

Berdasarkan perencanaan kontroler PID

menggunakan ziegler-Nichols maka nilai Kp

= 4.32, T1 = 0.6 dan Td = 0.13.Pengujian algoritma kontroler PID

ziegler nichols ini dilakukan dengan dua

tahapan, yaitu :

4.1.1 Simulasi Algoritma Kontroler PID

Ziegler Nichols Gambar 9 menunjukkan hasil simulasi

untaian tertutup dengan memberikan beban

0.5N.m pada Setpoint 1000 Rpm. Simulasi ini

bertujuan untuk mengetahui perilaku kontroler

pada kondisi mendapat beban dan saat beban

dilepas. Pada kondisi ini kontroler harusdapat mempertahankan kecepatan sistem, halini dapat diamati dengan melihat waktu

transien perubahan respon (recovery time)

saat dibebani dan kondisi beban dilepas.Parameter respon sistem dari hasil pengujian

seperti yang ditunjukkan dalam tabel 2.

Tabel 2. Parameter respon sistem hasil

simulasiNo. Parameter PID

1. Settling Time 4.1 detik

2. Maksimum Overshoot 30%Error Steady state 0.2%

4. Rise Time 1.245 detik

5. Delay Time 1 detik

6. Time constan 1.11 detik

5/7/2018 610819 - slidepdf.com



7

Gambar 9. Simulasi Respon Untaian Tertutup

dan Sinyal Kontrol Dengan 2

Beban

4.1.2 Pengujian Kontroler PID Ziegler

Nichols

Jika algoritma kontroler yang telah diujimelalui simulasi menghasilkan respon yang

baik, maka pengujian kontroler dilakukansecara langsung pada sistem. Sebelum

dilakukan pengujian ke sistem, perlu

dilakukan kalibrasi terlebih dahulu antara

perangkat keras seperti ADC, DAC,

tachogenerator dengan program yang dibuat.

Kemudian dilaksanakan pengujian tehadap

kontroler yang dalam hal ini adalah kontroler

PID ziegler Nichols.

Pada saat pengujian sistem dilaksanakan

menggunakan nilai setpoint 1000 rpm dantime sampling yang digunakan sebesar 54 mdt(54 x 10

-3detik). Beban menggunakan

magnetic powder brake dengan cara memutar

panel untuk mengatur beban yang akan

diberikan ke motor. Respon untaian tertutup

sistem dengan kontroler PID ziegler nichols

dengan beban nol ditunjukkan pada gambar

10. Tabel 3 menunjukkan parameter respon

untaian tertutup sistem hasil pengujian dengan

setpoint 1000 rpm tanpa beban.

Gambar 10. Respon Sistem dan Sinyal

Kontrol Dengan Beban Nol

Tabel 3. Parameter Respon SistemNo. Parameter PID Ziegler

Nichols

1. Settling Time 9.450 detik

2. MaksimumOvershoot

35%

3. Rise Time 2.295 detik 4. Delay Time 2.16 detik

5. Time constan 2.295 detik

6. Error Steady state 0.6 %

Untuk mengetahui kemampuan kontroler

dalam mempertahankan kecepatan pada

kondisi beban berubah maka diberikan

beberapa perubahan beban. Gambar 11

menunjukkan hasil pengujian respon untaian

tertutup dengan kontroler PID ziegler nichols

dengan memberikan perubahan beban.Kondisi pertama sistem dibebani sebesar

0.5N.m sedangkan kondisi kedua, beban

0.5N.m tersebut dilepas. Tabel 4

menunjukkan waktu transien perubahan

respon sistem saat dibebani dan pelepasanbeban.

Gambar 11. Respon Sistem dan Sinyal

Kontrol Dengan Beban 0.5N.m

Tabel 4. Perubahan Respon Saat Dibebani

Dan Pelepasan Beban 0.5 N.mNo. Parameter PID

1. t1 4.158 detik

2. t2 1.728 detik

3. t3 2.430 detik

4. t4 3.78 detik

5. t5 1.62 detik 6. t6 2.16 detik

Keterangan :

t1 : waktu transien saat pembebanan hingga

steady state

t2 : Waktu kontrol mendeteksi respon plant

dan menetapkan posisi beban untuk

menaikkan respon ke steady state.t3 : Waktu kontrol mengembalikan ke steady

state saat dibebani

t4 : Waktu transien saat beban dilepas hinggasteady state

5/7/2018 610819 - slidepdf.com



8

t5 : Waktu kontrol mendeteksi respon saat

terjadi pelepasan beban menuju ke

steady state

t6 : Waktu kontrol bekeja megembalikan

respon ke steady state saat beban

dilepas.

4.2. Analisis Data Penggunaan kontroler PID ziegler nichols

ini untuk mengatur kecepatan motor induksi

supaya tetap konstan walaupun terjadiperubahan beban. Dengan memasukkan nilai-

nilai parameter PID Ziegler Nichols, setiap

perubahan beban maka kontroler akan bekerjauntuk mempertahankan kecepatan sesuai

dengan setpoint yang telah ditentukan.

Sebelum diimplementasikan, algoritma

kontoller PID ziegler nichols inidisimulasikan terlebih dahulu. Dari hasil

simulasi, pada nilai setpoint sebesar 1000

rpm, motor berputar mencapai nilai yangdiinginkan (setpoint ) dengan waktu tempuh

(settling time) selama 4.1 detik dengan error

steady state sebesar 0.2%. seperti yangditunjukkan pada gambar 9, overshoot hingga

30% dan memiliki sinyal kontrol yang sangat

besar sekali yaitu mencapai 22 volt. Sinyal

kontrol yang terlalu besar sangat sulit untuk

direalisasikan pada sistem sesungguhnya

karena keterbatasan alat.Pada simulasi juga diberikan perubahan

beban seperti yang ditunjukkan pada gambar

9, sistem diberi lebih dari satu kali

pembebanan kemudian setelah steady state beban tersebut dilepas. Bedasarkan hasil

simulasi tersebut menunjukkan bahwa

kontroler memiliki kemampuan pengaturan

yang baik untuk pengaturan kecepatan motorinduksi fasa sehingga dapat mempertahankan

kecepatan motor induksi dengan konstan.

Pada saat di beri beban kecepatan motor akan

mengalami penurunan sesaat, kemudian sinyalkontrol akan dinaikkan secara otomatis yang

akan menyebabkan kenaikan kecepatan

kembali pada nilai setpoint .

Pada implementasi kontroler (closed

loop) dilakukan dengan memberikan setpoint

1000 rpm dan memberikan perubahan beban.Pada kondisi tanpa beban seperti yang

ditunjukkan pada gambar 10, dengan

menggunakan kontroler PID ziegler nicholsmotor berputar dari 0 rpm hingga mencapai

nilai setpoint membutuhkan waktu tempuh(settling time) selama 9.45 detik. Pada PID

ziegler nichols mengalami overshoot hingga

mencapai maksimal overshoot sebesar 35%. Error steady state yang terjadi pada sistem

dengan PID ziegler nichols sebesar 0.6%.

Sedangkan pada saat diberi beban sepertiyang ditunjukkan pada gambar 11, dengan

memberikan setpoint 1000 rpm maka motor

akan berputar dari 0 rpm hingga mencapai

1000 rpm dengan settling time yang sama

pada kondisi tanpa beban yaitu 4.158 detik.

Kemudian setelah respon berada pada daerah

steady state diberi beban sebesar 0.5 N.msehingga respon akan turun di bawah setpoint .

Pada kondisi berbeban demikian putaran

motor akan turun mecapai 920 rpm. Setelahrespon turun akibat pembebanan maka

kontroler akan mendeteksi perubahan

kecepatan tersebut dan menetapkan sebagai

kondisi terbebani, kemudian kontroler bekerjamenaikkan respon menuju setpoint hingga

mencapai steady state dengan menaikkan

sinyal kontrol hingga mencapai 8 volt. Waktu

yang dibutuhkan respon dari kondisi mulai

terbebani hingga mencapai steady state

kembali (recovery time) untuk kontroler PIDziegler nichols ini selama 4.158 detik.

Lamanya recovery time ini juga tergantung

pada karakteristik beban. Pada penelitian ini

menggunakan beban mekanik berupamagnetic powder brake, dimana beban ini

untuk mencapai nilai yang dinginkan(0.5N.m) membutuhkan waktu yang lambat,

sehingga kontroler menjadi lebih lama untuk

mendeteksi kondisi beban.

5. PENUTUP Berdasarkan hasil implementasi,

pengujian dan analisis pada sistem pengaturan

kecepatan motor induksi tiga fasamenggunakan kontroler PID ziegler nichols

dapat disimpulkan:

a. Pada implementasi tanpa beban respon

kecepatan motor dapat mencapai setpoint ,sebesar 1000 rpm, dengan parameter

transien yaitu :settling time (ts) = 9.45

detik, rise time (tr) = 2.295 detik, delay

time (td) = 2.16 detik, time constan = (ז)2.295 detik, error steady state = 0.6% dan

overshoot 35%. Hal ini menunjukkankontroler PID ziegler nichols dapat

memberikan kriteria performansi yang

baik pada pengaturan kecepatan motorinduksi tiga fasa.

b.

Pada implementasi kontroler PID zieglernichols dengan memberikan perubahan

beban kontroler dapat mempertahankan

5/7/2018 610819 - slidepdf.com



9

kecepatan sesuai setpoint dengan recovery

time sebesar 4.158 detik pada saat diberi

beban 0.5 Nm dan pada saat beban

tersebut dilepas memiliki recovery time

sebesar 3.78 detik.

c. Hasil simulasi pada kontroler PID Ziegler

Nichols berbeda jika dibandingkan

dengan hasil implementasi. Hal ini

disebabkan karena pada simulasi kontoller

PID menghasilkan sinyal kontrol yang

sangat besar dan melebihi kemampuanalat untuk di implementasikan, sedangkan

pada kontroler PID ziegler nichols tidak.

d. Respon plant dari hasil simulasi suatualgoritma kontroler tidak dapat Untuk

memperbaiki respon sistem pengaturan

kecepatan motor induksi tiga fasa ini,

maka penentuan parameter Kp, Ki dan Kddi lakukan secara auto tuning sehingga

dapat mengikuti perubahan parameter

plant.

6. DAFTAR PUSTAKABahraim, dkk. 1993. Control System Design

Using Matlab. Prentice Hall. Englewood

Cliffs. New Jersey.Boldea I, Nasar S.A, 1986. Electric Machine

Dynamic. Mac Millan Publishing

Company.Ibrahim Z & Levi E, September 2002.

Comparative analysis of Fuzzy Logic and

PI speed Control in High Performance

AC Drives Using Experimental

Approachi, IEEE TRANSACTIONS ON

INDUSTRY APPLICATIONS, VOL. 38,

NO. 5,Katsuhiko Ogata. 1994. Teknik Kontrol

Otomatik . Alih Bahasa Edi Leksono, Edisi

2, Institut Teknologi Bandung, Erlangga.

Sumanto, 1993. Motor Arus bolak-Balik Motor Sinkron Motor Induksi, Andi

Offset. Yogyakarta.

610819

Documents