LAPORAN PRAKTIKUM SISTEM KENDALI DIGITAL

Stand-Alone Kendali Kecepatan Motor Dengan Arduino Jum’at, 03 Mei 2016

Disusun oleh :

Nama : Muflih Adinata Negara

NIM : 141311049

Kelas : 2B-2

Prodi : D3 Teknik Elektronika

JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2016

I. Tujuan

- Merealisasikan desain kendali PID pada Stand-Alone Controller menggunakan

Arduino

- Mampu menggunakan software interfacing Arduino untuk melihat respon kendali

dari suatu plant

- Menggunakan Arduino untuk mengamati respon kendali pada plant tanpa

menggunakan computer / PC

II. Landasan Teori

2.1 Stand Alone Controller

Stand Alone Controller berarti suatu sistem yang mampu mengendalikan dan

menampilkan respon suatu plant yang tidak lagi memerlukan computer sehingga

disebut “berdiri sendiri/stand alone”.

Namun sebelum me-realisasikan hasil desain ke stand alone controller

diperlukan pengamatan respon sebuah plant agar diperoleh hasil kendali yang

baik, maka dibutuhkan software interface yang pada percobaan ini digunakan

Makerplot.

2.2 Makerplot

Makerplot merupakan software untuk windows PC yang digunakan untuk

mem-plot data analog maupun digital yang dihasilkan oleh microcontroller dan

device lainnya (seperti Arduino) dengan output serial ASCII.

Makerplot mendukung beberapa tipe data seperti :

- Analog

- Digital

- Graphic Drawings

- Text Messages

Fitur-fitur dalam Makerplot :

- Terdapat total 100 point data (Kombinasi antara analog, digital dan lainnya

- Mampu mem-plot 10 channel data analog

- Mampu mem-plot sampai 32 bit data digital

dan masih banyak fitur-fitur lainnya.

Gambar-1 Icon dan Tampilan Makerplot

2.3 Plant Pengendali Kecepatan Motor DC

Plant ini terdiri atas beberapa blok Modul yaitu :

- Modul Power Supply

Power Supply adalah catu daya dc yang berfungsi untuk

memberi/mensuplai tegangan. Power supply yang digunakan pada

praktikum ini memiliki output variable

-15V/1A s/d +15V/1A, dan tegangan fixed 5V/1.

- Modul Set Point

Set Point adalah suatu modul yang berfungsi untuk menentukan

kendali suatu alat yang diinginkan. Set point pada praktikum ini

terbagi menjadi 2 pilihan yaitu :

1. Untuk konektor yang pertama dapat mengatur antara 0V s/d

+10V.

2. Untuk konektor yang kedua dapat mengatur antara -10V s/d +10V

- Modul Power Amplifier

Power amplifier berfungsi sebagai penguat daya agar

pengendalian output beban stabil karena output beban yang

digunakan membutuhkan daya yang besar.

Terdapat 3 pilihan dalam penggunaan power amplifier :

1. Output pada power amplifier dikalian +1

2. Output pada power amplifier dikalian -1

3. Jika keduanya digabungkan maka output power amplifier

dikuatkan atau dikalikan 2 dari set point.

- Modul PID Controller

PID Controller (Kendali PID) adalah suatu alat untuk mengatur

nilai keluaran desain kendali yang telah dibuat.

Terdapat 3 tombol pengatur yaitu Kp, Ti dan Td dan dapat diatur

secara manual sesuai dengan yang diinginkan.

- Modul Motor DC

Modul Motor DC ini akan menggerakkan motor apabila diberi

Supply, kecepatan putar motor akan bervariasi sekitar 1000 rpm / 1V

dan akan berputar searah jarum jam apabila diberi supply V(+) juga

akan berputar berlawanan arah jarum jam apabila siberi supply V(-).

III. Alat dan Komponen

- Plant Pengendali Kecepatan Motor … 1 set

- Arduino … 1 unit

- Arduino IDE Environment

- Software Makerplot

- LCD Shield untuk Arduino … 1 unit

- Potensiometer 50kΩ … 1 unit

- Probe dan kabel penghubung … Secukupnya

IV. Langkah Kerja (Melihat Respon Kendali Plant Motor Melalui Makerplot)

1. Menge-cek dan memastikan kondisi setiap alat dan modul baik

2. Menghubungkan setiap blok sebagai berikut :

Gambar-2 Blok diagram untuk stand alone controller

3. Membuat program pada Arduino IDE untuk melihat respon plant dengan

software Makerplot.

4. Mengatur nilai Kp, Ti dan Td hasil desain kendali PID(ZN-1 ataupun CC)

sebelumnya pada program Arduino IDE kemudian mengupload program ke

modul Arduino.

5. Membuka software Makerplot kemudian menghubungkan Arduino dan plant

ke PC dengan koneksi serial (seperti gambar-2) dan mengamati respon yang

ditampilkan makerplot.

6. Jika hasil respon belum baik maka mengatur kembali secara manual nilai Kp,

Ki dan Kd pada program kemudian mengulangi langkah 4 & 5 sehingga

diperoleh respon terbaik.

(Melihat Respon Kendali Plant Motor Melalui LCD)

7. Menghubungkan LCD shield ke Arduino dan menghubungkan Arduino ke

plant seperti gambar berikut :

8. Mengatur nilai Kp, Ti dan Td hasil desain kendali PID(ZN-1 ataupun CC)

sebelumnya pada program Arduino IDE kemudian mengupload program ke

modul Arduino.

9. Mengamati respon PV terhadap SP pada layar LCD, apabila nilai PV = SP

maka desain kendali yang dimasukkan pada embedded system (Arduino) telah

baik.

V. Hasil Pengamatan

Program Arduino untuk menampilkan respon kendali pada Makerplot :

Hasil Desain Kendali PID Metode ZN-1 dari praktikum sebelumnya :

Gambar 2 Hasil penunjukkan respon desain kendali sebelumnya melalui Makerplot

Terlihat bahwa masih terdapat overshoot yang besar sehingga perlu dilakukan tuning

manual dengan mengurangi nilai Kp pada program Arduino sebagai berikut :

Gambar 3 Hasil penunjukkan respon desain kendali (tuning ke-1) melalui Makerplot

Kp Ti Td 70 0.3 0.0002

Kp Ti Td 40 0.3 0.0002

Terlihat bahwa masih terdapat overshoot yang besar sehingga perlu dilakukan tuning

manual dengan mengurangi nilai Kp, menaikkan Ti dan menurunkan Td untuk

mengurangi settling time pada program Arduino sebagai berikut :

Gambar 4 Hasil penunjukkan respon desain kendali (tuning ke-2) melalui Makerplot

Terlihat bahwa respon PV (garis warna merah) terhadap SP(garis warna hitam) sudah

cukup baik sehingga proses tuning manual dicukupkan.

Hasil Desain Kendali PID Metode Cohen Coon (PI Controller) dari praktikum

sebelumnya :

Kp = 50; Ti = 0.3

Gambar 5 Hasil penunjukkan respon desain kendali CC sebelumnya melalui Makerplot

Kp Ti Td 40 0.3 0.0002

Terlihat bahwa masih terdapat overshoot sehingga diperlukan manual dengan cara

mengurangi Kp dan Ti pada program Arduino sebagai berikut: Kp = 7 ; Ti = 0.15

Gambar 6 Hasil penunjukkan respon desain kendali CC(tuning ke-1) melalui Makerplot

Terlihat bahwa respon PV (garis warna merah) terhadap SP (garis warna hitam) sudah

cukup baik sehingga proses tuning manual dicukupkan.

Program Arduino untuk menampilkan respon kendali pada LCD (Pure Stand Alone

Controller) :

Hasil Desain Kendali PID Metode ZN-1 dari praktikum sebelumnya :

Gambar 7 Pure Stand Alone Controller

Gambar 7 Hasil Pengamatan respon PV terhadap SP melalui LCD (1)

SP = 2090 Rpm

PV = 2030 Rpm

%error =

= 2.87%

Kp Ti Td 70 0.3 0.0002

Gambar 8 Hasil Pengamatan respon PV terhadap SP melalui LCD (2)

SP = 1350 Rpm

PV = 1320 Rpm

%error =

= 2.22%

Terlihat bahwa PV terhadap SP sudah cukup baik walaupun masih terdapat error

(perbedaan atau selisih antara PV dengan SP) sekitar 2%.

VI. Analisis

Fungsi Pin-pin pada Arduino (Stand Alone Controller) yang terhubung ke Plant

Kendali Kecepatan Motor :

- A0, digunakan sebagai Set point dengan cara mengkoneksikannya dengan

Potensiometer.

- A5, digunakan sebagai detektor Respon dari sensor plant.

- PIN 6, digunakan sebagai keluran Arduino yang digunakan untuk menjalankan

plant.

Modul set point tidak digunakan karena set point menggunakan potensiometer yang

terhubung ke analog input arduino yang dapat diubah nilai tegangannya dari 0 – 5v.

Modul PID analog tidak sepenuhnya digunakan, karena modul tersebut hanya

digunakan parameter Kp nya saja, disebabkan keluaran dari Arduino terbatas

yaitu 0 - 5V sedangkan tegangan yang masuk ke penguat daya harus memiliki range

0 – 10V oleh karena itu harus dikalikan 2 dengan menggunakan gain yang ada di PID

analog.

Perbandingan hasil desain kendali digital menggunakan motode ZN-1 dengan Cohen-

Coon pada Plant Kendali Kecepatan Motor :

Gambar-9 ZN-1 Gambar-10 CC

(Kp = 40, Ti=0.3, Td=0.0002) (Kp = 7 ; Ti = 0.15)

Terlihat bahwa desain kendali PID dengan ZN-1 terdapat overshoot yang lebih besar

dibandingkan dengan desain kendali PI dengan Cohen Coon sehingga untuk plant

kendali kecepatan motor ini desain kendali PI Cohen Coon lebih baik dan tepat untuk

digunakan.

VII. Kesimpulan

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa :

Untuk dapat melihat respon kendali suatu plant dapat digunakan aplikasi

interfacing salah satunya dengan Software Makerplot.

Stand alone controller merupakan sistem yang mampu menampilkan hasil atau

respon desain kendali PID suatu plant tanpa memerlukan lagi Komputer atau

PC.

Untuk Plant Kendali Kecepatan Motor, desain kendali digital PID yang lebih

baik dan tepat untuk digunakan yaitu metode Cohen Coon PI controller.