Inovasi sistem merupakan ringkasan dari dokumen tersebut. Dokumen tersebut membahas tentang perkembangan sistem kontrol mulai dari abad ke-18 hingga saat ini, termasuk definisi istilah, jenis sistem kontrol, dan aplikasi sistem kontrol pada berbagai bidang seperti industri, robotika, dan teknologi lainnya. Ringkasan yang diberikan menyimpulkan bahwa inovasi sistem mengacu pada perubahan fungsi dan struktur s

1. PENGANTAR SISTEM KONTROL
Department of Refrigeration,Air Conditioning, and Energy Engineering
National Chin-Yi University ofTechnology,Taiwan (R.O.C)
C. Bambang Dwi Kuncoro, Ph.D.

2. BUKU ACUAN
MODERN CONTROL ENGINEERING
Katsuhiko Ogata
Automatic CONTROL System

3. SEJARAH PERKEMBANGAN SISTEM PENGATURAN
• Abad ke-18: Governor Sentrifugal untuk mengendalikan kecepatan mesin
uap yang dibuat oleh James Watt.
• 1922: Minorsky membuat pengendali automatik untuk pengemudian
kapal dan cara menentukan kestabilan dari persamaan diferensial yang
melukiskan sistem.
• 1932: Nyquist mengembangkan prosedur sederhana untuk menentukan
kestabilan sistem loop tertutup pada basis respon loop terbuka terhadap
masukan tunak “steady state” sinusoida.
• 1934: Hazen memperkenalkan servomekanisme relai untuk sistem kontrol
posisi yang mampu mengikuti dengan baik masukan yang berubah.
• 1940-an: Metode respon frekuensi memungkinkan merancang sistem
kontrol linier berumpan balik yang memenuhi persyaratan performansi.
• 1950: Metode tempat kedudukan akar dalam disain sistem kontrol benar-
benar telah berkembang.

4. • Metoda Repons Frekuensi dan Tempat Kedudukan Akar, yang merupakan
inti teori kontrol klasik, akan membawa kita ke sistem yang stabil dan
memenuhi persyaratan performasi yang acak.
• 1960: Teori kontrol moderen telah dikembangkan untuk mengatasi
bertambah kompleksnya “plant” moderen dan persyaratan yang ketat
pada ketelitian, kinerja dan biaya untuk kebutuhan militer, ruang angkasa
dan industri.
• Komputer elektronik analog, digital dan hibrid digunakan pada
perhitungan kompleks dalam rancangan sistem kontrol dan
pengoperasian sistem kontrol.
• Perkembangan Teori Kontrol Moderen menuju pada kontrol optimal
untuk sistem deterministik dan stokastik, maupun kontrol adaptif dan
kontrol dengan penalaran (learning control).
• Penerapan teori kontrol moderen dalam bidang biologi, ekonomi,
kedokteran dan sosiologi sekarang banyak dilakukan.

5. DEFINISI ISTILAH-ISTILAH
Plant : adalah seperangkat peralatan, mungkin hanya terdiri dari
beberapa bagian mesin yang bekerja bersama-sama, yang
digunakan untukmelakukan suatu operasi tertentu.
Contoh: tungku pemanas, reaktor kimia, pesawat ruang angkasa.
Proses : adalah suatu operasi yang sengaja dibuat, berlangsung
secara kontinyu, yang terdiri dari beberapa aksi atau perubahan
yang dikontrol, yang diarahkan secara sistematis menuju ke suatu
hasil atau keadaan akhir tertentu.
(Setiap operasi yang dikontrol disebut proses).
Sistem : adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja
bersama-sama dan melakukan suatu sasaran tertentu.
Misal: sistem fisik, biologi, ekonomi dsb.
Gangguan (disturbances) : adalah suatu sinyal yang cenderung
mempunyai pengaruh yang merugikan pada harga keluaran
sistem.

6. Kontrol berumpan-balik (feedback control): adalah suatu operasi
yang dengan adanya beberapa gangguan (yang tidak dapat
diramal), cenderung memperkecil selisih antara keluaran sistem
dan masukan acuan, dan bekerja berdasarkan selisih tersebut.
Sistem kontrol berumpan-balik : adalah sistem kontrol yang
cenderung menjaga hubungan yang telah ditentukan antara
keluaran dan masukan acuan dengan membandingkannya dan
menggunakan selisihnya sebagai alat pengendali.
Contoh: organisme manusia adalah sebuah sistem kontrol
berumpan-balik yang sangat kompleks.
Servomekanisme : adalah sistem kontrol berumpan-balik dengan
keluaran berupa posisi, kecepatan, atau percepatan mekanik.
Sistem regulator automatik : adalah sistem kontrol berumpan-balik
dengan masukan acuan atau keluaran yang diinginkan konstan
atau berubah terhadap waktu, tugas utamanya adalah menjaga
keluaran yang sebenarnya pada harga yang diinginkan, dengan
adanya gangguan.

7. Sistem pengontrol proses : adalah sistem regulator automatik
dengan keluaran berupa besaran seperti temperatur, tekanan,
debit aliran, tinggi muka cairan, atau pH.
Sebagian besar sistem pengontrol proses meliputi
servomekanisme sebagai bagian yang terpadu.

8. SISTEM KENDALI
Sistem kendali ada dimana-mana
• Rumah Tangga
 Sistem Pendingin Ruangan
 Mesin Cuci
 Lemari es
• Otomotif
 Cruise Control
 Active Suspension
 ABS
 ESP
• Lalu lintas Udara
 Autopilots
 Climate Control

9. • Proses Industri
 Kendali Temperatur
 Kendali Aliran
 Kendali Level
 Kendali Tegangan dan Frekuensi
• Mechatronics
 Servomekanisme
 CD Player
 Robots
 Mesin-mesin Produksi

10. SISTEM KONTROL LOOP TERTUTUP
Sistem Kontrol Loop Tertutup (closed-loop control system) : adalah
sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh
langsung pada aksi pengendalian.
Jadi adalah sistem kontrol berumpan-balik, yaitu menggunakan aksi
umpan balik untuk memperkecil kesalahan sistem.
Masukan
Kontroler
Plant
atau
Proses
Elemen
ukur
Keluaran
Diagram Blok Sistem Kontrol Loop Tertutup.

11. • Manusia bekerja sebagai Kontroler, ia menjaga temperatur air panas pada harga
tertentu.
• Termometer yang dipasang pada pipa keluaran air panas mengukur temperatur
yang sebenarnya.
• Temperatur adalah keluaran sistem.
• Manusia (operator) melakukan aksi kontrol, maka sistem seperti ini disebut
“Manual Feedback Control” atau “Manual Closed Loop Control”

12. Diagram Blok Pengendali Temperatur Manual
Pada sistem yang dioperasikan manusia (manual): mata, otak dan otot
masing-masing berfungsi sebagai alat ukur, kontroler dan katup pneumatik.
Temperaur yang
diinginkan
Otak
Otot
dan
Katup
Mata
Temperatur
sebenarnya
Saluran
Uap

13. • Kontroler automatik digunakan untuk menggantikan operator manusia.
• Mata operator analog dengan alat ukur kesalahan;
Otak analog dengan kontroler automatik
Otot-otot tangan analog dengan aktuator.
• Transducer adalah peralatan yang mengubah suatu sinyal dari suatu bentuk
menjadi bentuk lain.
• Sistem Kontrol Automatik Berumpan-balik akan menghilangkan setiap kesalahan
operasi manusia terutama pengendalian sistem kompleks.

14. Diagram Blok Pengendali Temperatur Otomatis
Kontroler otomatik menjaga temperatur air panas dengan memban-
dingkan temperatur sebenarnya dengan temperatur yang diinginkan dan
melakukan koreksi setiap kesalahan dengan mengatur bukaan katup
pneumatik.
Temperaur yang
diinginkan
Kontroler
Katup
pneumatik
Alat ukur
temperatur
Temperatur
sebenarnya
Saluran
Uap

15. SISTEM KONTROL TERBUKA
Sistem Kontrol Loop Terbuka (open-loop control system) : adalah
sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi
pengendalian.
Keluarannya tidak diukurkan atau diumpan-balikan untuk
dibandingkan dengan masukan acuan.
Ketelitian sistem bergantung pada kalibrasi.
Masukan
Kontroler
Plant
atau
Proses
Keluaran
Diagram Blok Sistem Kontrol Loop Terbuka
Kontrol loop terbuka dapat digunakan jika hubungan antara
masukan dan keluaran diketahui dan tidak terdapat gangguan
internal maupun eksternal.
Setiap sistem kontrol yang bekerja pada basis waktu adalah loop
terbuka. Contoh: Lampu lalu lintas.

16. Perbandingan antara Sistem Kontrol Loop
Tertutup dan Loop Terbuka
Kelebihan Sistem Kontrol Loop Tertutup
Penggunaan umpan-balik membuat respon sistem relatif kurang
peka terhadap gangguan eksternal dan perubahan internal pada
parameter sistem.
Dapat digunakan komponen-komponen dengan ketelitian lebih
rendah dan murah untuk mendapat pengendali plant dengan
teliti yang tidak mungkin diperoleh pada sistem loop terbuka.
Kelemahan Sistem Kontrol Loop Tertutup
Kestabilan merupakan persoalan utama karena cenderung terjadi
kesalahan akibat koreksi berlebihan yang dapat menimbulkan
osilasi.
Sistem kontrol loop tertutup mempunyai kelebihan hanya jika
terdapat gangguan/perubahan yang tidak dapat diramal pada
komponen sistem

17. Kelebihan Sistem Kontrol Loop Terbuka
Konstruksinya sederhana dan perawatannya mudah.
Lebih mudah dibuat dan lebih murah
Kestabilan bukan merupakan persoalan utama.
Untuk sistem dengan masukan yang telah diketahui sebelumnya
dan tidak ada gangguan, maka disarankan untuk menggunakan
kontrol loop terbuka.
Kelemahan Sistem Kontrol Loop Terbuka
Membutuhkan komponen-komponen dengan ketelitian tinggi dan
relatif mahal.
Jika terdapat gangguan atau perubahan yang tidak dapat diramal
maka tidak dapat digunakan sistem loop terbuka.
Kombinasi yang sesuai antara kontrol loop terbuka dan tertutup
biasanya lebih murah dan memberikan keandalan sistem yang
diinginkan.

18. Kontrol Langsung dan Tidak Langsung
Untuk mendapatkan hasil yang terbaik, maka perlu sekali mengukur
dan mengendalikan secara langsung variabel yang menunjukkan
keadaan sistem atau kualitas produk.
Dalam hal sistem pengolahan proses, pengukuran dan pengendalian
lansung adalah sulit, karena kualitas ini mungkin sukar diukur.
Untuk sistem pengolahan proses diperlukan pengontrolan variabel
sekunder.
Contoh: variabel-variabel temperatur, tekanan.
Kontrol tidak seefektif kontrol langsung.

19. SISTEM KONTROL ADAPTIF
Karakteristik dinamik sebagian besar sistem kontrol adalah tidak
konstan.
Misal: Memburuknya kinerja komponen dengan pertambahan
waktu, kondisi lingkungan.
Adaptasi adalah kemampuan untuk menyesuaiakan diri atau
memodifikasi diri sesuai dengan perubahan pada kondisi
sekeliling atau struktur yang tidak dapat diramal.
Sistem kontrol yang mempunyai kemampuan beradaptasi dalam
keadaan bebas disebut sistem kontrol adaptif.
Karakteristik dinamik harus diidentifikasi setiap saat sehingga
parameter kontroler dapat diatur untuk menjaga kinerja secara
optimal.
Juga akan menyesuaikan kesalahan atau ketidak-pastian disain
teknik yang layak dan akan mengkompensasi kerusakan
komponen sistem.

20. SISTEM KONTROL PENALARAN
Sistem kontrol loop terbuka dapat diubah menjadi loop tertutup jika
digunakan operator manusia.
Jika operator mempunyai banyak pengalaman maka ia akan
menjadi kontroler yang lebih baik.
Kita akan menghadapi persoalan yang sulit dalam menulis
persamaan yang menggambarkan perilaku manusia.
Sistem kontrol yang mempunyai kemampuan untuk menalar disebut
sistem kontrol dengan penalaran (learning control system) atau
“intelligent control system”.

21. Kendali Gerak Robot
Beberapa jenis kendali navigasi:
•PID control;
•Robust control;
•Adaptive control;
•Nonlinear control;
•Fuzzy control.
PID (Proportional, Integral & Derivative)
Control: paling umum digunakan saat ini (95%).

22. KENDALI PID
•PID control loop
•Gagasan Dasar
• Jika kesalahan besar, maka kendali masukan juga harus
besar.
• Jika kesalahan kecil, mala kendali masukan juga harus
kecil.

23. Operasi Kendali Fuzzy
• Pengendali Fuzzy: Pengendali berbasis Aturan (Rule).
• Tidak membutuhkan komputasi yang kompleks.
• Menurut Skema: Fuzzifikasi, Inference, Defuzzifikasi.
• Derajat keanggotaan pada kelas-kelas fuzzy menentukan kekuatan
aturan-aturan yang diterapkan.
Fuzzifier Inference
Engine
Fuzzy
Rule Base
Defuzzifier Motor

24. OTAK MANUSIA
Penalaran, bahasa,
aritmatika dan logika
Kreativitas, seni, imajinasi

25. AUTOMATISASI
Automatisasi yaitu pekerjaan yang tadinya dilakukan oleh
manusia digantikan oleh teknologi komputer/prosesor.

26. PEMECAHAN MASALAH
Pemecahan masalah yaitu teknologi membuat pekerjaan yang
tidak pernah dilakukan sebelumnya oleh manusia
ternyata bisa dilakukan.

27. INOVASI SISTEM
Inovasi sistem yaitu mengubah fungsi dan struktur sosial-
ekonomi yang ada digantikan oleh sistem sosial-ekonomi
yang baru.

28. A New Generation of Control
Systems

29. CONTROL SYSTEM
•Distributed Control System (DCS)
•Programmable Logic Controller (PLC)
•SCADA
•Human Machine Interface (HMI)
•Pneumatic/Electronic Instrumentation

30. SMART CONTROL SYSTEM
• Signal Processing System – very high speed DSP parallel
processing.
• Mission Critical System – fast control loop, uniprocessor.
• Distributed Control System – heterogeneous, moderate
processing.
• Small System – very cost-sensitive.

31. Space Technology
 Spaceshuttle
Nuclear Technology
 Nuclear reactors
Complex installations
 Procesindustry