Sistem Kendali Suhu Menggunakan Metode Ziegler-Nichols, Script Arduino dan Stand Alone Control. Laporan ini membahas desain sistem kendali suhu dengan menggunakan metode Ziegler-Nichols tipe 1 dan 2, pembuatan script Arduino di Matlab, serta desain stand alone control menggunakan Arduino dan LCD. Hasil simulasi dan implementasi menunjukkan respons yang diinginkan dapat dicapai dengan menentukan nilai Kp, Ki, dan Kd secara manual.

1. Sistem Kendali Plant Menggunakan Matlab
dan Script Arduino
Plant Control System Using Matlab and Script Arduino
Laporan disusun untuk memenuhi salah satu syarat
menyelesaikan pembelajaran DIPLOMA III PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Di Jurusan TEKNIK ELEKTRO
Oleh:
KIKI ABDUL BAKI
131311049
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2015

2. ABSTRAK
Kiki Abdul Baki: Sistem Kendali Suhu. Laporan Akhir: Program Studi Teknik
Elektronika D3. Politeknik Negeri Bandung. 2015
untuk merancang sebuah sistem kendali digital (SKD) diperlukan pengendali plant temperatur
menggunakan kendali digital dan konsep real- time. Arduino Uno adalah sebuah modul yang
dipakai dalam praktikum kendali suhu. Arduino Uno ini berguna sebagai kontroler pada
system kendali ini, feature dari Arduino Uno memiliki keunggulan dengan pemrograman yang
sederhana dan mudah sehingga tidak perlu menggunakan chip dan memiliki sarana komunikasi
USB. Metode PID Ziegler-Nichols merupakan metode utama yang digunakan dalam
praktikum ini dengan matlab sebagai simulator dan interface. Sistem kendali digital
menggunakan Arduino Uno sebagai kontroler pada sistem kendali temperatur dengan kinerja
yang cukup praktis dan sederhana. Pada metode Ziegler Nichols digunakan manual tunning
agar mendapat system kendali yang stabil. System kendali temperature banyak digunakan
seperti pada kendali temperature incubator dan sistem kendali.
Kata kunci: sistem kendali, plant, arduino, real-time
i

3. ii
DAFTAR ISI
ABSTRAK ..................................................................................................................................... i
DAFTAR ISI ................................................................................................................................. ii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................... iv
DAFTAR TABEL .........................................................................................................................v
BAB I PENDAHULUAN ..............................................................................................................1
1.1 Latar Belakang ......................................................................................................................1
1.2 Tujuan ....................................................................................................................................1
1.3 Rumusan Masalah .................................................................................................................1
1.4 Batasan Masalah ....................................................................................................................2
BAB II LANDASAN TEORI........................................................................................................3
2.1 Sistem Kendali ......................................................................................................................3
2.2 Plant Temperature ..................................................................................................................4
2.2.1 Jenis-jenis Alat Ukur Temperature ............................................................................4
2.3 PID (Proportional-Integrative-Derivative) ............................................................................5
2.3.1 Kontrol Proporsional ..................................................................................................5
2.3.2 Kontrol Integratif .......................................................................................................5
2.3.3 Kontrol Derivatif ........................................................................................................6
2.4 Manual Tunning .....................................................................................................................6
BAB III PROSES PERANCANGAN...........................................................................................9
3.1 Perancangan Alat Kendali Suhu ............................................................................................9
3.1.1 Modul Power Supply .................................................................................................9
3.1.2 Modul Set Point .........................................................................................................9
3.1.3 Modul PID ...............................................................................................................10
3.1.4 Modul Power Amplifier ...........................................................................................11
3.1.5 Modul Plant Kendali Temperatur ............................................................................12
3.2 Sistem Perancangan Kendali Suhu ......................................................................................13
3.2.1 Metode Ziegle Nichols Tipe 1 .................................................................................13
3.2.2 Metode Ziegle Nichols Tipe 2 .................................................................................14
3.2.3 Script Arduino Matlab .............................................................................................14
3.2.4 Stand Alone Control ................................................................................................15
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................................17
4.1 Ziegler Nichols Tipe 1 .........................................................................................................17

4. 3
4.2 Ziegler Nichols Tipe 2 .........................................................................................................18
4.3 Script Pada Arduino ............................................................................................................21
4.4 Stand Alone Arduino dan LCD ...........................................................................................23
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................................................29
5.1 KESIMPULAN ...................................................................................................................29
5.2 SARAN ...............................................................................................................................29
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... vi

5. 4
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kendali PID dalam Sistem Kendali ......................................................................................... 5
Gambar 2.2 Closed loop with feedback ...................................................................................................... 7
Gambar 2.3 Cara mencari nilai L dan T....................................................................................................... 8
Gambar 3. 1 Modul Power Supply .............................................................................................................. 9
Gambar 3. 2 Modul Set Point..................................................................................................................... 10
Gambar 3.3 Modul PID ...............................................................................................................10
Gambar 3.4 Modul Power Amplifier ..........................................................................................11
Gambar 3.5 Modul Kendali Temperatur...................................................................................... 12
Gambar 3.6 Sistem Kendali Suhu ............................................................................................... 13
Gambar 3.7 Sistem Kendali Suhu Ziegler Nichols 1 .................................................................. 13
Gambar 3.8 Tampilan Kendali pada Simulink Matlab dengan Slidergain ......................................... 14
Gambar 3.9 Desain plant PID ....................................................................................................... 14
Gambar 3.10 proses desain ........................................................................................................... 15
Gambar 3.11 proses desain stand alone ......................................................................................... 15
Gambar 4.1 Pencarian Nilai Ziegler-Nichols Tipe 1 pada Matlab ........................................................... 17
Gambar 4.2 Sistem Kendali Suhu Ziegler-Nichols Tipe 1......................................... 17
Gambar 4.3 Modul Hasil Manual Tuning Ziegler-Nichols Tipe 1............................................................ 18
Gambar 4.4 Hasil Kendali Simulink Matlab ............................................................................................ 18
Gambar 4.5 Hasil Kendali Simulink Matlab ............................................................................................ 19
Gambar 4.6 M Hasil Kendali Simulink Matlab ........................................................................................ 19
Gambar 4.7 hasil respon ............................................................................................................. 20
Gambar 4.8 respon hasil tunning ................................................................................................ 20
Gambar 4.9 nilai proses value di bawah setpoint ....................................................................... 27
Gambar 4.10 nilai proses value di atas setpoint .......................................................................... 28
Gambar 4.11 nilai proses value sama dengan setpoint ............................................................... 28

6. 5
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Tabel Ziegler-Nichols ..........................................................................................................7
Tabel 2. 2 Karakterisrik Kp, Ki, dan Kd .................................................................................................8

7. 1
1.1 LATAR BELAKANG
BAB I
PENDAHULUAN
Di zaman yang modern ini, banyak industry yang menjadi tujuan dari kebijakan-kebijakan
dalam pengemabangan teknologi diarahkan pada penciptaan suatu alat pengendalian yang
sempurna yang secara terpadi ditunjang oleh pengembangan teknologi modern dengan
mengeksloitasi semua kemampuan dan pengetahuan yang ada untuk meningkatkan kualitas
dan kuantitas hasil produksi. Suatu alat pengendalian otomatis ini sangat banyak digunakan
dalam dunia indutri, dengan perkembangan sangat pesat dan peran penggunaan pengendalian
otomatis sangat penting. Hal ini dikarenakan pengandalian otomatis erat sekali hubungannya
dengan efisiensi waktu, tenaga kerja, hemat energy, ramah lingkungan dan proses produksi
yang tinggi. Salah satu system kendali yang banyak digunakan diindustri adalah pengendali
PID (Proportional Integral Derivatif). Kendali PID merupakan gabungan dari ketiga macam
metode kendali yaitu pengendali Proportional, pengendali Integral dan pengendali Derivatif.
1.2 TUJUAN
1. Mendesain kendali PID dengan Ziegler Nichols Tipe 1 & 2 menggunakan Arduino
Matlab.
2. Mendesain kendali suhu dengan script Arduino matlab.
3. Mendesain respon script dengan system closed loop.
4. Mendesain kendali suhu PID dengan stand alone mengggunakan Arduino matlab.
5. Mengetahui system kendali proportional (Kp)/gain sebagai controller.
6. Mengetahui sinyal hasil desain metode ZN 1 & 2.
7. Menentukan nilai Kp, Ki dan Kd.
8. Mencari nilai manual tunning/memaksimalkan respon yang diinginkan.
9. Mengetahui sinyal hasil desain script.
1.3 PERUMUSAN MASALAH
1. Apa pengertian Sistem kendali…?
2. Apa manfaat sistem kedali pada dunia industry dan kehidupan sehari…?
3. Bagaimna cara mendesain metode Ziegle Nichols Tipe 1 dan Tipe 2, script Arduino
Matlab dan stand alone control dengan LCD…?
4. Bagaimana bentuk gelombang hasil desain kendali dan script Arduino matlab…?

8. 2
1.4 BATASAN MASALAH
 Pada praktikum kendali ini dikenalkan proses desain Ziegle Nichols Tipe 1, Ziegle
Nichols Tipe 2, script Arduino Matlab dan stand alone control dengan LCD.
 Hasil gelombang dilakukan dengan melihat discope matlab dan dilakukan juga dengan
manual Tunning.
 Pada script Arduino matlab dibuat terlebih dahulu programe.
 Stand alone control menggunakan LCD untuk mengetahui nilai suhu kendalinya.
 Pada stand alone control disyaratkan membuat shield Arduino agar penempatan LCD
terhadap Arduino lebih aman.

9. 3
BAB II DASAR
TEORI
2.1 Sistem kendali
Sistem kendali adalah proses pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel,
parameter) sehingga berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkuman harga (range)
tertentu. Dalam dunia industri, dituntut suatu proses kerja yang aman dan berefisiensi tinggi
untuk menghasilkan produk dengan kualitas dan kuantitas yang baik serta dengan waktu yang
telah ditentukan. Otomatisasi sangat membantu dalam hal kelancaran operasional, keamanan
(investasi, lingkungan), ekonomi (biaya produksi) dan mutu produk.
proses yang dilakukan pada praktikum kali ini yaitu mengendalikan suhu atau temperatur
dengan menggunakan alat-alat kontrol dalam proses produksi dinamakan sistem pengontrolan
proses (process control system). Sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem
pengontrolan disebut pengontrolan instrumentasi proses (process control instrumentation).
Dalam sistem kendali, kedua hal tersebut berhubungan erat meskipun keduanya merupakan dua
hal yang berbeda. Ada 3 parameter yang harus diperhatikan sebagai tinjauan pada suatu sistem
kontrol proses, yaitu :
1. Cara kerja sistem kontrol
2. Keterbatasan operator dalam pengontrolan proses
3. Peran instrumentasi pada pengontrolan proses
Langkah yang harus dikerjakan antara lain seperti mengukur, membandingkan, menghitung
dan mengkoreksi. Pada saat operator mengamati suhu, yang dikerjakan sebenarnya adalah
mengukur process variable (besaran parameter proses yang dikendalikan). Pada proses
pengontrolan suhu, process variable-nya adalah suhu, lalu operator membandingkan apakah
hasil pengukuran tersebut sesuai dengan apa yang diinginkan. Besar proses variabel yang
diinginkan tadi disebut desired set point. Perbedaan antara process variabel dan desired set
point disebut error.
Dalam sistem kontrol suhu dapat dirumuskan secara matematis sebagai berikut :
Error = Set Point – Process Variable

10. 2.2 Plant Temperature
Tujuan dari system kontrpl suhu adalah untuk membatasi suhu atau temperature sesaui
dengan yang diinginkan. Skala temperature adalah besar dari satu unit ukuran yaitu satu
energi termal rata-rata permolekul dinyatakan oleh satu unit dari skala tersebut.
Skala temperature absolute yaitu skala yang menetapkan temperature nol suatu material
yangtidak mempunyai energy termal. Skala yang biasa digunakan dalam temperature, yaitu:
1. Skala Fahreinheit (o
F)
2. Skala Celcious (o
C)
3. Skala Reamur (o
R)
4. Skala Klevin (K)
2.2.1 Jenis-Jenis Alat Ukur Temperatur
Secara sederhana, alat ukut temperatur yang digunakan pada praktikum kali ini
dibagi kedalam dua kelompok besaran yaitu:
1. Alat ukur temperatur dengan metode pemuaian (Termometer)
2. Alat ukur temperatur dengan metode elektris (Sensor Suhu)
4

11. 5
2.3 PID (Proportional – Integrative – Derivative)
Sistem Kontrol PID ( Proportional–Integral–Derivative controller ) merupakan
kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik
adanya umpan balik pada sistem tesebut ( Feed back ).
Sistem kontrol PID terdiri dari tiga buah cara pengaturan yaitu kontrol P (Proportional), D
(Derivative) dan I (Integral), dengan masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan.
Dalam implementasinya masing-masing cara dapat bekerja sendiri maupun gabungan
diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol PID yang perlu dilakukan adalah mengatur
parameter P, I atau D agar tanggapan sinyal keluaran system terhadap masukan tertentu
sebagaimana yang diinginkan.
Gambar 2.1 Kendali PID dalam Sistem Kendali
2.3.1. Kontrol Proporsional
Kontrol P jika G(s) = kp, dengan k adalah konstanta. Jika u = G(s) • e maka u =
Kp • e dengan Kp adalah Konstanta Proporsional. Kp berlaku sebagai Gain (penguat)
saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroler. Penggunaan kontrol P
memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun
demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar yang sederhana kontrol P ini cukup mampu
untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time.
2.3.2. Kontrol Integratif
Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai u(t) =
[integrale(t)dT]Ki dengan Ki adalah konstanta Integral, dan dari persamaan diatas,
G(s) dapat dinyatakan sebagai u = Kd.[deltae / deltat] Jika e(T) mendekati konstan
(bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat
memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil.
Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun
pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi

12. 6
sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi
justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde sistem
2.3.3. Kontol Derivatif
Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai G(s) =
s.Kd Dari persamaan di atas, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam konteks
"kecepatan" atau rate dari error. Dengan sifat ini ia dapat digunakan untuk
memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol
Derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol
ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat
dipakai sendiri
Untuk mendapatkan aksi kontrol yang baik diperlukan langkah coba-coba dengan
kombinasi antara P, I dan D sampai ditemukan nilai Kp, Ki dan Kd seperti yang
diiginkan.
(1) Memahami cara kerja system,
(2) Mencari model sistem dinamik dalam persamaan differensial,
(3) Mendapatkan fungsi alih sistem dengan Transformasi Laplace,
(4) Memberikan aksi pengontrolan dengan menentukan konstanta Kp, Ki dan Kd,
(5) Menggabungkan fungsi alih yang sudah didapatkan dengan jenis aksi pengontrolan,
(6) Menguji sistem dengan sinyal masukan fungsi langkah, fungsi undak dan impuls
ke dalam fungsi alih yang baru,
(7) Melakukan Transformasi Laplace balik untuk mendapatkan fungsi dalam kawasan
waktu,
(8) Menggambar tanggapan sistem dalam kawasan waktu
2.4 Manual Tuning
Tuning kontrol PID bertujuan untuk menentukan parameter atau nilai dari kontrol
proporsional, integratif dan derivatif. Proses manual tuning PID ini dilakukan dengan cara
trial and error hingga didapatkan hasil respon yang stabil dan sesuai dengan yang
diinginkan. Dalam penggunaan kendali PID berarti mengolah suatu sinyal kesalahan atau
error, yang nantinya dijadikan suatu sinyal kendali yang dilanjutkan ke aktuator dalam
sistem closed loop yang menggunakan feedback, seperti blok diagram berikut:

13. 7
Gambar 2.2 Closed loop with feedback
Metode Ziegler-Nichols merupakan sebuah metode tuning PID yang
dikembangkan oleh John G. Ziegler dan Nathaniel B. Nichols. Tuning ini dilakukan
dengan mengatur nilai I (integral) dan D (derivatif) dengan nilai nol, dengan nilai P
(proporsional) ditambahkan (dari nilai 0) hingga mendapatkan nilai P terbaik dimana
output dari sistem kendali memiliki amplitudo yang konstan. Dengan cara lain yaitu
menggunakan aturan tunning Ziegler-Nichols dengan rumus seperti dibawah ini
Controller Kp Ti Td
P T/L ∞ 0
PI 0.9(T/L) L/(0.3) 0
PID 1.2(T/L) 2L 0.5l
Tabel 2. 1 Tabel Ziegler-Nichols
Dimana nilai L merupakan delay time yang berasal dari penarikan garis lurus
settling time dikurangi T yang merupakan risetime. Karena kita menggunakan
kontroller PID bukan P atau PI saja maka kita menggunakan rumus ke 3, berikut
merupakan cara dalam mencari nilai L dan T

14. 8
Gambar 2.3 Cara mencari nilai L dan T
Kemudian bila telah diketahui nilai T dan L maka cari nilai Kp, Ki dan Kd dengan
rumus ke 3 lalu masukan nilai tersebut kedalam matlab. Bila respon system yang
dihasilkan tetap tidak stabil maka hasil selanjutnya yang tetap dilakukan yaitu melalui
manual tunning dengan cara trial and error berdasarkan dengan karakteristik Kp, Ki
dan Kd yang harus diperhatikan sehingga kita tidak sembarangan dalam melakukan
tunning tersebut.
Tabel 2. 2 Karakterisrik Kp, Ki, dan Kd
Dengan berdasarkan tunning melaui Ziegler Nichols dan manual tunning trial and error
maka kita mendapatkan hasil respon system kendali yang lebih stabil dan sesuai dengan
yang diinginkan.

15. 9
BAB III
PROSES PERANCANGAN
3.1. Perancangan Alat kendali suhu
Perancangan alat ini akan menjelaskan modul-modul yang akan digunakan sistem
kendali suhu.
3.1.1. Modul Power Supply
Modul power supply berfungsi sebagai sumber daya untuk seluruh plant yang
digunakan pada sistem kendali temperatur. Modul power supply ini memiliki input
tegangan AC 220 V dengan tegangan output sebesar +15 Vdc, +5 Vdc, -15Vdc,
selain itu modul power supply ini juga memiliki tegangan output lain sebesar +24
Vdc, +12 Vdc dan +6 Vdc.
Gambar 3. 1 Modul Power Supply
3.1.2. Modul Set Point
Modul set point berfungsi untuk memberikan nilai input yang digunakan kepada
sistem kendali sesuai yang diinginkan dan nantinya nilai set point ini akan dijadikan
acuan untuk hasil output sistem kendali. Pada modul set point ini memiliki nilai yang
dapat diatur, yaitu -10 Vdc sampai +10 Vdc dan 0v sampai +15v.

16. 1
0
Gambar 3. 2 Modul Set Point
3.1.3. Modul PID
Modul PID berfungsi sebagai kontrol atau pengendali pada sistem kendali suhu
memberikan nilai untuk mengolah nilai dari set point menjadi hasil respon sesuai
dengan yang diinginkan. Pada modul PID ini terdapat 3 nilai yang dapat diatur, yaitu
Kp, Ti, dan Td. Pada penggunaan modul PID ini ketiga nilai parameter tersebut dapat
digunakan salah satunya atau dapat juga digunakan ketiganya.
Gambar 3. 3 Modul PID

17. 1
1
3.1.4. Modul Power Amplifier
Modul power amplifier atau modul penguat daya berfungsi untuk menguatkan
arus atau daya yang keluar dari modul PID agar dapat digunakan untuk
mengendalikan plant. Pada modul penguat daya terdapat dua keluaran, yaitu
tegangan positif dan tegangan negatif dengan besar tegangan yang sama.
Gambar 3. 4 Modul Power Amplifier

18. 1
2
3.1.5. Modul Plant Kendali Temperatur
Modul kendali temperatur yaitu plant yang dikendali pada sistem kendali pada
praktikum ini. Modul ini menggunakan sebuah lampu yang diletakkan pada sebuah
tabung, dimana panas dari lampu tersebut menjadi sumber panas yang akan dibaca
besar suhunya oleh sensor yang terdapat didekat lampu. Semakin panas suhu yang
diinginkan maka lampu akan semakin terang, bila suhu yang diinginkan cukup
rendah maka lampu akan redup. Untuk penurunan suhu yang dibaca, modul kendali
temperatur ini menggunakan suhu ruangan ataupun kita dapat menggunakan fan yang
dapat digunakan untuk mendinginkan lampu dan juga dapat digunakan sebagai
gangguan untuk pengetesan kestabilan sistem kendali. Sensor yang terdapat pada
modul ini dapat dibaca dalam 2 besaran, yaitu dalam tegangan dan dalam arus dengan
resolusi 1V/100
C atau 2mA/100
C
Gambar 3. 5 Modul Kendali Temperatur

19. 1
3
3.2 sistem perancangan kendali suhu
3.2.1 Metode Ziegle Nichols Tipe 1
Gambar 3.6 Sistem Kendali Suhu
Gambar diatas merupakan sistem kendali temperatur dengan menggunakan
Arduino Uno untuk mencari nilai dalam metode Ziegler-Nichols tipe 1. Sistem
kendali temperatur tersebut dihubungan ke aplikasi Matlab dengan hasil sebagai
beriku
Gambar 3.7 Sistem Kendali Suhu Ziegler-Nichols Tipe 1

20. 1
4
3.2.2 Metode Ziegle Nichols Tipe 2
Sistem kendali temperatur dengan menggunakan Arduino Uno dengan metode
Ziegler-Nichols tipe 2. Pada percobaan kali ini digunakan modul PID langsung pada
matlab dengan simulink sebagai berikut dan menggunakan slider gain.
Gambar 3.8 Tampilan Kendali pada Simulink Matlab dengan Slidergain
3.2.3 Script Arduino Matlab
Dalam praktikum kendali suhu dengan script, menggunakan power supply sebagai tegangan
sumber yang diset sebesar ±15V. Proporsional integral differential sebagai pengali dua, penguat amplifier
dan plant kendali suhu.
Gambar 3.9 Desain plant PID

21. 1
5
Selain menggunakan desain seperti pada gambar diatas. Kita menggunakan Arduino
dan potensiometer sebagai setpoint. Fungsi potensiometer untuk merubah nilai kendali
yang diinginkan. Resistor 15kohm dipasang untuk pengali dua, kaki positifnya dipasang
ke konektor positif dari PID.
Gambar 3.10 proses desain
3.2.4 Stand Alone Control
Dalam praktikum kendali suhu dengan dengan stand alone, menggunakan power
supply sebagai tegangan sumber yang diset sebesar ±15V. Proporsional integral
differential sebagai pengali dua, penguat amplifier, PID controller, plant kendali
suhu dan Arduino shield.
Gambar 3.11 proses desain stand alone

22. 1
6
Potensiometer digunakan sebagai setpoint. Proses desain stand alone plant suhu
seperti terlihat pada gambar bahwa output dari plant suhu dikoneksikan ke pengali
tegangan dan PID dikoneksikan ke analog in pada Arduino.

23. 1
7
BAB IV
DATA DAN ANALISA
Data dan analisa yang telah dilakukan pada praktikum sistem kendali suhu, yang
terdiri dari sistem kendali suhu menggunakan Ziegler-Nichols tipe 1, Ziegler-Nichols tipe
2, script pada Arduino Uno dan Stand Alone control.
4.1. Ziegler-Nichols Tipe 1
Gambar 4. 1 Pencarian Nilai Ziegler-Nichols Tipe 1 pada Matlab
Selanjutnya nilai yang terdapat pada grafik tersebut menjadi dasar untuk mencari Kp,
Ki dan Kd yang akan digunakan dalam kendali PID. Setelah ditemukan nilai Kp, Ki
dan Kd maka sistem kendali temperatur dipasangkan modul kendali PID seperti gambar
berikut
Gambar 4. 2 Sistem Kendali Suhu Ziegler-Nichols Tipe 1

24. 1
8
Setelah memasukkan nilai Kp, Ki dan Kd pada modul kendali PID maka hal
berikutnya yaitu melakukan manual tuning. Manual tuning ini memiliki tujuan agar
respon yang didapat lebih stabil. Berikut ini merupakan hasil manual tuning yang telah
dilakukan
Gambar 4. 3 Hasil Manual Tuning Ziegler-Nichols Tipe 1
4.2. Ziegler-Nichols Tipe 2
Sistem kendali temperature tersebut dihubungkan keaplikasi matlab dengan hasil
sebagai berikut:
Pengecekan Identifikasi osilasi plant suhu dimulai saat terjadi over shoot dari respons
pertama yang selanjutnya akan dilanjutkan dengan osilasi. Berikut gelombang yang di
peroleh :
Gambar 4. 4 Hasil Kendali Simulink Matlab
Respons pertama terjadi overshoot dan untuk selanjutnya akan terjadi osilasi
dengan amplitudo yang tetap sehingga di dapat perioda yang terukur adalah sbb:

25. 1
9
Kp Ti Td Ki Kd
18,54 22,88 5,72 0,81 106,04
Gambar 4. 5 Hasil Kendali Simulink Matlab
Garis Awal = 5079
Pcr = Garis Akhir – Garis Awal
= 5651 – 5079
= 572
Gambar 4.6 Hasil Kendali Simulink Matlab
Garis akhir = 5651
Perbandingan antara waktunya dengan waktu matlab yaitu 8 : 100 untuk waktu sebenarnya
Untuk mengetahui Kcr Diperlukan pengetsan dengan menggunakan masukan pada
penguat sehingga dapat diketahui penguatan :
Vin = 2,3 mV
Vout = 71 mV
Penguatan =
71mV
2.3mV
Penguatan =
71mV
= 30,862,3 mV
Kcr = 30,86
Pcr = 45,76

26. Setelah diketahui harga dari Kcr dan Pcr maka dapat diketahui harga dari Kp, Ti
dan Td. Tahap selanjutnya yaitu memasukan nilai Kp, Ti dan Td pada PID dengan
respons sebagai berikut :
Gambar 4.7 hasil respon
Dari gambar 6 diketahui bahwa Respons yang terlihat bisa diketahui bahwa
waktu settling time dan waktu steady-state yang dibutuhkan cukup lama dan memakan
waktu. Maka diperlukan proses tunning untuk memperbaiki gelombang respons yang
diinginkan, tetapi perlu diingat bahwa plant suhu memiliki karakteristik yang berbeda
dengan plant lain, selain waktu responsnya yang lama juga laju dari kenaikan dan
penurunan suhu yang lambat karena saat suatu benda yang memiliki panas apabila
didinginkan tidak akan langsung mencapai suhu yang diinginkan tetapi akan bertahap
secara lambat.
Dalam proses tunning akan terkonsentrasi pada pengurangan waktu Selting time
dan waktu untuk mencapai steady-state yang cepat maka nilai PID yang didapatkan
yaitu :
Kp= 30, Ti = 40, Td = 14
didapat Respons sebagai berikut :
Gambar 4.8 respon hasil tunning
Dari respons yang didapat dapat ditentukan bahwa lebih baik dari sebelumnya.
Dalam tunning kali ini kami mengalami kesulitan dalam penyesuaiaan gelombang
respons dengan yang kami inginkan hal ini dapat disebabkan oleh keadaan plant yang
sudah berubah atau penguatan yang tidak sesuai.
20

27. 21
Dari respons yang didapat waktu steady-state yang diinginkan lebih cepat juga selting
time yang didapat dengan menaikan harga Kp, Ti dan Td dengan perkiraan menurunkan
sedikit over shot dan menurunkan sedikit harga Ki dengan menikan harga Ti.
4.3. Script pada Arduino Uno
Pada praktikum yang terakhir yaitu menggunakan script pada Arduino Uno dimana script
tersebut mengganti modul kendali PID, dengan kata lain Arduino Uno berperan sebagai
kontroler PID, dengan cara mengubah nilai Kp, Ki, dan Kd pada script yang terdapat pada
Arduino Uno. Langkah awal yang dilakukan yaitu meng-upload script PID kedalam Arduino
Uno, berikut merupakan script PID yang digunakan
%Praktikum Sistem Kendali Digital
%T. Elektronika POLBAN
%Menggunakan desain Ziegler Nichols
%Dengan Tool Box Matlab yang memiliki performance magus pada
simulink
%========START========
%Pin 6 Sebagai keluaran PWM (DC)
%A (5) sebagai pembaca umpan balik
clf %menghapus figur jika masih ada yang tertampil
%Time Sampling
Ts = 5/100; %besarnya sampling
pinMode(a,3,'output') % set pin 6 arduino sebagai output kendali
pinMode(a,9,'output')
digitalWrite(a,9,1);

28. 22
%seting parameter PID
Kp = 60;
Ki = 1;
Kd = 175;
%============kondisi error awal
error_sebelum = 0;
errorI_sebelumnya = 0;
%============set untunk plot
y1=0; %plot nilai Setpoint
y2=0; %plot nilai Respons
t=0; %waktu looping
x=0;
start = digitalRead(a,8);
while(start==1) %600 merupakan nilai pengulangan tergantungjenis plant untuk
suhu bisa melebihi
%======================================================
%Penentuan PV
x = x+1;
SP = analogRead(a,0);
SP = (SP * 0.0049) * 2;
PV = analogRead(a,5);
PV = (PV * 0.0049) * 2; %untuk nominal 0-1023 setara 0-5V
%hitung Error
error = SP - PV;
%Menghitung Error Integral
errorI_sekarang = ((error + error_sebelum)/2)*Ts; %Luas Error sekarang
errorI = (errorI_sekarang) + (errorI_sebelumnya); %Error Integral Total
%menghitung Error Diferential
errorD = (error - error_sebelum)/Ts;
%Kendali PID outP
= Kp*error; outI =
Ki*errorI; outD =
Kd*errorD;
outPID = outP + outI + outD;
outPID = outPID/10
%====================================================
%membatasi agar nilai PID tidak lebih dari 255
if outPID > 10
outPID = 10;
else
outPID = outPID;
end
%membatasi agar PID tidak kurang dari 0
if outPID < 0
outPID = 0;
else
outPID = outPID;
end
outPID = outPID/2

29. 23
4.4 Stand Alone
Programe Arduino
Programe diarduino ini adalah bagian utama. Pada bagian ini kita harus
mendeklarasikan terlebih dahulu setiap instruksi yang akan kita buat untuk programe
selanjutnya. Dan juga kita menentukan berapa nilai Kp, Ki dan Kd.

30. 24
Bagian ini merupakan isi statement programe kendali suhu. Pinmode yang digunakan
adalah pinmode 6. Dan serial ini untuk mengecek apakah programe yang dibuat itu
sudah benar agar ketika ditampilkan ke lcd itu datanya sudah benar seperti yang
diinginkan.

31. 25
Selanjutnya dalam program, kita perlu membatasi kemampuan pembacaan
Arduino. Agar ketika kita menjalankan program data sesuai dengan kemampuan
Arduino yaitu 0-255. Setelah semua statement sudah dibuat, lalu kita tampilkan di
monitor agar ketahuan apakah program yang dibuat sudah sesuai dan kendali suhunya
sesuai dengan semua instruksi yang dibuat.
Pada praktikum kendali suhu ini kita menemukan ketidakstabilan plant suhu
dengan ditunjukan data pada serial 127 dan itu terus diulangi beberapa kali. Bisa
dilihat pada data sebagai berikut:

32. 26
Kondisi seperti ini bisa diasumsikan bahwa kondisi plant yang sudah tidak baik akibat
beberpa kali pemakaian dan instruksi control yang berbeda yang mengakibatkan pada
kinerja plant kendali suhu.
Setelah semua percobaan pada monitor sudah baik maka kita buat program untuk
menampilkan ke layar LCD, dengan program seperti dibawah ini:

33. 27
Lcd yang digunakan adalah lcd yang berukuran 16x2. Pada instruksi penulisan pada
lcd kita sesuaikan sama kapasitas lcd tersebut. Pada layar lcd ada beberapa keterangan
seperti: setpiont (SP=), proses value (PV=), dan keterangan derajar (o
C).
HASIL PENGUJIANNYA SEBAGAI BERIKUT:
a. Data ketika proses value dibawah setpoint
Gambar 4.9 nilai proses value di bawah setpoint

34. 28
Pada kondisi ini suhu terus naik dan melebihi setpoint. Dan untuk kembali lagi
kekondisi normal kita harus menunggu lama dan proses menurunnya juga kurang baik,
bisa di lihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 4.10 nilai proses value di atas setpoint
Pada data ini adalah ketika proses value lebih dari setpoint dan suhu kembali ke
kondisi normal. Perbedaan penurunan suhu pada kondisi normal ini mengalami
penurunan yang cukup besar yaitu 7o
C. untuk hasil kendali suhu yang baik adalah
ketika tidak terlalu jauh penurunan suhu dari setpoint, kita asumsikan 2o
C.
Dan ini adalah data ketika kendali suhu mengalami steady state:
Gambar 4.11 nilai proses value sama dengan setpoint

35. 29
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1. SIMPULAN
Berdasarkan perancangan dan hasil praktikum yang telah dilakukan pada sistem kendali
digital dengan plant kendali temperatur dan metode Ziegler-Nichols menggunakan Arduino
Uno, Matlab, script dan Stand Alone maka dapat disimpulkan
1. Sistem kendali digital dapat dilakukan dengan modul PID dan Arduino dengan
menggunakan metode Ziegler-Nichols
2. Praktikum sistem kendali suhu dilakukan dengan 3 metode, yaitu Ziegler-Nichols
tipe 1, Ziegler-Nichols tipe 2 dan Script pada Arduino dengan tujuan
mendapatkan hasil sistem respon yang stabil
3. Hasil praktikum sistem kendali suhu didapat respon stabil ketika menggunakan
metode Ziegler-Nichols tipe 1
4. Arduino Uno dapat digunakan sebagai pengendali tanpa menggunakan
kendali PID, dengan menggunakan metode script
5.2. SARAN
Untuk perbaikan dan pengembangan pada praktikum selanjutnya dalam sistem kendali digital,
maka terdapat beberapa saran sebagai berikut
a. Melakukan prosedur praktikum sesuai dengan yang diberikan oleh dosen agar praktikum
berjalan dengan baik
b. Sebaiknya dilakukan pengecekan terhadap setiap modul secara berkala agar kondisi
modul tetap baik
c. Perbaikan jumper-jumper yang digunakan dalam praktikum, karena terdapat banyaknya
jumper dalam kondisi yang buruk atau kurang baik.

36. 30

37. DAFTAR PUSTAKA
 “Sistem Kendali Digital” http://id.wikipedia.org/wiki/Sistem_kendali
 Bayusari. Ike, Caroline, S. Romli, dan Y. S. Bhakti, “Perancangan Sistem Pemantauan
Pengendali Suhu pada Stirred Tank Heater menggunakan SCADA”, Makalah,
Universitas Sriwijaya, 2013
 Saifulloh, Miftah, “Implementasi Metode Kuzzy Logic Sugeno pada Pengaturan Suhu
Ruang Penyimpanan Berbasis Mikrokontroler”, Makalah, Universitas Pendidikan
Indonesia, 2013
 “PID tuning” http://www.academia.edu/5131615/PID_tuning
 “Pengertian kendali PID” http://catatan-elektro.blogspot.com/2011/11/pengertian-
kendali-pid.html
 “Tuning Kontroller PID Line Follower”
https://fahmizaleeits.wordpress.com/tag/tuning-pid-controller/