Dokumen tersebut merangkum perancangan dan realisasi sistem kendali kontinyu dan digital pada modul kendali posisi menggunakan metode Ziegler-Nichols dan Cohen-Coon dengan bantuan Matlab dan Arduino. Metode-metode tersebut digunakan untuk menentukan parameter PID yang optimal untuk mendapatkan respon sistem yang stabil. Hasil simulasi dan implementasi pada modul kendali posisi menunjukkan bahwa metode-metode tersebut dapat digunakan untuk mendes

1. PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM KENDALI
KONTINYU & DIGITAL PADA PLANT KENDALI
POSISI DENGAN METODE ZIEGLER-NICHLOS &
COOHEN-COON MENGGUNAKAN MATLAB DAN
ARDUINO
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan tugas
mata kuliah
“Sistem Kendali Digital”
DIPLOMA III PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Di Jurusan Teknik Elektro
Oleh :
Riska Januarti S
131311058
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2015

2. i
ABSTRAK
Sistem Kendali Posisi merupakan salah satu jenis pengendali yang banyak
dijumpai atau digunakan pada alat-alat industri. Kendali Posisi merupakan dasar
pengendalian system pengaturan kecepatan, permasalahannya adalah menentukan
berapa besar energi elektrik yang harus diberikan pada motor supaya berputar pada
kecepatan yang diinginkan, bagaimanapun kondisi beban yang akan digerakan. Pada
sistem pengaturan posisi, masalahnya terutama pada berapa lama energi elektrik
harus diberikan agar motor menggerakkan beban yang dipasangkan padanya sampai
posisi yang diinginkan, tidak lebih dan tidak kurang. Sistem kendali PID merupakan
salah satu sistem pengendalian yang dirancang untuk menghasilkan respon/output yang
sesuai dengan perancangan, dan metode Kendali PID di rancang menggunakan software
Matlab 2013 berupa Simulink dan script yang dihubungkan ke modul Arduino UNO agar
perancangan tunning PID dapat dihubungkan ke modul sistem kendali posisi. Terdapat 3
metode yang digunakan yaitu menggunakan metoda Ziegler Nichols tipe 1, Ziegler
Nichols tipe 2, dan Cohen and Coon.
Kata Kunci : Kendali Posisi, Ziegler Nichols, Coohen and Coon, Matlab,
Arduino UNO

3. ii
ABSTRACT
The position control system is one of the controllers that are often found or
used in industrial tools. Position control is the basis for setting the speed control
system, the problem is to determine how much electrical energy to be supplied to the
motor that rotates at the desired speed, however movable load conditions. In the
position control system, the problem is mainly on how long the electrical energy
should be given to the motor drive the load which paired him up to the desired
position, no more and no less. A system that was designed does not always produce
the response / output in accordance with the design. It takes a control (control) to
reduce the error obtained for the system to be stable / consistent with the expected
output. PID control system is one of the control system. PID control method is
designed using the software Matlab Simulink and 2013 in the form of scripts that are
connected to the Arduino UNO module so that the design of tunning PID module can
be connected to the position control system. There are three method of Ziegler
Nichols type 1, type 2 Ziegler Nichols and Cohen and Coon.
Key Word : Control Position, Ziegler Nichols, Cohen and Coon, Matlab, Arduino
UNO

4. iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT karena atas rahmat
dan bimbingan-Nya laporan akhir dengan judul “Perancangan dan Realisasi Sistem
Kendali Kontinyu & Digital pada Plant Kendali Posisi dengan Metode Ziegler-
Nichols & Coohen-Coon menggunakan Matlab dan Arduino” dapat diselesaikan.
Laporan ini dibuat untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan mata kuliah
Sistem Kendali Digital, program studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik
Elektro, Politeknik Negeri Bandung.
Selama pelaksanaan pembuatan laporan, penulis banyak mendapatkan
bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan
banyak terima kasih kepada pihak - pihak berikut :
1. Orang tua dan keluarga yang telah memberikan dukungan moril maupun materil.
2. Bapak Feriyonika, S.T., M.Sc. Eng. selaku dosen pembimbing yang memberikan
nasihat dan bimbingan yang sangat bermanfaat kepada penulis dalam menyelesaikan
laporan akhir ini.
3. Rekan-rekan EC-B 2013 yang selalu memberikan dukungan dan semangat kalian
kepada penulis.
4. Seluruh pihak yang membantu dan mendukung yang tidak dapat disebutkan satu
persatu.
Penulis menyadari dalam penyusunan laporan akhir ini masih jauh dari
sempurna, oleh karena itu kritik atau saran sangat diharapkan untuk mendukung
penulisan laporan yang lebih baik.
Akhir kata penulis berharap, laporan ini dapat memberikan manfaat
khususnya untuk penulis sendiri dan umumnya untuk pembaca guna dapat membuat
tulisan yang lebih baik lagi.
Bandung, Juli 2015
Penulis

5. iv
DAFTAR ISI
ABSTRAKSI........................................................................................................... i
ABSTRACT ............................................................................................................ii
KATA PENGANTAR..........................................................................................iii
DAFTAR ISI......................................................................................................... iv
DAFTAR TABEL ................................................................................................ vi
DAFTAR GAMBAR...........................................................................................vii
BAB I PENDAHULUAN...................................................................................... 1
BAB II DASAR TEORI ....................................................................................... 3
2.1 Sistem Kendali PID ................................................................................. 4
2.2 Metode Ziegler Nichols........................................................................... 4
2.3.1 Ziegler Nichols Tipe 1................................................................... 4
2.3.2 Ziegler Nichols Tipe 2................................................................... 5
2.4 Metode Cohen and Coon ......................................................................... 6
2.5 Matlab 2013............................................................................................. 8
2.6 Arduino Uno............................................................................................ 9
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN................................................... 12
3.1 Perancangan Ziegler Nichlos Tipe 1...................................................... 12
3.2 Perancangan Ziegler Nichlos Tipe 2...................................................... 14
3.3 Perancangan Coohen and Coon............................................................. 16
3.4 Perancangan Script Matlab.................................................................... 17

6. v
BAB IV DATA PENGUJIAN DAN ANALISA................................................ 25
4.1 DesainKendali Ziegler Nichols Tipe 1 .................................................. 25
4.2 Desain Kendali Ziegler Nichols Tipe 2 ................................................. 25
4.3 Desain Kendali Cohen and Coon........................................................... 27
4.4 Desain Kendali PID dengan Script Matlab............................................ 28
4.5 Desain Kendali PID dengan Arduino (Stand Alone Controller) ........... 29
BAB V KESIMPULAN ...................................................................................... 32
5.1 Kesimpulan............................................................................................ 32
5.1 Saran ...................................................................................................... 32
DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................... 34

7. vi
DAFTAR TABEL
Tabel II.1 Respon Kendali PID terhadap Perubahan Konstata Parameter............. 3
Tabel II.2 Parameter Coohen and Coon................................................................. 7
Tabel III.1 Parameter PID ZN-2.......................................................................... 15
Tabel III.2 Parameter PIID yang didapat dengan metode CC............................. 16

8. vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 Kurva S [4] ....................................................................................... 5
Gambar II.2 Penentuan parameter L dan T [4] ..................................................... 5
Gambar II.3 Blok Diagram Sistem Loop Tertutup ............................................... 5
Gambar II.4 Sistem Kendali pada metode Coohen and Coon .............................. 6
Gambar II.5 Grafik nilai gp, tau dan td................................................................. 7
Gambar II.6 Matlab 2013 [5] ................................................................................ 8
Gambar II.7 Konfigurasi Arduino Uno [7] ........................................................... 9
Gambar II.8 Software Arduino 1.5.6-r2.............................................................. 11
Gambar III.1 Blok simulink ZN-1 ...................................................................... 12
Gambar III.2 Hasil respon sinyal kendali posisi................................................. 13
Gambar III.3 Menentukan parameter T dan L.................................................... 13
Gambar III.4 Blok simulink ZN-2 ...................................................................... 14
Gambar III.5 Respon Kendali Posisi ZN-2 Sebelum Mendesain ....................... 14
Gambar III.6 Respon Kendali Posisi ZN-2 Awal Berosilasi.............................. 15
Gambar III.7 Respon Kendali Posisi ZN-2 Berosilasi Sempurna....................... 15
Gambar III.8 Blok Simulink Coohen and Coon ................................................. 16
Gambar III.9 Desain Kendali Coohen and Coon................................................ 16
Gambar IV.1 Hasil Manual Tunning ZN-1......................................................... 25
Gambar IV.2 Respon kendali awal berosilasi sebelum manual tunning ............ 26
Gambar IV.3 Respon kendali berosilasi sempurna sebelum manual tunning .... 26
Gambar IV.4 Respon kendali Posisi ZN-2 setelah manual tunning ................... 27
Gambar IV.5 Respon kendali CC sebelum manual tunning .............................. 27
Gambar IV.6 Respon kendali CC setelah manual tunning ................................. 28

9. viii
Gambar IV.7 Hasil sebelum manual tunning dengan Kp=26.65432; ................ 28
Gambar IV.8 Hasil setelah Manual Tunning ...................................................... 29
Gambar IV.9 Hasil respon system menggunakan Program Arduino.................. 30
Gambar IV.10 Tampilan pada layar LCD........................................................... 31
Gambar IV.11 Stand Alone PID Control ............................................................ 31

10. 1
BAB I
PENDAHULUAN
Sistem Kendali Posisi merupakan salah satu jenis pengendali yang banyak
dijumpai atau digunakan pada alat-alat industri. Kendali Posisi merupakan dasar
pengendalian sistem yang pengaturan kecepatan, permasalahannya adalah
menentukan berapa besar energi elektrik yang harus diberikan pada motor supaya
berputar pada kecepatan yang diinginkan, bagaimanapun kondisi beban yang
digerakan. Pada sistem pengaturan posisi, masalahnya terutama pada berapa lama
energi elektrik harus diberikan agar motor menggerakkan beban yang dipasangkan
padanya sampai posisi yang diinginkan, tidak lebih dan tidak kurang. [1]
Proses pengendalian yang banyak digunakan oleh kebanyakan industri yaitu
kendali konvensional seperti PID karena kesederhanaan struktur serta kemudahan
dalam melakukan tuning parameter kontrolnya. Penentuan parameter yang sesuai
agar mendapatkan keluaran system yang stabil dapat dilakukan dengan metode tuning
PID. [2]
Perancangan yang dilakukan untuk melakukan proses manual tunning dilakukan
menggunakan software Matlab. Matlab dapat digunakan untuk simulasi sebagai alat
untuk mempelajari dasar-dasar kendali PID sebelum dihubungkan langsung pada
plant. Matlab yang dilengkapi Control Toolbox, membantu perancang untuk melihat
respon berbagai kombinasi konstanta dengan variasi input yang berbeda. Penggunaan
MatLab ini sangat membantu perancang dalam menentukan kombinasi di antara P, I,
dan D Controller untuk menghasilkan sistem pengaturan yang baik dan sederhana. [3]
Arduino UNO merupakan mikrokontroler yang digunakan untuk mengkoneksikan
script dengan simulink yang telah dirancang pada matlab sebelumnya, dengan modul
Kendali Posisi. Arduino yang telah menerima perintah dari Matlab akan memberikan
perintah-perintah tersebut pada modul/plant yang dihubungkan dengan Arduino
UNO.

11. 2
Pada laporan akhir ini penulis melakukan pengujian mengenai sistem kendali PID
dengan melakukan suatu perancangan dan manual tunning pada modul sistem kendali
Posisi. Metode yang digunakan untuk mendapatkan parameter PID yaitu dengan
menggunakan metode yang telah dipelajari yaitu Ziegler Nichols tipe 1 tipe 2, dan
Cohen and Coon. Setelah parameter-parameter PID (Kp, Ti, dan Td) didapat,
selanjutnya nilai dari parameter tersebut di gunakan ke modul PID. Respon sistem
akan di analisis dan akan diperbaiki dengan teknik manual tuning. Oleh karena itu,
percobaan yang dilakukan ini akan diberi judul “Perancangan dan Realisasi Sistem
Kendali Kontinyu & Digital pada Plant Kendali Posisi dengan Metode Ziegler-
Nichols & Coohen-Coon menggunakan Matlab dan Arduino”.

12. 3
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Sistem Kendali PID
Tabel II.1 Respon Kendali PID terhadap Perubahan Konstanta Parameter
Berikut merupakan penjelasan mengenai istilah-istilah yang digunakan untuk
menentukan parameter-parameter PID:
 Setpoint merupakan nilai yang ingin di kendalikan
 Respon merupakan output atau tanggapan apa yang kita inginkan dari sebuah
plant yang kita rancang
 Overshoot nilai respon yang melebihi batas kestabilannya, overshoot terjadi
ketika sinyal belum mencapai steady state.
 Risetime merupakan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai setpoint
 Settling time merupakan keadaan dimana sinyal akan mencapai/mendekati
steady state.
 Steady-state merupakan kondisi saat respon stabil
 Error-steady state merupakan jarak antara set point dan stady state. Ketika
kondisi steady state, namun terdapat error (kesalahan sinyal respon) sehingga
kondisi steady state yang seharusnya stabil atau konstan, terdapat perubahan
sinyal atau tidak sesuai dengan steady state
Parameter Rise Time Overshoot Settling Time S-S Error
Kp berkurang bertambah minor change berkurang
Ki berkurang bertambah bertambah menghilang
Kd minor change berkurang berkurang minor change

13. 4
2.2 Metode Zigler Nichlos
Metode Ziegler Nichols merupakan pengembangan dari metoda trial and
error. Metode ini digunakan sebagai point awal untuk memulai manual tunning.
Ziegler Nichols ini akan menentukan parameter-parameter PID yang akan
digunakan untuk mendapatkan respon yang baik.
Metoda ini merupakan metoda tuning PID controller untuk menentukan nilai
proportional gain Kp, integral time Ti, dan derivative time Td berdasarkan
karakteristik respon transient dari sebuah plant atau sistem [4]. Metode Ziegler
terbagi menjadi dua metode yiatu Metode Ziegler Nichols Tipe 1 (open loop) dan
Tipe 2 (close loop).
Zigler-Nichlos adalah teknik untuk mendesain sebuah kendali PID
Rumus : PID = Kp e + Ki e dt + Kd
de
dt
Inti dari mendesain menggunakan teknik Zigler-Nichlos adalah mencari Kp, Ki
dan Kd
Keterangan : e error adalah selisih set point dengan respon
Integral dianalogikan sebagai penjumlahan
de
dt
adalah perubahan error
 Untuk mendapatkan Kp = 0.5
Kp
Ti
 Untuk mendapatkan Ki =
Kp
Ti
 Untuk mendapatkan Kd = Kp.Td
 Untuk mendapatkan Ti = 2 L
 Untuk Mendapatkan Td = 0.5 L
2.2.1. Metode Ziegler Nichols Tipe 1 (open loop)
Metode Ziegler Nichols tipe 1 dilakukan pada plant yang bersifat
sistem terbuka (open loop). Plant yang akan dikendalikan diberi input

14. 5
step dan responnya akan dianalisa dengan metode Ziegler Nichols tipe 1
dimana perhitungannya akan menghasilkan parameter-parameter PID.
Gambar II.1 Kurva S [4]
Nilai PID diperoleh dari hasil percobaan dengan masukan unit-step,
hasilnya nanti akan terbentuk kurva berbentuk huruf S, seperti pada
gambar 2.1. Kurva berbentuk S memiliki karakteristik dengan 2 buah
konstanta, yaitu waktu tunda L dan time constant T.
Gambar II. 2. Penentuan parameter L dan T [4]
2.2.2. Metode Ziegler Nichols Tipe 2 (Closed loop)
Pada metode Ziegler Nichols tipe 2 ini proses penentuan parameter
PID dihitung menggunakan respon yang diatur menggunakan slider gain
sehingga respon berosilasi. Metode ini diaplikasikan pada sistem loop tertutup
(close loop).
Gambar II.3 Blok Diagram Sistem Loop Tertutup

15. 6
Pada metode kedua ini, percobaan dilakukan dengan menggunakan
proportional band. Nilai Kp dinaikkan dari 0 hingga tercapai nilai Kp
yang menghasilkan osilasi yang konsisten. Nilai slider gain ini disebut
sebagai critical gain (Kcr). Jika harga Kp terlalu kecil, sinyal output
akan teredam mencapai nilai titik keseimbangan setelah ada gangguan,
Sebaliknya, jika harga Kp terlalu besar, osilasinya akan tidak stabil
dan membesar. [4]
2.3 Metode Cohen and Coon
Tahapan Mendesain dengan CC, plant diberi input step lalu respon dibiarkan
sampai mencapai stady-state. Input step ditambah, lalu respon dibiarkan sampai
mencapai steady-state, sinyal berubah inilah yang akan dipakai untuk mendesain
kendali.
Gambar II.4 Sistem Kendali pada metode Coohen and Coon
Gambar II.5 Grafik nilai gp, tau dan td

16. 7
Menentukan parameter PID (Kp,Ti,Td) berdasarkan perhitungan
rumus pada tabel 2.2
Tabel II.2 Parameter Coohen Coon

17. 8
2.4 Matlab 2013
MATLAB (Matrix Laboratory) adalah sebuah program untuk analisis dan
komputasi numerik dan merupakan suatu bahasa pemrograman matematika lanjutan
yang dibentuk dengan dasar pemikiran menggunkan sifat dan bentuk matriks. Pada
awalnya, program ini merupakan interface untuk koleksi rutin-rutin numeric dari
proyek LINPACK dan EISPACK, dan dikembangkan menggunkan bahasa
FORTRAN namun sekarang merupakan produk komersial dari perusahaan
Mathworks, Inc.yang dalam perkembangan selanjutnya dikembangkan menggunakan
bahasa C++ dan assembler (utamanya untuk fungsi-fungsi dasar MATLAB).
Gambar II.6 Matlab 2013[5]
MATLAB telah berkembang menjadi sebuah environment pemrograman yang
canggih yang berisi fungsi-fungsi built-in untuk melakukan tugas pengolahan sinyal,
aljabar linier, dan kalkulasi matematis lainnya. MATLAB juga berisi toolbox yang
berisi fungsi-fungsi tambahan untuk aplikasi khusus. MATLAB bersifat extensible,
dalam arti bahwa seorang pengguna dapat menulis fungsi baru untuk ditambahkan
pada library ketika fungsi-fungsi built-in yang tersedia tidak dapat melakukan tugas
tertentu. Kemampuan pemrograman yang dibutuhkan tidak terlalu sulit bila Anda
telah memiliki pengalaman dalam pemrograman bahasa lain seperti C, PASCAL, atau
FORTRAN. [6]

18. 9
2.5 Arduino Uno
Gambar II.7 Konfigurasi Arduino UNO [7]
Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis AMEGA 328. Memiliki 14
pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai
output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack
power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat
digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan
menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang-ke adaptor-DC atau baterai
untuk menjalankannya.
Input dan Output
Masing-masing dari 14 pin digital di Uno dapat digunakan sebagai input atau
output, dengan menggunakan fungsi pinMode (), digitalWrite (), dan digitalRead (),
beroperasi dengan daya 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima
maksimum 40 mA dan memiliki internal pull-up resistor (secara default terputus) dari
20-50 kOhms. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus:
Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX)
TTL data serial. Pin ini dihubungkan ke pin yang berkaitan dengan chip Serial
ATmega8U2 USB-to-TTL.
Eksternal menyela: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interrupt pada
nilai yang rendah, dengan batasan tepi naik atau turun, atau perubahan nilai. Lihat
(attachInterrupt) fungsi untuk rincian lebih lanjut.

19. 10
PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Menyediakan output PWM 8-bit dengan fungsi
analogWrite ().
SPI: 10 (SS), 11 (Mosi), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI
menggunakan SPI library.
LED: 13. Ada built-in LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai nilai
HIGH, LED on, ketika pin bernilai LOW, LED off.
Uno memiliki 6 masukan analog, berlabel A0 sampai dengan A5, yang masing-
masing menyediakan 10 bit dengan resolusi (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Selain
itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus:
I2C: A4 (SDA) dan A5 (SCL). Dukungan I2C (TWI) komunikasi menggunakan
perpustakaan Wire.
Aref. Tegangan referensi (0 sampai 5V saja) untuk input analog. Digunakan dengan
fungsi analogReference ().
Reset. Bawa baris ini LOW untuk me-reset mikrokontroler.
Lihat juga mapping pin Arduino dan port ATmega328.
Komunikasi
Uno Arduino memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan
komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lainnya. ATmega328 menyediakan
UART TTL (5V) untuk komunikasi serial, yang tersedia di pin digital 0 (RX) dan 1
(TX). Sebuah ATmega8U2 sebagai saluran komunikasi serial melalui USB dan
sebagai port virtual com untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware ’8 U2
menggunakan driver USB standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang
diperlukan. Namun, pada Windows diperlukan, sebuah file inf. Perangkat lunak
Arduino terdapat monitor serial yang memungkinkan digunakan memonitor data
tekstual sederhana yang akan dikirim ke atau dari board Arduino. LED RX dan TX
di papan tulis akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-to-serial

20. 11
dengan koneksi USB ke komputer (tetapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0
dan 1). [8]
Software Ardunio
Uno Arduino dapat diprogram dengan menggunakan software Arduino. Sebuah
SoftwareSerial library memungkinkan untuk berkomunikasi secara serial pada salah
satu pin digital pada board Uno’s.
Gambar II.8 Software Arduino 1.5.6-r2

21. 12
BAB III
METODOLOGI PERANCANGAN
3.1. Perancangan dengan metode Ziegler Nichlos Tipe 1
Dengan menggunakan metode Ziegler-Nichols 1 dilakukan perancangan
modul Arduino UNO yang diprogram menggunakan Simulink dari Matlab. Dengan
menggunakan hasil desain Ziegler Nichols tipe 1, hasil respon yang didapat dari
modul kendali Posisi digunakan untuk menghitung nilai Kp, Ti dan Td.
Gambar III.1 Blok simulink untuk sistem kendali posisi

22. 13
Gambar III.2 Hasil respon sinyal Kendali Posisi
Dan inilah hasil respon dari posisi yang di kendalikan. Hasil Respon di desain
megggunkan metode ZN-1 untuk mendapatkan parameter PID. Dengan di dapat
Tmatlab=1500 dan Tasli=105,33detik
Menentukan Parameter T dan L
Gambar III.3 Menentukan parameter T dan L
Dengan menggunakan data cursor maka didapat batas untuk nilai T yaitu
441,8 dan L yaitu 121,8. Setelah dihitung dan dibandingkan dengan waktu yang
diatur dari simulink dan waktu sebenarnya maka didapat nilai T = 14,4 dan nilai L
= 319,9. Menentukan nilai L.time dan T.time untuk mendapatkan nilai Kp,Ti, dan
Td.
L.time = 1,011168.

23. 14
T.time = 22,46
Kp = 26,65432
Ti = 2,022336
Td = 0,505584
Ki = 13,17997
Kd = 53,904
3.2. Perancangan dengan metode Ziegler Nichlos Tipe 2
Gambar III.4 Blok simulink ZN-2
Gambar III.5 Respon Kendali Posisi ZN-2 Sebelum Mendesain

24. 15
Desain Kendali Respon Osilasi ZN Tipe-2, untuk mencari parameter
PID (Awal Osilasi dan Berosilasi Sempurna)
Gambar III.6 Respon Kendali Posisi ZN-2 Awal Berosilasi
Gambar III.7 Respon Kendali Posisi ZN-2 Berosilasi Sempurna
Berikut adalah Parameter PID yang di dapati dari proses mendesain
tadi yang menggunkan metode Ziegler Nichlos tipe 2.
Tabel III.1 Parmeter PID ZN-2

25. 16
3.3. Perancangan dengan metode Coohen and Coon
Teknik perancangan menggunkan coheen and coon untuk mencari parameter PID.
Gambar III.8 Blok simulink Coohen and Coon
Gambar III.9 Desain Kendali Coohen and Coon
Tabel III.2 Parameter PID yang didapat dengan metode CC

26. 17
3.4. Perancangan dengan Script Matlab
Karena keluaran Arduino hanya 0-5V, maka set 2,5V dikalikan 4 pada SET POINT
sehingga keluaran menjadi 10V sampai -10V . Berikut adalah script programming pada
MATLAB :
clf
Ts = 0.05 ;
pinMode(a,6,'output')
pinMode(a,13,'output')
digitalWrite(a,13,1);
Kp = 85;
Ki = 0;
Kd = 0;
error_sebelum = 0;
errorI_sebelumnya = 0;
y1 = 0;
y2 = 0;
t =0;
x=0;
analogWrite(a,6,128);
start=digitalRead(a,10);
while (start==1)
x=x+1;
SP = analogRead(a,0)*(0.0049);
PV = analogRead(a,5);
PV = PV*0.0049;
error = SP - PV;
errorI_sekarang = ((error + error_sebelum)/2)*Ts;
errorI = (errorI_sekarang) + (errorI_sebelumnya);

27. 18
errorD = (error - error_sebelum)/Ts;
outP = Kp * error;
outI = Ki * errorI;
outD = Kd * errorD;
outPID = outP + outI + outD;
if outPID > 10
outPID = 10;
else
outPID = outPID;
end
if outPID < -10
outPID = -10;
else
outPID = outPID;
end
outPID=(outPID+10)/4;
outPID = round(outPID*51);
analogWrite(a,6,outPID);
pause (0)
y1 = [y1,SP];
y2 = [y2,PV];
t = [t,x];
plot(t,y1,t,y2);
axis ([0 3000 0 5]);
grid
drawnow;
error_sebelum=error;
errorI_sebelumnya=errorI;
start=digitalRead(a,10);
end
analogWrite(a,6,128);

28. 19
3.5 Perancangan dengan PID Arduino (Stand Alone Control)
PID Arduino Script
int Output = 3;
float Ts = 0.05;
float Kp = 85;
float Ti = 0;
float Td = 0;
float Ki;
float Kd;
float Setpoint, Feedback,Setpoint1, Feedback1;
float error;
float errorD, errorD1;
float errorI, errorIsekarang, errorIsekarang1,
errorIsekarang2;
float outP, outI, outD, outPIDsebelum;
float errorsebelum = 0;
float errorIsebelum = 0;
float outPID1;
int outPID;
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(3,OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:

29. 20
Setpoint = analogRead(A2);
Setpoint1 = Setpoint*0.0049;
Ki = 0;
Kd = Kp*Td;
Feedback = analogRead(A1);
Feedback1 = Feedback*0.0049;
error = Setpoint1 - Feedback1;
errorIsekarang = error+errorsebelum;
errorIsekarang1 = errorIsekarang/2;
errorIsekarang2 = errorIsekarang1*Ts;
errorI = errorIsekarang2 + errorIsebelum;
errorD1 = error - errorsebelum;
errorD = errorD1/Ts;
outP = Kp*error;
outI = Ki*errorI;
outD = Kd*errorD;
outPIDsebelum = outP + outI + outD;
if(outPIDsebelum>=10)
{
outPIDsebelum=10;
}
else if(outPIDsebelum<=-10)
{
outPIDsebelum=-10;
}

30. 21
else
{
outPIDsebelum=outPIDsebelum;
}
outPID1 =(outPIDsebelum+10);
outPIDsebelum = outPID1/4;
outPID = outPIDsebelum*51;
analogWrite(3,outPID);
errorsebelum*error;
errorIsebelum*errorI;
Serial.print ("Setpoint = ");
Serial.print (Setpoint1);
Serial.print ("Feedback = ");
Serial.println (Feedback1);
}
PID Arduino Script LCD
#include <LiquidCrystal.h>
// initialize the library with the numbers of the
interface pins
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
int Output = 6;
float Ts = 0.05;

31. 22
float Kp = 85;
float Ti = 0;
float Td = 0;
float Ki;
float Kd;
float Setpoint, Feedback,Setpoint1, Feedback1;
float error;
float errorD, errorD1;
float errorI, errorIsekarang, errorIsekarang1,
errorIsekarang2;
float outP, outI, outD, outPIDsebelum;
float errorsebelum = 0;
float errorIsebelum = 0;
float outPID1;
int outPID;
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
lcd.begin(16, 2);
pinMode(6 ,OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
Setpoint = analogRead(A0);
Setpoint1 = Setpoint*0.0049;
Ki = 0;

32. 23
Kd = Kp*Td;
Feedback = analogRead(A1);
Feedback1 = Feedback*0.0049;
error = Setpoint1 - Feedback1;
errorIsekarang = error+errorsebelum;
errorIsekarang1 = errorIsekarang/2;
errorIsekarang2 = errorIsekarang1*Ts;
errorI = errorIsekarang2 + errorIsebelum;
errorD1 = error - errorsebelum;
errorD = errorD1/Ts;
outP = Kp*error;
outI = Ki*errorI;
outD = Kd*errorD;
outPIDsebelum = outP + outI + outD;
if(outPIDsebelum>=10)
{
outPIDsebelum=10;
}
else if(outPIDsebelum<=-10)
{
outPIDsebelum=-10;
}
else
{
outPIDsebelum=outPIDsebelum;
}

33. 24
outPID1 =(outPIDsebelum+10);
outPIDsebelum = outPID1/4;
outPID = outPIDsebelum*51;
analogWrite(6,outPID);
errorsebelum*error;
errorIsebelum*errorI;
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("SP:");
lcd.setCursor(8, 0);
lcd.print("mm");
lcd.setCursor(3, 0);
lcd.print(Setpoint1);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("PV:");
lcd.setCursor(8, 1);
lcd.print("mm");
lcd.setCursor(3, 1);
lcd.print(Feedback1);
}

34. 25
BAB IV
DATA PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1. Desain Kendali Ziegler Nichols Tipe 1
Hasil perhitungan Kp, Ti dan Td menggunakan metoda Ziegler-Nichols 1 di
tunning kan ke modul PID. Grafik respon yang dihasilkan respon menjadi cepat
untuk mencapai steady state dengan error yang sedikit. Ketika setpoint diatur
maka respon akan mengikuti agar menuju steady state. Saat setpoint dinaikan
maka respon juga akan naik. Begitu pula ketika respon diturunkan hingga
setengahnya maka respon juga akan mengikuti sampai steady state.
Gambar IV.1 Hasil Manual Tunning ZN-1
4.2. Desain Kendali Ziegler Nichols Tipe 2
Setelah mendapat respon sinyal dan mendesain kendali posisi menggunkan
metode ZN-2 tadi, Berikut adalah Respon Kendali Sebelum Manual Tunning pada
saat (Awal Berosilasi dan Berosilasi Sempurna).

35. 26
Gambar IV.2 Respon kendali awal berosilasi sebelum manual tunning
Gambar IV.3 Respon kendali berosilasi sempurna sebelum manual tunning

36. 27
Gambar IV.4 Respon kendali posisi ZN-2 setelah manual tunning
4.3. Desain Kendali Cohen and Coon
Gambar IV.5 Respon Kendali CC sebelum manual tunning

37. 28
Gambar IV.6 Respon Kendali CC Setelah Manual Tunning
Catatan dengan hasil yang di atas sebelum manul tunning ada beberapa
kesalahan :
1. Lupa mencari waktu asli
2. Nilai Kp tidak dibagi 2
4.4. Desain kendali PID dengan Script Matlab
Gambar IV.7 Hasil sebelum Manual Tunning dengan Kp=26.65432;

38. 29
Melakukan :
 Tunning manual dengan mengatur Kp saja, Ki dan Kd atau Ti dan Td di
off-kan pada script MATLAB.
 Ubah Ts menjadi 0.05 agar sinyal keluaran menjadi lebih baik
 Agar sinyal keluaran lebih baik atur skala dengan memasukan script berikut
pada MATLAB:
 axis ([0 3000 0 5]);
Setelah Melakukan Manual Tunning pada Script MATLAB didapat sinyal
keluaran seperti dibawah, dengna Kp=85;
Gambar IV.8 Hasil setelah Manual Tunning
4.5 Desain Kendali PID dengan Arduino (Stand Alone Control)
Gambar IV.9 terlihat bahwa set point yang diatur pada 2,60 mm. Bahwa
respon dari kendali posisi akan mengikuti set point yang telah ditentukan atau akan
mencapai kondisi stady state, gambar di atas membuktikan bahwa respon stabil
dengan set pointnya (Stady State).

39. 30
Gambar IV.9 Hasil respon sistem menggunakan Program Arduino
PID Script di Arduino yang digunakan untuk menampilkan SP (Set
Point) dan PV (Proses Value) pada LCD. Hasil PID Script di Arduino yang
ditampilkan pada layar LCD, terlihat bahwa disana SP (Set Point) yang diatur
adalah 1,56 mm dan respon PV (Proses Value) sama sehingga membuktikan
bahwa pada kendali posisi ini stabil (stady state).
Gambar IV.10 Tampilan pada layar LCD

40. 31
Gambar IV.11 stand Alone PID Control
Dan inilah inisialisasi Stand Alone PID Controller (Arduino Uno),
karena langsung dihubungkan pada sumber tegangan tanpa bantuan laptop.
Dan set point yang diatur oleh potensiometer.

41. 32
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan proses pengujian, pengambilan data dan analisa percobaan yang telah
dilakukan mengenai Sistem Kendali PID pada Sistem Kendali Posisi, dapat disimpulkan
bahwa:
 Zigler Nichlos tipe 1 dan 2 serta metode Cohen and Coon adalah metode yang
dapat digunakan untuk mendesain sebuah kendali PID .
 Realisasi script yang dibuat pada software Arduino Uno untuk kendali posisi pada
plant dapat digunakan hasil respon mencapai keadaan stady state dimana SP sama
dengan PV.
 SP (Set Point) yang diatur sama dengan respon PV (Proses Value) ssehingga
membuktikan bahwa pada kendali posisi ini stabil (stady state). Dan walupun
diubah Set Pointnya, Proses Value akan mendekati SP sampai mencapai keadaan
stabil (stady state).
 Dibuat script untuk LCD agar menjadi stand alone, dengan mengeluarkan
tampilan SP (Set Point) dan PV (Proses Value) pada LCDnya, setelah itu Arduino
Uno dapat melakukan kendali posisi tanpa bantuan laptop karena langsung
disambungkan pada sumber tegangan. Dan inilah yang disebut dengan Stand
Alone PID Controller (Arduino Uno) dengan potensiometer sebagai set pointnya
untuk mengatur berapa setpoint yang diinginkan.
5.2 Saran
Untuk perbaikan dan pengembangan pada praktikum selanjutnya dalam sistem
kendali digital, maka terdapat beberapa saran sebagai berikut :

42. 33
 Melakukan pengecekan terhadap setiap modul secara berkala agar kondisi modul
tetap baik
 Saat melakukan praktikum harus sesuai dengan prosedur atau langkah-langkah
yang telah diberikan oleh dosen, jangan sampai ada proses yang terlewat.
 Lebih teliti pada proses mendesain agar hasil yang didapat lebih sempurna.

43. 34
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Sistem Kendali Motor DC
https://learncontrol.wordpress.com/2009/07/09/sistem-kendali-posisi-motor-dc/.
Diakses 6 Juli 2015.
[2]. Maharani. Aldea Steffie, Setiono. Budi, dan Sumardi, “Aplikasi Kontrol Pid
Untuk Pengendalian Ketinggian Level Cairan Dengan Menggunakan TCP/IP”,
Skripsi, Universitas Diponegoro, 2007.
[3]. Ferdinando. Hany, “Desain PID Controller dengan Software Matlab”, Jurnal,
Universitas Kristen Petra, 2007.
[4]. “Metoda Tunning Ziegler Nichols”,
http://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-
nichols.html. Diakses 6 Juli 2015.
[5]. “Matlab R2013a”,
http://www.behdadsoft.com/Matlab-R2013a.html. Diakses 6 Juli 2015
[6]. “Pengantar untuk Pemrograman Matlab”,
https://inaseptiana.files.wordpress.com/2014/11/modul-pengantar pemrograman-
matlab.pdf. Diakses 6 Juli 2015.
[7]. “Konfigurasi Arduino Uno”,
https://projectbangokky.files.wordpress.com/2014/11/arduino_uno_2.jpg?w=629
&h=400&crop=1. Diakses 6 Juli 2015
[8]. “Penjelasan Arduino Uno”,
http://dayatarduino.blogspot.com/2015/01/pengertian-arduino-uno.html. Diakses
6 Juli 2015