1. LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM
SISTEM KENDALI POSISI DENGAN MODUL PID
MENGGUNAKAN ARDUINO-MATLAB DENGAN
DESAIN ZIEGLER-NICHOLS 1, 2 DAN STAND
ALONE
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat matakuliah Sistem
Kendali Digital (SKD)
DIPLOMA III PROGRAM STUDI ELEKTRONIKA
Di Jurusan Teknik Elektro
Oleh
Febry Rustiansyah
131311047
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2015

3. i
ABSTRAK
Modern ini, bidang elektronika berkembang sangat pesat terutama pada dunia
industri. Dalam dunia industri, harus dibekali dengan ilmu sistem kendali
antaralain sistem kendali posisi, kendali kecepatan, kendali suhu dan kendali
air. Salah satu sistem kendali yang sering dipakai adalah kendali Posisi.
Terdapat dua cara yang digunakan dalam praktikum pengoperasian modul PID
yaitu cara ziegler nichols 1 dan 2. Pada plant sistem kendali posisi terbagi
menjadi 2 posisi; posisi atas dan posisi bawah. untuk mendapatkan sensor
posisi naik maka nilai outputnya harus positif, dan untuk mendapatkan sensor
posisi turun maka nilai outputnya harus negatif. Untuk mempermudah
pengoperasian modul PID, penggunaan arduino sangat dibutuhkan karena
karena program yang telah dibuat dapat disimpan
di arduino. Ilmu sistem kendali ini sangat dibutuhkan di zaman ini.
Kata kunci :PID, ziegler nichols 1 dan 2, Board Arduino
ABSTRACT
Nowadays, electronics area has developed significantly, especialy for
industrial world. The knowledge of control system that consists of position
control system, speed contol, temperature control, and water control are very
needed. The most used control system is position control. The two ways used
to operate Modul PID position control system practicum are ziegler nicholes 1
and 2. Plant position control system divided into 2position in terms of up
position and down position. If the position sensor want to be upgrade, the
output value should be positive and if the position sensor want to be
downgrade, the output value should be negative. The use of Arduino is needed
for making easy the operation of PID modul, its because the program which
has made, can be saved in Arduino. Therefore, the knowledge of control
system is needed today.
Keyword: Board Arduino,PID,ziegler nichols 1 and 2.

4. ii
KATA PENGANTAR
Puji serta syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas
ridhonya lah penulis dapat menyelasi kan praktikum dan laporan praktikum sistem
kendali digital “Desain PID Menggunakan Ziegler Nichols Tipe 1 dan Tipe 2”.
Tak lupa penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada: 1. Bapak
Feriyonika, ST.,M.Sc,Eng selaku dosen mata kuliah SKD yang telah
membimbing, dan membuatkan video sebagai metode pembelajaran sehingga
penulis dapat berkali-kali mengulangi pembelajaran yang belum di pahami
sehingga penulis dapat memahami materi pembelajaran. 2. Ibu iyom selaku
teknisi, yang telah menyiapkan komponen. Atas bantuan dari orang di ataslah
praktikum SKD saya berjalan lancar dan laporan akhir praktikum dapat selesai.
Penulis berharap dengan memppelajari Sistem kendali dengan metode ini
dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dalam menjalani dunia pekerjaan
kedepan.

5. iii
DAFTAR ISI
ABSTRAK................................................................................................................................. i
ABSTRACT............................................................................................................................... i
KATA PENGANTAR .............................................................................................................. ii
DAFTAR ISI............................................................................................................................ iii
DAFTAR TABEL.................................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................v
BAB I PENDAHULUAN..........................................................................................................1
1.1 Latar Belakang................................................................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah............................................................................................................... 1
1.3 Tujuan.............................................................................................................................................1
BAB II LANDASAN TEORI....................................................................................................2
2.1 Dasar Teori...............................................................................................................................2-3
2.1.1 Alat dan bahan................................................................................................................. .......3
2.1.2 Parameter-parameter penting .......................................................................................... ....3-4
BAB III PERANCANGAN SISTEM................................................................................. 6
3.1Lankah Percobaan............................................................................................................ 7-10
3.1 flowchart Kendali posisi stand alone........................................................................................ 9
3.1Desain Kendali Posisi menggunakan Ziegler Nichols tipe 1....... .............................................9
3.1Desain Kendali Posisi menggunakan Ziegler Nichols tipe 2........................................................10
BAB IV DATA PENGUJIAN DAN ANALISA......................................................................................................11
4.1 Hasil Pengujian dan Analisa Desain dengan Ziegler Nichols Tipe1.........................................11
4.2 Hasil Pengujian dan Analisa Desain dengan Ziegler Nichols Tipe 2.........................................12
4.3 Hasil Pengujian dan Analisa Desain stand alone control..........................................................14
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...................................................................................16
5.1 Kesimpulan.........................................................................................................................................16
5.2 Saran....................................................................................................................................................16
DAFTAR PUSTAKA....................................................................................................17

6. iv
DAFTAR TABEL
Tabel II.1 Parameter Yang Harus Diperhatikan dalam Kendali PID.....................5
Tabel II.2 Ziegler-Nichols Tuning Rule Based on Step Response of
Plant.........................................................................................................................6
Tabel III.1 Parameter Ziegler-Nichols 1.................................................................9
Tabel III.2 parameter Ziegler-Nichols 2................................................................10
Tabel IV.1 Ziegler Nichlos Tunning Rule Based on Step Response Off plant(First
methode)................................................................................................................11
Tabel IV.2 Hasil Parameter Dari Methode Ziegler
Nichlols1...............................................................................................................12
Tabel IV.3 Ziegler Nichlos Rule Based On Critical Gain Kcr and Critical Periode
Pcr ........................................................................................................................13

7. v
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 blok catu daya.............................................................................2
Gambar II.2 blok Setpoint ..............................................................................2
Gambar II.3Blok penguat daya.......................................................................3
Gambar II.4 blok plant kendali posisi.............................................................3
Gambar II.5 Rumus parameter........................................................................4
Gambar III.1 Skema Blok Sistem Kendali posisi............................................7
Gambar III.2 Blok Simulink untuk Ziegler-Nichols1.......................................8
Gambar III.3 Blok Simulink untuk Ziegler-Nichols2.......................................8
Gambar III.4 blok lowpass filter......................................................................8
Gambar III.5 Flowchart...................................................................................9
Gambar III.6 Output Ziegler-Nichols 1...........................................................9
Gambar III.7 Output Ziegler-Nichols 2..........................................................10
Gambar IV.1 Hasil Manual Tunning...............................................................12
Gambar IV.2 Sinyal yang akan didesain.........................................................13
Gambar IV.3 manual Tunning ........................................................................13
Gamabar IV.4 pada Arduino............................................................................15
Gambar IV.5 pada scope..................................................................................15

9. 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sistem kendali adalah proses pengaturan/pengendalian terhadap satu
atau beberapa besaran (variable, parameter) sehingga berada pada suatu
rangkuman harga tertentu[1]. Banyak contoh lain dalam bidang industri /
instrumentasi dan dalam kehidupan kita sehari-hari di mana sistem ini
dipakai [2].salah satu yang mengguunakan sistem kendali adalah lift yang
menggunakan sistem kendali posisi.
Pada laporan praktikum ini penulis menggunakan PID untuk
mengendali modul plant posisi. Metode yang dipakai untuk mendapatkan
PID dengan menggunakan Ziegler Nichols tipe 1 (open loop)dan Ziegler
Nichlos tipe 2 (Close loop). Setelah mendapatkan parameter-parameter
PID didapatkan (Kp,Ti,Td), selanjutnya nilai dari parameter dimasukan
atau ditentukan kembali ke modul PID.
Adunio yang berguna untuk menyimpan program sehingga apabila
di dunia industri ketika menginstalasi atau men settting tidak perlu
menggunakan laptop atau dengan kata lain Stand alone. Namun apabila
masih menggunakan modul PID Respon sistem akan dianalisa dan akan
diperbaiki dengan manual tunning atau merubah hingga sesuia dengan
yang di inginkan/ dibutuhkan plant. Pada praktikum yang telah dilakukan
dengan menggunakan kendali modul plant posisi maka dapat hasil dari
Ziegler nichlos tipe 1 & 2 untuk menentukan output yang lebih baik dapat
ditentukan berdasarkan kecocokan dari hasil percobaan dan kebutuhan
aplikasi dari sistem kendali tersebut.
1.2 Rumusan Masalah
1. Apakah Sistem kendali berjalan semestinya?
2. Apkah dapat mencoba semua cara (ZN1, ZN2,dan stand alone)
1.3 Tujuan
Tujuan dari praktikum sistem kendali digital plant kendali :
1. Dapat merancang sistem kendali posisi menggunakan modul PID
lewat arduino-matlab dengan desain Ziegler-Nichols Tipe 1 dan 2,
CC, dan Stan alone.
2. Untuk menentukan hasil parameter PID dengan desain Ziegler-
Nichols Tipe 1 dan Tipe menggunakan arduino-matlab.
3. Mengaplikasikan pada modul Plant kendali posisi

10. 2
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1 Dasar Teori.
Sistem kendali posisi dalam praktikum ini adalah sistem kendali yang
mengendalikan posisi yang satuan outputnya 10V atau 0,1 V/Strip. Jadi,
setiap satu garis pada modul sama dengan 1 strip dengan tegangan 0,1 V.
Adapun dalam sistem kendali posisi ini terdapat blok/bagian yang menjadi
satu kesatuan yang terintegrasi dalam sistem ini, di antaranya sebagai
berikut :
1. Blok Catu Daya
Blok catu daya, yaitu blok yang dijadikan
supply pada sistem kendali ini. Pada blok ini
terdapat variasi tegangan input antara -15V
sebagai tegangan minimal dan +15V sebagai
tegangan maksimal serta terdapat tegangan
independent sebesar 5V/1A.
Gambar II.1 blok catu daya
2. Blok Set Point
Blok set point, yaitu blok yang dijadikan sebagai
referensi tegangan input yang akan diatur pada
sistem kendali.
Pada Set point terdapat dua pilihan
konektor yaitu:
1. Untuk mengatur antara 0V
sampai dengan 10V
2. Untuk mengatur antara -10V
sampai dengan 10V
Gambar II.2 block Setpoint

11. 3
3. Blok Penguat Daya
Blok penguat daya, yaitu blok yang dijadikan sebagai
penguat untuk menguatkan tegangan input yang diatur pada
blok set point.agar pengendalian output stabil karena output
beban yang digunakan membutuhkan daya yang besar
Gambar II.3Blok penguat daya
4. Blok Plant kendali posisi
Pada blok ini berfungsi sebagai output beban (plant).di sini
juga tedapat motor yang berputar ke atas dan kebawah untuk
menentukan posisi dan sensor posisi untuk memberi signal
ke software arduino.
Gambar II.4 blok plant kendali posisi
2.3 Parameter – parameter penting
Pada praktikum sistem kendali posisi ini terdapat modul tambahan, yaitu modul
PID yang akan dijadikan sebagai kontrol dari sistem kendali ini. Pada modul PID
ini terdapat beberapa nilai yang harus diatur, yaitu Kp, Ti, dan Td.
Tentunya, untuk mendapatkan nilai-nilai tersebut salah satu cara yang dapat
dilakukan secara praktis dan mudah, yaitu menggunakan desain Ziegler-Nichols
Tipe 1 walaupun ada cara lain, yaitu secara teoritis dengan menggunakan root
locus tetapi kurang efektif dibandingkan dengan menggunakan desain Ziegler-
Nichols1.
Sementara itu pada Ziegler-Nichols 2 hanya menggunakan propotional
bandnya saja. Nilai KP di naikan hingga menghasilkan gelombang yang stabil
Persamaan Umum PID : GPID = Kp(1+
1
𝑇𝑖𝑠
+Tds)

12. 4
atau bahkan marginerring stable agar dapat mendapatkan nilai Pcr, setelah
menemukan nilai pcr maka kita akan mendapatkan nilai Kcr (ctical gain). Untuk
mendapatkan nilai parameter Kp,Ti dan Td kita dapat mengkikuti rumus seperti di
bawah ini:
Gambar II.5 Rumus parameter
Adapun dalam sistem kendali terdapat parameter-parameter penting
yang harus diperhatikan, yaitu :

13. 5
a. Rise Time (tr), yaitu waktu yang diperlukan untuk naik mencapai
keadaan steady state.
b. Persentase Overshoot Maksimum, yaitu peak value dikurangi nilai
steady state value dibagi dengan steady state value dikali seratus
persen.
c. Settling Time, yaitu waktu yang diperlukan agar respons mencapai
dan tetap berada di dalam batas-batas dengan nilai akhir, biasanya
(2% atau 5%).
d. Steady State Error, yaitu waktu untuk mencapai keadaan steady
state.
Perancangan sistem kendali posisi ini menggunakan modul PID lewat
arduino-matlab dengan desain Ziegler-Nichols Tipe 1. Pada desain
Ziegler-Nichols Tipe 1 terdapat parameter-parameter tersebut yang harus
diperhatikan sebagai berikut
Tabel II.1 Parameter-parameter Yang Harus Diperhatikan dalam Kendali PID
Parameter Rise Time Overshoot Settling Time S-S Error
Kp Berkurang Bertambah Minor Change Berkurang
Ki Berkurang Bertambah Bertambah Menghilangkan
Kd Minor Change Berkurang Berkurang Minor Change

14. 6
Adapun untuk mendapatkan nilai Kp, Ti, dan Td pada kendali P, PI,
dan PID menggunakan desain Ziegler-Nichols, yaitu sebagai berikut :
Tabel II.2 Ziegler-Nichols Tuning Rule Based on Step Response of Plant
2.2 Alat dan Komponen Yang Digunakan
Alat dan komponen yang digunakan diantaranya, yaitu :
1. Modul Catu Daya 1 buah
2. Modul Set Point 1 buah
3. Modul PID 1 buah
4. Modul Penguat Daya 1 buah
5. Modul Plant Sistem Kendali posisi 1 buah
6. Laptop 1 buah
7. Arduino 1 buah
8. Kabel Penghubung Secukupnya
9. Jumper Secukupnya

15. 7
BAB 3
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Langkah Percobaan
Langkah-langkah yang harus dilakukan dalam praktikum adalah:
1. Cek alat terlebih dahulu modul PS,setpoint,PID,Penguat dan plant
kendali posisi
2. Rangkai blok sistem kendali posisi dengan Arduino seperti gambar
dibawah ini.
Gambar III.1 Skema Blok Sistem Kendali posisi.
3. Koneksikan arduino pada MATLAB
4. Desain Simulink pada Silmulink MATLAB seperti gambar dibawah:

16. 8
Gambar III.2 Blok Simulink untuk Ziegler-Nichols1
Gambar III.3 Blok Simulink untuk Ziegler-Nichols2
5. Pada blok lowpass filter atur seperti gambar berikut:
Gambar III.4 blok lowpass filter
6. Berbeda dengan ziegler nichols 1 dan 2 pada PID script harus
merancang flowchart seperti gambar di bawah ini:

17. 9
7.
Gambar III.5 Flowchart
8. Jika sudah mendapatkan gelombang lalu desain hasil output pada
gambar diatas menggunakan desain Ziegler-Nichols 1 dan Ziegler-
Nichols 2 pada figure Sope sehingga di dapat dapat nilai Kp, Ti, dan Td
seperti gambar dibawah:
G
ambar III.6 Output Ziegler-Nichols 1
0 100 200 300 400 500 600 700
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
X: 304.8
Y: 1.322
X: 41
Y: 0.002547
X: 33.4
Y: 0.0001916
X: 632
Y: 1.842
L T Kp Ti Td Ki Kd
7.6 263.8 41.6526 15.2 3.8 2.74030 158.279

18. 10
Tabel III.1 Parameter Ziegler-Nichols 1
Gambar III.7 Output Ziegler-Nichols 2
Tabel III.2 parameter Ziegler-Nichols 2
9. Setelah mendapatkan nilai Kp, Ti dan Td maka gunakan PID controller
pada rangkaian seperti langkah 2
10. Lihat gambar yang dihasilkan, jika belum sesuai atur secara manual
pada PID
11. Hasil output sempurna di dapat

19. 11
BAB 4
DATA DAN ANALISA
4.1 Hasil Pengujian dan Analisa Desain Kendali PID dengan Ziegler Nichols
Tipe 1
Setelah didapatkan nilai Kp,T,dan L maka dapat dihitung nilai parameter dari
PID. Namun parameter PID dihitung dengan data real time, untuk itu waktu real
yang diperlukan sistem untuk beroperasi dapat dihitung sebagai berikut:
Waktu oleh stopwatch ketika sistem dijalankan = 10 detik
Waktu sistem pada MATLAB ketika On hingga Off = 130 detik – 70 detik = 50
detik.
Dari grafik (waktu MATLAB) didapat nilai T sebesar =50
Jadi T (real time) =
=
1
= 10 detik
Dengan menggunakan tabel dibawah ini maka akan di dapatkan nilai Kp, Ti, Td,
Ki, Kd
Tabel IV.1 Ziegler Nichlos Tunning Rule Based on Step Response Off plant(First
methode).
Type controller
Kp Ti Td
P
∞ 0
PI
0.9 0

20. 12
PID
1.2 2L 0.5L
L T Kp Ti Td Ki Kd
7.6 263.8 41.6526 15.2 3.8 2.74030 158.279
Tabel IV.2 Hasil Parameter Dari Methode Ziegler Nichlos Tipe 1
Langkah terakhir adalah melakukan manual tunning respon sinyal yang didapat
agar didapatkan respon sinyal yang mendekati setpoint.
Pada saat manual tuning nilai yang dimasukan adalah nilai Kp, Ki , dan
Kd yaitu :
Kp = 79
Ti = 16 Ki = 79/50 = 1.58
Td = 4.1 Kd = 79x4 = 316
Berikut adalah gambar 3.6 grafik dari hasil manual tuning
Gambar IV.1 Hasil Manual Tunning
4.2 Hasil Pengujian dan Analisa Desain Kendali PID dengan Ziegler Nichols
Tipe 2
Dengan menggunakan tabel dibawah ini maka nilai parameter PID dapat
ditentukan
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
-1
0
1
2
3
4
5
6

21. 13
Tabel IV.3 Ziegler Nichlos Rule Based On Critical Gain Kcr and Critical Periode
Pcr
Masukan nilai parameter PID tersebut ke modul PID. Jalankan sistem kendali
posisi dengan modul PID yang telah diisi dengan parameter PID hasil
perhitungan.
Gambar di bawah ini menujukan respon sinyal dari sistem kendali posisi dengan
modul PID yang telah diisi dengan parameter PID hasil perhitungan.
Gambar IV.2 Sinyal yang akan didesain
Maka di dapat nilainilai seperti yang ada pada tabel III.2
Untuk mendapatkan hasil yang sempurna di lakukan tuning manula dengan cara
mematikan atau memberi nilai 0 pada Ti dan Td, dan di dapatkan gelombang sbb:

22. 14
Gambar IV.3 manual Tunning
4.3 Hasil Pengujian dan Analisa Desain Kendali PID stand alone control
Setelah membuat flowchart maka di realisasikan dengan membuat program
seperti dibawah ini:
int Output = 6;
float Ts = 0.01;
float Kp = 87;
float Ti = 0;
float Td = 0;
float Ki = 0;// Kp/Ti;
float Kd = 0;// Kp*Td;
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;
int outPID;
void setup () {
pinMode (6,OUTPUT);
}
void loop () {
Setpoint = analogRead
(A0); Setpoint1 =
Setpoint*0.0049*10;
Feedback = analogRead
(A1);
Feedback1 =
Feedback*0.0049*10;
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;
outPID = outP + outI +
outD;
//outPID =
outPIDsebelum;
if(outPID>=10)
{
outPIDsebelum=10;
}
else if(outPID<=-10)
{
outPIDsebelum=-10;
}
else
{
outPIDsebelum=outPID
sebelum;
}
float
outPIDsebelum1=(outPI
Dsebelum+10);
outPID=outPIDsebelum
1/4;
outPID=outPIDsebelum
*51;
analogWrite(6,outPID);
errorsebelum=error;
errorIsebelum=errorI;
}

23. 15
Di karenakan arduino hanya mampu membaca tegangan mulai dari 0V – 5V maka
script harus di tulis rumus agar tegangan yang masuk pada arduino tidak lebih dari
5V dan dapat membaca nilai minus (-), maka rumusnya dalah sbb:
[A B] [C D]
[-10 10] [0 5]
out = C(out+D)/B-A D(nilai+B)/B-A
=0(nilai+5)/10-(-10) =5 (nilai++10)/10-(-10)
=0 = 5(nilai+10)/20
=(nilai +10)/4
yang dimasukan pada script
dari program di atas maka di dapat hasil akhir seperti gambar di bawah ini :
Gambar IV.5 pada scope
Gamabar IV.5 pada Arduino
Pada percobaan stand alone ini saya tidak dapat menampilkannya pada lcd
karena ada kesalahan yang tak terduga sebelumnya pada rangkaian

24. 16
BAB 5
KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan praktikum sistem kendali posisi dapat disimpulkan
bahwa :
Desain kendali posisi menggunakan PID dengan ziegler nichlos tipe 1
lebih baik dari tipe 2, karena Ziegler nichols tipe 2 lebih baik pada
kendali yang lambat atau kendali proses.
Stand alone baik digunakan karena respon dapat terlihat pada lcd,
namun saya tidak dapat memperlihatkannya karena ada kesalah yang
tak terduga sebelumnya
5.2 Saran
Teliti sebelum dan sesudah mengisi sistem kendali ketika auto
tunning dan manual tunning.
Cek ulang peralatan sebelum di pakai.

25. 17
DAFTAR PUSTAKA
[1]. “Pengertian Sistem Kendali”,
http://eviandrianimosy.blogspot.com/2010/05/pengertian-sistem-
kendali.html. Di akses 6 juli 2015
[2]. “Sistem Kendali”, https://id.wikipedia.org/wiki/Sistem_kendali. Di
akses 6 juli 2015