Sistem Kendali PID pada Modul Kendali Motor dan Posisi. Laporan Akhir Praktikum Sistem Kendali Digital: Program D3 Teknik Elektronika. Politeknik Negeri Bandung,2015.

1. Perancangan dan Realisasi Sistem Kendali Kontinyu &
Digital pada Plant Motor dan Plant Posisi dengan Metode
Ziegler-Nichols menggunakan Matlab dan Arduino
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan mata kuliah
Sistem Kendali Digital pada semester IV
DIPLOMA III PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Di Jurusan Teknik Elektro
Oleh:
ACHMAD VICKI ALAMSYAH
NIM : 131311032
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2015

2. i
ABSTRAK
Achmad Vicki Alamsyah: Sistem Kendali PID pada Modul Kendali Motor dan Posisi.
Laporan Akhir Praktikum Sistem Kendali Digital: Program D3 Teknik Elektronika.
Politeknik Negeri Bandung,2015.
Laporan praktikum ini bertujuan untuk melaporkan hasil penelitian desain kendali dengan
Arduino dan metoda Ziegler-Nichols Tipe 1 dan Tipe 2 menggunakan aplikasi perangkat lunak
Matlab / Simulink. Praktikum ini dibutuhkan untuk mendesain suatu plant agar dapat
mendapatkan kestabilan dengan melakukan tunning. Mendesain dengan menggunakan metoda
Ziegler-Nichols merupakan salah satu metode yang mudah dalam mendesain namun
dibutuhkan keterampilan dan ketelitian agar mendapatkan desain yang baik. Beberapa aspek
yang dapat diatasi dengan menggunakan metode ini adalah memperkecil nilai overshoot dan
rise time. Sistem kendali yang digunakan dalam hal ini adalah kendali motor dan kendali posisi.
.
Kata Kunci : Kendali Motor, Kendali Posisi, Arduino, Matlab, Ziegler-Nichols, overshoot, rise
time.

3. ii
ABSTRACT
Achmad Vicki Alamsyah: PID Control System on Motor Control Module and
Position Control Module. The final report of lab work System Control Digital:
D3 Electronics Engineering. Politeknik State of Bandung, 2015.
The lab report aims to report the results of investigation control design with Arduino
and Ziegler-Nichols method of Type 1 and Type 2 using software Matlab /
Simulink. This Practice is needed to design a plant in order to gain stability with
undertake tunning. Designing using the Ziegler-Nichols method is one method that
is easy to design, but it takes skill and precision in order to get a good design. Some
aspects can be addressed by using this method is to reduce overshoot and rise time
value. Control system used in this case is the control motor and control position.
Keyword : Control Motor, Control Position, Arduino, Matlab, Ziegler-Nichols,
overshoot, rise time

4. iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat serta karunia-Nya, sehingga diberikan kesempatan dalam
melaksanakan setiap kegiatan praktikum sistem kendali digital dan dapat
menyelesaikan laporan akhir praktikum ini hingga selesai dengan judul
“Perancangan dan Realisasi Sistem Kendali Kontinyu & Digital pada Plant
Motor dan Posisi dengan Metode Ziegler-Nichols menggunakan Matlab dan
Arduino”. Sholawat dan salam senantiasa tercurah limpahkan kepada Nabi Besar
Muhammad SAW.
Tujuan pembuatan laporan akhir praktikum ini sebagai salah tugas akhir
praktikum pada mata kuliah Sistem Kedali Digital pada semester IV di 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. Kedua orang tua dan keluarga yang telah memberikan dukungan moril
maupun materil.
2. Bapak Feriyonika, S.T., MSc.Eng. selaku dosen pembimbing selama
pelaksanaan praktikum Sistem Kendali Digital yang telah
memberikan nasihat dan bimbingan yang sangat bermanfaat kepada
penulis dalam menyeleseikan laporan akhir ini.
3. Rekan-rekan kelas 2B yang selalu memberikan dukungan dan
semangat sehingga penulis termotivasi mengikuti praktikum ini.
4. Seluruh Pihak yang membantu dan mendukung yang tidak dapat
disebutkan satu persatu.

5. iv
Penulis berharap laporan akhir praktikum ini sesuai dengan yang diharapkan
serta bermanfaat baik untuk diri pribadi maupun pihak kampus. Namun penulis
menyadari dalam penyusunan laporan akhir ini masih jauh dari sempurna, masih
banyak kekurangan yang didasari keterbatasan penulis sendiri. Oleh karena itu,
penulis mohon maaf dan berharap adanya kritik serta saran dari semua pihak yang
dapat membangun demi terciptanya laporan akhir praktikum 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

6. v
DAFTAR ISI
ABSTRAK ................................................................................................................i
ABSTRACT.............................................................................................................ii
KATA PENGANTAR.............................................................................................iii
DAFTAR ISI............................................................................................................v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ viii
DAFTAR TABEL...................................................................................................xi
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
BAB II DASAR TEORI.......................................................................................... 2
2.1 PID Controller ......................................................................................... 2
2.1.1 Pengontrol Proporsional.................................................................... 3
2.1.2 Pengontrol Integral ........................................................................... 4
2.1.3 Pengontrol Derivative....................................................................... 5
2.2 Metoda Tunning PID Ziegler Nichols...................................................... 6
2.2.1 Metode ke-1 Ziegler-Nichols ............................................................ 7
2.2.2 Metode ke-2 Ziegler-Nichols ............................................................ 7
2.4 Cara Men-Tunning.................................................................................... 8
2.5 Matlab 2013............................................................................................ 11
2.6 Arduino Uno........................................................................................... 12
BAB III METODELOGI PERANCANGAN ....................................................... 13
3.1 Modul Sistem Pengendalian Motor........................................................ 13
3.2 Modul Sistem Pengendalian Posisi ........................................................ 13
3.3 Spesifikasi Modul Sistem Pengendalian Motor ..................................... 15

7. vi
3.4 Spesifikasi Modul Sistem Pengendalian Posisi...................................... 13
3.5 Diagram Blok ......................................................................................... 15
3.6 Alat dan Bahan yang digunakan............................................................. 15
3.7 Perancangan dan Pengujian Perangkat Keras (Hardware) .................... 15
3.7.1 Modul Catu Daya (Power Supply)................................................. 32
3.7.2 Modul Set Point (RVG).................................................................. 32
3.7.3 Modul PID...................................................................................... 32
3.7.4 Modul Penguat Daya (Power Amplifier) ....................................... 32
3.7.5 Modul Motor Generator ................................................................. 32
3.7.6 Modul Kendali Posisi (LDM & ODT) ........................................... 32
3.7.7 Multimeter...................................................................................... 20
3.7.8 Arduino Uno................................................................................... 20
3.8 Langkah Percobaan ( Metodologi Eksperimental )............................... 21
3.8.1 PID Sistem Pengendalian Motor dengan Simulink Matlab ........... 21
3.8.2 PID Sistem Pengendalian Motor dengan Script Matlab................. 24
3.8.3 PID Sistem Pengendalian Posisi dengan Simulink Matlab ............ 32
3.8.4 PID Sistem Pengendalian Motor dengan Script Arduino............... 28
BAB IV DATA PENGUJIAN DAN ANALISA .................................................. 32
4.1 Data Pengujian....................................................................................... 32
4.1.1 Desain Kendali Motor dengan ZN-Tipe 1....................................... 32
4.1.2 Desain Kendali Posisi dengan ZN-Tipe 2....................................... 35
4.2 Analisa Hasil Percobaan......................................................................... 38
4.2.1 Analisa Hasil Percobaan Desain Kendali Motor dengan ZN- Tipe 1... 38
4.2.2 Analisa Hasil Percobaan Desain Kendali Motor dengan Script Matlab39
4.2.3 Analisa Hasil Percobaan Desain Kendali Posisi dengan ZN- Tipe 2 ... 41

8. vii
4.2.4 Analisa Hasil Percobaan Desain Kendali Motor dengan Script Arduino
......................................................................................................... 42
BAB V................................................................................................................... 45
KESIMPULAN DAN SARAN............................................................................. 45
5.1 Kesimpulan............................................................................................. 45
5.2 Saran....................................................................................................... 45
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 46

9. viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Blok Diagram Kontroler PID Analog ................................................. 2
Gambar 2.2 Diagram blok kontroler proporsional ................................................. 3
Gambar 2.3 Proportional band dari pengontrol proporsional tergantung pada
penguatan. ............................................................................................................... 4
Gambar 2.4 Kurva Sinyal Kesalahan E(T) Terhadap T Pada Pembangkit
Kesalahan Nol......................................................................................................... 5
Gambar 2.5 Perubahan Keluaran Sebagai Akibat Penguatan Dan Kesalahan........ 5
Gambar 2.6 Blok diagram pengontrol Derivative................................................... 5
Gambar 2.7 Kurva waktu hubungan input-output pengontrol Derivative.............. 6
Gambar 2.8 Kurva Tanggapan Berbentuk S. .......................................................... 7
Gambar 2.9 Karakteristik Keluaran Suatu Sistem Dengan Penambahan Kp.......... 8
Gambar 2.10 Gambar 1. Overshoot 25% ................................................................ 8
Gambar 2.11 Kurva S.............................................................................................. 9
Gambar 2.12 Penentuan paameter L dan T............................................................. 9
Gambar 2.13 Formula PID...................................................................................... 9
Gambar 2.14 Sistem Teredam............................................................................... 10
Gambar 2.15 Sistem Tidak Teredam..................................................................... 10
Gambar 2.16 Persamaan ZN-Tipe 2...................................................................... 11
Gambar 2.17 Osilasi Konsisten............................................................................. 11
Gambar 2.18 Matlab 2013..................................................................................... 11
Gambar 2.19 Arduino Uno.................................................................................... 11
Gambar 3.1 Plant Pengendalian Motor ................................................................. 13
Gambar 3.2 Plant Pengendalian Motor ................................................................. 13
Gambar 3.3 Plant Pengendalian Posisi.................................................................. 13
Gambar 3.4 Diagram blok sistem pengendalian posisi......................................... 15
Gambar 3.5 Modul Catu Daya (Power Supply) .................................................... 21
Gambar 3.6 Modul Set Point (RVG)..................................................................... 21
Gambar 3.7 Modul PID......................................................................................... 22
Gambar 3.8 Modul Penguat Daya (Power Amplifier) .......................................... 22
Gambar 3.9 Modul Motor Generator .................................................................... 22

10. ix
Gambar 3.10 Modul Kendali Posisi (LDM &....................................................... 22
Gambar 3.11 Multimeter....................................................................................... 20
Gambar 3.12 Arduino Uno.................................................................................... 20
Gambar 3.13 Sistem Kendali Motor ..................................................................... 21
Gambar 3.14 Simulink pada Matlab ...................................................................... 22
Gambar 3.15 Pengaturan Lowpass Filter.............................................................. 22
Gambar 3.16 Modul Controller PID..................................................................... 23
Gambar 3.17 Sistem Kendali Motor dengan Modul PID...................................... 23
Gambar 3.18 Sistem Kendali Motor ..................................................................... 24
Gambar 3.19 Arduino dan Set Point menggunakan potensiometer ...................... 25
Gambar 3.20 Flowchart Sistem Kendali Motor .................................................... 25
Gambar 3.21 Sistem Kendali Posisi...................................................................... 26
Gambar 3.22 Simulink pada Matlab ..................................................................... 27
Gambar 3.23 Pengaturan Lowpass Filter.............................................................. 27
Gambar 3.24 Modul Controller PID..................................................................... 28
Gambar 3.25 Sistem Kendali Posisi...................................................................... 29
Gambar 3.26 Arduino dan Set Point menggunakan potensiometer ...................... 29
Gambar 3.27 Flowchart Sistem Kendali Posisi..................................................... 30
Gambar 3.28 Serial Monitor pada Aplikasi Arduino ............................................ 30
Gambar 3.29 Shield Arduino ................................................................................ 31
Gambar 3.30 Shield Arduino dan LCD................................................................. 31
Gambar 4.1 Respon Awal Kontrol Motor............................................................. 32
Gambar 4.2 Menentukan Nilai x1 dan x2 ............................................................. 32
Gambar 4.3 Respon Gelombang Dari Tunning Hasil Perhitungan....................... 33
Gambar 4.4 Respon Gelombang Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang.... 33
Gambar 4.5 Respon Awal Kontrol Motor dengan Script Matlab ......................... 34
Gambar 4.6 Respon Kendali dan Tampilan Stopwatch pada Waktu Nyata.......... 33
Gambar 4.7 Respon Gelombang Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang
(dengan tambahan filter) ....................................................................................... 34
Gambar 4.8 Kurva Set Point Dan Respon (Berosilasi) ......................................... 35
Gambar 4.9 Menentukan Nilai Pcr (Percobaan 1) ................................................ 35

11. x
Gambar 4.10 Menentukan Nilai Pcr (Percobaan 2) .............................................. 36
Gambar 4.11 Respon Gelombang Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang
(Percobaan 1)......................................................................................................... 36
Gambar 4.12 Respon Gelombang Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang
(Percobaan 2)......................................................................................................... 36
Gambar 4.13 Respon Awal Kontrol Posisi dengan Script Arduino...................... 37
Gambar 4.14 Kurva Set Point Dan Respon Hasil Manual Tunning Kontrol Posisi
dengan script Arduino .......................................................................................... 37
Gambar 4.15 Rangkaian dengan menggunakan Filter.......................................... 38

12. xi
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Penalaan Ziegler-Nichols metode ke-1.........................................................................7
Tabel 2 Penalaan Ziegler-Nichols metode ke-2.........................................................................8
Tabel 3 Acuan Men-Tunning...................................................................................................11
Tabel 4 Spesifikasi Modul Pengendalian Motor......................................................................15
Tabel 5 Spesifikasi Modul Pengendalian Posisi ......................................................................15
Tabel 5 Nilai x1-x2 ..................................................................................................................32
Tabel 6 Hasil Perhitungan ZN-Tipe 1......................................................................................33
Tabel 7 Hasil Manual Tunning ZN-Tipe 1 ..............................................................................33
Tabel 8 Hasil Tunning Percobaan............................................................................................34
Tabel 9 Hasil Manual Tunning Percobaan...............................................................................35
Tabel 10 Hasil Perhitungan ZN-Tipe 2 (Percobaan 1) ............................................................36
Tabel 11 Hasil Perhitungan ZN-Tipe 2 (Percobaan 2) ............................................................36
Tabel 12 Manual Tunning ZN-Tipe 2 (Percobaan 1) ..............................................................37
Tabel 13 Manual Tunning ZN-Tipe 2 (Percobaan 2) ..............................................................37
Tabel 14 Hasil Tunning Percobaan dengan Script Arduino.....................................................37
Tabel 14 Hasil Manual Tunning dengan Script Arduino.........................................................37

13. 1
BAB I
PENDAHULUAN
Motor DC merupakan actuator yang sangat lazim digunakan. Ada berbagai macam alasan
mengapa motor DC sangat populer digunakan. Salahsatunya adalah sistem tenaga listrik DC
masih umum digunakan pada industri, automobil, dan robotika. Dan meskipun tidak ada
sumber tegangan listrik DC, rangkaian penyearah dan chopper digunakan untuk menghasilkan
sumber listrik DC yang diinginkan. Motor DC juga digunakan karena kebutuhan akan variasi
kecepatan motor yang lebar.
Dalam dunia industry, pengendalian posisi dan kecepatan motor sangat penting.
Misalnya pada industri plastik. Pada proses penggulungan plastik, kecepatan penggulungan
plastik harus disesuaikan dengan kecepatan mesin pengririm plastik dan juga disesuaikan
dengan jari-jari gulungan. Jika tidak maka hasil gulungan plastik tidak rapi atau kusut.
Pada robotika pengendalian posisi dan kecepatan motor DC juga sangat penting misalnya
dalam Kontes Robot Indonesia (KRI) dan Kontes Robot Cerdas Indonesia (KRCI). Robot harus
dapat bergerak cepat dan tepat, meskipun terdapat berbagai halangan ataupun gangguan.
Karena itu penggerak robot memerlukan pengaturan posisi dan kecepatan motor yang baik agar
tujuan yang diinginkan dapat tercapai.
Karena itulah kendali PID diperlukan disini yaitu untuk mengendalikan posisi dan
kecepatan motor DC.[1] PID ( Proportional-Integral-Derivative controller) merupakan
kontroller untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya
umpan balik pada sistem tersebut [2]. Pengontrol PID adalah pengontrol konvensional yang
banyak dipakai dalam dunia industri. Pemilihan kontroller bergantung pada sistem
instrumentasi yang digunakan. Untuk mendapatkan kontroller yang diingin dapat
disimulasikan dengan menggunakan aplikasi MATLAB[3].
Laporan praktikum Sistem Kendali Digital ini menggunakan algoritma PID untuk
mengontrol sebuah plant kendali kecepatan motor dan posisi. Metoda mendesain kontrol PID
yang digunakan dalam praktikum ini ialah metoda Ziegler Nichols 1 dan 2. Dengan
mendapatkan nilai Kp, Ki, dan Kd, maka didapatkan pula desain dari metoda ZN-1 dan ZN-2.
Desain kontroller dapat dilakukan dengan men-tunning secara manual untuk mendapatkan
hasil yang maksimal dan sesuai dengan plant yang akan di kontrol.

14. 2
BAB II
DASAR TEORI
2.1 PID Controller
PID (dari singkatan bahasa Proportional–Integral–Derivative controller) merupakan
kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya
umpan balik pada sistem tesebut. Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu
Proportional, Integratif dan Derivatif. Masing-masing aksi kontrol ini mempunyai keunggulan-
keunggulan tertentu. Kontrol proportional mempunyai keunggulan rise time yang cepat,
kontrol integral mempunyai keunggulan untuk memperkecil error dan kontrol derivative
memiliki keunggulan untuk memperkecil error atau meredam overshot/undershoot. Untuk
mendapatkan keluaran dengan rise time yang cepat dan error yang kecil dapat menggabungkan
ketika kontroller ini.
Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengontrol P, I dan D dapat saling
menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi pengontrol proposional
plus integral plus derivative (pengontrol PID). Elemen-elemen pengontrol P, I dan D masing-
masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem, menghilangkan
offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar.
Gambar 2.1 Blok Diagram Kontroler PID Analog
Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari ketiga
parameter P, I dan D. Pengaturan konstanta Kp, Ti, dan Td akan mengakibatkan penonjolan
sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari ketiga konstanta tersebut dapat diatur lebih
menonjol dibanding yang lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi
pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan .

15. 3
2.1.1 Pengontrol Proporsional
Pengontrol proposional memiliki keluaran yang sebanding atau proposional
dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang di inginkan dengan harga
aktualnya). Secara lebih sederhana dapat dikatakan bahwa keluaran pengontrol
proporsional merupakan perkalian antara konstanta proposional dengan masukannya.
Perubahan pada sinyal masukan akan segeramenyebabkan sistem secara langsung
mengeluarkan output sinyal sebesar konstanta pengalinya.
Gambar 2.2 menunjukkan blok diagram yang menggambarkan hubungan antara
besaran setting, besaran aktual dengan besaran keluaran pengontrol proporsional.
Sinyal keasalahan (error) merupakan selisih antara besaran setting dengan besaran
aktualnya. Selisih ini akan mempengaruhi pengontrol, untuk mengeluarkan sinyal
positif (mempercepat pencapaian harga setting) atau negatif (memperlambat
tercapainya harga yang diinginkan).
Gambar 2.2 Diagram blok kontroler proporsional
Pengontrol proposional memiliki 2 parameter, pita proposional (propotional
band) dan konstanta proporsional. Daerah kerja kontroler efektif dicerminkan oleh pita
proporsional sedangkan konstanta proporsional menunjukan nilai faktor penguatan
sinyal tehadap sinyal kesalahan Kp.
Hubungan antara pita proporsional (PB) dengan konstanta proporsional (Kp)
ditunjukkan secara persentasi oleh persamaan berikut:
𝑃𝐵 =
1
𝐾𝑝
× 100%
menunjukkan grafik hubungan antara PB, keluaran pengontrol dan kesalahan
yang merupakan masukan pengontrol. Ketika konstanta proporsional bertambah
semakin tinggi, pita proporsional menunjukkan penurunan yang semakin kecil, sehingga
lingkup kerja yang dikuatkan akan semakin sempit.

16. 4
Gambar 2.3 Proportional band dari pengontrol proporsional tergantung pada penguatan.
2.1.2 Pengontrol Integral
Pengontrol integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki
kesalahan keadaan stabil nol. Jika sebuah plant tidak memiliki unsur integrator(1/s),
pengontrol proposional tidak akan mampu menjamin keluaran sistemdengan kesalahan
keadaan stabilnya nol. Dengan pengontrol integral, responsistem dapat diperbaiki, yaitu
mempunyai kesalahan keadaan stabilnya nol.
Pengontrol integral memiliki karaktiristik seperti halnya sebuah
integral.Keluaran sangat dipengaruhi oleh perubahan yang sebanding dengan nilai
sinyalkesalahan. Keluaran pengontrol ini merupakan penjumlahan yang terus
menerusdari perubahan masukannya. Kalau sinyal kesalahan tidak mengalami
perubahan,eluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan
masukan.
Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh
kurva kesalahan penggerak. Sinyal keluaran akan berharga sama dengan harga
sebelumnya ketika sinyal kesalahan berharga nol. Gambar 2.4 menunjukkan contoh
sinyal kesalahan yang dimasukan ke dalam pengontrol integral dan keluaran pengontrol
integral terhadap perubahan sinyal kesalahan tersebut.

17. 5
Gambar 2.4 Kurva Sinyal Kesalahan E(T) Terhadap T Pada Pembangkit Kesalahan Nol
Pengaruh perubahan konstanta integral terhadap keluaran integral ditunjukkan
oleh Gambar 2.5. Ketika sinyal kesalahan berlipat ganda, maka nilai laju perubahan
keluaran pengontrol berubah menjadi dua kali dari semula. Jika nilai 10 konstanta
integrator berubah menjadi lebih besar, sinyal kesalahan yang relatif kecil dapat
mengakibatkan laju keluaran menjadi besar .
Gambar 2.5 Perubahan Keluaran Sebagai Akibat Penguatan Dan Kesalahan
2.1.3 Pengontrol Derivative
Keluaran pengontrol Derivative memiliki sifat seperti halnya suatu operasi
differensial. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol, akan mengakibatkan
perubahan yang sangat besar dan cepat. Gambar 2.6 menunjukkan blok diagram yang
menggambarkan hubungan antara sinyalckesalahan dengan keluaran pengontrol.
Gambar 2.6 Blok diagram pengontrol Derivative

18. 6
Gambar 2.7 menyatakan hubungan antara sinyal masukan dengan sinyal keluaran
pengontrol Derivative. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan, keluaran
pengontrol juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah
mendadak dan menaik (berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk
impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluarannya
justru merupakan fungsi step yang besar magnitudnya sangat dipengaruhi oleh kecepatan
naik dari fungsi ramp dan faktor konstanta diferensialnya.
Gambar 2.7 Kurva waktu hubungan input-output pengontrol Derivative
Berdasarkan karakteristik pengontrol tersebut, pengontrol derivative umumnya
dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil
kesalahan pada keadaan stabilnya. Kerja pengontrol derivative hanyalah efektif pada
lingkup yang sempit, yaitu pada periode peralihan. Oleh sebab itu pengontrol derivative
tidak pernah digunakan tanpa ada pengontrol lain sebuah sistem (Sutrisno, 1990, 102).
2.2 Metoda Tunning PID Ziegler Nichols
Metoda penentuan parameter pengontrol PID Ziegler Nichols memiliki kelebihan
dibandingkan dengan metoda klasik. Salah satu kelebihan tersebut adalah tidak ditekankannya
penurunan model matematik komponen yang akan diatur (plant). Perhitungan parameter-
parameter pengontrol Proportional, Integral, dan Diferential PID hanya dilakukan untuk
menentukan ultimate gain Ku dan ultimate periode Tu dari respon step sebuah plant. Penalaan
parameter kontroller PID selalu didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang diatur (plant).
Metoda ini didasarkan pada reaksi plant yang dikenai seuatu perubahan.

19. 7
2.2.1 Metode ke-1 Ziegler-Nichols
Metode ke-1 didasarkan pada respon plant terhadap masukan tangga dalam
kalang terbuka. Plant yang tidak mempunyai integrator, menghasilkan kurva tanggapan
terhadap masukan tangga seperti kurva huruf S pada Gambar 2. Kurva tanggapan plant
digunakan untuk mencari waktu tunda L dan konstanta waktu T.
Gambar 2.8 Kurva Tanggapan Berbentuk S.
Parameter-parameter yang didapat dari kurva reaksi digunakan untuk
menentukan parameter parameter pengendali PID berdasarkan tetapan empiris Zielger-
Nichols. Rumus-rumus untuk parameter pengendali menggunakan metode kurva reaksi
ditabelkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Penalaan Ziegler-Nichols metode ke-1
Pengendali Kp Ti Td
P 1/a - -
PI 0,9 /a 3L -
PID 1,2 /a 2L L/2
2.2.2 Metode ke-2 Ziegler-Nichols
Pada metode ke-2, penalaan dilakukan dalam kalang tertutup dimana masukan
referensi yang digunakan adalah fungsi tangga (step). Pengendali pada metode ini
hanya pengendali proporsional. Kp, dinaikkan dari 0 hingga nilai kritis Kp, sehingga
diperoleh keluaran yang terus-menerus berosilasi dengan amplitudo yang sama. Nilai
kritis Kp ini disebut sebagai ultimated gain.
Tanggapan keluaran yang dihasilkan pada 3 kondisi penguatan proporsional
ditunjukkan pada Gambar 3. Sistem dapat berosilasi dengan stabil pada saat Kp = Ku.

20. 8
Gambar 2.9 Karakteristik Keluaran Suatu Sistem Dengan Penambahan Kp
Nilai ultimated period, Tu, diperoleh setelah keluaran sistem mencapai kondisi
yang terus menerus berosilasi. Nilai perioda dasar, Tu, dan penguatan dasar, Ku,
digunakan untuk menentukan konstanta-konstanta pengendali sesuai dengan tetapan
empiris Ziegler-Nichols pada Tabel 2.
Tabel 2 Penalaan Ziegler-Nichols metode ke-2
Pengendali Kp Ti Td
P Ku/2 - -
PI 2Ku /5 4Tu / 5 -
PID 3Ku / 5 Tu / 2 3Tu/25
2.3 Cara Men-Tunning
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. Metoda ini akan memberikan nilai overshoot sebesar 25% pada step response,
seperti gambar di bawah.
Gambar 2.10 Gambar 1. Overshoot 25%
Metoda ini terdiri dari 2 macam :
a. Nilai PID diperoleh dari hasil percobaan dengan masukan unit-step, hasilnya nanti akan
terbentuk kurva berbentuk huruf S, lihat gambar 2. Jika kurva ini tidak terbentuk maka

21. 9
metoda ini tidak bisa diterapkan. Kurva bentuk S memiliki karakteristik dengan 2 buah
konstanta, yaitu waktu tunda L dan time constant T. Kedua parameter tersebut diperoleh
dengan menggambar garis tangensial pada titik infleksi kurva S, lihat gambar 3. Garis
tangensial tersebut akan berpotongan dengan garis time axis dan garis c(t) = K. Dari
kurva tersebut kita bisa melakukan pendekatan fungsi transfer dalam first order sebagai
berikut :
Gambar 2.11 Kurva S
Gambar 2.12 Penentuan paameter L dan T
Gambar 2.13 Formula PID
b. Pada metoda kedua ini, percobaan dilakukan dengan menggunakan proportional band
saja. Nilai Kpdinaikkan dari 0 hingga tercapai nilai Kp yang menghasilkan osilasi yang
konsisten. Nilai controller gain ini disebut sebagai critical gain (Kcr). Jika Kp ini terlalu
kecil, sinyal output akan teredam mencapai nilai titik keseimbangan setelah ada
gangguan, seperti terlihat di bawah ini.

22. 10
Gambar 2.14 Sistem Teredam
Sebaliknya, jika Kp-nya terlalu besar, osilasinya akan tidak stabil dan membesar, seperti
gambar di bawah
Gambar 2.15 Sistem Tidak Teredam
Jika dengan metoda ini tidak diperoleh osilasi yang konsisten, maka metoda ini tidak
dapat dilakukan. Dari metode ini akan diperoleh nilai critical gain Kcr dan periode kritis Pcr,
lihat gambar 6 dan tabel 2. Berdasarkan nilai ini, kita dapat menentukan nilai parameter Kp,
Ti, dan Td berdasarkan rumus di bawah :

23. 11
Gambar 2.16 Persamaan ZN-Tipe 2
Gambar 2.17 Osilasi Konsisten
Tabel 3 Acuan Men-Tunning
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).

24. 12
Gambar 2.18 Matlab 2013 [4]
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. [5]
2.5 Arduino Uno
Gambar 2.19 Arduino Uno [6]
Feri Djuandi mengatakan bahwa Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat
pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated
Development Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat
berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke
dalam memory microcontroller. Ada banyak projek dan alat-alat dikembangkan oleh akademisi
dan profesional dengan menggunakan Arduino, selain itu juga ada banyak modul-modul
pendukung (sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk
bisa disambungkan dengan Arduino. Arduino berevolusi menjadi sebuah platform karena ia
menjadi pilihan dan acuan bagi banyak praktisi. [7]

25. 13
BAB III
METODELOGI PERANCANGAN
Bab ini menjelaskan mengenai metode-metode yang digunakan dalam proses penelitian
serta hasil pengujian alat-alat yang akan digunakan dalam proses percobaan.
3.1 Modul Sistem Pengendalian Motor
Gambar 3.1 Plant Pengendalian Motor
Gambar 3.2 Plant Pengendalian Motor

26. 14
Modul Sistem Pengendalian Motor merupakan sebuah plant yang terdiri atas
motor dc. Prinsip kerja dari modul ini ialah input didapatkan secara manual dari
potensiometer yang terdapat pada motor driver, atau didapatkan dari setpoint.
Tegangan input akan menggerakkan motor dc. sensor motor yang terdapat pada modul
ini akan mengeluarkan output 1V setiap perubahan 1000rpm maka set point yang dapat
diatur antara 0V sampai 2V.
3.2 Modul Sistem Pengendalian Posisi
Gambar 3.3 Plant Pengendalian Posisi
Modul Sistem Pengendalian Posisi merupakan sebuah plant yang terdiri atas
motor servo. Prinsip kerja dari modul ini ialah input didapatkan secara manual dari
potensiometer yang terdapat pada motor driver, atau didapatkan dari setpoint.
Tegangan input akan menggerakkan motor servo. sensor posisi yang terdapat pada
modul ini akan mengeluarkan output 1V setiap perubahan 1cm.

27. 15
3.3 Spesifikasi Modul Sistem Pengendalian Posisi
Tabel 4 Spesifikasi Modul Pengendalian Posisi
Catu Daya 15 Volt
Aktuator Motor DC
Sensor Sensor Posisi ( 1V / 1000 rpm)
Kecepatan Maksimum 2000 rpm
Kecepatan Minimum 0 rpm
3.4 Spesifikasi Modul Sistem Pengendalian Posisi
Tabel 5 Spesifikasi Modul Pengendalian Posisi
Catu Daya 15 Volt
Aktuator Motor Servo
Sensor Sensor Posisi ( 1V / 1 cm)
Posisi Maksimum 5 cm
Posisi Minimum -5cm
3.5 Diagram Blok
Gambar 3.4 Diagram blok sistem pengendalian motor dan posisi
Keterangan:
1. Blok Input
Blok input terdiri dari modul catu daya dimana catu daya menyuplai tegangan
untuk seluruh modul sebesar +15V.
2. Blok Proses
Blok proses terdiri dari modul Reverence Variabel Generator (setpoint), modul
PID dan modul (penguat daya).
3. Blok Output
Blok output merupakan output dari plant yang merupakan modul level kendali air.

28. 16
3.6 Alat dan Bahan yang digunakan
Modul dan alat yang digunakan untuk melakukan percobaan .. pembentukan sistem
kendali motor dan posisi, yaitu :
1. Power Supply – PS-12
2. Reference Variable Generator – RVG-1
3. Power Amplifier – PA-1
4. PID Controller – PID-1
5. Motor Generator – MGS-1
6. LDM-3
7. ODT-1
8. Multimeter
9. Arduino
10. Laptop
11. Konektor
12. Kabel Penghubung
13. Potensiometer
14. LCD 16X2
15. Shield Arduino
16. Resistor
17. Kapasitor
Sistem dirancang menggunakan beberapa software pendukung seperti berikut:
1. Matlab 2013
2. Arduino
3. Microsoft Excel 2010

29. 17
3.7 Perancangan dan Pengujian Perangkat Keras (Hardware).
3.7.1 Modul Catu Daya (Power Supply)
Catu daya akan bekerja sebagai sumber tegangan apabila power ON/OFF
diubah ke posisi ON. Pada catu daya terdapat potensiometer U untuk mengubah
tegangan yang diinginkan. Apabila arah panahnya diputar kekiri maka nilai
tegangannya 0 volt. Sebaliknya apabila diputar kearah yang berlawanan maka harga
tegangannya maksimal. Potensiometer digunakan untuk mengatur besarnya tegangan.
Gambar 3.5 Modul Catu Daya (Power Supply)
Hasil pengujian Power Supply berjalan dengan baik, hal ini dibuktikan dengan
pengetesan menggunakan multimeter. Pada variable maksimal, input +15 V, output
yang dihasilkannya adalah +15V dan tegangan tetap 5V.
3.7.2 Modul Set Point (RVG)
Setpoint berfungsi sebagai input tegangan dengan range (-10) Volt sampai
(+10) Volt atau 0 Volt sampai (+10) Volt. Kedua pilihan ini bisa diatur dengan
memindahkan jumper penghubung.

30. 18
Gambar 3.6 Modul Set Point (RVG)
Setelah melakukan proses pengujian setpoint dinyatakan berjalan dengan baik,
hal ini dibuktikan dengan pengetesan menggunakan multimeter. Setpoint digunakan
untuk menentukan nilai setpoint yang ingin dicapai. Ketika setpoint diberi tegangan,
maka ketika setpoint diatur di 7V maka output nya juga 7V.
3.7.3 Modul PID
Modul PID ini terdiri dari pengaturan parameter Kp, Ti dan Td. Pengaturan
parameter-parameter tersebut dilakukan secara analog. Sehingga pengaturan input pada
modul tidak presisi.
Gambar 3.7 Modul PID
Hasil pengujian menunjukkan bahwa modul PID berjalan dengan baik, hal ini
dibuktikan dengan pengetesan menggunakan multimeter. Ketika PID diberi input 0,5V,
harga Kp dikali 1, maka output dari PID = 0,5V.

31. 19
3.7.4 Modul Penguat Daya (Power Amplifier)
Power Amplifier atau Penguat Daya, mendapatkan tegangan input dari output
modul PID yang dihubungkan menggunakan konektor yang secara mekanis telah sejajar
dengan channel-channel yang berguna untuk memberikan input pada modul sebelumnya.
Gambar 3.8 Modul Penguat Daya (Power Amplifier)
3.7.5 Modul Motor Generator
Motor Generator berfungsi sebagai output beban yang ingin dikendalikan
dengan kecepatan tertentu yang dikendalikan oleh set point (reference variable
generator) dengan satuan output analog 1V per 1000rpm. Dan ada juga output digital
TTL dengan bentuk gelombang kotak.
Gambar 3.9 Modul Motor Generator
3.7.6 Kendali Posisi (LDM & ODT)
Kendali Posisi ini berfungsi sebagai output beban (plant) yang ingin
dikendalikan dengan posisi tertentu yang dikendalikan oleh set point (reference variable
generator).

32. 20
Gambar 3.10 Modul Kendali Posisi
3.7.7 Multimeter
Sebelum merankai cek terlebih dahulu alat yang digunakan dengan multimeter
seperti power supply, set point(reference variable generator), power amplifier, dan
kendali plant yang akan digunakan, dengan mengukur tegangannya apakah sudah
sesuai atau belum.
Gambar 3.11 Multimeter
3.7.8 Arduino Uno
Arduino digunakan untuk melihat gelombang output sistem kendali pada
Matlab.
Gambar 3.12 Arduino Uno

33. 21
3.8 Langkah Percobaan ( Metodologi Eksperimental )
3.8.1 PID Sistem Pengendalian Motor dengan Simulink Matlab
Berikut langkah percobaan untuk mendesain PID sistem pengendalian motor
menggunakan simulink Matlab :
1. Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
2. Memeriksa dan memastikan alat dan modul yang digunakan dalam kondisi baik
dengan cara memeriksa menggunakan multimeter. Memeriksa setiap output
dari tiap modul.
3. Merangkai modul berdasarkan gambar. Modul Catu Daya,Modul Set Point,
Modul Penguat Daya, dan Modul Sistem Pengendali Motor.
Gambar 3.13 Sistem Kendali Motor
4. Menyalakan laptop.
5. Menyiapkan program Matlab dan ARDUINO yang sudah diinstal sebelumnya.
6. Menghubungkan Arduino ke laptop/PC.
7. mengupload file adio.pde pada arduino.
8. mengatur agar arduino terhubung pada Matlab.
9. Desain pada simulink Matlab seperti gambar di bawah.

34. 22
Gambar 3.14 Simulink Pada Matlab
10. Pada Lowpass Filter atur seperti pada gambar berikut.
Gambar 3.15 Pengaturan Lowpass Filter
11. Menyambungkan port A0 pada output setpoint dan A5 pada output sistem
kendali posisi.
12. Mengatur set point sesuai dengan yang diinginkan.
13. Menjalankan Simullink dan menjalankan plant.
14. Lihat gelombangnya pada scope.
15. Jika sudah didapat gambar gelombangnya selanjutnya ketikan editscope pada
Matlab lalu enter, lalu pada scope tersebut pilih tab edit dan klik figure
properties.

35. 23
16. Lalu edit warna tampilannya dan buat garis seperti gambar berikut dari situ akan
didapat nilai L dan T
17. Menghitung nilai Kp, Ki, dan Kd.
18. Mengatur pada modul PID sesuai dengan nilai Kp, Ki, dan Kd yang telah
dihitung.
19. Mengamati dan mencatat hasil dari desain ZN tipe 1.
20. Mengatur nilai Kp dan Kd untuk mendapatkan hasil desain yang bagus (manual
tunning).
Gambar 3.16 Modul Controller PID
Gambar 3.17 Sistem Kendali Motor dengan Modul PID

36. 24
Langkah percobaan untuk mendesain dengan menggunakan ZN tipe 2
sama halnya dengan ZN tipe 1, hanya saja pada menentukan niai Kp nya yang
berbeda.
3.8.2 PID Sistem Pengendalian Motor dengan Script Matlab
Berikut langkah percobaan untuk mendesain PID sistem pengendalian motor
menggunakan script Matlab :
1. Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
2. Memeriksa dan memastikan alat dan modul yang digunakan dalam kondisi baik
dengan cara memeriksa menggunakan multimeter. Memeriksa setiap output
dari tiap modul.
3. Merangkai modul berdasarkan gambar. Modul Catu Daya, Modul Penguat
Daya, dan Modul Sistem Pengendali Motor.
Gambar 3.18 Sistem Kendali Motor
4. Set Point menggunakan potensiometer. Potensiometer Kaki 1 dihubungkan ke
pin ground pada Arduino, kaki 2 dihubungkan ke pin Analog Input A0 pada
Arduino, kaki 3 dihubungkan ke pin +5V pada Arduino.
5. Analog output plant motor dihubungkan ke pin Analog Input A5 pada
Arduino. Digital Input (PWM) Pin 6 pada Arduino dihubungkan ke + pada
Modul PID, lalu Digital Input (PWM) Pin 13 dihubungkan ke pin 10 pada
Arduino.

37. 25
Gambar 3.19 Arduino dan Set Point menggunakan potensiometer
6. Menyalakan laptop.
7. Menyiapkan program Matlab dan ARDUINO yang sudah diinstal sebelumnya.
8. Menghubungkan Arduino ke laptop/PC.
9. Mengupload file adio.pde pada arduino.
10. Mengatur agar arduino terhubung pada Matlab.
11. Membuat script program pada Matlab sesuai flow chart berikut.
Gambar 3.20 Flowchart Sistem Kendali Motor
12. Jalankan script program.

38. 26
13. Rangkaian dapat bekerja ketika pin 10 dan pin 13 terhubung, jika ingin
dimatikan lepas pin 13 pada Arduino, jika ingin dijalankan hubungkan
kembali pada pin 13 lalu jalankan kembali script program pada Matlab.
14. Mengatur pada modul PID sesuai dengan nilai Kp, Ki, dan Kd yang telah
dihitung.
15. Mengamati dan mencatat hasil dari desain ZN tipe 1.
16. Mengatur nilai Kp dan Kd untuk mendapatkan hasil desain yang bagus (manual
tunning).
3.8.3 PID Sistem Pengendalian Posisi menggunakan Simulink Matlab
Berikut langkah percobaan untuk mendesain PID sistem pengendalian posisi :
1. Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
2. Memeriksa dan memastikan alat dan modul yang digunakan dalam kondisi baik
dengan cara memeriksa menggunakan multimeter. Memeriksa setiap output
dari tiap modul.
3. Merangkai modul berdasarkan gambar. Modul Catu Daya,Modul Set Point,
Modul PID, Modul Penguat Daya, dan Modul Sistem Pengendali Posisi.
Gambar 3.21 Sistem Kendali Posisi
4. Menyalakan laptop.
5. Menyiapkan program Matlab dan ARDUINO yang sudah diinstal sebelumnya.
6. Menghubungkan Arduino ke laptop/PC.
7. mengupload file adio.pde pada arduino.
8. mengatur agar arduino terhubung pada Matlab.
9. Desain pada simulink Matlab seperti gambar di bawah.

39. 27
Gambar 3.22 Simulink Pada Matlab
10. Pada Lowpass Filter atur seperti pada gambar berikut.
Gambar 3.23 Pengaturan Lowpass Filter
11. Menyambungkan port A0 pada output setpoint dan A5 pada output sistem
kendali posisi.
12. Mengatur set point sesuai dengan yang diinginkan.
13. Menjalankan Simullink dan menjalankan plant.
14. Lihat gelombangnya pada scope.
15. Jika sudah didapat gambar gelombangnya selanjutnya ketikan editscope pada
Matlab lalu enter, lalu pada scope tersebut pilih tab edit dan klik figure
properties.
16. Lalu edit warna tampilannya dan buat garis seperti gambar berikut dari situ akan
didapat nilai L dan T

40. 28
17. Menghitung nilai Kp, Ki, dan Kd.
18. Mengatur pada modul PID sesuai dengan nilai Kp, Ki, dan Kd yang telah
dihitung.
19. Mengamati dan mencatat hasil dari desain ZN tipe 1.
20. Mengatur nilai Kp dan Kd untuk mendapatkan hasil desain yang bagus (manual
tunning).
Gambar 3.24 Modul Controller PID
3.8.4 PID Sistem Pengendalian Posisi dengan Script Arduino
Berikut langkah percobaan untuk mendesain PID sistem pengendalian posisi
menggunakan script Matlab :
1. Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
2. Memeriksa dan memastikan alat dan modul yang digunakan dalam kondisi baik
dengan cara memeriksa menggunakan multimeter. Memeriksa setiap output
dari tiap modul.
3. Merangkai modul berdasarkan gambar. Modul Catu Daya, Modul Set Point,
Modul PID, Modul Penguat Daya, dan Modul Sistem Pengendali Posisi.

41. 29
Gambar 3.25 Sistem Kendali Posisi
4. Mengatur Modul Set Point menjadi 2,5V dan Kp = 4 lalu Matikan (off-kan) Ti
dan Td nya agar pada keluaran menjadi 10V
5. Set Point menggunakan potensiometer. Potensiometer Kaki 1 dihubungkan ke
pin ground pada Arduino, kaki 2 dihubungkan ke pin Analog Input A0 pada
Arduino, kaki 3 dihubungkan ke pin +5V pada Arduino.
Gambar 3.26 Arduino dan Set Point menggunakan potensiometer
6. Analog output plant motor dihubungkan ke pin Analog Input A4, pin Analog
Input A0 dihubungkan ke + pada Modul PID.
7. Mengatur set point sesuai dengan yang diinginkan.
8. Menyalakan laptop dan membuka aplikasi arduino.
9. Membuat script program pada Arduino sesuai flow chart berikut.

42. 30
Gambar 3.27 Flowchart Sistem Kendali Posisi
10. Upload program dan jalankan lalu lihat pada serial monitor untuk memastikan
tampilan setpoint dan feedback.
Gambar 3.28 Serial Monitor pada aplikasi Arduino
11. Memasangkan shield Arduino dan menampilkan setpoint dan feedback pada
LCD 16X2.

43. 31
Gambar 3.29 ShieldArduino
Gambar 3.30 ShieldArduino dan LCD
12. Membuat script program untuk ditampilkan pada lcd.
13. Upload program dan jalankan lalu lihat pada lcd untuk memastikan tampilan
setpoint dan feedback.
14. Mengatur nilai Kp, Ki, dan Kd yang telah dihitung pada script program.
15. Mengamati dan mencatat hasil dari desain ZN tipe 1.
16. Mengatur nilai Kp, Ki, dan Kd yang telah dihitung pada script program untuk
mendapatkan hasil desain yang bagus (manual tunning).

44. 32
BAB IV
DATA PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Data Pengujian
4.1.1 DesainKendali Motor dengan ZN-Tipe 1
Gambar 4.1 Respon Awal Kontrol Motor
Gambar 4.2 Menentukan Nilai x1 dan x2
Tabel 6 Nilai x1-x2
Tabel 7 Hasil Perhitungan ZN-Tipe 1
X1 X2
2.6 23.07
L T Kp Ti Td Ki Kd
0.28 2.8 12 0.56 0.14 21.42857 1.68
Keterangan : 100 detikdi Matlab = 14 detikwaktu nyata

45. 33
Gambar 4.3 Respon Gelombang Dari Tunning Hasil Perhitungan
Gambar 4.4 Respon Gelombang Manual Tunning Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang
Tabel 8 Hasil Manual Tunning ZN-Tipe 1
Kp Ti Td Ki Kd
6 2.7 0 2.22 0
Keterangan : 100 detikdi Matlab = 14 detikwaktu nyata

46. 34
Gambar 4.5 Respon Awal Kontol Motor dengan Script Matlab.
Gambar 4.6 respon kendali dan tampilan stopwatch pada waktu nyata.
Tabel 9 Hasil Tunning Percobaan
Gambar 4.7 Respon Gelombang Manual Tunning Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang
(dengan tambahan filter )
Kp Ti Td Ki Kd
6 2.7 0 2.22 0

47. 35
Tabel 10 Hasil Manual Tunning
Kp Ti Td Ki Kd
6 4 0 1.5 0
4.1.2 DesainKendali Posisi dengan ZN-Tipe 2
Gambar 4.8 Kurva Set Point Dan Respon (Berosilasi)
Gambar 4.9 Menentukan Nilai Pcr (Percobaan 1)

48. 36
Gambar 4.10 Menentukan Nilai Pcr (Percobaan 2)
Tabel 11 Hasil Manual Tunning ZN-Tipe 2 (Percobaan 1)
Kcr Pcr Kp Ti Td Ki Kd
220 1.932 132 0.966 0.2415 136.646 31.878
Tabel 12 Hasil Manual Tunning ZN-Tipe 2 (Percobaan 2)
Kcr Pcr Kp Ti Td Ki Kd
450 7.84 270 3.92 0.98 68.87755 264.6
Gambar 4.11 Respon Gelombang Manual Tunning Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang
(Percobaan 1)
Gambar 4.12 Respon Gelombang Manual Tunning Saat Setpoint Di Atur Acak Dan Sembarang
(Percobaan 2)

49. 37
Tabel 13 Hasil Manual Tunning (percobaan 1)
Kp Ti Td Ki Kd
150 2.7 0.1 55.5556 15
Tabel 14 Hasil Manual Tunning (percobaan 2)
Gambar 4.13 Respon Gelombang Kontrol Posisi menggunakan script Arduino
Tabel 15 Hasil Percobaan dengan Script Arduino
Kp Ti Td Ki Kd
150 0 0 0 0
Gambar 4.14 Kurva Set Point dan Respon Hasil Manual Tunning
Kontrol Posisi dengan Script Arduino
Tabel 16 Hasil Manual Tunning menggunakan Script Arduino
Kp Ti Td Ki Kd
0,3 2,1 0,525 0,14285714 0,1575
Kp Ti Td Ki Kd
200 0.57 2.9 350.877 580

50. 38
4.2 Analisa Hasil Percobaan
4.2.1 Analisa Hasil Percobaan DesainKendali Motor dengan ZN-Tipe 1
Didapat nilai x1 = 2.6 ; x2 = 23.07
Keterangan : 100 detik di Matlab = 14 detik waktu nyata
Maka nilai x1 dan x2 adalah
x1 = 2.6 x
14
100
= 0.364
x2 = 23.07 x
14
100
= 3.2298
 T = x2 – x1
= 3.2298 – 0.364
= 2.86
 L = (2.6 – 0.6) x
14
100
= 0.28
 Kp = 1.2 x (
𝐿
𝑇
)
= 1.2 x (
0.28
2.8
) = 12
 Ti = 2 x L
= 2 x 0.28 = 0.56
 Td = 0.5 x L
= 0.5 x 0.28 = 0.14
 Ki =
𝐾𝑝
𝑇𝑖
=
12
0.56
= 21.42857
 Kd = Kp x Td
= 12 x 0.14 = 1.68
Nilai Kp , Ki, dan Kd setelah di Manual Tunning sehingga mendapatkan
respon yang baik adalah sebagai berikut :
KP = 6
Ti = 2.7 ; Ki = 2.22
Td = 0 ; Kd = 0

51. 39
4.2.2 Analisa Hasil Percobaan DesainKendali Kendali Motor menggunakan script
Matlab
 Analisa pada saat mulai percobaan :
KP = 6
Ti = 2.7 ; Ki = 2.22
Td = 0 ; Kd = 0
 Analisa pada saat menggunakan filter
Karena pada kendali masih terdapat noise maka di tambahkan komponen
resistor dan kapasitor sebagai penyaringan (filter). Sebelum merangkai lepas
terlebih dahulu usb Arduino pada laptop. Untuk mengetahui nilai R dan C
maka dapat diketahui dengan rumus fc =
1
2𝜋𝑅𝐶
dan telah didapat fc = 3,454
maka dengan mencari nilai R dan C menggunakan permisalan R = 100Ω
maka C =
1
2𝜋 𝑥 100Ω 𝑥 3.454
maka C = 470µF. Setelah diketahui R dan C
selanjutnya rangkai seperti gambar berikut.
Gambar 4.15 Rangkaian dengan menggunakan filter
Nilai Kp , Ki, dan Kd setelah di Manual Tunning sehingga mendapatkan
respon yang baik adalah sebagai berikut :
KP = 6
Ti = 4 ; Ki = 1.5
Td = 0 ; Kd = 0

52. 40
Berikut ini adalah script program kendali motor dengan Matlab :

53. 41
4.2.3 Analisa Hasil Percobaan DesainKendali Posisi dengan ZN-Tipe 2
 Analisa percobaan 1 pada saat mulai osilasi :
Kp = 0.6 x Kcr
= 0.6 x 220
= 132
Ti = 0,5 x Pcr
= 0,5 x 1.932
= 0.966
Td = 0,125 x Pcr
= 0,125 x 1.932
= 0.2415
Ki =
𝐾𝑝
𝑇𝑖
=
132
0.966
= 136.646
Kd = Kp x Td
= 132 x 0.2415
= 31.878
Nilai Kp , Ki, dan Kd setelah di Manual Tunning sehingga mendapatkan
respon yang baik adalah sebagai berikut :
KP = 150
Ti = 2.7 ; Ki = 55.5556
Td = 0.1 ; Kd = 15
 Analisa percobaan 2 pada saat mulai osilasi :
Kp = 0.6 x Kcr
= 0.6 x 450
= 270
Ti = 0,5 x Pcr
= 0,5 x 7.84
= 3.92

54. 42
Td = 0,125 x Pcr
= 0,125 x 7.84
= 0.98
Ki =
𝐾𝑝
𝑇𝑖
=
270
3.92
= 68.87755
Kd = Kp x Td
= 270 x 0.98
= 246.6
Nilai Kp , Ki, dan Kd setelah di Manual Tunning sehingga mendapatkan
respon yang baik adalah sebagai berikut :
KP = 200
Ti = 0.57 ; Ki = 350.877
Td = 2.9; Kd = 580
4.2.4 Analisa Hasil Percobaan DesainKendali Kendali Posisi menggunakan script
Arduino
 Analisa pada saat mulai percobaan :
KP = 150
Ti = 0; Ki = 0
Td = 0 ; Kd = 0
Nilai Kp , Ki, dan Kd setelah di Manual Tunning sehingga mendapatkan
respon yang baik adalah sebagai berikut :
KP = 0.3
Ti = 2.1 ; Ki = 0.14285714
Td = 0.525; Kd = 0.1575

55. 43
Berikut ini adalah script program kendali posisi dengan Arduino :

56. 44
Script program dibawah ini untuk menampilkan set point dan respon pada lcd
sebagai berikut :
 Pada script paling atas tambahkan :
 Pada script Void Setup tambahkan :
 Pada script Void Loop tambahkan :

57. 45
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan antara lain :
1. Didapatkan perubahan nilai pada beberapa aspek untuk mendapatkan hasil desain
yang baik pada metoda desain ZN-Tipe 1 pada Kendali Motor. Aspek tersebut
antara lain : a) berkurangnya nilai Kp sebesar 6. b) bertambahnya nilai Td sebesar
2.14. c) dan berkurangnya nilai Td sebesar 0.14 atau nilai Td menjadi 0.
2. Pada metoda desain ZN-Tipe 1, dengan menaikkan nilai Kp, Td, dan Kd maka dapat
menurunkan overshoot dan mengurangi risetime. Terlihat pada gambar hasil desain
yang di tunning secara manual.
3. Pengaturan Set Point menggunakan potensiometer maka di dapatkan noise pada
respon hasil tuning, maka digunakan penyaringan (filter) agar tidak terdapat noise
pada hasil tuning.
4. Pada metoda desain ZN-Tipe 2 Kendali Posisi didapatkan perubahan dalam
beberapa aspek yaitu bertambahnya nilai Kp, bertambahnya nilai Ki dan
berkurangnya nilai Kd.
5. Metoda desain ZN-Tipe 2 berbanding terbalik dengan ZN-Tipe 1. untuk
menghasilkan desain kendali yang baik maka pada ZN-Tipe 2 harus menurunkan
nilai Kp, Ti, dan Kd.
6. Untuk dapat mendesain kendali baik dibutuhkan ketelitian dan kesabaran serta
insting seorang engineer.
6.2 Saran
Beberapa saran dari penulis untuk praktikum sistem kendali yaitu :
1. Setiap modul yang digunakan dirawat dan dijaga kondisinya agar ketika
praktikum dapat berjalan dengan lancar.
2. Setiap mahasiswa mempunyai handbook praktikum agar hasil praktikum dapat
tersusun rapih.

58. 46
DAFTAR PUSTAKA
[1] Kusuma, Toha. (2008). Perancangan Kendali PID, FT – UI, 2008.
[2]Tama, P. E. (2013). PID (proportional-Integral-Derivative) Controller.
[3]Ali, M. (2004). Pembelajaran Perancangan Sistem Kontrol PID Dengan Software
MATLAB.
[4] “Matlab R2013a”, Dipetik Juli 5, 2015, dari : http://www.behdadsoft.com/Matlab-
R2013a.html.
[5]. “Pengantar untuk Pemrograman Matlab”, Dipetik Juli 5, 2015, dari :
https://inaseptiana.files.wordpress.com/2014/11/modul-pengantar pemrograman-matlab.pdf.
[6] “Arduino Arts”, Dipetik Juli 5, 2015, dari : http://arduinoarts.com/wp-
content/uploads/2011/08/Arduino-callouts1.jpg.
[7]. “Pengenalan Arduino” Dipetik Juli 5, 2015, dari : http://www.tobuku.com/docs/Arduino-
Pengenalan.pdf.
Metoda Tunning Ziegler Nichols. (2011, Mei 9). Dipetik Juli 5, 2015, dari Sistem
Instrumentasi dan Kontrol: http://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-
tuning-ziegler-nichols.html
Wijaya, E. C. (2004). Auto Tuning PID Berbasis Metode Osilasi Ziegler-Nichols
Menggunakan Mikrokontroler AT89S52 pada Pengendalian Suhu.