Control System Report

1. PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM
KENDALI DIGITAL PADA PLANT TEMPERATUR
DENGAN METODE ZIEGLER-NICHOLS
MENGGUNAKAN MATLAB DAN ARDUINO
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu
syarat mata kuliah Sistem Kendali Digital
DIPLOMA III PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
Oleh :
Aditya Gumilar
131311033
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2015

2. “Jadilah seperti lilin, menerangi
kegelapan meski habis oleh
kegelapan itu sendiri.”

3. i
ABSTRAK
Dalam dunia industri, pengendalian temperatur memegang peranan yang
sangat penting bagi kemajuan industri tersebut. Pengendalian temperatur sangat
berpengaruh pada hasil produksi, peralatan yang digunakan, ruangan yang
digunakan sebagai tempat produksi. Dalam dunia industri tersebut kita
memerlukan sistem yang dapat membantu kita mengendalikan temperatur. Sistem
kendali temperatur merupakan pengendalian suhu suatu objek, entah itu ruangan
maupun benda. Pengendalian sistem kendali temperatur dapat dilakukan dengan
metoda tuning Ziegler Nichols tipe 1 (open loop) dan Ziegler Nichols tipe 2
(close loop). Dalam perancangan kali ini digunakan aplikasi MATLAB sebagai
simulator dan Arduino sebagai komponen penghubung antara plant kendali
temperatur dan MATLAB pada komputer pengguna. Sistem kendali temperatur
dengan metoda tuning Ziegler Nichols tipe 1 dan tipe 2 dilakukan dengan cara
mentuning manual pada modul PID tersebut. Pada metoda tuning Ziegler Nichols
tipe 1 setelah tuning manual dapat dihasilkan dengan sinyal dengan nilai Kp = 20 ;
Ti = 40 ; Td = 7. Dan nilai manual tuning tipe 2 yaitu Kp = 60 ; Ti = 32,5 ; Td =
0,68. Pengaplikasian sistem kendali temperatur, salah satunya pada dunia
kesehatan, khususnya pembuatan inkubator bayi. Pengendalian temperatur dalam
inkubator dimaksudkan untuk menjaga tingkat kestabilan kehangatan bayi yang
baru lahir.
Kata Kunci : Sistem Kendali Temperatur, Metoda Ziegler Nichols, Inkubator.

4. ii
ABSTRACT
In the industrial world, controlling temperature plays a very important role
for that indsutrial progress. Controlling temperature very influential in the
production, the tools used, the room we used for production place. In the industrial
like that we need a system that can help us to control temperature. Temperature
control system is controlling an object, whether it’s in a room or objects.
Controlling temperature system can use with Ziegler Nichols type 1 (open loop)
and Ziegler Nichols type 2 (close loop) methods-tuning. At this time, we use
MATLAB application as a simulator and Arduino as a component for connecting
between temperature control plant and MATLAB on user computer. Temperature
control system with Ziegler Nichols type 1 and type 2 methods can do with manual-
tunning in PID modul. With Ziegler Nichols type 1 methode after manual-tunning
we get signal with value Kp = 20; Ti = 40; Td = 7. And with Ziegler Nichols type 2
after manual-tunning we get signal with value Kp = 60; Ti = 32,5; Td = 0,68. The
application of temperature control system, one of them in the world of health,
especially the making of baby incubator. Controlling temperature in the incubator
is to make keep warm level of newborns.
Keywords : Temperature Control System, Ziegler Nichols Methods, Incubator.

5. iii
KATA PENGANTAR
Puji serta syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT., atas berkah
dan karunia-Nya lah penulis dapat menyelesaikan Laporan Akhir Praktikum Sistem
Kendali Digital sebagai salah satu tugas mata Sistem Kendali Digital Semester
Genap Tahun Ajaran 2014/2015 Program Studi Diploma III Teknik Elektronika
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung.
Laporan akhir praktikum ini dengan judul “Perancangan dan Realisasi
Sistem Kendali Digital dengan Metode Ziegler-Nichols Menggunakan
MATLAB dan Arduino” telah berhasil penulis selesaikan dengan tepat waktu.
Namun, penulis menyadari banyak sekali kekurangan dalam pengerjaan laporan ini.
Untuk itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membantu penulis
untuk lebih baik lagi di masa yang akan datang.
Pada pengerjaan praktikum maupun pengerjaan laporan praktikum, penulis
mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini
penulis ingin mengucapkan terima kasih sebanyak-banyaknya kepada :
1. Allah SWT. Yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya yang
tidak terbatas kepada penulis.
2. Kedua orang tua yang memberikan segalanya untuk penulis demi
menjalani dunia perkuliahan.
3. Bapak Feriyonika, ST., M.Sc.Eng selaku dosen pengampu mata
kuliah Sistem Kendali Digital yang khususnya bagi penulis telah memberikan ilmu
yang sangat bermanfaat, mengajari penulis dengan sabar dan giat.
4. Fauzi Firmansyah sebagai partner praktikum mata kuliah Sistem
Kendali Digital yang telah membantu dengan sabar selama praktikum.
5. Teman-teman ECB 2013 yang telah banyak memberikan bantuan,
support dan masukan untuk penulis.
Dengan segala kerendahan hati, penulis memanjatkan doa semoga segala
bimbingan, bantuan, dorongan, serta doa yang diberikan kepada penulis dapat
mendapat imbalan yang berlipat dari Allah SWT. Semoga laporan ini dapat
memberikan manfaat yang luas bagi para pembaca

6. iv
Bandung, 6 Juli 2015
Penulis

7. v
DAFTAR ISI
ABSTRAK........................................................................................................... i
ABSTRACT.........................................................................................................ii
KATA PENGANTAR........................................................................................ iii
DAFTAR ISI .......................................................................................................v
DAFTAR TABEL .............................................................................................. vi
DAFTAR GAMBAR..........................................................................................vii
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................1
BAB II LANDASAN TEORI..............................................................................2
2.1 Sistem Kendali ................................................................................................2
2.2 PID (Proportional Integrative Derative)...........................................................3
2.3 Manual Tuning................................................................................................5
2.4 Plant Temperatur............................................................................................10
BAB III PERANCANGAN................................................................................11
3.1 Ziegler-Nichols Tipe 1 ...................................................................................11
3.2 Ziegler-Nichols Tipe 2 ...................................................................................13
3.3 Algoritma Script.............................................................................................14
BAB IV ANALISA.............................................................................................17
4.1 Ziegler-Nichols Tipe 1 ...................................................................................17
4.2 Ziegler-Nichols Tipe 2 ...................................................................................18
4.3 Script pada MATLAB ....................................................................................18
4.4 Script pada Arduino Stand Alone Controller...................................................23
BAB V.................................................................................................................27
DAFTAR PUSTAKA.........................................................................................28

8. vi
DAFTAR TABEL
Tabel 2 Penentuan Parameter PID .........................................................................8

9. vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sistem Kendali Loop Terbuka............................................................2
Gambar 2.2 Sistem Kendali Loop Tertutup ...........................................................3
Gambar 2.3 Kendali PID pada Sistem Kendali .....................................................4
Gambar 2.4 Close Loop dengan Feedback.............................................................5
Gambar 2.5 Kondisi Sinyal Overshoot ..................................................................6
Gambar 2.6 Kurva S..............................................................................................7
Gambar 2.7 Penentuan Parameter L dan T.............................................................7
Gambar 2.8 Sketsa Sinyal Teredam.......................................................................8
Gambar 2.9 Sketsa Sinyal Sistem Tidak Teredam..................................................9
Gambar 2.10 Diagram Blok dan Hasil Osilasi Konsisten.......................................9
Gambar 2.11 Modul Plant Kendali Temperatur ....................................................10
Gambar 3.1 Simulink pada MATLAB untuk Ziegler-Nichols tipe 1 .....................11
Gambar 3.2 Perancangan Plant Kendali Temperatur dengan Arduino ...................12
Gambar 3.3 Penentuan Nilai T dan L menggunakan garis acuan...........................12
Gambar 3.4 Respon Desain Kendali Ziegler-Nichols tipe 1 ..................................13
Gambar 3.5 Simulink pada MATLAB untuk Ziegler-Nichols tipe 2 .....................13
Gambar 3.6 Menentukan Pcr dan Kcr...................................................................13
Gambar 3.7 Respon Desain Kendali Ziegler-Nichols tipe 2 ..................................14
Gambar 3.8 Algoritma untuk Script pada MATLAB ............................................15
Gambar 3.9 Algoritma untuk Script pada Arduino Stand Alone............................16
Gambar 4.1 Respon Ziegler-Nichols tipe 1 setelah manual tuning ........................17
Gambar 4.2 Respon Ziegler Nichols tipe 2 setelah manual tuning.........................15
Gambar 4.3 Respon Kendali Script MATLAB .....................................................20
Gambar 4.4 Respon Kendali Script MATLAB setelah manual tuning...................22
Gambar 4.5 Tampilan LCD..................................................................................25

10. 1
BAB I
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi yang pesat telah menjadikan manusia
berlomba-lomba untuk membuat alat yang dapat membantu dan
memudahkan pekerjaan manusia. Salah satu contohnya yaitu teknologi
berkembang pesat pada dunia kesehatan. Khususnya Sistem Kendali.
Pengetahuan mengenai model sistem atau plant yang akan dikendalikan
merupakan salah satu faktor penentu pemilihan kendali yang akan
dirancang, sampai saat ini salah satu metoda yang dipakai yang banyak
digunakan adalah dengan menggunakan pengendali konvensional yaitu
Proportional Integral (PI) atau Proportional Integral Derivatif (PID).
Dalam perancangan sistem kendali ini konstanta proporsional, integral,
dan turunan dihitung berdasarkan parameter plant yang diketahui,
sehingga untuk merancang kendali konvensional, perlu terlebih dahulu
dilakukan identifikasi parameter plant yang dikendalikan. Hal ini tentu
menyebabkan perancangan sistem kendali relatif lebih lama.
Dalam dunia kesehatan inkubator merupakan alat yang paling
penting terutama di ruang perawatan bayi, hal ini dikarenakan tingkat bayi
lahir premature yang cukup banyak khususnya pada rumah sakit milik
pemerintah, apabila bayi mengalami lahir premature maka akan sangat
membutuhkan tingkat kehangatan yang cukup stabil mengingat sang bayi
tersebut belum terbiasa beradaptasi dengan suhu diluar kandungan sang
ibu [1].
Tujuan dari praktikum yang telah dilakukan adalah merancang
desain kendali temperatur menggunakan algoritma PID. Pada praktikum
yang menggunakan plant kendali temperatur, penulis mencoba membuat
desain yang sesuai dengan plant melalui beberapa metode. Metode yang
dipakai dalam membuat desain kendali ini ialah Ziegler Nichols tipe 1 dan
Ziegler Nichols tipe 2.

11. 2
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sistem Kendali
Sistem kendali dapat dikatan sebagai hubungan antara komponen
yang membentuk sebuah konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan
tanggapan sistem yang diharapkan. Dapat dikatakan ada yang
dikendalikan, yang merupakan suatu sistem fisis, yang biasa disebut plant.
Masukan dan keluaran merupakan variable atau besaran fisis.
Keluaran merupakan hal yang dihasilkan oleh pengendali, artinya yang
dikendalikan, sedangkan masukan adalah yang mempengaruhi kendalian,
yang mengatur keluaran. Kedua dimensi masukan dan keluaran tidak harus
sama.
Pada sistem kendali dikenal sistem loop terbuka (open loop system)
dan sistem loop tertutup (close loop system). Sistem kendali loop terbuka
atau umpan maju umumnya menggunakan pengatur (controller) serta
aktuator kendali (control actuator) yang berguna untuk memperoleh
respon sistem yang baik. Sistem kendali ini keluarannya tidak
diperhitungkan ulang oleh controller. Suatu keadaan apakah plant benar-
benar telah mencapai target seperti yang dikehendaki masukan dan
referensi, tidak dapat mempengaruhi kinerja kontroller.
Gambar 2.1. Sistem Kendali Loop terbuka
Pada sistem kendali loop tertutup memanfaatkan variable yang
sebanding dengan selisih respon yang terjadi terhadap respon yang
diinginkan. Sistem seperti ini juga sering dikenal dengan sistem kendali
umpan balik. Aplikasi sistem umpan balik banyak dipergunakan untuk
sistem kendali kapal laut dan pesawat terbang. Perangkat sehari hari yang
juga menerapkan sistem ini adalah penyetelan temperatur pada lemari es,
oven, tungku, dan pemanas air.

12. 3
Gambar 2.2 Sistem Kendali Loop Tertutup
Dengan sistem kendali tertutup, kita bisa ilustrasikan apabila
keluaran aktual telah sama dengan referensi atau masukan maka input
kontroller akan bernilai nol. Nilai ini artinya kontroller tidak lagi
memberikan sinyal aktuasi kepada plant, karena target akhir perintah
gerak telah diperoleh. Sistem kendali loop terbukan dan tertutup tersebut
merupakan bentuk sederhana yang nantinya akan mendasari semua sistem
yang lebih kompleks dan rumit. Hubungan antara masukan dan keluaran
menggambarkan korelasi antara sebab dan akibat proses yang berkaitan.
Masukan juga sering diartikan tanggapan keluaran yang diharapkan [2].
2.2 PID (Proportional Integrative Derative)
Pada laporan praktikum kali ini penulis akan menggunakan
algoritma PID untuk mengendalikan modul plant kendali temperatur.
Metode yang dipakai untuk mendapatkan parameter PID adalah dengan
menggunakan metode Ziegler Nichols tipe 1 (open loop) dan Ziegler
Nichols tipe 2 (close loop). Setelah parameter-parameter PID (Kp, Ti, Td)
didapat, selanjutnya nilai dari parameter tersebut digunakan ke modul PID.
Respon akan dianalisis dan aka diperbaiki dengan teknik manual tuning
dengan parameter mana saja yang akan dirubah. Parameter-parameter yang
dirubah melalui manual tuning dilihat dari respon sinyal yang keluar di
plant setelah kita tunning PID sesuai dengan hasil desain kita. Sistem
kendali PID sendiri merupakan pengendali umpan balik yang mampu
meminimalisasi sinyal error atau kesalahan dalam suatu plant.

13. 4
Gambar 2.3 Kendali PID pada Sistem kendali
Pengendali PID memiliki beberapa komponen pengendalian yang
memiliki karakteristik berbeda di setiap komponennya, seperti :
1. Pengendali Proporsional
Kontrol P jika G(s) = Kp, dengan K adalah
konstanta. Jika u = G(s)*e maka u = Kp*e denga Kp adalah
konstanta proporsional. Kp berlaku sebagai Gain (penguat)
saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja
kontroller. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai
keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini.
Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar
sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki
respon transien khususnya risetime dan settling time.
2. Pengendali Integrative
Jika G(s) adalah kontrol I maka U dapat dinyatakan
sebagai u(t) = [integrale(t)dT]Ki dengan Ki adalah
konstanta integral, dan dari persamaan diatas, G(s) dapat
dinyatakan sebagai u = Kd.[deltae/deltat] jika e(T)
mendekati konstan (bukan nol) maka u(T) akan menjadi
sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error.
Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin
kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus
menghilangkan respon transien yang tinggi sehingga dapat

14. 5
menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang
sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi
karena menambah orde sistem.
3. Pengendali Derivative
Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D
dapat dinyatakan sebagai G(s) = s.Kd. Dari persamaan
tersebut, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam
konteks “kecepatan” atau rate dari error. Dengan sifat ini,
kontrol D dapat digunakan untuk memperbaiki respon
transien dengan memprediksi error yang akan terjadi.
Kontrol derivatif hanya berubah saat ada perubahan error
sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal
ini pula yang menyebabkan kontroller derivatif tidak dapat
dipakai sendiri [3].
2.3 Manual Tuning
Tuning kendali pada PID bertujuan untuk menentukan parameter
atau nilai dari kendali proporsional, integratif, dan derivatif. Proses manual
tuning PID ini dilakukan dengan cara trial and error hingga didapatkan
hasil respon yang diinginkan. Dalam penggunaan kendali PID berarti
mengolah suatu sinyal kesalahan atau error, yang nantinya dijadikan suatu
sinyal kendali yang dilanjutkan ke aktuator dalam sistem close loop yang
menggunakan feedback, seperti blok diagram berikut :
Gambar 2.4 Close Loop dengan feedback
Pengendalian PID membutuhkan nilai pendekatan untuk mencapai hasil
yang optimal atau hasil yang diinginkan. Tuning pengontrol dapat

15. 6
mengoptimalisasikan sistem proses dan meminimalisasi error antara variabel
proses dan set point. Metoda yang digunakan dalam praktikum yaitu metoda
Ziegler-Nichols.
Persamaan dibawah ini merupak persamaan rumus (1) dari algoritma PID
:
( ) ( ( ) ∫ ( )
( )
) (1)
u : sinyal control
e : error pengontrol
Kp : gain untuk proportional controller
Ti : integral controller
Td : derivative controller
T : waktu yang digunakan saat mengukur error
b : sinyal set point
Berdasarkan formula diatas parameter yang ditentukan saat tuning
adalah Kp, Ti, Td.
Metoda ini merupakan metoda tuning PID controller untuk
menentukan nilai proportional gain Kp, integral time Ti, dan derivative
time Td berdasarkan karakteristik respon transientdari sebuah plant atau
sistem. Metoda ini akan memberikan niai overshoot sebesar 25% pada step
response, seperti gambar dibawah ini.
Gambar 2.5 Kondisi Sinyal Overshoot 25%

16. 7
Metoda ini terdiri dari 2 macam :
a. Nilai PID diperoleh dari hasil percobaan dengan masukan unit
step, hasilnya nanti akan terbentuk kurva berbentuk S. Jika
kurva ini tidak terbentuk maka metoda ini tidak bisa diterapkan.
Kurva bentuk S memiliki karakteristik dengan 2 buah
konstanta, yaitu waktu tunda L dan time constan T. Kedua
parameter tersebut diperoleh dengan menggambar garis
tangensial pada titik infleksi kurva S. 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 seperti persamaan rumus (2) sebagai
berikut :
(2)
Gambar 2.6 Kurva S
Gambar 2.7 Penentuan Parameter L dan T
Formula PID yang telah disebutkan sebelumnya, kemudian
dijabarkan dalam persamaan rumus (3) sebagai berikut :

17. 8
(3)
Dengan menggunakan formula PID di atas dan nilai parameter L
dan T, maka dapat diperoleh nilai Kp, Ti, dan Td. Secara lebih ringkasnya
perhatikan tabel berikut :
Tabel 2 Penentuan Parameter PID
b. Pada metoda kedua ini, percobaan dilakukan dengan
menggunakan proportional band saja. Nilai Kp dinaikkan dari 0
hingga tercapai nilai Kp yang menghasilkan osilasi yang
konsisten. Nilai kontroller 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 dibawah ini.
Gambar 2.8 Sketsa Sinyal Teredam

18. 9
Sebaliknya, jika Kp-nya terlalu besar, osilasinya akan tidak
stabil dan membesar, seperti gambar dibawah.
Gambar 2.9 Sketsa Sinyal 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.
Berdasarkan nilai ini, kita dapat menentukan nilai parameter
Kp, Ti, dan Td berdasarkan rumus (4) dibawah :
(7)
Gambar 2.10 Diagram Blok dan Hasil Osilasi Konsisten

19. 10
Metoda Ziegler Nichols ini dapat diterapkan secara luas untuk
mentuning PID controller pada sistem kendali proses [4].
2.4 Plant Temperatur
Pada praktikum yang telah dilakukan, plant yang akan
dikendalikan adalah plant Temperatur. Modul Temperatur yang digunakan
adalah modul yang akan mendeteksi berapa derajat suhu yang terdeteksi
oleh sensor, panas sendiri akan dihasilkan oleh sebuah lampu. Untuk
gangguan pada modul sendiri terdapat sebuah kipas dan sebuah klop untuk
membuka ruangan agar udara yang di dalam kotak modul bisa mengalir
atau tidak.
Gambar 2.11 Modul Plant Kendali Temperatur

20. 11
BAB III
PERANCANGAN
Perancangan yang dilakukan pada praktikum kali ini adalah
menggunakan metoda Ziegler Nichols tipe 1 dan tipe 2. Aplikasi yang
digunakan adalah MATLAB dan komponen untuk menghubungkan antara
plant dan komputer pengguna adalah Arduino.
Dalam praktikum yang telah dilakukan, penulis merancang desain
kendali menggunakan metoda Ziegler Nichols tipe 1 dan tipe 2. Hasil dari
desain tersebut juga diaplikasikan ke Script MATLAB dan Embedded
System menggunakan Arduino. Berikut perancangan dalam praktikum
yang telah dilakukan.
3.1 Ziegler Nichols Tipe 1
Gambar 3.1 Simulink pada MATLAB untuk Ziegler Nichols tipe 1

21. 12
Gambar 3.2 Perancangan Plant Kendali Temperatur dengan Arduino
Gambar 3.3 Penentuan Nilai T dan L menggunakan garis acuan
Perbandingan waktu antara waktu nyata dan waktu matlab adalah
t
nyata
150s : 2000s
Parameter L
L matlab = 140s
L nyata = 14.7s
: t
matlab
Parameter T
T matlab = 2065s
T nyata = 212.625s

22. 13
Setelah dimasukan hasil T dan L, maka didapat sebagai berikut:
Kp = 17,35714286
Ti= 29,4
Td= 7,35
Masukan nilai-nilai Kp, Ti, dan Td ini pada Modul PID. Setelah itu lihat
pada respon MATLAB, hasil nya seperti berikut:
Time (s)
Gambar 3.4 Respon Desain Kendali Ziegler Nichols tipe 1
3.2 Ziegler Nichols Tipe 2
Gambar 3.5 Simulink pada MATLAB untuk Ziegler Nichols tipe 1
Gambar 3.6 Menentukan Pcr dan Kcr
Temperatur(o
C)

23. 14
Tnyata : 55 Tmatlab : 500
Setelah itu, hitung untuk mendapatkan nilai Kp,Ti dan Td, dan
dipatkan seperti berikut :
Kp = 552
Ti= 12,815
Td= 3,20375
Masukan nilai-nilai Kp, Ti, dan Td ini pada Modul Controller PID. Setelah
itu lihat pada Respon MATLAB, hasil nya seperti berikut:
Time (s)
Gambar 3.7 Respon Desain Kendali Ziegler Nichols tipe 2
3.3 Algoritma Script
Pada praktikum yang telah dilakukan, dibuat program untuk
mengendalikan plant dan program yang digunakan adalah MATLAB dan
Arduino. Pada program yang digunakan Arduino dimaksudkan untuk
membuat embedded system. Maksud dari embedded system adalah user
menggunakan interface lain untuk mengendalikan kendali. Komputer
digunakan hanya untuk memprogram Arduino. Interface yang kita
digunakan yaitu sebuah LCD yang dipasang pada bagian atas Arduino dan
disebut Arduino Stand Alone Contrroller Untuk algoritma program seperti
berikut:
Temperatur(o
C)

24. 15
Gambar 3.8 Algoritma untuk Script pada MATLAB

25. 16
Gambar 3.9 Algoritma untuk Script Arduino Stand Alone

26. 17
BAB IV
ANALISA
Pada bab ini akan dibahas tentang analisa respon yang telah
dilakukan. Respon yang akan di analisa adalah respon dari sinyal kendali
temperatur menggunakaan metoda Ziegler-Nichols tipe 1 dan Ziegler-
Nichols tipe 2, Script menggunakan MATLAB, dan Script yang
diaplikasikan pada Arduino Stand Alone Controller menggunakan LCD.
4.1 Ziegler-Nichols tipe 1
Pada Gambar 3.4, dapat dilihat bahwa sinyal masih belum
maksimal, sehingga dibutuhkan manual-tuning pada modul PID dengan
merubah parameter Kp, Ti, dan Td. Jika sudah melakukan manual tuning,
hasil respon akan seperti berikut :
Time (s)
Gambar 4.1 Respon Ziegler-Nichols tipe 1 setelah manual tuning
Hasil Manual Tuning :
Kp = 20
Ti = 40
Td = 7
Pada gambar 4.1, terlihat respon memiliki overshoot yang tidak
terlalu besar dan steady state sudah sesuai dengan setpoint yang
diinginkan.
Temperatur(o
C)

27. 18
4.2 Ziegler-Nichols tipe 2
Pada gambar 3.7, dapat dilihat bahwa sinyal masih belum
maksimal, sehingga dibutuhkan manual-tuning pada modul PID dengan
merubah parameter Kp, Ti, dan Td. Jika sudah melakukan manual tuning,
hasil respon akan seperti berikut :
Time (s)
Gambar 4.2 Respon Ziegler Nichols tipe 2 setelah manual tuning
Hasil Manual Tuning :
Kp = 60
Ti = 32,5
Td = 0,68
Pada gambar 4.2, terlihat respon memiliki overshoot yang tidak
terlalu besar dan steady state sudah sesuai dengan setpoint yang
diinginkan.
4.3 Script pada MATLAB
Script pada MATLAB digunakan untuk membuat program untuk
mengendalikan plant temperatur. Program yang akan kita buat sudah
terlebih dahulu ada algoritma, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.8.
Algoritma yang sudah ada diterjemahkan menjadi source code MATLAB.
Program pada MATLAB seperti berikut :
Temperatur(o
C)

28. 19

29. 20
Pada script yang telah di Run ini akan muncul respon pada figure,
dan hasilnya seperti berikut ini :
Time (s)
Gambar 4.3 Respon Kendali Script MATLAB
Gambar diatas menunjukkan respon yang keluar saat Kp, Ki, dan
Kd belum diatur secara manual. Keluaran PID pada respon tersebut adalah
dengan Kp = 17,35, Ki = 0,509136054, serta Kd = 130
Jika kita ingin melakukan manual tuning dan melakukan sedikit
perubahan pada respon, rubah sedikit program yang ada pada script
menjadi seperti berikut :
Temperatur(o
C)

30. 21

31. 22
Dengan script seperti diatas, di dapat respon seperti dibawah ini :
Time (s)
Gambar 4.4 Respon Kendali Script MATLAB setelah manual
tuning
Pada gambar diatas terlihat respon dengan script tersebut lebih baik
dari segi Overshoot dan SteadyState. Pada script dilakukan beberapa
perubahan yaitu dengan membagi outPID dengan 10. Dibagi 10 agar
Overshoot respon plant tidak terlalu tinggi. Manual tuning dengan
merubah Kp, Ki, dan Kd pun dilakukan dengan hasil Kp = 55, Ki = 0,7,
Kd = 129.
Temperatur(o
C)

32. 23
4.4 Script pada Arduino Stand Alone Controller
Pada script Arduino ini, dimaksudkan sistem yang kita kendalikan
dapat berdiri sendiri tanpa bantuan komputer atau pun laptop. Komputer
hanya membantu user untuk mengunduh program dari aplikasi Arduino ke
Arduino Uno yang digunakan sebagai embedded system. Arduino uno
yang sebelumnya telah diisi program untuk mengendalikan plant dan
menampilkan setpoint dan respon dari kendali temperatur. Hardware yang
digunakan untuk menampilkan hasil dari kendali yaitu berupa LCD. Pada
LCD akan nampak nilai setpoint dan respon yang diatur. LCD diletakkan
diatas Shield Arduino yang dipasang pada Arduino Uno. Program pada
arduino sebagai berikut :

33. 24

34. 25
Hasil dari script diatas adalah sebagai berikut :
Gambar 4.5 Tampilan LCD

35. 26
Keterangan pada LCD adalah SP untuk setpoint, sedangkan untuk
PV adalah proccess value respon dari kendali yang dibuat.

36. 27
BAB V
PENUTUP
Pada bab ini akan dibahas mengenai kesimpulan dari praktikum
yang telah dilakukan dan saran mengenai pengenmbangan dalam
praktikum selanjutnya agar praktikum selanjutnnya dapat berjalan lebih
baik.
Kesimpulan :
 Perancangan sistem kendali pada kendali temperatur membutuhkan
waktu yang cukup lama untuk melihat respon sinyal terhadap
setpoint.
 Pada metoda yang digunakan yaitu Ziegler Nichols tipe dan Ziegler
Nichols tipe 2, yang lebih tepat digunakan untuk plant kendali
temperatur yaitu metoda Ziegler Nichols tipe 2 karena metoda
Ziegler Nichols tipe 2 cocok untuk plant yang mempunyai respon
yang lama.
 Plant kendali suhu mempunyai batas panas yang diatur sendiri
dalam modul tersebut. Batas suhu yang bisa dibaca yaitu 80°
celcius. Jika melebihi batas itu, lampu sebagai pemanas akan mati
secara otomatis.
Saran :
 Perhatikan setiap modul yang akan dipakai dan cek terlebih dahulu
apakah sesuai dengan spesifikasi atau tidak.
 Pada pemograman menggunakan Arduino, lebih teliti dalam
programnya dan perhatikan juga hardware yang digunakan.

37. 28
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Faishol F. Riza, “Perancangan Sistem Pengendali Suhu dan Memonitoring
Kelembapan Berbasis ATMega8535 pada Plant Inkubator”, Skripsi, Universitas
Diponegoro Semarang.
[2]. “Apa itu Sistem Kendali”, http://vhianwahyo3.blogspot.com/2014/05/apa-itu-
sistem-kendali-sistem-kontrol.html. Diakses 4 Juli 2015.
[3]. “Pengertian Kendali PID”, http://catatan-
elektro.blogspot.com/2011/11/pengertian-kendali-pid.html. Diakses 5 Juli 2015.
[4]. “Metoda Tuning Ziegler-Nichols”,
http://instrumentationsystem.blogspot.com/2011/05/metoda-tuning-ziegler-
nichols.html. Diakses 5 Juli 2015.