Mata kuliah Sistem Kendali membahas tentang: 1) Pengantar sistem kendali termasuk definisi, komponen, dan contoh sistem kendali sederhana. 2) Model matematika sistem dinamik dan karakteristik sistem kendali. 3) Jenis-jenis pengendali P, I, D, dan PID beserta desain pengendali.

1. MATA KULIAH SISTEM KENDALI
DIANA RAHMAWATI., S. T., M. T
NIP. 197910252008012020
PRODI TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS TRUNOJOYO MADURA

2. 1-2
Pengenalan
Dasar
Sistem
Kendali
3-4
Komponen
Sistem
Kendali
5-6-7
Model
Matematika
Sistem
Dinamik
8
UTS

3. 9-10-11
Karakteristi
k Sistem
12-13
Pengendali
P(Proporsional),
I(Integral),
D(Derivatif) dan
kombinasinya
14-15
Desain
Pengendali
PID
UAS
16

4. O
1
SEJARAH SISTEM
KENDALI O
2 KARAKTERISTIK
TANGGAPAN
O
3
SISTEM LOOP
TERBUKA VS LOOP
TERTUTUP
O
4
PENDAHULUAN

5. O
5
PROSES
PERANCANGAN O
6 ARAH EVOLUSI SISTEM
PENGATURAN
O
7
EVALUASI O
8
CONTOH-CONTOH SISTEM
PENGATURAN

6. • Sarjana Sistem Kendali dituntut dapat memahami dan
mengendalikan bagian kecil lingkungan (sistem) agar
menghasilkan produk yang secara ekonomi bermanfaat
untuk masyarakat.
•Tantangan saat ini: pemodelan dan pengendalian sistem-sistem
yang kompleks, modern, dan terkait satu sama lain: pengendalian
lalu lintas, proses- proses kimia, sistem-sistem robot, sistem
pesawat angkasa , sistem peluru kendali
•Sebaliknya disiplin ilmu ini memiliki peluang untuk mengendalikan
banyak sistem menarik di industri secara otomatis.
Pemahaman dan pengendalian : komplementer

8. DEFINISI
• Secara umum sistem kendali adalah susunan
komponen-komponen fisik yang dirakit sedemikian
rupa sehingga mampu mengatur sistemnya sendiri
atau sistem di luarnya. Sistem kontrol adalah proses
pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau
beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga
berada pada suatu harga range tertentu. Istilah lain
sistem kontrol atau teknik kendali adalah teknik
pengaturan, sistem pengendalian, atau sistem
pengontrolan.
8

9. DEFINISI
• Sistem pengendalian atau teknik pengaturan juga
dapat didefinisikan suatu usaha atau perlakuan
terhadap suatu sistem dengan masukan tertentu
guna mendapatkan keluaran sesuai yang diinginkan
. Dalam buku berjudul ”Modern Control Systems”,
bahwa sistem kendali merupakan hubungan timbal
balik antara komponen-komponen yang
membentuk suatu konfigurasi sistem yang
memberikan suatu hasil yang dikehendaki berupa
respon (Dorf, 1983).
9

10. SISTEM
Sistem: sekumpulan komponen
yang saling bekerja sama untuk
melakukan suatu fungsi.
Suatu sistem berinteraksi
dengan lingkungannya dan
dibatasi oleh batas sistem
(system boundary)
Interaksi tersebut didefinisikan
dengan istilah variabel
- input sistem
- ouput sistem
- gangguan lingkungan
Fungsi sistem dinyatakan dalam
variabel output yang diukur
Operasi sistem dimanipulasi
melalui variabel kontrol input
Operasi sistem juga dipengaruhi
oleh suatu yang tidak bisa
dikontrol melalui variabel input
gangguan

11. SISTEM KENDALI
• Kendali: proses yang menyebabkan suatu variabel sistem selaras
dengan suatu nilai yang diinginkan
• Kendali manual : kendali parameter dilakukan oleh manusia yang
bertindak sebagai operator. Mis: kendali air keran, kendali volume
radio, kendali kecepatan kendaraan
• Kendali otomatis : kendali dilakukan oleh mesin/peralatan yang
bekerja secara otomatis. Mis: pengendalian pada lift, industri
makanan/minuman, robot, dll
• Sistem kendali (control system): interkoneksi komponen-komponen
yang membentuk suatu konfigurasi sistem yang akan menghasilkan
suatu respon sistem sesuai yang diinginkan
Control
System
Output
Signal
Input
Signal
Energy
Source

12. CONTOH
12
• Contoh sistem kendali yang paling
mendasar adalah kendali on-off saklar
listrik. Aktivitas menghidupkan dan
mematikan saklar menyebabkan adanya
situasi saklar hidup atau mati. Masukan on
atau off mengakibatkan terjadinya proses
pada suatu pengendalian saklar listrik
sehingga sistem bekerja sesuai dengan
kondisi yang diinginkan, yaitu listrik
menyala atau mati. Keadaan on-off (hidup
atau mati) merupakan masukan,
sedangkan mengalir dan tidak
mengalirnya listrik merupakan keluaran.
Suatu keadaan dimana listrik sudah
dihidupkan namun tidak menyala , berarti
ada yang salah pada sistem tersebut.
Proses yang dicontohkan itu
mengilustrasikan sistem kendali yang
terjadi secara manual.

13. Watt speed governor

14. 14
Bab 1 Pendahuluan
Overview
NASA FLIGHT SIMULATOR ROBOT ARM WITH
ELECTROMECHANICAL CONTROL SYSTEM
COMPONENTS

15. 15
Bab 1 Pendahuluan
Overview
The space shuttle consists of multiple subsystems

16. 16

17. UNSUR PENGENDALI:
17
Secara umum ada empat aspek yang berkaitan dengan
sistem pengendalian yaitu masukan, keluaran, sistem
dan proses. Masukan (input) adalah rangsangan dari
luar yang diterapkan ke sebuah sistem kendali untuk
memperoleh tanggapan tertentu dari sistem kendali.
Keluaran ( output) adalah tanggapan sebenarnya yang
didapatkan dari suatu sistem kendali. Tanggapan ini
bisa sama dengan masukan atau mungkin juga tidak
sama dengan tanggapan pada masukannya.

18. UNSUR PENGENDALI
18

19. ILUSTRASI
• Sekering merupakan alat yang dipergunakan untuk memutus
arus listrik dan biasanya dipasang pada instalasi listrik PLN
atau perangkat elektronik. Sekering akan putus apabila diberi
beban arus listrik yang berlebihan, dan akibatnya lampu akan
padam.
19

20. ILUSTRASI
• Fenomena ini menunjukkan bahwa sebenarnya terjadi
pengukuran terhadap aliran listrik, membandingkan terhadap
kapasitas maksimal, dan selanjutnya melakukan langkah
koreksi dengan cara memutus arus. Proses yang dicontohkan
itu menggambarkan sistem kendali yang terjadi secara
otomatis.
20

21. MENURUT DISTEFANO DKK (1992), ADA
TIGA JENIS SISTEM PENGATURAN DASAR
YAKNI :
• Pengendalian alamiah, contohnya pengendalian suhu
tubuh manusia, mekanisme buka-tutup pada jantung, sistem
peredaran darah, sistem syaraf, sistem kendali pankreas dan
kadar gula dalam darah, sistem pengaturan adrenalin, dan
sistem kendali lainnya yang ada pada makhluk hidup.
21

22. PENGATURAN DASAR
pengendalian buatan, contohnya yaitu mekanisme on-off
pada saklar listrik, mekanisme buka-tutup pada keran air,
sistem kontrol untuk menghidupkan dan mematikan
televisi/radio/tape, kendali pada mainan anak -anak,
pengaturan pada kendali suhu ruangan ber -AC, serta kendali
perangkat elektronik seperti pada kulkas, freezer dan mesin
cuci.
22

23. PENGATURAN DASAR
• sistem kendali yang komponennya buatan
dan alamiah, contohnya adalah pengendalian
ketika orang mengendarai sepeda, motor atau
mobil. Pengendara senantiasa mempergunakan
matanya sebagai komponen alamiah untuk
mengamati keadaan, disamping itu pengendara
juga mengatur kecepatan berkendara dengan
mengatur putaran mesinnya yang merupakan
komponen buatan.
23

24. SISTEM PENGENDALIAN
PROSES
• Sistem pengendalian proses adalah gabungan kerja dari
alat-alat pengendalian otomatis. Semua peralatan yang
membentuk sistem pengendalian disebut istrumentasi
pengendalian proses. Contoh sederhana instrumentasi
pengendalian proses adalah saklar temperatur yang bekerja
secara otomatis mengendalikan suhu setrika. Instrumentasi
pengendalinya disebut temperature switch, saklar akan
memutuskan arus listrik ke elemen pemanas apabila suhu
setrika ada di atas titik yang dikehendaki. Sebaliknya saklar
akan mengalirkan arus listrik ke elemen pemanas apabila
suhu setrika ada di bawah titik yang dikehendaki.
Pengendalian jenis ini adalah kendali ON -OFF.
24

25. TUJUAN UTAMA DARI SUATU
SISTEM PENGENDALIAN
ADALAH
• untuk mendapatkan unjuk kerja yang optimal pada suatu
sistem yang dirancang. Untuk mengukur performansi dalam
pengaturan, biasanya diekspresikan dengan ukuran -ukuran
waktu naik (tr), waktu puncak (tp), settling time (ts), maximum
overshoot (Mp), waktu tunda/delay time (td), nilai error, dan
damping ratio. Nilai tersebut bisa diamati pada respon
transien dari suatu sistem pengendalian, misal gambar 1.
25

26. PARAMETER YANG
DIKENDALIKAN DALAM
KONTROL PROSES:
1. tekanan (pressure) di dalam suatu pipa/vessel,
2. laju aliran (flow) di dalam pipa,
3. temperatur di unit proses penukar kalor ( heat exchanger),
dan
4. level permukaan cairan di sebuah tangki.
26

27. MENGAPA PERLU INSTRUMENTASI
DALAM PENGENDALIAN?
• Manusia diciptakan mempunyai kelebihan dan
kekurangan. Diantara kekurangan manusia
adalah mempergunakan indra sebagai alat ukur.
Sebagai sebuah ilustrasi indra peraba manusia
dipergunakan untuk mengukur kondisi air yang
berbeda di dalam suatu bejana, namun apakah
indra peraba itu mampu mencerminkan kondisi
pengukuran yang sebenarnya .
27

28. • Apa yang dirasakan apabila kedua tangan kita masing masing
dicelupkan ke tempayan kiri dan kanan? Tangan kiri akan
merasakan hangatnya air hangat dan tangan kanan akan
merasakan dinginnya es. Sampai batas ini manusia masih bisa
membedakan mana yang dingin dan yang panas, namun
belum mengetahui secara eksak/pasti berapa temperatur air
tersebut.
28

29. 29
BEBERAPA SISTEM KENDALI
YANG UMUM
•Sistem Lup Terbuka
•Sistem Lup Tertutup
•Servomekanisme
•Sistem Regulator Otomatis
•Sistem Kendali Proses
•Kendali Langsung dan Tak
langsung

30. 30
SISTEM LUP TERBUKA
Suatu Sistem yang Keluarannya
tidak berpengaruh pada aksi
pengendalian
Kontroler Plant/Proses
masukan Keluaran

31. 31
SISTEM LUP TERTUTUP
Sistem yang sinyal keluarannya
mempunyai pengaruh langsung
pada aksi pengendalian (Umpan-
balik)
Kontroler Plant/Proses
masukan Keluaran
Elemen Ukur

32. 32
Sinyal kesalahan penggerak yg
merupakan selisih antara
sinyal masukan dan sinyal
umpan balik diumpankan ke
kontroler/pengendali untuk
memperkecil kesalahan dan
membuat agar keluaran sistem
mendekati harga yg diinginkan

33. 33
SERVOMEKANISME
Sistem kendali berumpan balik
dengan keluaran berupa posisi,
kecepatan/percepatan mekanik

34. 34
Sistem kendali berumpan balik
dengan masukan acuan/keluaran
yg diinginkan konstan/berubah
dgn lambat terhadap waktu,
meskipun sistem mengalami
gangguan
SISTEM REGULATOR
OTOMATIS

35. 35
SISTEM KENDALI
PROSES
Sistem regulator otomatis
terhadap besaran – besaran
seperti temperatur, tekanan,
aliran air, tinggi permukaan air

36. 36
KENDALI LANGSUNG
DAN TAK LANGSUNG
Suatu sistem kendali dimana
suatu variabel bisa diukur
secara langsung tapi ada
variabel lain yang ada dalam
proses tidak dapat diukur
secara langsung

37. 37
KOMPONEN-KOMPONEN SISTEM
KENDALI
• Sensor
• Kontroler
 Aktuator
 Plant
Kontroler Plant
_
Aktuator
Sensor
+

38. 38
• Input : lantai 4
• Output (elevator response) : lantai – lantai yang dilewati
elevator
• Transient response
• Steady state response  steady state error
BAB 1 PENDAHULUAN
Contoh Sistem Kendali - Elevator

39. 39
DIAGRAM BLOK DAN
KOMPONEN2NYA
Plant/
Proses
input output Plant/
Proses
input output
+
-
Plant/
Proses
input output
+
-
Input
sensor
Output
sensor
Plant/
Proses
input output
+
-
Input
sensor
Output
sensor
Kontroler Aktuator
1 2
3
4

40. 40
+
-
Error detector
(comparator)
Set Point
(input)
Sinyal
feedback
Sensor
Sinyal
error Kontroller
Sinyal
kontrol
Aktuator
Energy or
fuel
Variabel
yg dimanipulasi
Plant/
Process
Variabel yg
dikontrol (output)
Disturbances
/gangguan
Variabel yg.
diukur
BAB 1 PENDAHULUAN
Diagram Blok dan Komponen2nya
e(t) u(t)
r(t)
y(t)

41. 41
BAB 1 PENDAHULUAN
Diagram Blok dan Komponen2nya
• Variabel yang dikendalikan
• Variabel aktual yang diawasi dan dijaga pada nilai tertentu yang diinginkan di
dalam proses.
• Variabel yang diukur
• Kondisi dari controlled variable pada saat tertentu dalam pengukuran
• Sensor
• “Mata” sistem, mengukur controlled variable dan menghasilkan sinyal output
yang mewakili statusnya
• Sinyal feedback
• Output dari measurement device.
• Set Point
• Nilai dari controlled variable yang diinginkan
• Error detector
• Pembanding set point dengan sinyal feedback, dan menghasilkan sinyal
output yang sesuai dengan perbedaan tersebut

42. 42
• Sinyal error
• Output dari error detector
• Kontroler
• “Otak” dari sistem. Ia menerima error sebagai input dan menghasilkan
sinyal kontrol yang menyebabkan controlled variable menjadi sama dengan
set point
• Aktuator
• “Otot” dari sistem. Ia adalah alat yang secara fisik melakukan keinginan
kontroler dengan suntikan energi tertentu
• Variabel yang dimanipulasi
• Besaran fisik yang merupakan hasil dari kerja yang dilakukan aktuator.
• Plant/proses
• Proses tertentu yang dikontrol oleh sistem
• Disturbances/gangguan
• Faktor pengganggu, menyebabkan perubahan pada variabel yang dikontrol
BAB 1 PENDAHULUAN
Diagram Blok dan Komponen2nya

43. 43
• Sistem kendali open loop
• Aksi kontrolnya tidak tergantung dari output sistem.
• Tidak dapat memberikan kompensasi/koreksi jika ada gangguan
(lihat gambar a).
• Contoh : mesin cuci, oven, AC, dll.
• Ketepatan hasil bergantung pada kalibrasi.
• Sederhana dan murah.
• Sistem kendali close loop
• Aksi kontrolnya bergantung pada output sistem (melalui
feedback).
• Mengatasi kelemahan sistem open loop karena bisa memberikan
koreksi saat ada gangguan
• Mungkin terjadi “overkoreksi”, sehingga sistem justru menjadi tidak
stabil
• Kompleks dan mahal, karena komponen lebih banyak
• Contoh : pengaturan kecepatan motor, pendingin-pemanas ruangan
BAB 1 PENDAHULUAN
Open Loop VS Close Loop

44. 44
BAB 1 PENDAHULUAN
Open Loop VS Close Loop
Catatan : gambar di atas disebut Diagram Blok Sistem Kendali
Feedback
path

45. 45
BAB 1 PENDAHULUAN
Contoh Close Loop CS - Antenna
The search for
extraterrestrial life is being
carried out with radio
antennas like the one
pictured here. A radio
antenna is an example of a
system with position
controls.
a. Konsep
sistem
b. Layout detail

46. 46
BAB 1 PENDAHULUAN
Contoh Close Loop CS - Antenna
c. Rangkaian skematik

47. 47
BAB 1 PENDAHULUAN
Contoh Close Loop CS - Antenna
d. Blok Diagram Fungsional

48. 48
• Manakah yang lebih baik, open loop atau close loop
system?
• Open Loop atau Close Loop?
• Buat mesin cuci open loop dan close loop
• Buat pengatur suhu ruangan open loop dan close loop
• Tentukan komponen-komponen sistemnya (input,
output, plant, transducer, controller)!
• Orang menunjuk benda
• Orang mengendarai mobil
• Robot pengambil barang
• Sistem pengaturan level air
BAB 1 PENDAHULUAN
Latihan

49. 49
LATIHAN
Tentukan : input, output, input sensor, output sensor, error
detector, kontroler, aktuator, plant!
Buat dalam diagram blok!

50. Sistem Multi-Input Multi-Output

52. Teknik Elektro Universitas Trunojoyo Madura

61. Teknik Elektro Universitas Trunojoyo Madura