Desain Kendali PID Debit Air

i
DESAIN KENDALI PID PADA PLANT DEBIT AIR
DENGAN METODE ZIEGLER-NICHOLS DAN
COHEN-COON MENGGUNAKAN
MATLAB DAN ARDUINO
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu
syarat mata kuliah Sistem Kendali Digital
Diploma III Program Studi Teknik Elektronika
Jurusam Teknik Elektro
Oleh :
Kristianingsih Simamora
131311050
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
BANDUNG
2015

i
ABSTRAKSI
Suatu sistem dirancang yang dirancang untuk mengendalikan dinamakan
sistem kendali dan plant yang dikendalikan itu berbeda-beda misalnya debit air,
temperature, level air, posisi dan sebagainya. Sistem kendali dirancang untuk
menghasilkan output yang diinginkan tetapi terkadang suatu sistem tidak
menghasilkan output yang diinginkan, seringkali hanya mendekati pada output
yang diinginkan hal ini disebabkan ketidaksempurnaan perncangan atau desain,
ketidaksempurnaan suatu benda yang dipakai dalam sistem kendali tersebut.
Perancangan dengan metode-metode tersebut dapat diaplikasikan pada modul
sistem kendali debit air . Sistem kendali PID merupakan salah 1 pengendalian
tersebut. Metoda Kendali PID di rancang menggunkan software Matlab berupa
simulink dan script yang dihubungkan ke Arduino UNO agar perancangan PID
maupun tunning PID data dihubungkan ke modul sistem kendali debit air. Pada
saat arduino UNO dan matlab terhubung ke modul PID Sistem didapatkan respon
dengan rise time, overshoot, steady state error, dan settling time .
Dalam merancang sistem kendali ada beberapa metode yaitu metode
Ziegler Nichols, Cohen-Coon dan masih banyak lagi. Pada n perancangan
serigkali kita meminginkan respon yang hampit sama dengan setpoint maka dari
itu kita dapat melakukan tunning manual pada hasil yang kita dapat sebelumnya
dengan mengganti nilai Kp, Ki Kd. Metode perancangan sistem kendali yaitu
menggunakan software Matlab dan Arduino Uno yang dihubungkan ke modul
kendali debit air sehingga dapat mengendalikkan suatu plant. Kendali debit air
dapat digunakan pada tangki-tangki pengisian minyak, pengolahan minyak,
pengolahan air limbah, bendungan, pendetekasi kecepataan aliran air sungai, dan
sebagainya. Pada perancangan sistem kendali ini menghasilkan pengendalian
yang tidak perlu terhubung lagidengan software matlab sehingga memudahkan
untuk mengendalikan dan terlihat lebih simple tetapi tetap dapat dikendalikkan.
Kata Kunci : Sistem kendali, debit air, metode perancangan.

ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena
atas rahmat dan karunia-Nya laporan akhir dengan judul “DESAIN KENDALI
PID PADA PLANT DEBIT AIR DENGAN METODE ZIEGLER-
NICHOLS DAN COHEN-COON MENGGUNAKAN MATLAB DAN
ARDUINO” dapat diselesaikan. Laporan ini dibuat untuk memenuhi syarat mata
kuliah Sistem Kendali Digital, program studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan
Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung.
Selama pelaksanaan pembuatan laporan, penulis banyak mendapatkan
bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan
banyak terima kasih kepada pihak - pihak berikut :
1. Orang tua dan keluarga yang telah memberikan dukungan moril maupun
materil.
2. Pak Feriyonika, S.T., M.Sc. Eng. selaku dosen pembimbing yang memberikan
nasihat dan bimbingan yang sangat bermanfaat kepada penulis dalam
menyelesaikan laporan akhir ini.
3. Rekan-rekan 2 Elektronika B yang memberikan dukungan dan semangat kalian
kepada penulis.
4. Seluruh pihak yang membantu dan mendukung yang tidak dapat disebutkan
satu persatu.
Penulis menyadari dalam penyusunan laporan akhir ini masih jauh dari
sempurna, masih banyak kekurangan yang didasari keterbatasan penulis sendiri,
oleh karena itu kritik atau saran sangat diharapkan untuk mendukung penulisan
laporan yang lebih baik. Semoga laporan ini bermanfaat bagi pembaca.
Bandung, 07 Juli 2015
Penulis

iii
DAFTAR ISI
ABSTRAK ......................................................................................... i
KATA PENGANTAR ......................................................................ii
DAFTAR ISI ....................................................................................iii
DAFTAR TABEL ............................................................................. v
DAFTAR GAMBAR ....................................................................... vi
BAB I PENDAHULUAN ................................................................ 1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ........ 3
2.1. Sistem Kendali PID ............................................................. 3
2.2. Manual Tuning...................................................................... 5
2.2.1 Metode Ziegler Nichols .................................................. 5
2.2.1.1 Metode Ziegler Nichols Tipe 1 (open loop) ........ 6
2.2.1.2 Metode Ziegler Nichols Tipe 2 (close loop) ....... 7
2.2.2 Metode Cohen-Coon .............................................. 8
2.3 Plant Kendali Debit Air ...................................................... 10
2.3.1 Modul Power Supply .................................................. 11
2.3.2 Modul Set Point .......................................................... 11
2.3.3 Modul PID .................................................................. 12
2.3.4 Modul Amplifier ........................................................ 13
2.3.5 Modul Kendali Debit Air ........................................... 13
2.4 Matlab ................................................................................. 14
2.5 Arduino UNO ..................................................................... 15
BAB III METODOLOGI DAN PROSES PENYELESAIAN ....... 16
3.1 Diagram Blok Sistem ......................................................... 16
3.2 Desain Kendali dengan Metode Ziegler Nichols Tipe 1..... 17
3.3 Desain Kendali dengan Metode Ziegler Nichols Tipe 2 .... 19
3.4 Desain Kendali dengan Metode Cohen Coon..................... 24
3.5 Desain Kendali Debit Air Stand Alone Controller ............ 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................ 36
4.1. Desain Kendali Ziegler Nichols Tipe 1 ............................ 36
4.2. Desain Kendali Ziegler Nichols Tipe 2 ............................ 38

iv
4.3. Desain Kendali dengan Metode Cohen Coon ................... 41
4.4. Desain Kendali Debit Air Stand Alone Controller ........... 44
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................... 48
5.1. Simpulan ........................................................................... 48
5.2. Saran ................................................................................. 49
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................... 50

v
DAFTAR TABEL
Tabel II.1 Respon Kendali PID terhadap Perubahan Konstnta Parameter......... 3
Tabel IV.1 Nilai Kp, Ti, Td Sebelum Manual Tuning .......................................4
Tabel IV.2 Nilai KP, Ti, Td Setelah Manual Tuning.........................................5
Tabel IV.3 Nilai KP, Ti, Td Sebelum Osilasi ....................................................6
Tabel IV.4 Nilai KP, Ti, Td Saat OSilasi...........................................................7
Tabel IV.5 Nilai KP, Ti, Td Sesuai Dasar Teori................................................8

vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 Kurva S ..........................................................................................6
Gambar II.2 Penentuan Parameter L dan T.........................................................6
Gambar II.3 Blok Diagram Sistem Loop Tertutup ............................................7
Gambar II.4 Osilasi Stabil untuk Mencari Nilai Pcr...........................................8
Gambar II.5 Respon 1 Steady State pada Cohen Coon.......................................9
Gambar II.6 Respon 2 Steady State pada Cohen Coon.......................................9
Gambar II.7 Penjelasan Perhitungan dengan Metode Cohen Coon....................9
Gambar II.8 Sistem Kendali Debit Air .............................................................10
Gambar II.9 Modul Power Supply....................................................................11
Gambar II.10 Modul Set Point.........................................................................12
Gambar II.11 Modul PID..................................................................................12
Gambar II.12 Modul Power Supply..................................................................13
Gambar II.13Modul Kendali Debit Air.............................................................14
Gambar II.14 Matlab 2013a..............................................................................14
Gambar II.15 Konfigurasi Arduino UNO.........................................................15
Gambar III.1 Diagram Blok Sistem Kendali Debit Air ....................................16
Gambar III.2 Modul Sistem Kendali Debit Air ................................................17
Gambar III.3 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Simulink ..........................18
Gambar III.4 Rangkaian Pembagi Tegangan....................................................18
Gambar III.5 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Simulink ..........................19

vii
Gambar III.6 Modul Sistem Kendali Debit Air dengan ZN 2 ..........................20
Gambar III.7 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Simulink dengan ZN 2 ..20
Gambar III.8 Rangkaian Pembagi Tegangan....................................................21
Gambar III.9 Gelombang Saat Memulai Osilasi...............................................22
Gambar III.10 Gelombang dengan Kp, Ti, Td Sebelum Berosilasi..................22
Gambar III.11Gelombang Saat Terjadi Osilasi.................................................23
Gambar III.12 Gelombang dengan Kp, Ti, Td Saat Berosilasi.........................23
Gambar III.13 Sistem Kendali Debit Air dengan Cohen Coon ........................24
Gambar III.14 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Simulink dengan CC .....25
Gambar III.15 rangkaian Pembagi Tegangan ...................................................25
Gambar III.16 Gelombang Sebelum dilakukan Desain ....................................26
Gambar III.17 Gelomang Saat dilakukan Desain .............................................27
Gambar III.18 Respon Gelombang dengan Cohen Coon (CC).........................27
Gambar III.19 Modul Sistem Kendali Debit Air ..............................................28
Gambar III.20 Script Aplikasi pada Arduino ...................................................29
Gambar III.21 Arduino Terkoneksi dengan Potensio & Modul PID................30
Gambar III.23 Sistem Kendali Debit Air dengan Arduino, Shield, LCD ........32
Gambar III.24 Script Setelah ditambahakan Instruksi Penampil LCD.............34
Gambar III.25 Proses SP & PV Sistem Kendali Debit Air di LCD..................35
Gambar III.26 Proses Stand Alone Controller..................................................35
Gambar IV.1 Grafik Desain kendali Debit Air .................................................36

viii
Gambar IV.2 Grafik Desain Kendali PID Sesuai Dasar Teori..........................37
Gambar IV.3 Grafik Desain Kendali PID Setelah Manual Tuning ..................37
Gambar IV.4 Grafik Sebelum Berosilasi ..........................................................38
Gambar IV.5 Grafik Desain Kendali PID Saat Berosilasi ................................38
Gambar IV.6 Desain Debit Air dengan ZN Tipe 2 Sebelum Berosilasi ...........39
Gambar IV.7 Desain Debit Air dengan ZN Tipe 2 Saat Berosilasi ..................40
Gambar IV.8 Grafik Sebelum Berosilasi ..........................................................41
Gambar IV.9 Grafik Saat Berosilasi Sebelum Manual Tuning.........................41
Gambar IV.10 Grafik Saat Berosilasi Setelah Manual Tuning.........................41
Gambar IV.11 Grafik Debit Air........................................................................42
Gambar IV.12 Grafik Desain Debit Air dengan Cohen Coon ..........................43
Gambar IV.13 Grafik Kendali Debit Air Setelah didesain dengan CC ............43
Gambar IV.14 Data SP dan PV Saat Tampil di Serial Monitor Arduino .........46
Gambar IV.15 Data Nilai PV dan SP di LCD...................................................47

1
BAB I
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi semakin pesat telah membawa banyak pengaruh
dalam berbagai aspek kehidupan terutama dibidang indsutri. Di dalam industri,
sangat dibutuhkan sistem kendali yang baik agar dapat menunjang dan
meningkatkan efisiensi dalam proses produksi. Seabagi contoh, otomatisasi baik
dalam segi proses maupun peralatan yang digunakan dibidang industri seperti
dalam proses pengisian dan pembuangan cairan dalam tangki penampungan.
Masalah yang timbul ketika level ketinggian carian dalam tangki penampung
tidak diketahui, sehingga dimungkinkan terjadi keadaan tangki yang meluap atau
kosong dikarenakan kurangnya ppengawasan terhadap tangki penampung. Pada
industri kimia terdapat proses pemisahan cairan(destilasi) yang membutuhkan
pengaturan level cairan, apabila ada perubahan (deviasi) laju aliran masukan yang
disebabkan timbulnya gaya gesek pada pipa saluran , maka akan mengakibatkan
perubahan debit masukan yang membuat level cairan berubah-ubah.
Pada laporan praktikum ini penulis akan menggunakan algoritma PID
untuk mengendalikan modul plant debit air. Metode yang dipakai untuk
mendapatkan parameter PID adalah dengan menggunakan metode Ziegler Nichols
tipe 1 (open loop) dan tipe 2 (closed loop). Setelah parameter-parameter PID (Kp,
Ti, Td) didapat, selanjutnya nilai dari parameter tersebut di gunakan ke modul
PID. Respon sistem akan di analisis dan akan diperbaiki dengan teknik manual
tuning. Setelah dilakukan manual tuning, dapat di lihat manakah respon yang baik
dari setiap desain yang digunakan, dan respon yang baik yang megikutin setpoint
itulah respon yang baik. Manual tuning dilakukan apabila ingin mendapatkan
respon yang baik, apakah rspon tersebut mengikutin setpoint ataukah tidak dengan
begitu dapat mengatur algoritma sesuai dengan keinginan sehingga mendapatkan
respon yang mengikuti setpoint. Manual tuning dapat dilakukan engan
memperhatikan parameter-parameter pada respon kendali PID, jadi ketika manual

2
tuning dilakukan tidak sembarangan melakukan manual tuning. Harus
memperhatikan jika Kp, Ki, Kd di ubah apakah berpengaruh dengan waktu
kenaikan gelombang, overshoot, settling , steady state error atau tidak.

3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Sistem Kendali PID
Pada saat merancang sistem tidak semua dapat menghasilkan
repon/output yang diinginkan atau sesuai dengan perancangan. Dibutuhkan suatu
pengendalian untuk mengurangi error yang didapat agar sistem tetap stabil/sesuai
dengan output yang diinginkan (setpoint). Sistem kendali digunakan agar hasil
yang dirancang (respon/output) dengan hasil yang diinginkan (setpoint) sesuai,
dan mempercepat respon supaya mencapai hasil yang diinginkan (setpoint)
secepat mungkin.
PID (Propotional, Integral, Derivative Controller) yaitu salah satu sistem
kendali yang banayak digunakan di industri manufaktur. Sistem kendali ini dapat
diaplikasikan pada sistem kendali terutup (close loop) dan terbuka (open loop).
Sistem kontrol PID merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem
intrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tersebut.
Sistem kontrol PID terdiri dari tiga buah parameter yaitu P (Proportional),
D (Derivative), I (Integral) dimana masing-masing parameter tersebut memiliki
kelebihan dan kekurangan yaitu seperti tabel di bawah ini :
Tabel II.1. Respon Kendali PID tehadap Perubahan Konstanta Parameter
Parameter Rise Time Overshoot Settling Time S-S Error
Kp Berkurang Bertambah Minor Change Berkurang
Ki Berkurang Bertambah Bertambah Menghilangkan
Kd Minor Change Berkurang Berkurang Minor Change

4
Ada beberapa istilah yang digunakan mengenai penentuan parameter-
parameter PID yaitu :
 Setpoint, adalah nilai dimana kita mengset besaran yang akan kita
inginkan, yang terdapat kondisi awal dan kondisi akhir.
 Respon, adalah timbal balik alat atau plant dari outputnya.
 Steady state : kondisi sinyal respon suatu sistem telah mencapai keadaan
stabil sampai sistem selesai.
 Overshoot : sinyal respon yang nilainya melebihi nilai steady state.
Biasanya overshoot terjadi sebelum steady state tercapai.
 Rise time : waktu yang diperlukan untuk mencapai kondisi steady state.
 Settling time : keadaan dimana sinyal akan mencapai atau mendekati
steady state.
 Error-steady state : keadaan ketika kondisi sinyal respon/sistem sudah
atau belum mencapai steady state tetapi ada error (kesalahan respon)
sehingga kondisi steady state yang seharunya stabil atau konstan terdapat
perubahan sinyal atau tidak sesuai dengan steady state.
Persamaan umum PID yaitu :
u(t)=Kpe(t)+ ∫ ( ) +KpTd
( [ ])
.............................................. (1)
Sistem Kendali PID mempunyai Transfer Function sebagai berikut :
G (s) = Kp (1 + ) ............................................................ (2)
Pengaruh perubahan konstanta parameter-parameter PID sangat berpengaruh pada
respon. Berikut penjelasan mengenai parameter-parameter PID :
 Kontrol Proporsional (Kp)
Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat
kontrol yang tidak dinamik. Biarpun begitu dalam aplikasi-aplikasi dasar
yang sederhana kontrol P mampu memperbaiki respon transien khusunya
rise time dan settling time.

5
 Konrol Integratif (Ki)
Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon
steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan
respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan
sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output
berosilasi karena menambah orde sistem.
 Kontrol Derivatif
Kontrol Derivatif hanya berubah saat ada perubahan error sehingga
saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang
menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat dipakai sendiri.
2.2 Manual Tuning
Tuning kontrol PID bertujuan untuk menentukan parameter atau nilai dari
kontrol proporsional, integratif dan derivatif. Proses manual tuning PID ini
dilakukan dengan cara trial and error hingga didapatkan hasil respon yang stabil
dan sesuai dengan 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 closed loop. Ada beberapa cara
manhual tuning PID yaitu Ziegler Nichols tipe 1, tipe 2 dan Cohen Coon.
2.2.1 Metode Ziegler Nichols
Metode Ziegler Nichols merupakan pengembangan dari metoda trial and
error. Metode ini digunakan sebagai point awal untuk memulai manual tunning.
Ziegler Nichols ini akan menentukan parameter-parameter PID yang akan
digunakan untuk mendapatkan respon yang baik. Metoda ini merupakan metoda
tuning PID controller untuk menentukan nilai proportional gain Kp, integral time
Ti, dan derivative time Td berdasarkan karakteristik respon transient dari sebuah
plant atau sistem. Metode Ziegler terbagi menjadi dua metode yiatu Metode
Ziegler Nichols Tipe 1 (open loop) dan Tipe 2 (close loop).

6
2.2.1.1 Metode Ziegler Nichols Tipe 1 (open loop)
Metode Ziegler Nichols tipe 1 dilakukan pada sistem yang bersifat
terbuka (open loop) atau sistem yang tidak memiliki umpan balik. Plant
yang akan dikendalikan diberi input step dan responnya akan dianalisa
dengan metode Ziegler Nichols tipe 1 dimana perhitungannya akan
menghasilkan parameter-parameter PID.
1
Nilai PID diperoleh dari hasil percobaan dengan masukan unit-
step, hasilnya nanti akan terbentuk kurva berbentuk huruf S, seperti pada
gambar 2.1. Kurva berbentuk S memiliki karakteristik dengan 2 buah
konstanta, yaitu waktu tunda L dan time constant T.
e(t)
K
0
L t
Gambar II.2 Penentuan Parameter L dan T
Kedua parameter tersebut diperoleh dengan menggambar garis tangensial
pada titik infleksi kurva S, seperti pada gambar 2.2. Garis tangensial
tersebut akan berpotongan dengan garis time axis dan garis c(t) = K .
Berdasarkan parameter tersebut, didapatkan cara untuk menghitung
parameter Kp, Ti dan Td.
Plant
Gambar II.1 Kurva S
U(t
)
d(t)
T

7
Kp = 1,2 ....................................................................................... (3)
Ti = 2 x L ....................................................................................... (4)
Td = 0,5 x L .................................................................................... (5)
Apabila harga Ti dan Td sudah diketahui, maka konstanta Ki dan Kd
dapat ditentukan.
Ki = 2 x ...................................................................................... (6)
Kd = Kp x Kd ..................................................................................(7)
2.2.1.2 Metode Ziegler Nichols Tipe 2 (close loop)
Pada metode Ziegler Nichols tipe 2 ini proses penentuan parameter
PID dihitung menggunakan respon yang diatur menggunakan slider gain
sehingga respon berosilasi. Metode ini diaplikasikan pada sistem loop
tertutup (close loop)atau dengan umpan balik, (Ki & Kd di set 0/off),
seperti gambar di bawah ini :
Gambar II.3 Blok Diagram Sistem Loop Tertutup
Pada metode kedua ini, percobaan dilakukan dengan menggunakan
proportional band. Nilai Kp dinaikkan dari 0 hingga tercapai nilai Kp yang
menghasilkan osilasi yang konsisten. Nilai slider gain ini disebut sebagai
critical gain (Kcr). Jika harga Kp terlalu kecil, sinyal output akan teredam
mencapai nilai titik keseimbangan setelah ada gangguan, Sebaliknya, jika
harga Kp terlalu besar, osilasinya akan tidak stabil dan membesar, seperti
gambar di bawah ini :

8
Gambar II.4 Osilasi Stabil untuk Mencari Nilai Pcr
Pada metode ini nilai penguatan Kp disebut Kcr. Nilai Kcr
didapatkan dari tegangan output pada setpoint dibagi tegangan input, dan
nilai Pcr didapatkan dari mengurangkan kedua tinggi gelombang tersebut
dan mengalikan dengan nilai Kcr.
...................................................................................(8)
Pcr = (X2 – X1) x Kcr .....................................................................(9)
Kp = 0,6 x Kcr ...............................................................................(10)
Ti = 0,5 x Pcr .................................................................................(11)
Td = 0,125 Pcr ...............................................................................(12)
dapat ditentukan.
Ki = 2 x ....................................................................................(13)
Kd = Kp x Kd ................................................................................(14)
2.2.2 Metode Cohen-Coon
Jika di bandingkan dengan Ziegler Nichols, Cohen & Coon bisa di pakai
untuk mendisain PD- Controller dan CC bisa dipakai untuk plant yang memiliki
deadtime besar(delay besar). Pada CC plant diberi input step, lalu respon
dibiarkan sampai seady-state seperti gambar di bawah ini :

9
Gambar II.5 Respon 1 Steady State pada Cohen-Coon
Input step di tambah lalu respon dibiarkan sampai mencapai steady-state.
Sinyal perubahan inilah yang akan di pakai untuk mendesain kendali seperti
Gambar II.6 Respon 2 Steady State pada Cohen-Coon
Pada desain CC ini kita harus mencari nilai Gp (Gain process) dengan cara
perubahan PV dibagi perubahan CO (Change Control), td (time delay) , tau (time
konstant) yaitu perubahan PV (total perubahan dikali 0,63), perubahan PV.
.........................................................................(15)
Perubahan PV = y atas (steady state gelombang ke 2) - ybawah(saat step ke 2
naik) ...............................................................................................(16)
τ = perubahan PV x 0,63 ...............................................................(17)
Seperti penjelasan pada gambar di bawah ini :
Gambar II.7 Penjelasan Perhitungan dengan Metode Cohen Coon

10
Kc = ( ) ..................................................................(18)
Ti = 2,5 td .....................................................................(19)
Td = 0,37 td ....................................................................(20)
dapat ditentukan.
Ki = ..........................................................................................(21)
Kd = Kp x Kd ................................................................................(22)
2.3 Plant Kendali Debit Air
Sistem kendali yang digunakan adalah sistem kendali debit air,
dimana pada sistem kendali ini air pada plant debit air akan dibuat sesuai
dengan set point dan dijaga nilainya agar tetap stabil pada nilai set point
tersebut. Dimana set point merupakan sebuah nilai input yang diberikan
oleh operator terhadap sistem kendali, dimana input tersebut berupa
sebuah nilai temperatur yang diinginkan. Sistem kendali debit air ini
merupakan sebuah contoh embedded control, yaitu sistem yang bisa
berdiri sendiri tanpa perlu terkoneksi pada apapun dan sudah bisa
melaksanakan tugasnya sebagai satuan unit kontrol sistem. Pada kendali
debit air, yang diharapkan adalah keluaran debit air yang sesuai dengan
yang diinginkan dan debit air tersebut terjaga tetap stabil.
Gambar II.8 Sistem Kendali Debit Air

11
Modul yang digunakan untuk melakukan kendali debit air yaitu :
2.3.1 Modul Power Supply
Modul power supply berfungsi sebagai sumber daya untuk
seluruh plant yang digunakan pada sistem kendali temperatur. Modul
power supply ini memiliki input tegangan AC 220 V dengan tegangan
output sebesar +15 Vdc, +5 Vdc, -15Vdc, selain itu modul power
supply ini juga memiliki tegangan output lain sebesar +24 Vdc, +12
Vdc dan +6 Vdc.
.
Gambar II.9 Modul Power Supply
2.3.2 Modul Set Point
Modul set point berfungsi untuk memberikan nilai input
yang digunakan kepada sistem kendali sesuai yang diinginkan dan
nantinya nilai set point ini akan dijadikan acuan untuk hasil output
sistem kendali. Pada modul set point ini memiliki nilai yang dapat
diatur, yaitu -10 Vdc sampai +10 Vdc dan 0v sampai +15v.

12
Gambar II.10 Modul Set Point
2.3.3 Modul PID
Modul PID berfungsi sebagai kontrol atau pengendali pada
sistem kendali suhu kan memberikan nilai yang mengolah nilai
dari set point menjadi hasil respon sesuai dengan yang diinginkan.
Pada modul PID ini terdapat 3 nilai yang dapat diatur, yaitu Kp, Ti,
dan Td. Pada penggunaan modul PID ini ketiga nilai parameter
tersebut dapat digunakan salah satunya atau dapat juga digunakan
ketiganya.
Gambar II.11 Modul PID

13
2.3.4 Modul Power Amplifier
Modul power amplifier atau modul penguat daya berfungsi
untuk menguatkan arus atau daya yang keluar dari modul PID agar
dapat digunakan untuk mengendalikan plant. Pada modul penguat
daya terdapat dua keluaran, yaitu tegangan positif dan tegangan
negatif dengan besar tegangan yang sama.
Gambar II.12 Modul Power Amplifier
2.3.5 Modul Kendali Debit Air
Modul kendali debitm air yaitu plant yang dikendalikan
pada laporam ini. Modul ini terdiri dari 1 tangki yang berisi air
dengan 2 selang terhubung ke tangki tersebut dan 2 sisi selang
lainnya terhubung ke sensor plant pada sistem ini. Semakin cepat
aliran air yang dimasuka maka semakin cepat juga tangki tersebut
penuh. Sensor pada plant kendali debit air ini dapat dibaca pada
1v/10liter.

14
Gambar II.13 Modul Kendali Debit Air
2.4 Matlab
MATLAB (Matrix Laboratory) adalah sebuah program untuk analisis dan
komputasi numerik dan merupakan suatu bahasa pemrograman matematika
lanjutan yang dibentuk dengan dasar pemikiran menggunkan sifat dan bentuk
matriks. Pada awalnya, program ini merupakan interface untuk koleksi rutin-rutin
numeric dari proyek LINPACK dan EISPACK, dan dikembangkan menggunkan
bahasa FORTRAN namun sekarang merupakan produk komersial dari perusahaan
Mathworks, Inc.yang dalam perkembangan selanjutnya dikembangkan
menggunakan bahasa C++ dan assembler (utamanya untuk fungsi-fungsi dasar
MATLAB).
Gambar II.14 Matlab 2013a

15
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.
2.5 Arduino UNO
Gambar II.15 Konfigurasi Arduino UNO
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.

16
BAB III
METODA DAN PROSES PENYELESAIAN
Pada bab ini menjelaskan tentang metode-metode yang digunakan dalam
proses pengujian alat-alat dan penelitian pada saat percobaan dilakukan.
3.1 Diagram Blok Sistem
PP
Gambar III.1 Diagram Blok Sistem Kendali Debit Air
Keterangan:
Blok Input
Blok input terdiri dari modul catu daya dimana catu daya menyuplai
tegangan untuk seluruh modul sebesar +15V.
Blok Proses
Blok proses terdiri dari modul Reverence Variabel Generator (setpoint),
modul PID dan modul (penguat daya).
Blok Output
Blok output merupakan output dari plant yang merupakan modul level
kendali air.
- Modul Power Supply
- Modul Set Point (Reference Variable Generator)
- Modul PID Controller
- Modul Penguat Daya (Power Amplifier)
- Modul Kendali Debit Air (Tank with Pump dan Turbine Flow
Through Meter)
- Protoboard
- Arduino Uno
- Multimeter Digital
- Kabel dan Konektor
- Laptop yang telah di instal matlab dan software arduino uno
Input Proses Output
Catu
Daya
Setpoint
PID Penguat
Plant

17
-Resistor 18 KΩ
-Kamera/telepon genggam untuk memfoto modul dan stopwatch
Sistem dirancang menggunakan beberapa software pendukung seperti berikut:
 Matlab 2013
 Arduino
 Microsoft Excel 2010
3.2 Desain Kendali dengan Metode Ziegler Nichols Tipe 1
 Menyiapkan modul power amplifier, set point, penguat daya serta
mengukur masing-masing keluaran dari setiap modul tersebut, setelah
semua tegangan keluaran sesuai dengan keluaran yang tertera pada
jalurnya (mendekati tegangan yang tertera) maka pasangkan modul
power supply 15V, set point dengan pilihan (0 s/d 10V), penguat daya,
dan modul debit air seperti pada gambar di bawah ini :
Gambar III.2 Modul Sistem Kendali Debit Air
 Lalu mengkoneksikan Arduino UNO dan laptop yang sudah terinstall
matlab yang sedang aktif.
 Membuat rangkaian pada SIMULINK MATLAB seperti gambar
dibawah ini.

18
Gambar III.3 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Simulink
 Setelah itu dibuat, merangkai rangkian pembagi tegangan dengan hambatan
minimal 10KΩ karena arduino yang digunakan hanya mampu menerima
tegangan sampai 5V, rangkaian pembagi tegangannya seperti gambar di
bawah ini :
Gambar III.4 Rangkaian Pembagi Tegangan
 Kemudian menghubungkan rangkaian tersebut dan arduino uno serta kabel
input dan output ke modul kendali debit air, jika sudah terpasang semua
nyalakan power supply tetapi tidak menyalakan switch pada modul PID,
setelah itu barulah menghubungkan arduino ke laptop kemudian jalankan
simulink matlab, kemudian siapkan stopwatch untuk menemukan waktu
sebenarnya.
 Setelah itu menyalakan switch pada modul PID bersamaan dengan
menyalakan stopwatch kemudian lihat gelombang muncul pada scope,

19
setelah gelombang stabil menghentikan simulink dan stopwatchnya lalu
didapatkan waktu yang asli dan waktu pada matlab.
 Lalu membuat garis potong dan tentukan nilai L, T, waktu gelombang rise
time dan gelombang pengambilan terakhir seperti praktikum Ziegler
Nichols type 1 yang sudah dilakukan sebelumnya.
 Mencari nilai T, L, waktu helombang pertama risetime, gelombang
terakhir dan waktu asli yang dari stopwatch. Setelah mendapatakan nilai-
nilai itu kemudian menghitung pada program excel dengan rumus untuk
mencari Kp = 1.2 x (T/L), untuk mencari Ti = 2 x L, untuk mencari Td =
0.5 x L, untuk mencari Ki = Kp/Ti, untuk mencari Kd = Kp x Td.
 Kemudian menghubungkan modul PID dengan modul - modul yang telah
terhubung di bagian modul set point, setelah itu mengatur hasil yang telah
di hitung di program excel pada modul PID seperti gambar di bawah ini :
Gambar III.5 Rangkaian Modul Kendali Debit Air dengan PID
 Setelah semuanya di atur, hubungkan lagi arduino dengan laptop dan
jalankan simulinknya, kemudian mengamati gelombangnya, setelah
gelombangnya di amati melakukan manual tunning sampai terdapat
gelombang yang diinginkan.
3.3 Desain Kendali dengan Metode Ziegler Nichols Tipe 2
 Menyiapkan modul power supply, set point, penguat daya serta mengukur
masing-masing keluaran dari setiap modul tersebut, setelah semua

20
tegangan keluaran sesuai dengan keluaran yg tertera pada jalurnya
(mendekati tegangan yang tertera) maka pasangkan modul power supply
15V, set point dengan pilihan (0 s/d 5V), penguat daya, dan modul debit
air seperti pada gambar di bawah ini :
Gambar III.6 Modul Sistem Kendali Debit Air dengan ZN 2
 Membuat rangkaian pada SIMULINK MATLAB seperti gambar dibawah
ini :
Gambar III.7 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Pada Simulink dengan
ZN 2
 Setelah itu dibuat, merangkai rangkian pembagi tegangan dengan
hambatan 18KΩ karena arduino yang digunakan hanya mampu menerima

21
tegangan sampai 5V, rangkaian pembagi tegangannya seperti gambar di
bawah ini :
 Kemudian menghubungkan rangkaian tersebut dengan arduino uno (A0
pada arduino terhubung ke 1 kaki resistor pembagi tegangan, A5 pada
arduino terhubung ke output analog pada sensor debit air, GND arduino
terhubung ke ground pada rangkaian pembagi tegangan, dan kakik GND
pada arduino yang lainnya sebrang atas terhubung ke ground pada modul
debit air ) jika sudah terpasang semua nyalakan power supply tetapi tidak
menyalakan switch pada modul PID, setelah itu barulah menghubungkan
arduino ke laptop kemudian jalankan simulink matlab, kemudian siapkan
stopwatch untuk menemukan waktu sebenarnya. Nilai input dan output
pada saat gelombang belum berosilasi yaitu 1,24 v dan output 5,27 v.
menyalakan stopwatch kemudian lihat gelombang yang muncul pada
scope, setelah gelombang yang diinginkan didapat lalu menghentikan
simulink dan stopwatchnya, didapatkan waktu yang asli serta waktu pada
matlab. Pada saat gelombang berosilasi di dapat waktu matlab 125,4 s dan
waktu asli 13,52 s. Perhatikan gelombang yang muncul pada saat gelombang
memulai berosilasi.

22
Gambar III.9 Gelombang Saat Memulai Osilasi
 Lalu membuat garis potong 2 gelombang yang bentuknya sama
dengan cara mengambil 2 titik puncak dari 2 gelombang tersebut
untuk mendapatkan nilai Pcr. Dari ke 2 gelombang tersebut di
dapat titik puncak X1 = 74,21 dan puncak gelombang ke 2 X2 =
88,1.
 Lalu mencari nilai Kcr, Pcr, Kp,Ti, Td, Ki, Kd sesuai dengan dasar
teori Ziegler Nichols 2 (Close Loop).
 Setelah di dapat nilai Kcr, Pcr, Kp, Ti, Td, Ki, Kd masukan ke
dalam modul PID sehingga menghasilkan gelombang seperti ini :
Gambar III.10 Gelombang dengan Kp,Ti, Td sebelum berosilasi
 Kemudian cari kembali gelombang dengaan osilasi yang minimal 2
gelombang memiliki bentuk sama untuk membandingkan manakah

23
gelombang yang lebih stabil. Nilai input dan output pada saat
gelombang berosilasi yaitu 0,473 v dan output 10,08 v. Dengan
cara ketikkan editscope pada window matlab lalu cari titik puncak
2 gelombang yang sama, didapati puncak pertama X1 = 49,85 dan
X2 = 59,18, ditemukan waktu pada mtalab dan waktu sebenarnya
105,2 s dan 11,34 s . Seperti di gelombang di bawah ini:
Gambar III.11 Gelombang Saat Terjadi Osilasi
 Lalu mencari nilai Kcr, Pcr, Kp,Ti, Td, Ki, Kd sesuai dengan dasar
teori Ziegler Nichols 2 (Close Loop).
 Setelah di dapat nilai Kcr, Pcr, Kp, Ti, Td, Ki, Kd masukan ke
dalam modul PID sehingga menghasilkan gelombang seperti ini :
Gambar III.12 Gelombang dengan Kp,Ti, Td Saat Berosilasi

24
 Supaya gelombang lebih stabil kita dapat melakukan manual
tunning dengan mengatur nilai Kp pada modul PID.
3.4 Desain Kendali dengan Metode Cohen Coon
 Menyiapkan modul power supply, penguat daya serta mengukur
masing-masing keluaran dari setiap modul tersebut, setelah semua
tegangan keluaran sesuai dengan keluaran yg tertera pada jalurnya
(mendekati tegangan yang tertera) maka pasangkan modul power
supply 15V, mengukur set point suapaya keluarannya presisi tetapi
tidak memasang modul PID, penguat daya, dan modul debit air
seperti pada gambar di bawah ini :
Gambar III.13 Sistem Kendali Debit Air dengan Cohen Coon
 Membuat rangkaian pada SIMULINK MATLAB seperti gambar
dibawah ini :

25
Gambar III.14 Rangkaian Sistem Kendali Debit Air Simulink
dengan CC
 Setelah itu dibuat, buat rangkian pembagi tegangan dengan
hambatan 18KΩ karena arduino yang digunakan hanya mampu
menerima tegangan sampai 5V, rangkaian pembagi tegangannya
 Kemudian menghubungkan rangkaian tersebut dengan arduino uno
(A0 pada arduino terhubung ke 1 kaki resistor pembagi tegangan,
A5 pada arduino terhubung ke output analog pada sensor debit air,
GND arduino terhubung ke ground pada rangkaian pembagi
tegangan, dan kakik GND pada arduino yang lainnya sebrang atas
terhubung ke ground pada modul debit air ) jika sudah terpasang
semua nyalakan power supply tetapi tidak menyalakan switch pada
modul PID, setelah itu barulah menghubungkan arduino ke laptop
kemudian jalankan simulink matlab, kemudian siapkan stopwatch
untuk menemukan waktu sebenarnya.

26
menyalakan stopwatch kemudian lihat gelombang yang muncul
pada scope setelah gelombang muncul naikan set point supaya
mendapatkan 2 step gelombang, setelah gelombang yang
diinginkan didapat lalu menghentikan simulink dan stopwatchnya,
didapatkan waktu yang asli serta waktu pada matlab. Pada saat
gelombang berosilasi di dapat waktu matlab 359,8 s dan waktu asli
35,14 s. Perhatikan gelombang yang muncul gambar di bawah ini:
Gambar III.16 Gelombang Sebelum dilakukan Desain
 Lalu ketikkan editscope pada window matlab dan
mendesain gelombang berikut mengunakan metode Cohen
Coon dengan mencari nilai CO, GP, Ԏd, Ԏ, didapatlah nilai
CO= 1,59, GP = 1,157, Ԏd =0,2735, Ԏ=0,293 Seperti

27
Gambar III.17 Gelombang Saat dilakukan Desain
 Menghitung nilai Kp/Kc, Ti, Td, Ki, Kd dengan rumus
pada dasar teori dengan menggunakan mprogram MS.
Excel.
 Setelah menghitung memasukkan nilai Kp/Kc pada
simulink dengan di bagi 2. Hubungkan PID dengan modul-
modul terhubung setelah modul set point, kemudian
mengatur hasil yang telah dihitung di program
Menghubungkan kembali arduino ke laptop dan
menjalankan simulinknya, dan didapat sinyal sebagai
berikut :
Gambar III.18 Respon Gelombang dengan Cohen Coon
3.5 Desain Kendali Debit Air Stand Alone Controller
 Mengecek setiap modul PS-2, PID-2, PA-2, PA-2, TwP-1 supaya sistem
kendali berjalan sesuai dengan yang di harapkan, mengurangi error.

28
 Menyiapkan modul power supply, PID (Kp on, Ti dan Td off) tegangan
inputnya di kalikan 2 dari setpoint sehingga output dari modul PID di
dapati 2 kali lipat dari inputnya, modul penguat daya dan modul sensor
kendali debit air, sehingga modul debit air seperti pada gambar di bawah
ini :
Gambar III.19 Modul Sistem Kendali Debit Air
aplikasi arduino.
 Membuat script arduino seperti gambar di bawah ini :

29
Gambar III.20 Script Aplikasi pada Arduino

30
 Menentukan Input dan Output, Time Sampling, dan Parameter PID
(Nilai pada praktikum sebelumnya)
 Setelah itu dibuat, menghubungkan potensio sebagai setpoint,
VCC, GND, analog input(analogRead), analog
output(analogWrite) pada arduino, dan menghubungkan ke modul
PID dan modul sensor kendali debit air seperti gambar di bawah ini
Gambar III.21 Arduino Terkoneksi dengan potensio & modul PID
 Kemudian mengecek script arduino dengan cara mengklik tanda
ceklis (verify) pada software arduino bagian atas di laptop, setelah
muncul Done Compiling, upload script tersebut ke arduino yang
sudah terhubung ke laptop dengan mengklik tanda → (upload)
pada software arduino.
 Menunggu sampai script tersebut terupload pada arduino, dan tidak
melakukan perubahan pada rangkaian tersebut serta tidak
mencabut arduino pada saat mengupload program karena dapat
menyebabkan gagal upload dan arduino yang di pakai rusak.
 Setelah script selesai di upload, melihat mengklik tools lalu serial
monitor pada software arduino untuk menampilkan proses keadaan
setpoint dan feedback, sistem kendali bekerja dengan baik bila nilai
setpoint dan feedback tidak terlalu jauh selisihnya, kemudian
melakukan perubahan pada setpoint dengan memutar potensio dan

31
hasilnya seperti gambar di bawah ini, nilai setpoint akan diikuti
oleh nilai feedback (selisihnya tidak terlal jauh).
Gambar III.22 Proses Setpoint dan Feedback dengan Aplikasi
Arduino
 Mengamati nilai setpoint dan feedback, nilai tersebut
mendekati sama antara setpoint dan feedback dan
selisihnya tidak terlalu jauh berarti error pada sistem yang
dibuat kecil, dan bisa dikatakan sistem yang dibuat itu
bagus/baik.
 Setelah proses tersebut selesai di praktekkan, maka
selanjutnya menampilkan proses tersebut pada LCD dengan
memisahkan laptop dan arduino dan masukkan arduino
menggunakan charger handphone atau power bank.

32
 Menumpukkan LCD diatas arduino dan memasangkan
LCD pada shield yang telah di buat sebelumnya (shield
telah diatur kakinya untuk terkoneksi pada arduino dan
lcd), melakukan test pada LCD dan shield dengan cara
memilih script yang berada di example scrip “Hello
World!” pada software arduino, setelah “Hello World!”
muncu pada LCD maka LCD dan shield tersebut siap
digunakan. 12. Setelah itu menghubungkan modul-modul
tersebut dengan arduino yang telah terpasang shield dan
LCD, serta potensio yang konfigurasinya sama seperti
praktek sebelumnya, arduino terhubung ke laptop terlebih
dahulu untuk mendapatkan script baru supaya proses tampil
ke layar LCD, seperti gambar berikut :
Gambar III.23 Sistem Kendali Debit air dengan Arduino,
Shield dan Tampilan LCD
 Kemudian memnuat script untuk kendali embedded sistem

34
Gambar III.24 Script Setelah ditambahkan Intruksi Supaya
Proses Tertampil di Lcd.
 Kemudian mengecek script arduino dengan cara mengklik
tanda ceklis (verify) pada software arduino bagian atas di
laptop, setelah muncul Done Compiling, upload script
tersebut ke arduino yang sudah terhubung ke laptop dengan
mengklik tanda → (upload) pada software arduino.
 Menunggu sampai script tersebut terupload pada arduino,
dan tidak melakukan perubahan pada rangkaian tersebut
serta tidak mencabut arduino pada saat mengupload
program karena dapat menyebabkan gagal upload dan
arduino yang di pakai rusak.

35
 Setelah script terupload memperhatikan keadaan plant
kendali debit air, dan memperhatikan nilai yang tertampil
pada LCD, jika nilai SP tidak jauh dengan nilai PV maka
errornya sedikit, seperti gambar di bawah ini :
Gambar III.25 Proses Setpoint (SP) dan Feedback(PV)
Sistem Kendali Debit Air pada LCD
 Sistem kendali akan baik jika setpoint (PV) diubah-ubanh
dengan potensio dan feedback (PV) mengikuti potensio
(selisihnya tidak jauh) . Kemudian mencabut kabel yang
terhubung ke laptop dan menghubungkan kabel arduino
tersebut ke charger handphone atau powerbank sehingga
sistem kendali debit airpun dapat dikendalikan hanya
dengan arduino kemudian jadilah stand alone controller
seperti gambar dibawah ini :
Gambar III.26 Proses Stand Alone Controller

36
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Desain Kendali dengan Ziegler Nichols Tipe 1
 Dari percobaan tersebut di dapat data sebgai berikut :
Waktu stopwatch(waktu sebenarnya) = 22.73 second
Waktu matlab = 314 second
T matlab =8
Lmatlab =3
 Gambar di bawah ini merupakan gambar grafik desain kendali debit air :
Gambar IV.1 Grafik Desain Kendali Debit Air
 Data Kp, Ti, Td yang di masukkan ke dalam PID
Maka dari gambar diatas di dapat data:
L = Lmatlab(Waktu stopwatch/waktu matlab)
= 3(22.73/314)
= 0,217
T= Tmatlab(Waktu stopwatch/waktu matlab)
= 8(22.73/314)
= 0,579

37
L T Kp Ti Td Ki Kd
0,217 0,579 3,201843 0,4 0,07 8,004608 0,224129
Tabel IV.1 Nilai Kp, Ti, Td Sebelum Manual Tunning
 Menghitung data Kp, Ti, Td, menggunakan rumus pada petunjuk ke 8
kemudian memasangkan PID dan mengatur Kp, Ti, Td pada modul PID.
 Dan di dapatkan grafik dari kendali PID pada hasil perhitungan di table
seperti gambar di bawah ini
Gambar IV.2 Grafik Desain Kendali PID Sesuai Dasar Teori
 Setelah itu mengatur dengan teknik manual tunning Kp, Ti, Td sehingga
noise yang di hasilkan kecil, berikut gambar grafik hasil manual tunning.
Gambar IV.3 Grafik Desain Kendali PID yang Telah dilakukan Manual Tunning

38
 Data yang didapat setelah manual tunning
L T Kp Ti Td Ki Kd
0,217 0,579 3,2018 0,434 0,1085 7,377519 0,3474
Tabel IV.2 Nilai Kp, Ti, Td Setelah Manual Tuning
4.2 Desain Kendali dengan Ziegler Nichols Tipe 2
 Gambar di bawah ini merupakan gambar grafik desain kendali debit air
menggunakan metode Ziegler Nichols Tipe 2 (Close Loop) saat memulai
osilasi :
Gambar IV.4 Grafik Sebelum Berosilasi
menggunakan metode Ziegler Nichols Tipe 2 (Close Loop) saat berosilasi
:
Gambar IV.5 Grafik Desain Kendali PID Gelombang Saat Berosilasi

39
 Kemudian grafik sebelum berosilasi di desain menggunakan metode ZN
tipe 2 (Close Loop) pada Gambar IV.6 dan Gambar IV.7.
Gambar IV.6 Desain Debit Air dengan ZN Tipe 2 Sebelum Berosilasi
Kcr =
Kcr = = 0,1078
Pcr = (X2-X1) x Kcr
Pcr = (88,1- 74,21) x 0,1078
Pcr = 13,89 x 0,1078
Pcr = 1,497342
 Sehingga di dapat nilai Kp, Ti,Td sebagai berikut :
Kcr Pcr Ti Td Kp Ki Kd
5,24 1,497342 0,748671 0,187168 3,144 4,199441 0,588455
Tabel IV.3 Nilai Kp, Ti, Td Sebelum Osilasi
 Kemudian grafik saat berosilasi di desain menggunakan metode ZN type 2
(Close Loop) pada Gambar IV.7.

40
Gambar IV.7 Desain Kendali Debit Air dengan ZN Tipe 2 saat Berosilasi
 Kcr =
Kcr = = 0,1078
Pcr = (X2-X1) x Kcr
Pcr = (59,18- 4,85) x 0,1078
Pcr = 9,33 x 0,1078
Pcr = 1,005774
 Sehingga di dapat nilai Kp, Ti,Td sebagai berikut :
Kcr Pcr Ti Td Kp Ki Kd
21,3108 1,005774 0,502887 0,125772 12,78648 25,42615 1,607539
Tabel IV.4 Nilai Kp, Ti, Td Saat Osilasi
 Pada kedua desain tersebut dapat dibandingkan saat sebelum berosilasi
,saat berosilasi, dan saat manual tunning seperti Gambar IV.8 ,Gambar
IV.9, Gambar IV.10.
 Desain Debit Air menggunakan ZN Type 2 sebelum osilasi(awal)

41
Gambar IV.8 Grafik Sebelum Berosilasi
 Desain Debit Air menggunakan ZN Type 2 saat osilasi
Gambar IV.9 Grafik Saat Berosilasi Sebelum Manual Tuning
 Desain Debit Air menggunakan ZN Type 2 saat osilasi manual tuning
Gambar IV.10 Grafik Saat Berosilasi Setelah Manual Tuning
4.3 Desain Kendali dengan Cohen-Coon
yang akan didesain menggunakan metode Cohen Coon:

42
Gambar IV.11 Grafik Debit Air
menggunakan metode Cohen Coon :
Gambar IV.12 Grafik Debit Air didesain Menggunakan Metode Cohen
Coon
 Di bawah ini data Kp, Ti, Td yang akan di masukkan ke dalam PID, CO
didapat dari tinggi set point step ke 2 dengan hasil sebagai berikut :
CO = X1-X2 = 7,802 – 6,273 = 1,529
Perhitungan nilai GP sebagai berikut :
GP = = =1,529
Perhitungan Ԏd sebagai berikut :
Ԏd = 195,2 – 192,2 = 3 (waktu pada matlab)
Ԏ = 192,2 – 189,4 = 2,8 (waktu pada matlab)

43
Waktu sebenarnya = 35,14
Waktu pada matlab = 259,8
Maka dari data di atas di dapat Ԏd sebenarnya yaitu :
Ԏd x 3 = 0,2735
Dan Ԏ sebenarnya yaitu :
Ԏd x 2,8 = 0,293
 Nilai perhitungan Kp, Ti, Td didapat sebagai berikut :
CO Gp Ԏd Ԏ Kc Ti Td Ki Kd
1,529 1,157 0,2735 0,293 1,4659 0,27553 0,08629 5,320158 0,1265
Tabel IV.5 Nilai Kp, Ki, Kd Sesuai Dasar Teori
Note : Nilai Kp(Kc) dibagi 2 jadi nilai tegangan pada set point akan sama dngan tegangan keluaran.
 Dari desain di atas di dapat grafik desain kendali debit air sebagai berikut
menggunkan Cohen Coon :
Gambar IV.13 Grafik Kendali Debit Air dengan Metode Cohen – Coon
 Dari grafik di atas terlihat hasil respon yang cukup baik dengan mengikuti
set point, sehingga tidak melakukan manual tuning.

44
4.4 Desain Kendali Debit Air Stand Alone Controller
Berdasarkan percobaan tunning algoritma PID menggunakan metode
Cohen Coon, parameter PID dengan respon terbaik yaitu Kp = 1,4658 , Ti =
0,27553 dan Td = 0,086293. Parameter-parameter tersebut dimasukkan ke
dalam script pada arduino. Berikut merupakan script yang digunakan pada
Matlab untuk melihat hasil respon berdasarkan parameter-parameter yang
sudah ditentukan :

46
 Data yang didapat pada saat proses setpoint dan feedback menggunakan
“serial arduino” (belum menggunakan shield dan LCD) pada software
arduino.
Gambar IV.14 Data Nilai Setpoint dan Feedback pada saat tampil di Serial
Monitor
 Error antara setpoint dengan feedback tidak terlalu jauh

47
Saat mengoprasikan proses ini ditemukan ketidakstabilan pada hasil nilai
setpoint dan feedback yang mempunyai selisih sangat jauh ternyata setelah
di cek kembali rangkian serta script ternyata gain pada blok sensor modul
debit air tersebut terlalu besar menyebabkan sistem tidak stabil dan
mengecilkannya supaya sistem tersebut stabil. Hasil dari data nilai di atas
di kalikan 10 karena input dan output harus sama dengan rumus :
 Data yang didapat pada saat proses kendali debit air memakai LCD maka
di dapat nilai sebagai berikut :
Gambar IV.15 Data Nilai Setpoint dan Feedback di LCD
SP= SetPoint
PV= Feedback
Untuk menguji sistem yang akan dikendalikan dapat mengatur
setpoint dengan mengubah-ubah potensio jika PV mengikuti
nilai SP dengan error (selisih) yang tidak terlalu jauh dapat
dikatakan sistem tersebut baik dan terkendali.

48
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
Berdasarkan proses pengujian dan pengambilan data serta analisa
percobaan yang dilakukan mengenai desain kendali pada debit air menggunkana
metode Ziegler Nichols dan Cohen Coon menggunakan matlab dan arduino dapat
disimpulkan bahwa :
1. Parameter respon sistem kendali dapat di perbaiki dengan cara manual
tunning dengan mengatur Td supaya overshotnya berkurang dan
settling time, mengatur Ti berpengaruh ke steady state error , dan
respon yang dihasilkan dari plan sebenarnya tidak 100 % sama dengan
plan pada simulasi seperti gambar-gambar yang terlihat pada analisa.
2. Parameter respon sistem kendali dapat di perbaiki dengan cara manual
tunning dengan mengatur Kpya supaya rise time dapat di sesuaikan
dengan yang diinginkan, menggunakan Td untuk mengatur overshot
dan settling time, menggunakan Ti untuk mengatur steady state error.
3. Dalam mendesain kendali debit air dapat menggunakan ZN type 2
(close loop) karena hasil respon yang didapatkan mengikuti set point
(sesuai dengan yang diharapkan), dari praktikum ZN type 2 ini desain
sebelum berosilasi (awal) menghasilkan respon yang baik
dibandingkan dengan respon desain yang lainnya.
4. Dari praktikum Cohen & Coon didapat parameter untuk mendesain
sistem kendali yaitu gain(Gp), dead time, dan time constant dan dapat
juga digunakan untuk mendesain PID Controller. Dengan metode CC
ini dapat mendesain sistem kendali dengan hasil respon dengan set
point yang baik.

49
5.2 Saran
Demi keakuratan, penyempurnaan dan pengembangan karya ilmiah
ini, maka penulis member saran, sebagai berikut :
1. Melakukan praktikum sesuai prosedur dan memperhatikan langkah-
langkah dengan benar.
2. Lebih teliti dan jeli dalam melakukan tunning manual dan dibutuhkan
keahlian dalam tuning manual, lebih baik terus berllatih supaya ahli
dalam mentuning manual.

50
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Ferdinando. Hany, “Desain PID Controller dengan Software Matlab”, Jurnal,
Universitas Kristen Petra, 2007.
[2]. Sugitriana. Juwita, “Sistem Kendali PID Pada Modul Kendali Level Air”,
Laporan, Politeknik Negeri Bandung, 2015.
[3] Simamora. Kristianingsih, “Sistem Kendali Debit Air dengan Ziegler Nichols
1”, Laporan, Politeknik Negeri bandung, 2015.
[4] Siamamora. Kristianingsih, “Sistem Kendali Debit Air dengan Cohen Coon
Dan Ziegler Nichols 2”, Laporan, Politeknik Negeri Bandung, 2015.
[5] Simamora. Kristianingsih. “Sistem Kendali Debit Air Menggunakan Stand
Alone Controller”, Laporan, Politeknik Negeri Bandung, 2015.
[6]. “Abstrak”
http://journal.uii.ac.id/index.php/Teknoin/article/view/2162

Desain Kendali PID Debit Air

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (8)

Similar to Desain Kendali PID Debit Air

Similar to Desain Kendali PID Debit Air (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (9)

Desain Kendali PID Debit Air