Laporan ini membahas perancangan dan realisasi sistem kendali kontinyu dan digital pada plant temperatur dengan menggunakan metode Ziegler-Nichols, Cohen-Coon, MATLAB, dan Arduino. Metode-metode tersebut digunakan untuk menentukan parameter PID (Kp, Ki, Kd) yang optimal untuk mengontrol suhu. Hasil desain diuji coba pada skrip MATLAB dan Arduino untuk diaplikasikan sebagai sistem kendali stand alone.

1. i
PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM
KENDALI KONTINYU & DIGITAL PADA PLANT
TEMPERATUR DENGAN METODE ZIEGLER-
NICHOLS & COHEN-COON MENGGUNAKAN
MATLAB DAN ARDUINO
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan mata kuliah
Sistem Kendali Digital
DIPLOMA III PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
Di Jurusan Teknik Elektro
Oleh
Rudi Putra Perdana
131311060
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2015

2. ii
ABSTRAK
Suhu sangat berperan penting didalam kehidupan makhluk hidup akan tetapi setiap
makhluk hidup mempunyai adaptasi yang berbeda dengan suhu disekitarnya,
dengan semakin berkembangnya ilmu pengetahuan dan setelah melalui penilitian
yang bertahap maka muncul gagasan untuk membuat sebuah sistem yang dapat
mengendalikan suhu agar dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Salah satu
gagasan tersebut adalah sistem kendali PID (Proportional-Integral-Derivative)
yang menggunakan prinsip penguatan posisi, penguatan integral, dan penguatan
derivative untuk memperbaiki respon sistem kendali. Untuk mendesain sistem
kendali PID dapat digunakan tiga metoda yaitu, metoda Ziegler Nichols Tipe-1,
Ziegler Nichols Tipe-2, dan Cohen-Coon kita hanya perlu memilih metoda mana
yang lebih efektif untuk menghasilkan respon sistem yang sesuai dengan kebutuhan.
Dengan menggunakan metoda untuk mendesain sistem kendali PID ini kita lebih
mudah untuk menentukan besar nya parameter-parameter yang dibutuhkan
(Kp,Ki,dan Kd) sehingga respon sistem bisa lebih responsif. Dalam pengaplikasian
nya sistem kendali temperatur ini dapat diaplikasikan untuk mengendalikan suhu
pada inkubator bayi dan suhu pada ruangan.
Kata kunci : PID, Ziegler-Nichols tipe 1, Ziegler Nichols tipe 2, Cohen Coon, Sistem
Kendali Temperatur dengan Pengendali PID, Pemodelan.

3. iii
ABSTRACT
Temperature plays an important role in the lives of living beings, but not all living
beings have the same adaptation to the surrounding temperature. with the
development of science and research gradually after it emerged the idea to create
a system that can control the temperature to be adjusted to the needs. One such
idea is the PID control system ( Proportional - Integral - Derivative ) which uses
the principle of strengthening the position , strengthening the integral , and
strengthening the derivatif to improve the response of the control system. To
design a PID control system can be used three methods , namely , the method of
Ziegler - Nichols Type 1 , Type - 2 Ziegler Nichols and Cohen - Coon we just need
to choose which one is more effective method to produce an appropriate response
to the needs of the system . By using the method for designing a PID control
system is it easier to determine the amount of its required parameters ( Kp , Ki ,
and Kd ) so that the system response can be more responsive. In his application of
temperature control systems can be applied to control the temperature in the
incubator babies and the temperature in the room .
Keywords : PID, Ziegler-Nichols type 1, Ziegler Nichols type 2,Cohen-Coon,Temperature
Control System with PID Controller, Modelling.

4. iv
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmaanirrahiim.
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillahirobbil’alamin segala puji syukur penulis panjatkan ke
hadirat Allah S.W.T, karena atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat
menyelesaikan “Perancangan dan Realisasi Sistem Kendali Kontinyu & Digital
pada Plant Temperatur dengan Metode Ziegler-Nichols & Coohen-Coon
menggunakan Matlab dan Arduino”. Laporan akhir ini disusun sebagai syarat
kelulusan pada Mata Kuliah Sistem Kendali Digital Program Studi D3-Teknik
Elektronika Jurusan Teknik Elektro.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapat saran,
dorongan, bimbingan serta keterangan-keterangan dari berbagai pihak yang
merupakan pengalaman yang tidak terukur secara materi, namun dapat
membukakan mata penulis bahwa sesungguhnya pengalaman dan pengetahuan
tersebut adalah guru yang terbaik bagi penulis. Oleh karena itu dengan segala
hormat dan kerendahan hati perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih
kepada :
1. Bapak Feriyonika , ST.M.Sc.Eng selaku dosen Mata Kuliah Sistem
Kendali Digital.
2. Sally Tri Nurliani Fauzi selaku rekan satu grup dalam praktikum Sistem
Kendali Digital.
3. Kedua orang tua dan keluarga tercinta yang selalu memberikan dukungan
dan doanya.
4. Teman-teman satu perjuangan kelas EC-2B angkatan 2013 program studi
D3-Teknik Elektronika jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung

5. v
Dalam penyusunan laporan akhir ini, penulis menyadari masih
terdapat banyak kekurangan yang dibuat baik sengaja maupun tidak
sengaja, dikarenakan keterbatasan ilmu pengetahuan dan wawasan serta
pengalaman yang penulis miliki. Untuk itu penulis mohon maaf atas segala
kekurangan tersebut tidak menutup diri terhadap segala saran dan kritik.
Akhir kata semoga dapat bermanfaat bagi penulis sendiri, institusi
pendidikan dan masyarakat luas.
Wassalamu ‘alaikum Wr. Wb.
Kabupaten Bandung Timur, Juli 2015
Penulis

6. vi
DAFTAR ISI
ABSTRAK.............................................................................................................. ii
ABSTRACT...........................................................................................................iii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv
DAFTAR TABEL................................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii
BAB I PENDAHULUAN....................................................................................... 1
BAB II LANDASAN TEORI................................................................................. 2
2.1 Sistem Kendali PID......................................................................................2
2.2 Desain Sistem Kendali PID..........................................................................3
2.3 Plant Temperatur..........................................................................................7
BAB III METODA DAN PROSES PENYELESAIAN......................................... 9
3.1 Metoda Ziegler Nichols Tipe-1....................................................................9
3.2 Metoda Ziegler Nichols Tipe-2..................................................................12
3.3 Metoda Cohen-Coon ..................................................................................14
3.4 Script MATLAB ........................................................................................16
3.5 Script Arduino............................................................................................17
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 18
4.1 Hasil Pengujian Ziegler Nichols Tipe-1.....................................................18
4.2 Hasil Pengujian Ziegler Nichols Tipe-2.....................................................19
4.3 Hasil Pengujian Cohen-Coon.....................................................................19
4.4 Hasil Pengujian dengan Script MATLAB .................................................20
4.5 Hasil Pengujian dengan Script Arduino.....................................................23
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN................................................................ 28
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 29

7. vii
DAFTAR TABEL
Tabel II. 1 Parameter Tuning PID........................................................................... 3
Tabel II. 2 Penghitungan Kp, Ki, dan Kd Ziegler Nichols Tipe 1 .......................... 4
Tabel II. 3 Penghitungan Kp, Ki, dan Kd Ziegler Nichols Tipe 2.......................... 6
Tabel II. 4. Penghitungan Kp,Ki,dan Kd Cohen-Coon........................................... 7
Tabel III. 1 Hasil Penghitungan Kp, Ki, dan Kd dengan Ziegler Nichols Tipe-1 12
Tabel III. 2 Hasil Penghitungan Kp, Ki, dan Kd dengan Ziegler Nichols Tipe-2 14
Tabel III. 3 Hasil Penghitungan Kp, Ki, dan Kd dengan Cohen-Coon................. 15
Tabel IV. 1 Manual Tuning Ziegler Nichols Tipe-1............................................. 18

8. viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar II. 1. Diagram blok sistem kendali PID..................................................... 2
Gambar II. 2 Sistem Loop Terbuka......................................................................... 3
Gambar II. 3. Respon Sistem Loop Terbuka........................................................... 4
Gambar II. 4 Sistem Loop Tertutup........................................................................ 5
Gambar II. 5. Respon Sistem Loop Tertutup .......................................................... 5
Gambar II. 6. Proses Desain Dengan Metoda Cohen-Coon.................................... 6
Gambar II. 7 Plant Sistem Kendali Temperatur...................................................... 8
Gambar III. 1 Perancangan Hardware dengan Sistem Loop Terbuka .................... 9
Gambar III. 2 Simulink MATLAB Loop terbuka................................................. 10
Gambar III. 3 Hasil Respon Sistem dengan Ziegler Nichols Tipe-1 .................... 11
Gambar III. 4 Desain Sistem Kendali dengan Ziegler Nichols Tipe-1................. 11
Gambar III. 5 Perancangan Hardware dengan Sistem Loop Tertutup.................. 12
Gambar III. 6 Simulink MATLAB Loop terbuka................................................. 13
Gambar III. 7 Hasil Respon Sistem dengan Ziegler Nichols Tipe-2 .................... 14
Gambar III. 8 Hasil Respon Sistem dan Desain dengan Cohen-Coon.................. 15
Gambar III. 9 Diagram Alir Script MATLAB...................................................... 16
Gambar III. 10 Diagram Alir Script Arduino........................................................ 17
Gambar IV. 1 Hasil Pengujian Ziegler Nichols Tipe-1 ........................................ 18
Gambar IV. 2 Hasil Respon Manual Tuning Ziegler Nichols Tipe-1................... 19
Gambar IV. 3 Hasil Pengujian Ziegler Nichols Tipe-2 ........................................ 19
Gambar IV. 4 Hasil Pengujian Cohen-Coon......................................................... 20
Gambar IV. 5 Perancangan Hardware untuk Pengujian dengan Script MATLAB
............................................................................................................................... 21
Gambar IV. 6 Hasil Pengujian dengan Script MATLAB ..................................... 23
Gambar IV. 7 Hasil Pengujian dengan Script Arduino......................................... 27

9. 1
BAB I
PENDAHULUAN
Keberadaan kontroller dalam sebuah sistem kontrol mempunyai kontribusi
yang besar terhadap prilaku sistem. Pada prinsipnya hal itu disebabkan oleh tidak
dapat diubahnya komponen penyusun sistem tersebut. Artinya, karakteristik
plant harus diterima sebagaimana adanya, sehingga perubahan perilaku sistem
hanya dapat dilakukan melalui penambahan suatu sub sistem, yaitu kontroler.
Salah satu tugas komponen kontroler adalah mereduksi sinyal kesalahan,
yaitu perbedaan antara sinyal setting dan sinyal aktual. Hal ini sesuai dengan
tujuan sistem kontrol adalah mendapatkan sinyal aktual senantiasa (diinginkan)
sama dengan sinyal setting. Semakin cepat reaksi sistem mengikuti sinyal aktual
dan semakin kecil kesalahan yang terjadi, semakin baiklah kinerja sistem kontrol
yang diterapkan.
Apabila perbedaan antara nilai setting dengan nilai keluaran relatif besar,
maka kontroler yang baik seharusnya mampu mengamati perbedaan ini untuk
segera menghasilkan sinyal keluaran untuk mempengaruhi plant. Dengan
demikian sistem secara cepat mengubah keluaran plant sampai diperoleh selisih
antara setting dengan besaran yang diatur sekecil mungkin[Rusli, 1997].
Pada laporan praktikum ini penulis akan menggunakan algoritma PID untuk
mengendalikan modul plant temperatur. Metoda yang dipakai untuk
mendapatkan parameter PID adalah dengan menggunakan metoda Ziegler
Nichols tipe 1 (open loop), tipe 2 (closed loop) dan Cohen Coon. 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, salah satu hasil desain dari ketiga
metoda diatas akan diujicobakan menggunakan script MATLAB dan script
arduino untuk dapat diaplikasikan sebagai stand alone control.

10. 2
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sistem Kendali PID
PID (dari singkatan Proportional-Integral-Derivative Controller)
merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi
dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut (Feedback ).
Sistem kontrol PID terdiri dari tiga buah cara pengaturan yaitu kontrol
P (Proportional), D (Derivative) dan I (Integral), dengan masing-masing
memiliki kelebihan dan kekurangan. Dalam implementasinya masing-
masing cara dapat bekerja sendiri maupun gabungan diantaranya. Dalam
perancangan sistem kontrol PID yang perlu dilakukan adalah mengatur
parameter P, I atau D agar tanggapan sinyal keluaran system terhadap
masukan tertentu sebagaimana yang diinginkan.
Gambar II. 1. Diagram blok sistem kendali PID
Adapun persamaan matematis dari sistem kendali PID adalah sebagai
berikut :
mv(t) = Kpe(t) + Ki∫ 𝑒(𝑡) dt + Kd
𝑑𝑒(𝑡)
𝑑𝑡
..............................................................................(1)
Keterangan :
mv(t) = output dari pengontrol PID atau Manipulated Variable
Kp = konstanta Proporsional
Ti = konstanta Integral
Td = konstanta Detivatif
e(t) = error (selisih antara set point dengan level aktual)

11. 3
Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari
ketiga parameter P, I dan D. Penyetelan konstanta Kp, Ki dan Kd akan
mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua
dari ketiga konstanta tersebut dapat disetel lebih menonjol dibanding yang
lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi pengaruh
pada respon sistem secara keseluruhan. Berikut adalah tabel parameter PID
untuk menyetel konstanta Kp, Ki, dan Kd.
Tabel II. 1 Parameter Tuning PID
2.2 Desain Sistem Kendali PID
Untuk mendapatkan respon sistem sesuai dengan apa yang kita
butuhkan, diperlukan langkah mendesain sistem kendali untuk mendapatkan
nilai parameter Kp,Ki,dan Kd. Ada beberapa metoda untuk mendesain
sistem kendali PID diantaranya adalah metoda Ziegler Nichols tipe-1,
Ziegler Nichols tipe-2, dan Cohen-Coon.
2.2.1 Metoda Ziegler Nichols
2.2.1.1 Ziegler Nichols Tipe-1
Desain kendali PID menggunakan metode Ziegler-Nichols tipe 1 pada
awalnya menggunakan sistem loop terbuka. Seperti ditunjukan pada
Gambar 2. Respon sistem loop terbuka berupa gelombang step. Seperti
ditunjukan pada Gambar 3.
Gambar II. 2 Sistem Loop Terbuka
Parameter Rise Time Overshoot Setting Time S-S Error
Proportional Berkurang Bertambah Minor Change Berkurang
Integratif Berkurang Bertambah Bertambah Menghilangkan
Derivatif Minor Change Berkurang Bertambah Minor Change

12. 4
Gambar II. 3. Respon Sistem Loop Terbuka
Pencarian nilai Kp, Ki, dan Kd pada metode ini diawali dengan mencari
nilai L dan T seperti pada Gambar 3 L adalah nilai dead time (time delay/lag)
pada respon dari titik nol menuju waktu cut-off. Dan T adalah time constant.
Nilai L dan T dalam satuan detik (sekon).
Penarikan garis diagonal pada respon loop terbuka adalah dengan
menempelkannya pada bagian gelombang yang terlandai. Nilai L ditentukan
dari perpotongan garis diagonal dengan sumbu x. Sedangkan nilai T
ditentukan dari perpotongan garis diagonal dengan garis perpanjangan
steady state. Setelah menemukan nilai L dan T, selanjutnya dapat dicari nilai
Kp, Ki, dan Kd berdasarkan penghitungan pada II.2
Tabel II. 2 Penghitungan Kp, Ki, dan Kd Ziegler Nichols Tipe 1
Tipe Pengendali Kp Ti Td Ki Kd
P 𝑇
𝐿
∞ 0 𝐾𝑝
𝑇𝑖
𝐾𝑝 𝑥 𝐾𝑑
PI
0,9
𝑇
𝐿
𝐿
0,3
0 𝐾𝑝
𝑇𝑖
𝐾𝑝 𝑥 𝐾𝑑
PID
1,2
𝑇
𝐿
2𝐿 0,5𝐿 𝐾𝑝
𝑇𝑖
𝐾𝑝 𝑥 𝐾𝑑

13. 5
2.2.1.2 Ziegler Nichols Tipe-2
Desain kendali PID menggunakan metode Ziegler-Nichols tipe 2 pada
awalnya menggunakan sistem loop tertutup dengan feedback. seperti
ditunjukan pada Gambar II.4. Pencarian diawali dengan mengatur nilai K
(penguatan) hingga respon sistem osilasi. Respon sistem untuk desain
menggunakan metode ini ditunjukan pada Gambar II.5.
Gambar II. 4 Sistem Loop Tertutup
Gambar II. 5. Respon Sistem Loop Tertutup
Berdasarkan Gambar II.5, pencarian nilai Kp, Ki, dan Kd menggunakan
metode ini adalah dengan mencari nilai Kcr. Kcr adalah nilai K
(penguatan) saat respon sistem osilasi. Setelah didapatkan respon sistem
yang berosilasi, selanjutnya adalah mencari nilai Pcr. Pcr adalah waktu
yang dibutuhkan sistem untuk menempuh satu gelombang. Pcr dalam
satuan waktu (sekon). Setelah menemukan nilai Kcr dan Pcr, selanjutnya
dapat dicari nilai Kp, Ki, dan Kd berdasarkan penghitungan pada Tabel
II.3

14. 6
Tabel II. 3 Penghitungan Kp, Ki, dan Kd Ziegler Nichols Tipe 2
Tipe
Pengendali
Kp Ti Td Ki Kd
P 0,5𝐾𝑐𝑟 ∞ 0 𝐾𝑝
𝑇𝑖
𝐾𝑝 𝑥 𝐾𝑑
PI 0,45𝐾𝑐𝑟 1
1,2
𝑃𝑐𝑟
0 𝐾𝑝
𝑇𝑖
𝐾𝑝 𝑥 𝐾𝑑
PID 0,6𝐾𝑐𝑟 0,5𝑃𝑐𝑟 0,125𝑃𝑐𝑟 𝐾𝑝
𝑇𝑖
𝐾𝑝 𝑥 𝐾𝑑
2.2.2 Metoda Cohen-Coon
Desain kendali PID menggunakan metode Ziegler-Nichols tipe 1 pada
awalnya menggunakan sistem loop terbuka. Seperti ditunjukan pada
Gambar II.2. Respon sistem loop terbuka berupa gelombang step. Seperti
ditunjukan pada Gambar II.3 dibiarkan hingga mencapai keadaan steady
state, lalu input step dinaikkan dan respon sistem dibiarkan hingga mencapai
keadaan steady state kembali, perubahan respon sistem inilah yang akan
digunakan untuk mendesain kendali PID dengan metoda cohen coon. Proses
pendesainan dapat dilihat pada Gambar II.6.
Gambar II. 6. Proses Desain Dengan Metoda Cohen-Coon
Berdasarkan Gambar II.6, pencarian nilai Kp, Ki, dan Kd menggunakan
metode ini adalah dengan mencari nilai 𝜏, 𝜏d, dan gp . untuk mengetahui nilai

15. 7
gp adalah dengan cara membagi hasil dari change in Pv dengan change in
CO. setelah didapatkan nilai dari parameter-parameter yang dibutuhkan,
selanjutnya dapat dilakukan penghitungan nilai Kp,Ki,dan Kd berdasarkan
penghitungan pada Tabel II.4
Tabel II. 4. Penghitungan Kp,Ki,dan Kd Cohen-Coon
2.3 Plant Sistem Kendali Temperatur
Plant sistem kendali temperatur akan mengkonversikan masukkan
tegangan menjadi besaran suhu (0
C). Konstanta transduser tersebut adalah
1 𝑣𝑜𝑙𝑡
100 𝐶
. Suhu ini akan mempengaruhi tegangan keluaran sensor suhu yang
merubah kembali besaran suhu menjadi besaran tegangan (volt). Keluaran
berupa tegangan ini menjadi umpan balik (feedback) yang akan menjadi
masukan SUM pada modul pengendali PID. Selanjutnya selisih antara set
poin dan umpan balik akan menjadi galat (error). Plan ini dilengkapi dengan
kipas dan katup yang menjadi parameter gangguan pada plan. Plant sistem
kendali temperatur dapat dilihat pada Gambar II.7.

16. 8
Gambar II. 7 Plant Sistem Kendali Temperatur

17. 9
BAB III
METODA DAN PROSES PENYELESAIAN
Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan sistem kendali PID
menggunakan metoda Ziegler Nichols Tipe-1, Ziegler Nichols Tipe-2, dan Cohen-
Coon menggunakan Matlab dan Arduino.
3.1 Metoda Ziegler Nichols Tipe-1
Desain kendali PID menggunakan metode Ziegler-Nichols tipe 1 pada
awalnya menggunakan sistem loop terbuka. Maka hardware dirancang
seperti pada Gambar III.2
Gambar III. 1 Perancangan Hardware dengan Sistem Loop Terbuka
Setelah hardware dirancang seperti gambar diatas, langkah selanjutnya
adalah membuat Simulink pada MATLAB. Simulink dirangkai seperti
Gambar III.2

18. 10
Gambar III. 2 Simulink MATLAB Loop terbuka
Sebelum sistem mulai dijalankan ada beberapa hal yang harus
diperhatikan untuk menjalankan sistem ini yaitu, sistem dijalankan dengan
urutan menjalankan hardware (modul catu daya) terlebih dahulu lalu
mengoneksikan arduino UNO ke laptop (MATLAB) dan selanjutnya
menjalankan Simulink pada MATLAB. Dan untuk mematikan atau
menghentikan sistem, hal yang harus pertama dihentikan ialah Simulink
pada MATLAB lalu mencabut koneksi antara arduino UNO dengan laptop
dan selanjutnya mematikan hardware (modul catu daya). Hal ini dilakukan
untuk mengurangi resiko terjadinya reset pada arduino UNO.

19. 11
Pada saat sistem dijalankan siapkan stopwatch untuk mengukur waktu
respon sistem dalam waktu sebenarnya. Setelah sistem dijalankan maka
didapatkan hasil respon seperti Gambar III.3
Gambar III. 3 Hasil Respon Sistem dengan Ziegler Nichols Tipe-1
Lamanya respon sistem untuk skala 1000detik dalam waktu MATLAB
ialah 1 menit 30 detik atau 90detik dalam waktu sebenarnya.
Setelah mendapatkan hasil respon sistem langkah selanjutnya adalah
mencari besarnya Kp, Ti dan Td dengan menggunakan metoda Ziegler
Nichols tipe-1 seperti Gambar III.4.
Gambar III. 4 Desain Sistem Kendali dengan Ziegler Nichols Tipe-1
Berdasarkan Gambar III.4 didapatkan nilai L(matlab) = 153 dan T(matlab) =
2482.8. karena L dan T yang dibutuhkan untuk mendesain sistem kendali
harus dalam waktu sebenarnya maka dilakukan perhitungan sebagai berikut
:
L(real) =
𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 (𝑚𝑎𝑡𝑙𝑎𝑏)
𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 (𝑟𝑒𝑎𝑙)
𝑥𝐿(𝑚𝑎𝑡𝑙𝑎𝑏)
=
1000
90
𝑥 153
= 13.77

20. 12
T(real) =
𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 (𝑚𝑎𝑡𝑙𝑎𝑏)
𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 (𝑟𝑒𝑎𝑙)
𝑥𝑇(𝑚𝑎𝑡𝑙𝑎𝑏)
=
1000
90
𝑥 2482.8
= 223.452
Dengan L dan T dalam waktu sebenarnya dan dengan menggunakan
rumus pada tabel II.2 maka didapatkan hasil seperti pada Tabel III.1
Tabel III. 1 Hasil Penghitungan Kp, Ki, dan Kd dengan Ziegler Nichols Tipe-1
L(real) T(real) Kp Ti Td Ki Kd
13.77 223.452 19.2 27.54 6.885 0.707078 134.0712
3.2 Metoda Ziegler Nichols Tipe-2
Desain kendali PID menggunakan metode Ziegler-Nichols tipe 2 pada
awalnya menggunakan sistem loop tertutup dengan feedback. Maka
hardware dirancang seperti pada Gambar III.5.
Gambar III. 5 Perancangan Hardware dengan Sistem Loop Tertutup
Setelah hardware dirancang seperti gambar diatas, langkah selanjutnya
adalah membuat Simulink pada MATLAB. Simulink dirangkai seperti Gambar
III.6

21. 13
Gambar III. 6 Simulink MATLAB Loop terbuka
Sebelum sistem mulai dijalankan ada beberapa hal yang harus
diperhatikan untuk menjalankan sistem ini yaitu, sistem dijalankan dengan
urutan menjalankan hardware (modul catu daya) terlebih dahulu lalu
mengoneksikan arduino UNO ke laptop (MATLAB) dan selanjutnya
menjalankan Simulink pada MATLAB. Dan untuk mematikan atau
menghentikan sistem, hal yang harus pertama dihentikan ialah Simulink
pada MATLAB lalu mencabut koneksi antara arduino UNO dengan laptop
dan selanjutnya mematikan hardware (modul catu daya). Hal ini dilakukan
untuk mengurangi resiko terjadinya reset pada arduino UNO.
Pada saat sistem dijalankan siapkan stopwatch untuk mengukur waktu
respon sistem dalam waktu sebenarnya, dan dilakukan pengaturan pada
penguatan (Kp) agar mendapatkan hasil respon sistem yang berosilasi.
Setelah sistem dijalankan maka didapatkan hasil respon seperti Gambar III.7

22. 14
Gambar III. 7 Hasil Respon Sistem dengan Ziegler Nichols Tipe-2
Lamanya respon sistem untuk skala 1000detik dalam waktu MATLAB ialah
1 menit 30 detik atau 90detik dalam waktu sebenarnya.
Berdasarkan Gambar III.7 diperoleh nilai Kcr = 461 dan Pcr = 252.
Karena nilai Pcr harus dikonversi kedalam waktu sebenarnya, maka
dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Pcr = 𝑃𝑐𝑟"𝑚𝑎𝑡𝑙𝑎𝑏"𝑥
𝑊𝑟𝑒𝑎𝑙
𝑊𝑚𝑎𝑡𝑙𝑎𝑏
Pcr = 252 𝑥
90
1000
= 22.68
Setelah didapatkan nilai Kcr dan nilai Pcr dalam waktu sebenarnya dan
mengacu pada tabel II. maka dilakukan penghitungan untuk mencari nilai
Kp,Ti, dan Td dan didapatkan hasil seperti pada Tabel III.2
Tabel III. 2 Hasil Penghitungan Kp, Ki, dan Kd dengan Ziegler Nichols Tipe-2
3.3 Metoda Cohen-Coon
Desain kendali PID menggunakan metode Cohen-Coon pada awalnya
menggunakan sistem loop terbuka. Maka hardware dirancang seperti
Gambar III.1 dan Simulink pada MATLAB dirangkai seperti gambar III.2.
setelah hardware dan software telah siap maka sistem dijalankan dengan
memerhatikan beberapa hal, yaitu sistem dijalankan dengan urutan
Kcr Pcr Kp Ti Td Ki Kd
461 22.68 276.6 11.34 2.835 24.39153 784.161

23. 15
menjalankan hardware (modul catu daya) terlebih dahulu lalu
mengoneksikan arduino UNO ke laptop (MATLAB) dan selanjutnya
menjalankan Simulink pada MATLAB. Dan untuk mematikan atau
menghentikan sistem, hal yang harus pertama dihentikan ialah Simulink
pada MATLAB lalu mencabut koneksi antara arduino UNO dengan
laptop dan selanjutnya mematikan hardware (modul catu daya). Hal ini
dilakukan untuk mengurangi resiko terjadinya reset pada arduino UNO.
Pada saat sistem dijalankan siapkan stopwatch untuk mengukur waktu
respon sistem dalam waktu sebenarnya dan set point dinaikan ketika sistem
sudah mencapai steady state. Setelah sistem dijalankan dan dilakukan
pendesainan menggunakan metoda Cohen Coon maka didapatkan hasil
respon dan langsung dilakukan pemlotan pada hasil respon tersebut seperti
pada gambar III.8
Gambar III. 8 Hasil Respon Sistem dan Desain dengan Cohen-Coon
Berdasarkan gambar III.8 dan mengacu pada tabel II. Maka dilakukan
penghitungan untuk mencari nilai Kp,Ti,dan Td dan didapatkan hasil seperti
pada tabel III.3
Tabel III. 3 Hasil Penghitungan Kp, Ki, dan Kd dengan Cohen-Coon
Gp td t Kc Ti Td Ki Kd
0.9258 10.71 214.47 14.75 26.2227 3.92 0.56 57.91

24. 16
3.4 Script MATLAB
Gambar III. 9 Diagram Alir Script MATLAB

25. 17
3.5 Script Arduino (Stand Alone Control)
Gambar III. 10 Diagram Alir Script Arduino

26. 18
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian hasil desain dari masing-
masing metoda dengan nilai Kp,Ti,dan Td yang telah diketahui dari bab
sebelumnya, hasil desain (besarnya nilai Kp,Ti, dan Td) yang memenuhi kebutuhan
akan diujikan pada script MATLAB dan script Arduino.
4.1 Hasil Pengujian Metoda Ziegler Nichols Tipe-1
Berdasarkan nilai Kp,Ti,dan Td pada Tabel III.1 langkah pertama yang
harus dilakukan adalah merubah rangkaian hardware dan software menjadi
sistem loop tertutup seperti Gambar III.5 Dan Gambar III.6 setelah hardware
dan software siap,sistem kembali dijalankan dan hasil respon sistem seperti
Gambar IV.1.
Gambar IV. 1 Hasil Pengujian Ziegler Nichols Tipe-1
Berdasarkan Gambar IV.1 sistem masih mempunyai nilai overshoot
yang tinggi, dan untuk menghilangkan besarnya overshoot diperlukan
Manual Tuning, dengan mengacu pada tabel II.1 perubahan yang dilakukan
adalah merubah nilai Ti dan Td seperti pada tabel IV.1.
Tabel IV. 1 Manual Tuning Ziegler Nichols Tipe-1
L(real) T(real) Kp Ti Td Ki Kd
13.77 223.452 19.2 33 12 0.590089 233.6753

27. 19
Sistem kembali dijalankan dengan nilai Kp, Ti, dan Td hasil dari
manual tuning. respon sistem setelah dilakukan manual tuning seperti
Gambar IV.2
Gambar IV. 2 Hasil Respon Manual Tuning Ziegler Nichols Tipe-1
4.2 Hasil Pengujian Metoda Ziegler Nichols Tipe-2
Berdasarkan nilai Kp,Ti,dan Td pada Tabel III.2, untuk Ziegler Nichols
Tipe-2 karena rangkaian sebelumnya sudah memakai rangkaian loop
tertutup maka tidak dilakukan perubahan pada rangkaian hardware dan
software. Sistem kembali dijalankan dengan besar nilai Kp,Ti, dan Td yang
sudah ditentukan dan hasil respon sistem seperti pada Gambar IV.3
Gambar IV. 3 Hasil Pengujian Ziegler Nichols Tipe-2
Berdasarkan Gambar IV.3 sistem masih mempunyai nilai overshoot
yang tinggi, dan untuk menghilangkan besarnya overshoot diperlukan
Manual Tuning, tetapi pada saat melakukan manual tuning dengan mengacu
pada Tabel II.1 tidak didapatkan hasil yang sesuai dengan kebutuhan.

28. 20
4.3 Hasil Pengujian Metoda Cohen-Coon
Berdasarkan nilai Kp,Ti,dan Td pada Tabel III.3 langkah pertama yang
dilakukan adalah merubah rangkaian hardware menjadi rangkaian loop
tertutup seperti pada Gambar III.5 sedangkan untuk rangkaian software
tidak dilakukan perubahan. Setelah hardware dan software siap, sistem
kembali dijalankan dan hasil respon sistem seperti pada Gambar IV.4
Gambar IV. 4 Hasil Pengujian Cohen-Coon
Berdasarkan Gambar IV.4 respon sistem tidak memiliki overshoot yang
tinggi dan dirasa sudah sesuai dengan kebutuhan maka tidak dilakukan
manual tuning untuk metoda Cohen-Coon ini.
4.4 Hasil Pengujian dengan Script MATLAB
Pengujian Script MATLAB merupakan pengujian sistem dengan
menggunakan nilai Kp,Ti,dan Td yang sudah diketahui untuk dibandingkan
hasil respon nya dengan metoda tanpa script (Simulink) pengujian kali ini
menggunakan nilai Kp,Ti,dan Td sesuai dengan Tabel IV.1
Langkah pertama untuk melakukan pengujian dengan script MATLAB
adalah merangkai Hardware seperti ditunjukan pada Gambar IV.5 dan
membuat Script pada MATLAB sesuai dengan flowchart.

29. 21
Gambar IV. 5 Perancangan Hardware untuk Pengujian dengan Script MATLAB
Script MATLAB yang digunakan untuk pengujian kali ini adalah
sebagai berikut.
%time sampling
Ts = 0.05;
pinMode(a,6,'output')
pinMode(a,10,'input')
pinMode(a,13,'output')
%setting parameter PID
Kp = 19.2;
Ti = 33;
Td = 12;
Ki = Kp/Ti;
Kd = Kp*Td;
%Kondisi error Awal
error_sebelum = 0;
errorI_sebelumnya = 0;
%set untuk plot
y1 = 0;
y2 = 0;
t = 0;
digitalWrite (a,13,1);
start = digitalRead(a,10);
x=0;
while (start == 1)
tic
x=x+1;
%tent PV awal
PV = analogRead(a,5);
PV = PV*0.0049*2;
SP = analogRead(a,0);
SP = SP*0.0049;

30. 22
%hitung error
error = SP - PV;
%Hitung error Integral
errorI_sekarang = ((error + error_sebelum)/2)*Ts;
errorI = (errorI_sekarang) + (errorI_sebelumnya);
%Hitung Error Differential
errorD = (error - error_sebelum)/Ts;
%kendali PID
outP = Kp*error;
outI = Ki*errorI;
outD = Kd*errorD;
outPID = outP + outI +outD
outPID = outPID/90;
%membatasi nilai PID tidak lebih dari 255
if outPID > 10
outPID = 10;
else
outPID = outPID;
end
%membatasi < 0
if outPID < 0
outPID = 0;
else
outPID = outPID;
end
outPID = outPID/2;
%=====================================================
%menuliskan PID ke arduino
outPID = round(outPID*51);
analogWrite(a,6,outPID);
pause (0)
%==============plot respon dan setpoint===============
y1=[y1,SP];
y2=[y2,PV];
t=[t,x];
plot(t,y1,t,y2);
axis([0 x+100 0 10]);
grid
drawnow;
error_sebelum=error;
errorI_sebelumnya=errorI;
start = digitalRead(a,10);
toc;
end
analogWrite(a,6,0);

31. 23
Sistem kendali yang dihubungkan ke MATLAB saat ini, tidak lagi
menggunakan modul set poin. Karena set poin dan PID sudah bisa
ditentukan dan dihasilkan oleh script MATLAB. Berdasarkan hasil
pemrograman dengan MATLAB, maka respon sistem kendali temperatur
dengan pengendali PID digital tersebut adalah seperti ditunjukan pada
Gambar IV.6
Gambar IV. 6 Hasil Pengujian dengan Script MATLAB
Berdasarkan Gambar IV.6 respon sistem yang dihasilkan telah sesuai
dengan respon sistem pada Gambar IV.2 sehingga tidak dilakukan manual
tuning untuk pengujian dengan Script MATLAB ini.
4.5 Hasil Pengujian dengan Script Arduino
Pengujian dengan script Arduino ini tidak jauh berbeda dengan
pengujian dengan script MATLAB yaitu untuk membandingkan hasil
respon sistem dengan Kp,Ti,dan Td yang sama namun dengan media yang
berbeda. Pada pengujian dengan script Arduino ini tidak digunakan lagi
komputer untuk melihat perbandingan antara Setpoint dan Processes Value
(respon sistem) melainkan menggunakan LCD untuk menampilkan
perbandingan antara Setpoint dan Processes Value artinya, dengan
menggunakan Script Arduino ini sistem kendali yang kita buat sudah
menjadi Sistem Stand Alone Control.
Langkah yang dilakukan tidak jauh berbeda dengan Pengujian dengan
Script MATLAB yaitu merangkai hardware seperti ditunjukkan pada
gambar IV.5 tetapi tidak menggunakan rangkaian pembagi tegangan karena

32. 24
proses pembagian tegangan bisa dilakukan pada script arduino dan langkah
selanjutnya adalah membuat script pada Arduino sesuai dengan Flowchart
dan berikut adalah Script yang digunakan dalam pengujian kali ini.
#include <LiquidCrystal.h>
int Output = 6; //pin6
float Ts = 0.05; //waktu sampling
//nilai Kp,Ki,Kd
float Kp = 19.2;
float Ti = 33;
float Td = 12;
float Ki = Kp/Ti;
float Kd = Kp*Td;
//Definisi variable untuk perhitungan PID
float Setpoint, Feedback, Setpoint1, Feedback1;
float error;
float errorD, errorD1;
float errorI, errorIsekarang, errorIsekarang1, errorIsekarang2;
float outP, outI, outD, outPIDsebelum;
float errorsebelum = 0;
float errorIsebelum = 0;
int outPID;
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(6,OUTPUT);
Serial.begin(9600);
lcd.begin(16, 2);
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:

33. 25
Setpoint = analogRead(A0);
Setpoint1 = Setpoint*0.0049;
Feedback = analogRead(A1);
Feedback1 = Feedback*0.0049;
//hitung error
error = Setpoint1 - Feedback1;
//Menghitung error Integral
errorIsekarang = error+errorsebelum;
errorIsekarang1 = errorIsekarang/2;
errorIsekarang2 = errorIsekarang1*Ts;
errorI = errorIsekarang2 + errorIsebelum;
//menghitung error differensial
errorD1 = error - errorsebelum;
errorD = errorD1/Ts;
//kendali PID
outP = Kp*error;
outI = Ki*errorI;
outD = Kd*errorD;
outPIDsebelum = outP + outI + outD;
outPIDsebelum = outPIDsebelum/100;
//Membatasi nilai agar PID tidak >255 atau <0
if(outPIDsebelum>10)
{
outPIDsebelum=10;
}
else if(outPIDsebelum<0)

34. 26
{
outPIDsebelum=0;
}
else
{
outPIDsebelum=outPIDsebelum;
}
outPIDsebelum=outPIDsebelum/2;
outPID=outPIDsebelum*51;
//menuliskan hasil perhitungan PID pin 3
analogWrite(6,outPID);
errorsebelum=error;
errorIsebelum=errorI;
//Code untuk menampilkan diserial monitor
Serial.print("Setpoint = ");
Serial.print(Setpoint1);
Serial.print("Feedback = ");
Serial.println(Feedback1);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("SP :");
lcd.setCursor(5,0);
lcd.print(Setpoint1*10);
lcd.setCursor(11,0);
lcd.print("C");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("PV :");
lcd.setCursor(5,1);
lcd.print(Feedback1*10);

35. 27
lcd.setCursor(11,1);
lcd.print("C");
}
Setelah hardware sudah siap dan script arduino sudah di upload, sistem
dijalankan dan hasil respon sistem ditunjukkan pada Gambar IV.7
Gambar IV. 7 Hasil Pengujian dengan Script Arduino

36. 28
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari praktikum dan ujicoba yang telah dilakukan dapat disimpulkan
bahwa :
1. Desain kendali yang paling cocok untuk plant suhu adalah desain
kendali dengan metoda Ziegler Nichols Tipe-1 dan Cohen Coon,
karena ketika dilakukan pengujian dengan Ziegler Nichols Tipe-2
respon sistem yang dihasilkan tidak dapat di Manual Tuning
dengan baik.
2. Ketika melakukan pengujian menggunakan MATLAB diperlukan
kalibrasi waktu antara waktu MATLAB dengan waktu sebenarnya,
karena hasil desain yang akan digunakan berada dalam waktu
sebenarnya.
3. Untuk pengujian menggunakan script MATLAB ataupun script
Arduino diperlukan scaling yang tepat agar respon sistem bisa
sesuai dengan respon sistem ketika pengujian menggunakan
Simulink. Scaling yang digunakan pada praktikum ini sebesar 100.
5.2 Saran
1. Perlu dilakukan perbaikan dan perawatan pada modul PID agar
pengaplikasian nilai Kp, Ki, dan Kd bisa lebih akurat.
2. Dalam praktikum menggunakan arduino perlu diperhatikan
prosedur dalam menyalakan dan mematikan sistem agar tidak
terjadi kerusakan pada arduino dan modul-modul yang ada di LAB.

37. 29
DAFTAR PUSTAKA
[1] Raden. (2011, November Selasa). Pengertian Kendali PID. Retrieved Juli
Senin, 2015, from http://catatan-elektro.blogspot.com/2011/11/pengertian-
kendali-pid.html: http://catatan-elektro.blogspot.com/2011/11/pengertian-
kendali-pid.html
[2] Feriyonika, S. (Sutradara). (2014). Tuning PID ZN tipe-I [Gambar Hidup].
[3] Feriyonika, S. (Sutradara). (2014). Tuning PID ZN tipe-II [Gambar Hidup].
[4] Feriyonika, S. (Sutradara). (2015). Desain CC [Gambar Hidup].