Download to read offline
Uploaded byMuflih Negara
Skd 141311049 muflih adinata n_stand alone controller
Laporan ini membahas praktikum sistem kendali digital menggunakan Arduino untuk mengendalikan kecepatan motor. Tujuannya adalah merealisasikan desain PID menggunakan Arduino dan mengamati respon kendali tanpa komputer. Metode Cohen-Coon menghasilkan respon yang lebih baik daripada ZN-1 karena overshoot yang lebih kecil untuk kendali kecepatan motor. Hasilnya menunjukkan bahwa Arduino dapat digunakan sebagai stand alone controller untuk
Skd 141311049 muflih adinata n_stand alone controller
- 1. LAPORAN PRAKTIKUM SISTEMKENDALI DIGITAL Stand-Alone Kendali Kecepatan Motor Dengan Arduino Jum’at, 03 Mei 2016 Disusun oleh : Nama : Muflih Adinata Negara NIM : 141311049 Kelas : 2B-2 Prodi : D3 Teknik Elektronika JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2016
- 2. I. Tujuan - Merealisasikandesain kendali PID pada Stand-Alone Controller menggunakan Arduino - Mampu menggunakan software interfacing Arduino untuk melihat respon kendali dari suatu plant - Menggunakan Arduino untuk mengamati respon kendali pada plant tanpa menggunakan computer / PC II. Landasan Teori 2.1 Stand Alone Controller Stand Alone Controller berarti suatu sistem yang mampu mengendalikan dan menampilkan respon suatu plant yang tidak lagi memerlukan computer sehingga disebut “berdiri sendiri/stand alone”. Namun sebelum me-realisasikan hasil desain ke stand alone controller diperlukan pengamatan respon sebuah plant agar diperoleh hasil kendali yang baik, maka dibutuhkan software interface yang pada percobaan ini digunakan Makerplot. 2.2 Makerplot Makerplot merupakan software untuk windows PC yang digunakan untuk mem-plot data analog maupun digital yang dihasilkan oleh microcontroller dan device lainnya (seperti Arduino) dengan output serial ASCII. Makerplot mendukung beberapa tipe data seperti : - Analog - Digital - Graphic Drawings - Text Messages Fitur-fitur dalam Makerplot : - Terdapat total 100 point data (Kombinasi antara analog, digital dan lainnya - Mampu mem-plot 10 channel data analog - Mampu mem-plot sampai 32 bit data digital dan masih banyak fitur-fitur lainnya. Gambar-1 Icon dan Tampilan Makerplot
- 3. 2.3 Plant PengendaliKecepatan Motor DC Plant ini terdiri atas beberapa blok Modul yaitu : - Modul Power Supply Power Supply adalah catu daya dc yang berfungsi untuk memberi/mensuplai tegangan. Power supply yang digunakan pada praktikum ini memiliki output variable -15V/1A s/d +15V/1A, dan tegangan fixed 5V/1. - Modul Set Point Set Point adalah suatu modul yang berfungsi untuk menentukan kendali suatu alat yang diinginkan. Set point pada praktikum ini terbagi menjadi 2 pilihan yaitu : 1. Untuk konektor yang pertama dapat mengatur antara 0V s/d +10V. 2. Untuk konektor yang kedua dapat mengatur antara -10V s/d +10V - Modul Power Amplifier Power amplifier berfungsi sebagai penguat daya agar pengendalian output beban stabil karena output beban yang digunakan membutuhkan daya yang besar. Terdapat 3 pilihan dalam penggunaan power amplifier : 1. Output pada power amplifier dikalian +1 2. Output pada power amplifier dikalian -1 3. Jika keduanya digabungkan maka output power amplifier dikuatkan atau dikalikan 2 dari set point. - Modul PID Controller PID Controller (Kendali PID) adalah suatu alat untuk mengatur nilai keluaran desain kendali yang telah dibuat. Terdapat 3 tombol pengatur yaitu Kp, Ti dan Td dan dapat diatur secara manual sesuai dengan yang diinginkan. - Modul Motor DC Modul Motor DC ini akan menggerakkan motor apabila diberi Supply, kecepatan putar motor akan bervariasi sekitar 1000 rpm / 1V dan akan berputar searah jarum jam apabila diberi supply V(+) juga akan berputar berlawanan arah jarum jam apabila siberi supply V(-).
- 4. III. Alat danKomponen - Plant Pengendali Kecepatan Motor … 1 set - Arduino … 1 unit - Arduino IDE Environment - Software Makerplot - LCD Shield untuk Arduino … 1 unit - Potensiometer 50kΩ … 1 unit - Probe dan kabel penghubung … Secukupnya IV. Langkah Kerja (Melihat Respon Kendali Plant Motor Melalui Makerplot) 1. Menge-cek dan memastikan kondisi setiap alat dan modul baik 2. Menghubungkan setiap blok sebagai berikut : Gambar-2 Blok diagram untuk stand alone controller 3. Membuat program pada Arduino IDE untuk melihat respon plant dengan software Makerplot. 4. Mengatur nilai Kp, Ti dan Td hasil desain kendali PID(ZN-1 ataupun CC) sebelumnya pada program Arduino IDE kemudian mengupload program ke modul Arduino. 5. Membuka software Makerplot kemudian menghubungkan Arduino dan plant ke PC dengan koneksi serial (seperti gambar-2) dan mengamati respon yang ditampilkan makerplot. 6. Jika hasil respon belum baik maka mengatur kembali secara manual nilai Kp, Ki dan Kd pada program kemudian mengulangi langkah 4 & 5 sehingga diperoleh respon terbaik. (Melihat Respon Kendali Plant Motor Melalui LCD) 7. Menghubungkan LCD shield ke Arduino dan menghubungkan Arduino ke plant seperti gambar berikut :
- 5. 8. Mengatur nilaiKp, Ti dan Td hasil desain kendali PID(ZN-1 ataupun CC) sebelumnya pada program Arduino IDE kemudian mengupload program ke modul Arduino. 9. Mengamati respon PV terhadap SP pada layar LCD, apabila nilai PV = SP maka desain kendali yang dimasukkan pada embedded system (Arduino) telah baik. V. Hasil Pengamatan Program Arduino untuk menampilkan respon kendali pada Makerplot :
- 6. Hasil DesainKendali PID Metode ZN-1 dari praktikum sebelumnya : Gambar 2 Hasil penunjukkan respon desain kendali sebelumnya melalui Makerplot Terlihat bahwa masih terdapat overshoot yang besar sehingga perlu dilakukan tuning manual dengan mengurangi nilai Kp pada program Arduino sebagai berikut : Gambar 3 Hasil penunjukkan respon desain kendali (tuning ke-1) melalui Makerplot Kp Ti Td 70 0.3 0.0002 Kp Ti Td 40 0.3 0.0002
- 7. Terlihat bahwamasih terdapat overshoot yang besar sehingga perlu dilakukan tuning manual dengan mengurangi nilai Kp, menaikkan Ti dan menurunkan Td untuk mengurangi settling time pada program Arduino sebagai berikut : Gambar 4 Hasil penunjukkan respon desain kendali (tuning ke-2) melalui Makerplot Terlihat bahwa respon PV (garis warna merah) terhadap SP(garis warna hitam) sudah cukup baik sehingga proses tuning manual dicukupkan. Hasil Desain Kendali PID Metode Cohen Coon (PI Controller) dari praktikum sebelumnya : Kp = 50; Ti = 0.3 Gambar 5 Hasil penunjukkan respon desain kendali CC sebelumnya melalui Makerplot Kp Ti Td 40 0.3 0.0002
- 8. Terlihat bahwamasih terdapat overshoot sehingga diperlukan manual dengan cara mengurangi Kp dan Ti pada program Arduino sebagai berikut: Kp = 7 ; Ti = 0.15 Gambar 6 Hasil penunjukkan respon desain kendali CC(tuning ke-1) melalui Makerplot Terlihat bahwa respon PV (garis warna merah) terhadap SP (garis warna hitam) sudah cukup baik sehingga proses tuning manual dicukupkan.
- 9. Program Arduinountuk menampilkan respon kendali pada LCD (Pure Stand Alone Controller) :
- 10. Hasil DesainKendali PID Metode ZN-1 dari praktikum sebelumnya : Gambar 7 Pure Stand Alone Controller Gambar 7 Hasil Pengamatan respon PV terhadap SP melalui LCD (1) SP = 2090 Rpm PV = 2030 Rpm %error = = 2.87% Kp Ti Td 70 0.3 0.0002
- 11. Gambar 8 HasilPengamatan respon PV terhadap SP melalui LCD (2) SP = 1350 Rpm PV = 1320 Rpm %error = = 2.22% Terlihat bahwa PV terhadap SP sudah cukup baik walaupun masih terdapat error (perbedaan atau selisih antara PV dengan SP) sekitar 2%. VI. Analisis Fungsi Pin-pin pada Arduino (Stand Alone Controller) yang terhubung ke Plant Kendali Kecepatan Motor : - A0, digunakan sebagai Set point dengan cara mengkoneksikannya dengan Potensiometer. - A5, digunakan sebagai detektor Respon dari sensor plant. - PIN 6, digunakan sebagai keluran Arduino yang digunakan untuk menjalankan plant. Modul set point tidak digunakan karena set point menggunakan potensiometer yang terhubung ke analog input arduino yang dapat diubah nilai tegangannya dari 0 – 5v. Modul PID analog tidak sepenuhnya digunakan, karena modul tersebut hanya digunakan parameter Kp nya saja, disebabkan keluaran dari Arduino terbatas yaitu 0 - 5V sedangkan tegangan yang masuk ke penguat daya harus memiliki range 0 – 10V oleh karena itu harus dikalikan 2 dengan menggunakan gain yang ada di PID analog.
- 12. Perbandingan hasildesain kendali digital menggunakan motode ZN-1 dengan Cohen- Coon pada Plant Kendali Kecepatan Motor : Gambar-9 ZN-1 Gambar-10 CC (Kp = 40, Ti=0.3, Td=0.0002) (Kp = 7 ; Ti = 0.15) Terlihat bahwa desain kendali PID dengan ZN-1 terdapat overshoot yang lebih besar dibandingkan dengan desain kendali PI dengan Cohen Coon sehingga untuk plant kendali kecepatan motor ini desain kendali PI Cohen Coon lebih baik dan tepat untuk digunakan. VII. Kesimpulan Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa : Untuk dapat melihat respon kendali suatu plant dapat digunakan aplikasi interfacing salah satunya dengan Software Makerplot. Stand alone controller merupakan sistem yang mampu menampilkan hasil atau respon desain kendali PID suatu plant tanpa memerlukan lagi Komputer atau PC. Untuk Plant Kendali Kecepatan Motor, desain kendali digital PID yang lebih baik dan tepat untuk digunakan yaitu metode Cohen Coon PI controller.