1. Kontroler
Kontroler
seringkali juga disebut dengan istilah kompensator, pengendali ataupun penapis.
Kontroler adalah suatu sistem dinamis yang sengaja ditambahkan untuk
mendapatkan karakteristik sistem keseluruhan yang diinginkan. Fungsi kontroler
otomatis pada umumnya adalah
sebagai berikut:
1)
Membandingkan nilai masukan dan keluaran
sistem secara keseluruhan (plant).
2)
Menentukan penyimpangan.
3)
Menghasilkan sinyal kontrol (mengurangi
penyimpangan menjadi nilai nol/ nilai yang kecil).
Cara bagaimana kontroler otomatis menghasilkan sinyal kontrol disebut Aksi
Kontrol
Adapun tujuan kontrol secara khusus adalah sebagai berikut:
1)
Meminimumkan error steady state.
2)
Meminimumkan settling time.
3)
Mencapai spesifikasi transien yang lain,
mis : meminimumkan maximum overshoot.
Aksi kontrol dasar yang sering digunakan dalam kontroler analog industri
adalah:
- Kontroler dua posisi atau
"on-off"
- Kontroler proporsional (P)
- Kontroler integral (I)
- Kontroler proporsional + integral
(PI)
- Kontroler proporsional + turunan
(PD)
- Kontroler proporsional + integral +
deferensial (PID)
Pengetahuan mengenai karakteristik dasar berbagai aksi kontrol dasar
tersebut sangat penting bagi ahli kontrol, selanjutnya keenam aksi kontrol
tersebut akan dibahas.
Aksi kontrol dua posisi atau "on-off"
Dalam sistem kontrol dua posisi, elemen pembangkit hanya mempunyai dua
posisi tertentu yaitu on dan off. Kontrol dua posisi atau on-off relatif
sederhana dan tidak mahal, sangat banyak digunakan dalam sistem kontrol
industri maupun domestik. Diagram balok kontroler on-off tersebut dapat dilihat
dalam Gambar 1.1, dimana
u(t) = U1 untuk e(t) > 0
= U2 untuk e(t) < 0
dengan U1 dan U2 konstan. Nilai minimum U2
biasanya nol atau –U1. Kontroler dua posisi umumnya merupakan
perangkat listrik dan sebuah katub yang dioperasikan dengan selenoida.
![]() |
Gambar 1.1 Diagram balok kontroler on-off |
Aksi kontrol proporsional (P)
Pada kontroler dengan aksi kontrol proporsional (lihat Gambar 1.2),
hubungan antara masukan kontroler u(t) dan sinyal pembangkit kesalahan e(t)
adalah
dengan Kp merupakan suku penguatan proporsional. Apapun mekanisme
kontroler proporsional pada dasarnya merupakan suatu penguat dengan penguatan
yang dapat disetel.
![]() |
Gambar 1.2 Diagram Balok Kontroler Proporsional (P) |
Aksi kontrol integral (I)
Pada kontroler dengan aksi kontrol integral (lihat Gambar 1.3),
nilai masukan kontroler u(t) diubah pada laju proporsional dari sinyal
pembangkit kesalahan e(t).
![]() |
Gambar 1.3 Diagram Balok Kontroler Integral (I) |
Sehingga
dengan Ki adalah konstanta yang dapat diubah.
Untuk pembangkit kesalahan nol, nilai u(t) tetap konstan. Aksi kontrol
integral biasa disebut dengan kontrol reset.
Aksi kontrol proporsional +
integral / proporsional integral (PI)
Aksi kontroler
proporsional integral (lihat Gambar 1.4), didefinisikan dengan persamaan
berikut
![]() |
Gambar 1.4 Diagram Balok Kontroler Proporsional Integral (PI) |
Adapun fungsi alihnya
adalah sebagai berikut:
dengan Kp penguatan
proporsional dan Ti disebut waktu integral, yang keduanya dapat
ditentukan. Waktu integral mengatur aksi kontrol internal sedangkan perubahan
nilai Kp berakibat pada pada bagian aksi kontrol proporsional maupun
integral.
Aksi Kontrol proporsional +
turunan / proporsional diferensial (PD)
Aksi kontroler proporsional
diferensial (lihat Gambar 1.5), didefinisikan dengan persamaan
berikut
![]() |
Gambar 1.5 Diagram Balok Kontroler Proporsional Differensial (PD) |
Fungsi alihnya adalah sebagai berikut:
dengan Kp adalah penguatan proporsional dan Td adalah
konstanta yang disebut waktu turunan, keduanya dapat ditentukan.
Kontoler turunan atau deferensial tidak pernah digunakan sendiri, karena hanya
efektif selama periode transien.
Aksi kontrol proporsional +
integral + turunan / proporsional integral diferensial (PID)
Aksi kontroler
proporsional diferensial integral (lihat Gambar 1.6), didefinisikan dengan persamaan
berikut:
![]() |
Gambar 1.6 Diagram Balok Kontroler Proporsional Integral Differensial (PID) |
Sedangkan fungsi alihnya
adalah sebagai berikut:
dengan Kp penguatan proporsional, Ti waktu integral dan Td
waktu turunan.
Kombinasi ini mempunyai keuntungan dibandingkan masing-masing kontroler,
biasanya dengan kontroler ini didapatkan overshoot yang rendah, cepat mencapai steady state (keadaan mantap) dan error steady state (kesalahan keadaan
mantap) yang kecil bahkan nol.
Selain aksi kontrol
seperti yang telah disebutkan di atas, juga dikenal kompensator lead atau lag
dan kompensator lag-lead. Kompensator lead yang juga disebut dengan kompensator
mendahului, sedangkan kompensator lag merupakan kompensator tertinggal.
Jika suatu kompensator
diperlukan untuk memenuhi spesifikasi performansi, maka perancang harus
merealisasikan suatu perangkat fisik yang mempunyai fungsi alih tertentu
sebagai kompensator. Kompensator biasanya merupakan perangkat listrik,
pneumatik, hidraulik, atau kombinasinya dan terdiri dari rangkaian RC (listrik,
mekanik, pneumatik, atau hidrolik) dan penguat.
Rangkaian penguat
operasional yang mungkin digunakan sebagai kompensator dapat dilihat dalam
Tabel 1.1.
![]() |
Tabel 1.1 Rangkaian Penguat Operasional sebagai Kompensator |
2 Prosedur Perancangan
Bagian terpenting dalam merancang sistem kontrol adalah menyatakan
spesifikasi performansi secara tepat sedemikian rupa sehingga akan didapatkan
sistem kontrol sesuai dengan tujuan yang diinginkan.
Pendekatan yang digunakan
adalah merancang dan mengkompensasikan sistem kontrol linier parameter konstan
satu masukan satu keluaran. Kompensasi merupakan pengaturan suatu sistem agar
spesifikasi yang diinginkan dipenuhi.
Pendekatan coba-coba dalam
merancang sistem adalah dengan menyusun model matematik sistem kontrol dan
mengatur parameter kompensator. Pengecekan spesifikasi performansi dengan
analisis untuk setiap pengaturan parameter memerlukan waktu yang lama.
Setelah model matematik
didapat, perancang harus membuat prototipe dan menguji sistem loop terbukanya.
Jika kestabilan mutlaknya terjamin, perancang lalu menutup loop tersebut dan
menguji performansi sistem loop tertutup yang didapat. Karena pengabaian efek pembebanan
pada komponen-komponennya, ketidaklinieran dan sebagainya yang tidak
diperhitungkan pada awal perancangan, maka performansi sistem yang sebenarnyan
kemungkinan berbeda dari ramalan teoritisnya. Sehingga dalam perancangan
pertama kemungkinan belum memenuhi semua persyaratan performansi. Dengan
coba-coba perancang harus mengubah prototipe tersebut sampai sistem yang
diperoleh memenuhi spesifikasi yang diinginkan. Dalam menyelesaikan ini,
perancang harus menganalisis setiap percobaan, dan hasil analisisnya harus
digunakan pada percobaan berikutnya. Perancang harus melihat bahwa sistem akhir
yang diperoleh memenuhi spesifikasi performansi, andal dan ekonomis.
Pada umumnya diinginkan
bahwa sistem yang dirancang harus menghasilkan kesalahan-kesalahan sekecil
mungkin dalam menanggapi sinyal masukan. Dalam hal ini, redaman sistem harus
wajar dan dinamika sistem harus relatif tidak sensitif terhadap perubahan kecil
dalam parameter sistem. Gangguan-gangguan yang tidak diinginkan harus dapat
diperlemah dengan baik.
(sumber: diktat konsep sistem kontrol : Ir Erni
Yudaningtyas,M.T)
0 komentar:
Posting Komentar