[el3215]_[1]_[13215012].pdf

MODUL 1 I/O DASAR Adrian Cahyadi (13215012) Asisten: Amirah Ayu M F Tanggal Percobaan: 14/02/2019 EL3215 - Praktikum Sistem Kendali

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB Abstrak Pada Modul 1 praktikum akan dikenalkan tentang konsep pemodelan untuk pengendalian motor DC pada sistem MS150. Dilakukan pengenalan komponen pada sistem seperti power supply, attenuator, Op Amp, tachogenerator, dan PID unit. Dilakukan pemodelan dengan mengambil karakteristik fisik melalui pengukuran dimana akan ditentukan resistansi, induktansi, konstanta back emf, konstanta torsi, koefisien gesekan, dan momen inersia. Dilakukan juga pemodelan secara grafis. Hasil percobaan berupa kesesuaian kerja motor terhadap fungsi transfer. Kata kunci: Pemodelan, Motor DC, Modular Servo System MS-150 1.

PENDAHULUAN

Dalam dunia kendali, diperlukan adanya model matematis dari suatu sistem agar memudahkan proses pengendalian. Dalam modul ini akan dipahami konsep pemodelan untuk motor DC pada modular servo system MS-150. Agar pemahaman dari konsep pemodelan ini dapat tercapai, maka tujuan dari praktikum ini adalah: a.

Memahami sistem dan komponen sistem MS-150.

b.

Mengenal kegunaan dan karakteristik alatalat praktikum MS-150.

c.

adalah bagian yang tidak bergerak (statis) dan rotor adalah bagian yang berputar. Agar motor DC bisa dikendalikan dengan suatu pengendali tertentu, terlebih dahulu perlu diketahui karakteristik-karakteristik apa saja yang dimiliki oleh motor tersebut. Pemodelan merupakan salah satu proses untuk mengetahui model matematika dari suatu sistem yang akan dikendalikan. Sebelum merancang pengendali motor, langkah pertama yang harus dilakukan adalah menurunkan persamaan model dinamika dari motor dalam bentuk fungsi transfer. Setelah melakukan pemodelan ke dalam fungsi transfer dan disederhanakan, didapatkan persamaan fungsi transfer untuk motor DC secara umum sebagai berikut:

2.2

Memahami model rangkaian motor DC secara umum.

d. Mendapatkan parameter-parameter model sistem MS-150. e.

2. 2.1

Mendapatkan fungsi transfer model sistem MS-150.

STUDI PUSTAKA MOTOR DC

Motor adalah mesin yang berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi gerakan mekanik rotasional. Motor DC sendiri merupakan salah satu jenis motor yangmenggunakan energi listrik arus searah atau direct current untuk kemudian diubah menjadi gerakan rotasional. Motor DC terdiri dari stator dan rotor. Stator

MODULAR SERVO SYSTEM MS-150

Modular Servo System MS -150 merupakan suatu sistem modular buatan FEEDBACK yang akan digunakan dalam praktikum ini. MS-150 terdiri dari:

3.

•

unit Op-Amp

•

unit Attenuator AU-150B

•

unit Pre-Amp

•

Servo Amplifier SA-150D

•

Power Supply PS-150E

•

Motor DC dan Tachogenerator MT-150F

•

Potensiometer Input IP-150H

•

Potensiometer Output OP-150K

•

Load Unit (berupa rem magnetic dan lempeng inersia)

OA-150A

PA-150C

METODOLOGI

Peralatan yang digunakan selama praktikum : a.

Modular Servo System MS-150

b.

Multimeter

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

1

c.

Menjalankan Motor

Osiloskop/recorder XY

d. Kabel jumper e.

Stopwatch

Adapun percobaan yang dilakukan adalah sebagai berikut:

3.1

PENGENALAN ALAT

Persiapan

Pasang tiap unit dalam baseplate magnetik

Unit yang tidak terpakai tidak dihubungkan pada catu daya

Hubungkan PS150E - AU150B SA150D - MT150F dengan keluaran AU pada terminal 1 input SA

Ubah perlahan posisi potensio sampai motor mulai bergerak

Ulangi langkah tapi keluaran AU dihubungkan pada terminal 2 input SA

Ulangi langkah tapi keluaran AU berupa tegangan DC negatif Unit Op-Amp

Hubungkan unit PS-150E dengan sumber tegangan jala-jala 220 V Unit Power Supply dan Attenuator Ukur tegangan keluaran PS-150E, pastikan sesuai spesifikasi

Hubungkan AU-150B dengan PS-150E sehingga keluaran AU berupa tegangan DC dengan variabel 0 -15 V pada skala 10

Beri catu daya pada OU-150A, selektor feedback posisi penjumlah

Hubungkan PS150E - AU150B OU150A - SA150D - MT150F , Output AU tegangan DC positif

Ulangi langkah dengan output AU tegangan DC negatif Tachogenerator

Dapatkan hubungan posisi potensio dengan tegangan keluaran dengan mengambil beberapa data, gambarkan hasil

Pasang lempengan alumunium tipis pada sumbu tambahan motor kemudian jalankan motor

Hitung waktu yang dibutuhkan sumbu tambahan untuk berputar 30 kali, ukur tegangan tachogenerator

Ulangi langkah dengan berbagai macam input, plot karakteristik dan tentukan nilai Ktcg

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

2

PID Unit

Sama seperti percobaan resistansi motor namun tanpa pembebanan

Set unit PID-150Y agar menghasilkan proporsional penguatan 1 kali, ubah besaran potensio

Jalankan motor hingga keadaan tunak (steady state)

Set unit PID-150Y pada mode proportional integral dengan proportional 1x integral 0.4 s

Set unit PID-150Y pada mode proportional derivative dengan proportional 1x dan derivative 10 ms 3.2

PENGUKURAN FUNGSI TRANSFER MELALUI PENGUKURAN FISIK

Penentuan Resistansi Motor Hubungkan PS150E AU150B - OU150A- SA150D MT150F

Ubah kedudukan potensio sampai motor berputar pada putaran rendah (Vtcg ~ 5V)

Bebani motor dengan rem magnetik sampai tidak berputar, catat arus

Ulangi langkah dengan nilai tegangan yang berbeda Penentuan Induktansi Motor Sama seperti percobaan sebelumnya namun keluaran AU berupa tegangan AC

Ulangi langkah dengan nilai tegangan berbeda

Ukur Vm, Im, dan tegangan tachogenerator, ulangi langkah untuk tegangan berbeda Penentuan Konstanta Torsi Dengan menggunakan rumus dan data dari percobaan akan didapatkan nilai dari konstanta torsi Kt. Penentuan Koefisien Gesekan Dengan menggunakan rumus dan data dari percobaan akan didapatkan nilai dari koefisen gesekan Dm. Penentuan Momen Inersia Diperoleh dengan melalui respon waktu tegangan tachogenerator terhadap masukan step. Digunakan juga data dari percobaan.

3.3

PENENTUAN FUNGSI TRANSFER SECARA GRAFIS

Dengan menggunakan data dari percobaan sebelumnya maka didapatkan nilai yang dibutuhkan dan dimasukkan kedalam persamaan untuk mendapatkan fungsi transfernya.

4.

HASIL DAN ANALISIS

4.1

PENGENALAN ALAT

Unit Power Supply dan Attenuator Pada percobaan ini akan dilihat hubungan potensio dengan tegangan dan didapatkan hasil sebagai berikut: Skala Potensio

Output Tegangan

0 derajat

0

180 derajat (1/2 putar)

7.5 V

360 derajat (max)

14.81 V

Induktansi didapatkan melalui perhitungan dengan menggunakan rumus Penentuan Konstanta Back-emf Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

3

Tachogenerator

Hubungan Potensio - Tegangan

Dilakukan pengukuran terhadap komponen tachogenerator pada 30 putaran sumbu tambahan dan didapatkan hasil sebagai berikut:

14,81

16 14

Vm (V)

Vtcg (V)

Waktu (s)

W (rad/s)

4.84

1.1

114

49.6

6

5.53

2.86

50.6

111.7

4

6.07

4.06

35.8

157.95

Tegangan

12 10 7,5

8

2

0

Dan dilakukan plot grafik tegangan Vtcg terhadap putaran W dan didapatkan hasil:

0 0

0,5

1

Skala putar

Hubungan Vtcg - W

Gambar 4.1 Plot Hubungan Antara Potensio dengan Tegangan

Tegangan Vtcg (V)

5

Didapatkan hasil yang cukup linear untuk ukuran tiga data. Hubungan antara potensio dengan tegangan adalah berbanding lurus. Menjalankan Motor Pada percobaan ini akan dijalankan motor dengan 2 jenis input pada servo amplifier dengan tegangan dc positif dan negative. Akan diamati perbedaan yang terjadi terhadap arah putar motor. Hasil yang didapatkan adalah sebagai berikut: Input

Arah Gerak Motor

Input 1

Counter Clockwise

Input 2

Clockwise

4,06

4 2,86 3 2

1,1

1

0

0 0

49,6

117,6

157,95

putaran motor (rad/s) Dapat dilihat bahwa semakin besar Vtcg maka semakin cepat putaran motor, juga dapat dicari konstanta tachogenerator Ktcg = 0,0245. PID Unit DIperoleh hasil sebagai berikut:

Pada tegangan negative, motor tidak berjalan pada input 1 ataupun 2, hal ini membuktikan motor tidak bisa berjalan pada tegangan negative. Hal ini disebabkan pada servo amplifier terdapat transistor yang baru akan bekerja ketika mendapat supply tegangan positif. Dari hasil percobaan didapatkan kesimpulan bahwa servo amplifier mengatur arah gerak motor bergantung pada terminal input mana yang kita masukkan. Unit Op-Amp Dilakukan pemasangan unit Op-Amp pada percobaan ini dan menghasilkan input tegangan positif dari supply tidak membuat motor bekerja sedangkan input negative dapat menggerakkan motor, dapat disimpulkan bahwa Op-Amp yang digunakan adalah Op-Amp Inverting.

•

Untuk P controller, makin tinggi tegangan makin cepat putaran motor

•

Untuk PI controller, tegangan rendah sudah membuat motor berjalan cepat (akselerasi cepat) namun sulit mencapai kestabilan karena error terakumulasi dari awal

Untuk PD controller, motor bergerak dengan ada percepatan yang lebih lambat dari PI namun cepat mencapai kestabilan

4.2

FUNGSI TRANSFER MELALUI PARAMETER FISIK

Resistansi Motor Didapatkan hasil pengukuran sebagai berikut:

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

4

Vm (V)

Im (A)

R ( Ohm)

5.23

1

5.23

5.55

1.1

5.05

6.22

1.2

5.183

Dengan data diatas diambil rata-rata resistansi untuk rangkaian ini adalah 5.14 Ohm. Induktansi Motor

∆ y = 3.94

Didapatkan hasil pengukuran sebagai berikut:

∆ u = 5.8

Vm (V)

Im (A)

Zm (Ohm)

5.64

1

5.64

= 2.28 0.63 ∆y = 4.36 Jm = Dm x = 2.18 x 10-4

Dan dengan menggunakan rumus 𝐿𝑚 =

Dengan keterangan (sesuai pada modul)

4.3

√𝑍𝑚2 − 𝑅𝑚2 2𝜋𝑓

FUNGSI TRANSFER SECARA GRAFIS

Fungsi transfer dapat ditentukan secara grafis dengan persamaan :

Didapatkan Lm = 0,147 H Penentuan Konstanta Back-emf Didapatkan hasil pengukuran sebagai berikut: Vm (V)

Im (A)

Vtcg (V)

Vb (V)

W (rad/s)

Km

5.02

0.8

2.05

0.9

83.67

0.01

Dari persamaan didapatkan nilai K = 0.0166 Adapun fungsi transfer motor adalah 𝜔𝑚 (𝑠) 𝐾 0.0166 = = 𝑉𝑚 (𝑠) 𝜏𝑠 + 1 2.28𝑠 + 1

Vb didapatkan dari persamaan Vb = Vm – Im.Rm W didapatkan dari persamaan W = Vtcg / Ktcg

5.

Ktcg didapatkan dari percobaan sebelumnya Km didapatkan dari Km = Vb/W Penentuan Konstanta Torsi Menggunakan persamaan kekekalan energi dan data dari percobaan sebelumnya didapatkan Kt = Km = 0.01 Penentuan Koefisien Gesekan

KESIMPULAN •

Motor dapat bergerak ketika diberikan supply tegangan positif

•

Controller PID memiliki karakteristik masing masing untuk P, PI dan PD

•

Pemodelan fungsi transfer dapat dilakukan melalui pengukuran parameter fisik dan fungsi grafis

DAFTAR PUSTAKA

Dengan menggunakan persamaan Dm dan data dari percobaan sebelumnya didapatkan

[1]

Nugroho, Sabstian A., dkk. , Petunjuk Praktikum Sistem Kendali, ITB, Bandung, 2019

Dm = 9.561 x 10-5 Penentuan Momen Inersia Hasil yang dimunculkan osiloskop adalah sebagai berikut:

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

5