ELEKTRO INDONESIA - Edisi ke Enam

ELEKTRO INDONESIA                  Edisi ke Enam, Februari 1997

INSTRUMENTASI

Sistem Kontrol Digital PID untuk Kecepatan Motor DC dengan Mikrokontroller 8032

Bernadus E.F da Silva, Soebijantoro, Tri Surawan.

Jurusan Fisika Unversitas Indonesia Abstrak Sistem kontrol adalah kumpulan yang dirangkaiakan untuk mengatur energi masukan sehingga memperoleh keluaran yang diinginkan . Penggunaan aksi kontrol Proporsional, Integral dan Diferensial ( PID ) dengan tujuan memperbaiki tanggapan sistem yaitu dengan memanfaatkan keuntungan masingmasing pengatur. Dengan menggunakan PWM, maka motor DC dapat diatur kecepatannya dengan kerugian daya yang sangat kecil dibandingkan dengan pengaturan menggunakan tehanan depan . Konstanta motor DC pada percobaan ini Km = 31363.96518 rad/detik/volt dan Tm = 1.449 detik. Percobaan ini menggunakan waktu sampling T = 0.0065 detik. Pada saat awal motor dihidupkan dan setelah mendapat gangguan dari luar, kecepatan motor memiliki kenaikan yang cukup besar. Penggunaan bilangan floating point pada prose s PID dapat mengatasi keterbatasan pro se sor yang menggunakan 8 bit untuk bilangan yang sangat besar dan sangat kecil.

Pendahuluan

Sistem kontrol berumpan balik banyak diterapkan pada industri dan masyarakat modern [1]. Sistem kontrol yang diwujudkan ini meliputi pengendalian kecenatzn motor DC dengan menggunakan mibrokontroler 8032. Agar sistem kontrol memihkl penampilan keluaran yang baik maka diterapkan aksi kontrol proporsional, Integral dan Diferensial (PID) [3]. Supaya penggunaan daya motor DC lebih efisien maka digunakan teknik Pulse Width Modulation (PWM) yaitu cara pengalihan daya dengan menggunakan sistem lebar pulsa untuk mengemudikan kecepatan putaran motor DC.

Rangkaian Pengontrol

Komponen utama dari rangkaian pengontrol adalah mikrokontroler 8032 sebagai unit pemroses sentral. Prosessor ini tidak memiliki EPROM internal, sehingga untuk penyimpanan program dilakukan pada EPROM eksternal. Untuk penyimpanan data, prosesssor ini mempunyai RAM internal dengan kapasitas 256 byte. Komponen komponen pendukung prosessor ini adalah EPROM 2764 sebagai tempat menyimpan program dan latch 74HCT373 yang berfungsi untuk melakukan latch terhadap alamat yang dikeluarkan oleh prosessor [2] Pulsa pulsa frekuensi yang dihasilkan oleh encoder dari putraran poros motor dihubungkan dengan T0 dari 8032, yaitu input eksternal dari counter 0. Sedangkan T1 diprogram sebagai penyimpan data biner yang akan dirubah menjadi PWM dan T2 diprogram sebagai tempat penyimpanan waktu sampling.

Rangkaian Pengendali Motor DC

Fungsi rangkaian ini adalah untuk memproses keluaran PWM dari prosessor 8032 untuk mengendalikan kecepatan motor DC. Agar lebih efisien dalam pengoperasiannya, digunakan empat transistor daya pada rangkaian jembatan Wheatstonr. Transistor yang digunakan adalah TIP 29 ( Jenis NPN ) dan TIP 30 (jenis PNP ) [3]. Penggunaan diode yang dihubungkan dengan ground dimaksudkan untuk mencegah tegangan induksi dan hentakan tegangan kolektor emitor. Pada rangkaian tersebut digunakan gerbang NAND 4011 dan gerbang NOT Schmitt Trigger 40106 yang terbuat dari CMOS.

Software Sistem Kontrol

Spesifikasi fungsional software yang didisain dapat ditentukan melalui fungsi input/output program. Program ini ditulis dalam bahasa asembly 8032. Program dimasukan ke EPROM dengan menggunakan EPROM Writer. Flowchart untuk keseluruhan program adalah sebagai beikut:

Gm(z) = K • T
X mz - Tm+T

sehingga: z + ( Tm+T ) / Im = z + ( 0.995 )

jika dimasukan sm 1.449 detik, maka T = 0.0065 detik. dengan demikian persamaan yang dimasukan ke EPROM adalah:

C(z) 0,512 z 2 + 2,755 z + 1,439
	R(z)( z -  1,847 z  - 1,397 )

Keluaran sistem kontrol untuk kecepatan mator nn ini :l2Rleh >~A~ ~=1_ berikut:

Dari grafik di atas ternyata hasil kontrol tidak seperti hasil simulasinya. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai keadaan kesetimbangan antara kecepatan motor yang dikontrol PID dan yang tidak dikontrol hampir sama. Namun demikian pada motor yang dikontol denagna PID memiliki kenaikan kecepatan yang cukup besar pada saat awal motor dihidupkan dan pada saat setelah motor mendapat gangguan dari luar . Dengan demikian sistem kontrol dapat memberikan perbaikan respon Untuk menyelesaikan analisis sitem kontrol digunakan tranformasi Z. Langkah pertama yang ditempuh adalah menentukan kedudukan akar dimana sistem akan stabil. Dalam hal ini dialkukan estimasi dan simulasi. Persamaan yang diperoleh dari hasil simulasi dan merniliki keluaran yang stabil adalah:

C(z) 0,512 z 2 + 2,755 z + 1,439
-----   --------------   	              -----
R(z)	zj - 0,34 zZ - 0,48 z - 0.0293

yang memiliki akar akar karakteristik:

Z1 = 0.578

persamaan open loopnya:

	Z2 = 0,05	        Z3 = 0,859

	C(z)	_	0,512 Z 2 + 2,755 z + 1,439
	R(z)		( z:~ - 1,847 z - 1,397 ) ( z  - 0.995 )

Fungsi alih sistem motor DC dan beban adalah:

Gm(z~= 1.188 z - 0.0995

sehingga untuk mendapatcan waktu sampling dengan menurunkan fungsi alih motor DC:

Mencari konstanta konstanta pada motor DC
fungsi alih motor DC adalah sebagai berikut:

(t)(S3 = Km Ea(s) Tm.s+ 1

Dari fungsi alih tersebut b 'a d .jadil~an .;ungsi waktu menjadi:

o (t) = K . e

dimana: K = Km.V
V = tegangan motor DC

Dari hasil percobaan dan dilakukan perhitungan regresi didapatkan:

xm = 1.449 detik
Km = 31363.96518 rad / det/ volt

Grafik yang diperoleh dari hasil perhitungan regresi adalah:

Analisis Respon Time

Diagram blok dari sistem kontrol kecepatan motor DC adalah:

transien kecepatan terutama pada saat awal motor dihidupkan dan sewtelah terjadi ganguan beban pada motor.

Resensi

Dorf C Richard, "Sistem Pengaturan," Penerbit Erlangga, Jakarta, 1983
Majalah Elektron, No. 37 dan No. 42, Bandung 1990
Gayakwad R. Sokolof A, "Analog and Digital Contol Systems", Printece Hall, NewJersey, 1988

[Sajian Utama] [Sajian Khusus] [Profil Elektro]
[KOMPUTER] [TELEKOMUNIKASI] [KENDALI] [ENERGI] [ELEKTRONIKA] [PII NEWS]

Please send comments, suggestions, and criticisms about ELEKTRO INDONESIA.
Click here to send me email.

[Edisi Sebelumnya]