Instrumen Lab b105 Its

1 NOVEMBER 2010

Tugas 01: Riset Laboratorium 1

M. Nur Qomaruddin, Fajar Shodiq Edi Kurniawan

STUDI INSTRUMEN LABORATORIUM B105 JURUSAN TEKNIK ELEKTR0 – SISTEM PENGATURAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

1 NOVEMBER 2010 [STUDI INSTRUMEN LABORATORIUM SP B105]

Tugas: Riset Laboratorium 1 2

Daftar Isi

STUDI 1 INSTRUMEN PENGATURAN TEKANAN DAN KECEPATAN ALIR ........................................................ 4

1.1. PENGANTAR ......................................................................................................................................... 4

1.2. KOMPONEN SISTEM ............................................................................................................................... 4

1.3. PERMASALAHAN .................................................................................................................................... 6

1.4. SISTEM PENGATURAN ............................................................................................................................. 6

1.5. RISET YANG SUDAH DIKERJAKAN ............................................................................................................... 7

STUDI 2 INSTRUMEN PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC ..................................................................... 8

2.1. PENGANTAR ......................................................................................................................................... 8

2.2. KOMPONEN SISTEM ............................................................................................................................... 8

2.3. PERMASALAHAN .................................................................................................................................... 9

2.4. SISTEM PENGATURAN ........................................................................................................................... 10

2.5. RISET YANG SUDAH DIKERJAKAN ............................................................................................................. 11

STUDI 3 INSTRUMEN PENGATURAN PROSES MANUFAKTUR .................................................................... 11

3.1. PENGANTAR ....................................................................................................................................... 12

3.2. KOMPONEN SISTEM ............................................................................................................................. 12

3.3. PERMASALAHAN .................................................................................................................................. 13



STUDI 4 INSTRUMEN PENGATURAN PENDULUM TERBALIK ...................................................................... 14

4.1. PENGANTAR ....................................................................................................................................... 14

4.2. KOMPONEN SISTEM ............................................................................................................................. 15

4.3. PERMASALAHAN .................................................................................................................................. 15



STUDI 5 INSTRUMEN PENGATURAN LEVEL ............................................................................................... 18

5.1. PENGANTAR ....................................................................................................................................... 18

5.2. KOMPONEN SISTEM ............................................................................................................................. 18

5.3. PERMASALAHAN .................................................................................................................................. 19



STUDI 6 INSTRUMEN PENGATURAN TEMPERATUR .................................................................................. 21

6.1. PENGANTAR ....................................................................................................................................... 21

6.2. KOMPONEN SISTEM ............................................................................................................................. 21

6.3. PERMASALAHAN .................................................................................................................................. 23



STUDI 7 MESIN MOBIL MITSUBISHI .......................................................................................................... 24

7.1. PENGANTAR ....................................................................................................................................... 24

7.2. KOMPONEN SISTEM ............................................................................................................................. 25

7.3. PERMASALAHAN .................................................................................................................................. 26



STUDI 8 AIR VEHICLE ................................................................................................................................ 28

8.1. PENGANTAR ....................................................................................................................................... 28

8.2. KOMPONEN SISTEM ............................................................................................................................. 28



8.3. PERMASALAHAN .................................................................................................................................. 29



STUDI 9 BOE-BOT..................................................................................................................................... 32

9.1. PENGANTAR ....................................................................................................................................... 32

9.2. KOMPONEN SISTEM ............................................................................................................................. 32

9.3. PERMASALAHAN .................................................................................................................................. 33





STUDI 1 INSTRUMEN PENGATURAN TEKANAN DAN KECEPATAN

ALIR

Gambar 1 Instrumen FeedBack: Pressure Process Rig 38 - 714

1.1. Pengantar

Instrumen yang ditunjukkan pada Gambar 1 adalah Pressure Process Rig 38 - 714 dari

Feedback. Instrumen ini merupakan peralatan laboratorium yang berguna sebagai alat

peraga dan simulasi untuk penelitian yang terkait dengan pengaturan tekanan (pressure) dan

kecepatan alir (flow) udara.

1.2. Komponen Sistem

Instrumen ini tersusun dari beberapa komponen berikut.

1.2.1 Kompresor

Kompresor merupakan pumpa bertekanan yang berfungsi sebagai penyuplai udara ke semua

saluran pipa. Tekanan udara yang dikeluarkan kompresor tidak boleh melebihi 40 psi agar

tidak merusak komponen yang lain khususnya sensor tekanan.

1.2.2 I/P Converter

Alat yang berguna untuk mengubah arus listrik menjadi tekanan. Alat ini menerima masukan

berupa arus listrik dan udara bertekanan kemudian memberikan keluaran berupa udara

bertekanan yang merepresentasikan besar arus listrik yang masuk. Besar arus listrik yang

masuk adalah 4 – 20 mA dan besar tekanan udara yang dikeluarkan adalah 3 – 15 psi. Kedua



besaran ini terhubung secara linier. Keluaran I/P Converte ini digunakan sebagai sinyal

masukan bagi Control Valve.

1.2.3 Control Valve

Valve atau katup yang besar bukaannya dapat diatur. Control valve menerima masukan

udara bertekanan 3 – 15 psi yang berasal dari I/P Converter. Besar tekanan yang masuk

mempengaruhi besar bukaan valve.

1.2.4 Pressure Sensor

Sensor untuk mengukur tekanan udara di saluran pipa atau di air receiver.

1.2.5 Differential Pressure Sensor

Dua sensor tekanan yang dipasang berdampingan pada jarak tertentu (relatif dekat) dalam

satu saluran yang diberi sekat dengan orifice plate. Perbedaan tekanan yang terukur adalah

informasi untuk mengetahui aliran udara.

1.2.6 Air Receiver

Air receiver adalah penampung udara yang dialirkan dan dapat juga digunakan sebagai

tempat yang diukur tekanannya.

1.2.7 Manual Valve

Manual valve adalah katup-katup manual yang terpasang di saluran udara untuk mengatur

arah aliran udara. Manual valve ini juga dapat difungsikan untuk keperluan pembebebanan

dengan mengatur bukaan valve secara manual.

1.2.8 PC, ADC-DAC, dan PCI Card

Perangkat tambahan yang terintegrasi dengan instrumen untuk menjalankan pengaturan

secara digital. PC yang digunakan mendukung software LabVIEW yaitu software untuk

membuat pengatur digital yang mampu menentukan set poin, memperbaiki respon, hingga

memonitor dinamika variabel yang diatur. Pengaturan secara digital mengijinkan

perancangan algoritma pengaturan yang beragam sesuai dengan tujuan penelitian. ADC-DAC

dan PCI Card adalah komponen untuk menyesuaikan sinyal analog yang terlibat dalam

proses dengan sinyal digital yang diolah di PC.

1.2.9 Modul Pengaturan Analog

Perangkat atau modul pengaturan analog ini adalah modul pengaturan standar yang sudah

disediakan oleh Feedback. Modul ini juga disertai software untuk memonitor proses yang

terjadi melalui PC. Jenis kontroler yang tersedia di modul ini antara lain kontroler

Proportional, Integral, dan Differential. Pengaturan secara analog hanya mampu

menjalankan algoritma pengaturan yang sudah terpasang di modul dan tidak memungkinkan

perancangan algoritma pengaturan lain.



1.2.10 Gauge

Gauge berguna sebagai indikator tekanan udara yang melewati saluran pipa. Beberapa

saluran pipa memiliki batas tekanan maksimum yang diijinkan agar instrumen tidak rusak,

gauge inilah yang sangat membantu untuk memastikan hal tersebut.

1.2.11 Regulator

Pengatur manual bukaan saluran udara untuk membatasi tekanan udara yang melewati

saluran tertentu.

1.3. Permasalahan

Permasalahan yang banyak diteliti dengan menggunakan instrumen ini adalah bagaimana

variabel kontrol dapat mencapai nilai yang ditentukan secepat mungkin? atau bagaimana

variabel kontrol dapat mencapai nilai yang ditentukan dengan error steady-state yang sekecil

mungkin? atau gabungan dari keduanya.

1.4. Sistem Pengaturan

1.4.1 Variabel Kontrol

Variabel kontrol dari instrumen ini adalah tekanan dan kecepatan alir.

1.4.2 Sistem Pengaturan Terbuka

Mode pengaturan terbuka digunakan untuk keperluan identifikasi sistem, yaitu upaya untuk

mendapatkan model matematika yang merepresentasikan dinamika sistem. Dalam mode

pengaturan terbuka, sebuah nilai set poin ditentukan kemudian respon transien dari variabel

kontrol direkam. Analisis terhadap respon transien dari variabel kontrol menghasilkan suatu

model matematik yang merepresentasikan dinamika sistem. Beberapa sinyal untuk

keperluan identifikasi antara lain sinyal step, sinyal impuls, dan PRBS (Pseudo Random Binary

Sequence).

Gambar 2 Diagram Sistem Pengaturan Terbuka

1.4.3 Sistem Pengaturan Tertutup

Mode pengaturan tertutup digunakan untuk keperluan pengaturan respon plant. Gambar 3

menunjukkan diagram sistem pengaturan tertutup. Set poin adalah nilai yang dikehendaki

terhadap variabel kontrol. Setiap saat nilai set poin dibandingkan dengan nilai sesungguhnya

dari variabel kontrol yang didapatkan dari pengukuran dengan sensor. Perbedaan nilai

keduanya adalah nilai error yang kemudian diolah oleh kontroler. Hasil keluaran dari

Sinyal Uji Plant Sinyal

Keluaran



kontroler (berupa sinyal listrik) disesuaikan dengan menggunakan sinyal kondisioning. Besar

arus listrik yang digunakan menurut spesifikasi instrumen ini adalah 4 – 20 mA. Arus listrik ini

kemudian digunakan untuk mengubah variabel kontrol melalui aktuator. Aktuator

merupakan komponen yang perlu diubah untuk mengubah besar variabel kontrol. Aktuator

dari instrumen ini adalah Control Valve. Plant adalah variabel yang dikontrol di sini yaitu

tekanan atau kecepatan alir.

Gambar 3 Sistem Pengaturan Tertutup

Instrumen ini tersusun dari beberapa komponen utama yaitu: kompresor, gauge, I/P

converter, control valve, pressure sensor, differential pressure sensor, air receiver, dan

manual valve. I/P converter berguna untuk mengubah arus listrik menjadi tekanan. Alat ini

menerima dua masukan yaitu arus listrik dan tekanan dan memiliki satu keluaran yaitu

tekanan. Jangkauan arus listrik yang digunakan adalah 4-20 mA dan jangkauan tekanan yang

dihasilkan adalah 3-15 psi. Arus listrik diperoleh dari kontroler digital (melalui PCI Card dan

ADC-DAC) sebagai aksi kontrol. Tekanan yang dihasilkan oleh I/P converter digunakan

sebagai masukan control valve. Control valve ini menerima masukan berupa tekanan udara

untuk membuka dan menutup katup saluran udara secara linier.

Apabila variabel yang ingin diukur adalah kecepatan alir (flow), maka sensor yang digunakan

adalah sensor differential pressure.

Tekanan udara yang disalurkan oleh kompresor bernilai konstan, begitu juga yang dialirkan

menuju I/P converter. Untuk mengubah nilai tekanan di air receiver atau flow udara di

saluran, yang diubah adalah bukaan control valve yang mengijinkan aliran udara menuju air

receiver.

1.5. Riset yang Sudah Dikerjakan

Tugas Akhir

Desain dan Implementasi Kontroler Cascade Robust pada Sistem Pressure Process Trainer

FeedBack 38-714

Implementasi Kontroler Neuro Fuzzy untuk Pengaturan Tekanan Pneumatic pada Pressure

Process Rig Work FeedBack 38-714

Set

Poin Kontroler Sinyal

Kondisioning Aktuator Plant

Sensor Sinyal

Kondisioning



Perancangan Pengendalian Fuzzy Adaptif dengan Menggunakan Neural Network pada

Sistem Pressure Control Trainer FeedBack 38-714

Sistem Pengaturan Berjaringan: Perancangan dan Realisasi Kontroler PID Adaptif pada

Pressure Process Rig 38-714

Thesis

Perancangan Kontroler Cascade Optimal Menggunakan Radial Basis Function Neuro Fuzzy

untuk Pengendalian Pressure Process Rig 38-714

STUDI 2 INSTRUMEN PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC

Gambar 4 Instrumen Pengaturan Kecepatan Motor

2.1. Pengantar

Instrumen yang ditunjukkan di Gambar 4 digunakan untuk keperluan penelitian pengaturan

kecepatan motor DC. Instrumen ini juga produk dari Feedback. Instrumen ini tersusun secara

modular sehingga memungkinkan pembuatan kontroler baru baik analog maupun digital.


Instrumen ini tersusun dari beberapa komponen berikut.

2.2.1 Power Supply

Penyuplai daya listrik untuk semua komponen yang lain termasuk motor DC.



2.2.2 Resistor Variable

Resistor variabel digunakan sebagai set poin, untuk mengatur kecepatan/posisi motor dc

melalui pengaturan tegangan masuk (tegangan referensi).

2.2.3 Differential Amplifier

Differential amplifier sebenarnya digunakan sebagai summing point, yaitu alat untuk

membandingkan nilai tegangan masukan dan tegangan hasil pengukuran motor dc (yang

mewakili kecepatan motor). Keluaran dari alat ini adalah sinyal error atau kesalahan yang

merepresentasikan perbedaan antara keinginan dan realita. Sinyal error ini kemudian

dikirimkan menuju servo amplifier.

2.2.4 Pre-Amplifier

Rangkaian preamplifier sebenarnya juga berguna sebagai differential amplifier tetapi

rangkaian ini memiliki dua jalur keluaran. Satu jalur keluaran akan aktif jika sinyal eror yang

terukur memiliki polaritas negatif dan satu jalur yang lain akan aktif jika sinyal terukur

memiliki polaritas positif. Kedua jalur keluaran tidak akan aktif dalam waktu yang

bersamaan.

2.2.5 Servo Amplifier

Servo amplifier ini berguna untuk menyesuaikan level sinyal error dengan sinyal penggerak

motor secara linear. Keluaran servo amplifier adalah sinyal (dalam bentuk tegangan listrik)

untuk menggerakkan motor.

Untuk pengaturan kecepatan motor DC dua arah, servo amplifier terhubung dengan kedua

jalur keluaran preamplifier. Apabila salah satu jalur tersebut aktif maka servo amplifier akan

memberikan daya kepada motor untuk bergerak ke arah yang bersesuaian begitu juga

dengan jalur yang satunya (ke arah berlawanan). Besar atau tidak sinyal penggerak

ditentukan oleh level sinyal error yang terukur.

2.2.6 Motor DC

Motor yang menerima catu daya DC.

2.2.7 Tachometer

Putaran motor diukur dengan menggunakan tachometer dan dapat dinyatakan baik dalam

bentuk tegangan atau rpm. Hasil pengukuran techometer inilah yang diumpanbalikkan ke

differential amplifier untuk mencari nilai error.

2.3. Permasalahan

Permasalahan yang banyak diteliti dengan menggunakan instrumen ini adalah bagaimana

variabel kontrol dapat mencapai nilai yang ditentukan secepat mungkin? atau bagaimana



variabel kontrol dapat mencapai nilai yang ditentukan dengan error steady-state yang sekecil

mungkin? atau gabungan dari keduanya.


Gambar 5 Diagram Sistem Pengaturan Kecepatan Motor DC

Diagram pada Gambar 5 adalah sebuah sistem pengaturan tertutup yang variabel kontrolnya

adalah kecepatan motor. Set poin adalah komponen yang berguna untuk memberikan nilai

kecepatan yang diinginkan. Nilai kecepatan direpresentasikan sebagai sinyal tegangan listrik,

sehingga untuk pengubahan kecepatan motor dilakukan dengan mengubah nilai tegangan

listrik melalui pengubahan nilai resistor variable. Summing Point merupakan komponen

untuk menghitung perbedaan antara nilai set poin dengan nilai aktual kecepatan motor.

Keluaran dari summing point adalah sinyal error (dalam satuan tegangan listrik). Komponen

fisik dari summing point adalah differential amplifier atau pre-amplifier, bergantung pada

tujuan pengaturan yang diteliti. Sinyal kondisioning bertugas untuk menyesuaikan level

sinyal error dengan sinyal penggerak motor. Kedua sinyal ini memiliki jangkauan nilai yang

berbeda. Sinyal kondisioning menghubungkan kedua nilai ini secara linear. Aktuator

merupakan komponen yang dikendalikan untuk memperoleh nilai variabel kontrol yang

dikehendaki. Aktuator untuk instrumen ini adalah motor DC. Plant tidak lain adalah variabel

kontrol dalam sistem yaitu kecepatan motor. Kecepatan putaran motor dipantau setiap saat

oleh Sensor untuk memastikan apakah nilai kecepatan aktual sudah mencapai nilai yang

diinginkan. Sensor inilah yang mengukur kecepatan putaran motor dan merepresentasikan

hasil pengukuran sebagai sinyal tegangan listrik. Komponen sensor yang dipakai di instrumen

ini adalah Tachometer.

2.4.1 Sistem Pengaturan Kecepatan Satu Arah

Mode pengaturan kecepatan satu arah bertujuan untuk mengatur kecepatan motor dalam

satu arah saja. Diagram sistem pengaturan juga merujuk ke Gambar 5 dan menggunakan

rangkaian differential amplifier sebagai summing point. Nilai kecepatan yang dikehendaki

ditentukan melalui komponen set poin dengan memberikan level tegangan listrik yang

menrepresentasikan nilai kecepatan tertentu. Polaritas sinyal tegangan yang digunakan

sebagai set poin hanya satu macam, positif atau negatif.

Set

poin Summing

Point Aktuator Plant

Sensor

Sinyal

Kondisioning



2.4.2 Sistem Pengaturan Kecepatan Dua Arah

Dalam mode pengaturan kecepatan dua arah komponen summing point yang digunakan

bukan differential amplifier tetapi pre-amplifier. Pengaturan ini mengubah rentang nilai set

poin (dari satu polaritas menjadi dua polaritas). Dengan sinyal tegangan sebagai set poin

yang memiliki dua polaritas, memungkinkan motor DC bergerak dua arah, salah satu contoh

ke kanan untuk polaritas positif dan ke kiri untuk polaritas negatif.


Tugas Akhir

Perancangan Pengaturan Motor DC Jarak Jauh Dengan Metode Adaptif

Pengaturan Kecepatan Adaptif Motor DC Penguatan Terpisah dengan Menggunakan SWA-

Aturr Fuzzy-Logc

Sistem Pengaturan Berjaringan: Perancangan dan Realisasi Client untuk Pengaturan Motor

DC

Pengaturan Kecepatan Motor DC dengan Kontrol Jaringan Syaraf Tiruan

Thesis

Aplikasi Kontroler Adaptif Neuro Fuzzy pada Pengaturan Kecepatan Motor DC

Penggunaan LabVIEW untuk Sistem Pengaturan Kecepatan Motor Jarak Jauh dengan Metode

Adaptif

STUDI 3 INSTRUMEN PENGATURAN PROSES MANUFAKTUR

Gambar 6 PLC OMRON dan Instrumen FeedBack: PLC Workcell 34 - 120



3.1. Pengantar

Instrumen yang ditampilkan di Gambar 6 adalah sebuah alat peraga atau simulasi dari

pengaturan proses manufaktur di industri. Gambar sebelah kiri adalah Programmable Logic

Controller (PLC) dan gambar sebelah kanan adalah PLC Workcell 38 – 120 dari FeedBack

atau lebih dikenal dengan konveyor merah. Proses manufaktur yang dijalankan adalah

proses penyusunan produk dengan bahan baku besi dan plastik secara otomatis.


Komponen utama di instrumen ini adalah sebagai berikut.

3.2.1 Motor & Konveyor

Konveyor adalah lintasan gerak untuk menjalankan bahan baku dalam proses manufaktur.

Konveyor digerakkan oleh motor berdasarkan instruksi dari PLC.

3.2.2 Sensor Optik

Sensor optik merupakan sensor yang memanfaatkan pantulan gelombang yang dipancarkan

oleh dirinya sendiri. Sensor optik terletak melintang di samping konveyor untuk mendeteksi

bahan/produk yang melintas. Sensor optik memancarkan gelombang elektromagnetik setiap

saat. Ketika sebuah bahan/produk melintas di depannya maka sebagian besar gelombang

tersebut akan dipantulkan kembali menuju sensor optik. Gelombang pantulan ini

menginformasikan bahwa sebuah bahan/produk telah melintas di depannya.

3.2.3 Sensor Induksi

Sensor induksi adalah komponen yang bertugas untuk mendeteksi jenis bahan baku. Dengan

menggunakan prinsip induksi, sensor ini mampu membedakan jenis bahan baku yang

melintas, apakah bahan tersebut terbuat dari besi atau plastik?

3.2.4 Electric Plunger

Plunger merupakan komponen elektromekanik yang digunakan untuk mendorong atau

menarik bahan/produk. Plunger menerima sinyal listrik dari PLC dan mengubahnya menjadi

gerak dorong atau tarik.

3.2.5 Sensor Ketebalan

Komponen ini digunakan untuk mengukur ketebalan bahan baku untuk proses manufaktur.

Apabila ada bahan yang ketebalannya tidak memenuhi syarat yang telah didefinisikan maka

bahan tersebut tidak akan diproses lebih lanjut menjadi produk.

3.2.6 PLC

Programmable Logic Controller atau PLC merupakan komponen yang bertugas untuk

mengatur dan mengendalikan proses manufaktur. PLC menerima masukan dari semua



sensor kemudian mengolahnya (berdasarkan algoritma tertentu) menjadi aksi kontrol untuk

komponen-komponen aktuator seperti motor-konveyor dan electric plunger. Semua

komponen dari proses manufaktur harus dihubungkan dengan PLC sehingga proses

manufaktur dapat berjalan secara otomatis. Beberapa merk PLC yang dapat digunakan untuk

konveyor merah ini adalah OMRON, SIEMENS, MITSUBISHI, dan ALLAN BRADLEY. PLC

bekerja untuk mengendalikan proses dengan dua kondisi yaitu ON dan OFF. Namun,

beberapa merk PLC menyediakan modul khusus untuk mengendalikan proses secara analog,

tidak hanya ON atau OFF.

3.3. Permasalahan

Permasalahan yang dapat dipelajari dengan instrumen ini adalah perancangan algoritma

yang tepat untuk mengendalikan proses manufaktur seefisien mungkin dengan

mengantisipasi berbagai gangguan yang mungkin terjadi seperti disfungsi komponen,

gangguan pembacaan sensor, dan sebagainya. Hal lain yang juga perlu dipertimbangkan

adalah masalah timing dan counting yaitu pengaturan waktu dan penghitungan. Semua hal

tersebut dapat diatur dengan PLC.


Gambar 7 Diagram sistem pengaturan

Proses manufaktur konveyor merah menjalankan sebuah proses manufaktur dari produk

silinder yang terbuat dari gabungan cincin besi dan cincin plastik yang tersusun vertikal.

Sebagai misal, tujuan manufaktur adalah menghasilkan produk dengan cincin besi berada di

bawah dan cincin plastik di atasnya. Proses manufaktur di awali dengan suplai bahan yaitu

cincin besi dan plastik yang datang secara acak di atas konveyor. Untuk membuat produk

dengan spesifikasi yang diinginkan, perlu dibedakan antara cincin plastik dan cincin besi

melalui sensor optik. Setelah dideteksi dengan sensor, aksi yang dilakukan adalah memilah

cincin besi dengan menggunakan electric plunger (pendorong). Kurang lebih ada 10 macam

input dan 10 macam output di plant konveyor merah.

Proses-proses yang terjadi selama proses manufaktur dapat dikendalikan dengan beberapa

cara untuk mencapai/menghasilkan produk yang sama. Algoritma pengaturan melalui PLC

dapat di representasikan dengan menggunakan diagram ladder yaitu diagram yang

menggambarkan hubungan antara input dan output. Algoritma tersebut akan dijalankan

Kontroler Aktuator

Sensor

Plant



oleh PLC untuk mengendalikan proses manufaktur melalui pengaturan komponen-

komponen proses.

Gambar 7 menampilkan diagram sistem pengaturan proses manufaktur konveyor merah.

Dari gambar tersebut, dapat dilihat bahwa sistem pengaturan ini tersusun dari empat bagian

yaitu proses, sensor, kontroler, dan aktuator. Keempat bagian tersebut terhubung satu

sama lain. Proses yang dimaksud adalah proses manufaktur produk konveyor merah.

Kontroler (PLC) menerima masukan dari sensor kemudian menjalankan aksi kontrol dengan

mengaktifkan/menon-aktifkan aktuator (motor dan plunger).


Tugas Akhir

Perancangan Konsep Fault Tolerance pada Sistem Kontrol Terdestribusi Berbasis PLC

Thesis

[belum ada riset untuk Thesis]

STUDI 4 INSTRUMEN PENGATURAN PENDULUM TERBALIK

Gambar 8 Instrumen FeedBack: Digital Pendulum

4.1. Pengantar

Instrumen Pendulum Terbalik merupakan salah satu plant yang memiliki tingkat dinamika

yang sangat tinggi. Instrumen ini sering digunakan untuk menguji algoritma pengaturan.



Tujuan umum pengaturan plant pendulum terbalik adalah untuk menjaga batang pendulum

tegak vertikal di atas kereta.


Instrumen pendulum terbalik ini tersusun atas beberapa komponen berikut ini.

4.2.1 Pendulum

Sepasang besi sejajar yang bisa berputar 360 derajat dan terpasang di pusat kereta

pendulum. Apabila kereta pendulum bergerak, pendulum akan menyimpang hingga tegak

vertikal di atas kereta.

4.2.2 Kereta Pendulum

Kereta pendulum dapat bergerak ke kanan dan ke kiri menurut gerakan motor servo yang

menariknya. Gerakan kereta ini dikendalikan sedemikian rupa sehingga pendulum

mengalami penyimpangan dari posisi semula hingga mampu tegak vertikal.

4.2.3 Motor Servo

Motor yang menggerakkan kereta. Motor ini menerima sinyal masukan dari digital

controller.

4.2.4 Industrial Computer

Perangkat untuk merancang algoritma pengaturan digital untuk pendulum terbalik.

4.2.5 Modul Kontroler Digital

Modul pengatur yang terhubung langsung dengan plant pendulum terbalik untuk keperluan

pengaturan. Algoritma pengaturan didapatkan dari Industrial Computer. Modul ini hanya

sebagai pengeksekusi algoritma tersebut.

4.2.6 Sensor Posisi Sudut Pendulum

Sensor yang terhubung dengan besi pendulum dan terpasang di dalam kereta pendulum.

Sensor ini mengukur simpangan sudut pendulum terhadap garis normal.

4.3. Permasalahan

Ada tiga permasalahan utama dalam plant pendulum. Permasalahan pertama adalah swing-

up yaitu bagaimana mengendalikan pendulum dari posisi awal (diam vertikal di bawah)

menuju tegak vertikal ke atas dengan sudut simpangan minimum 70 derajat. Permasalahan

kedua adalah regulator yaitu pengaturan pendulum untuk tetap tegak vertikal di satu

tempat dengan gerakan kereta sesedikit mungkin. Dan permasalahan yang ketiga adalah



tracking yaitu bagaimana pendulum terbalik dapat tetap tegak vertikal dengan posisi kereta

yang dapat diubah-ubah berdasarkan lintasan yang didefinisikan sebelumnya.


4.4.1 Variabel Kontrol

Variabel kontrol dalam pengaturan pendulum terbalik ada empat macam. Keempat variabel

tersebut, yang lebih dikenal dengan state variable, adalah posisi kereta, posisi sudut

pendulum, kecepatan kereta, kecepatan sudut pendulum. Dua variabel pertama didapat

dari pengukuran dengan menggunakan sensor, sedangkan dua variabel yang terakhir adalah

variabel turunan terhadap waktu.

4.4.2 Diagram Sistem Pengaturan

Gambar 9 Sistem pengaturan pendulum terbalik

Sistem pengaturan untuk pendulum terbalik dapat dinyatakan dalam diagram di Gambar 9,

sebuah sistem pengaturan tertutup dengan empat variabel kontrol. Sebagaimana sistem

pengaturan tertutup pada umumnya, sistem pendulum terbalik juga tersusun dari kontroler,

aktuator, dan sensor. Set poin adalah nilai variabel kontrol yang dikehendaki. Jika ada empat

variabel kontrol maka nilai set poin harus ditentukan untuk keempat variabel tersebut.

Berdasarkan penjelasan di bagian 4.3, bahwa ada tiga macam permasalahan di pendulum

terbalik yaitu swing-up, regulator, dan tracking. Permasalahan regulator dan tracking

dibedakan dalam nilai set poin. Untuk regulator, nilai set poin untuk variabel posisi kereta

selalu bernilai nol, artinya posisi kereta pendulum harus tetap berada pada posisi setimbang

(tengah) ketika mempertahankan kestabilan pendulum. Sedangkan untuk tracking, nilai set

poin untuk variabel posisi kereta tidak tetap, berubah sesuai keinginan, artinya posisi kereta

pendulum harus mampu mengikuti track/lintasan yang dikehendaki dengan tetap

mempertahankan kestabilan pendulum. Kontroler yang digunakan dalam pengaturan

pendulum adalah modul kontroler digital. Algoritma pengaturan dapat dirancang dengan

menggunakan software MATLAB kemudian ditransfer ke modul kontroler digital melalui PCI

Card.

Aksi kontrol yang dihasilkan oleh kontroler dilewatkan menuju Sinyal kondisioning, yaitu

komponen pengubah sinyal. Komponen ini dibutuhkan karena sinyal kontrol yang dihasilkan

oleh kontroler adalah sinyal digital sedangkan sinyal yang diperlukan oleh aktuator adalah

Set

Poin

Sinyal

kondisioning Aktuator Kontroler

Sensor

Plant

Sinyal

kondisioning



sinyal analog dengan level yang berbeda pula. Begitu juga dengan sinyal analog hasil

pembacaan sensor. Agar dapat diolah kontroler sinyal hasil pembacaan sensor perlu diubah

menjadi sinyal digital.

Aktuator dalam pendulum terbalik hanya ada satu, yaitu motor servo. Gerak pendulum

dipengaruhi oleh gerak kereta dan gerak kereta disebabkan oleh putaran motor servo. Untuk

mencapai kestabilan pendulum baik dalam permasalahan regulator atau tracking peran

motor servo sangat dominan sehingga pendulum dapat mencapai nilai variabel kontrol yang

dikehendaki.

Sensor yang terlibat dalam pengaturan pendulum terbalik ada dua macam yaitu sensor

posisi kereta dan sensor posisi sudut pendulum. Sensor posisi kereta sebenarnya

direpresentasikan oleh motor servo. Posisi putaran sudut motor menginformasikan posisi

kereta pendulum.


Tugas Akhir

Desain Kontrol Fuzzy Berbasis Model Takagi Sugeno dengan Menggunakan Pendekatan

Linear Matrix Inequality untuk Inverted Pendulum

Sistem Kontrol Fuzzy Berbasis Robust H-Infinity pada Inverted Pendulum

Implementasi Kontrol Continuous Tracking Fuzzy pada Inverted Pendulum

Desain dan Uji Stabilitas Kontrol Fuzzy Berbasis Model Takagi Sugeno untuk Inverted

Pendulum

Thesis

Perencanaan dan Implementasi Observer Fuzzy Berbasis Model Fuzzy Takagi Sugeno untuk

Inverted Pendulum

Desain Observer Fuzzy Berbasis Model Takagi Sugeno untuk Inverted Pendulum

Implementasi Observer Kontroler Berbasis Model Takagi Sugeno untuk Inverted Pendulum



STUDI 5 INSTRUMEN PENGATURAN LEVEL

Gambar 10 Instrumen FeedBack: Level and Flow Process Control 318 - 100

5.1. Pengantar

Instrumen yang ditunjukkan pada Gambar 10 adalah Basic Process Rig 318 - 100 dari

FeedBack. Instrumen ini merupakan peralatan laboratorium yang berguna sebagai alat

peraga dan simulasi untuk penelitian yang terkait dengan pengaturan level dan kecepatan

alir (flow) air.


Instrumen pengaturan ini tersusun atas beberapa komponen berikut ini.

5.2.1 Sensor Level

Sensor level atau ketinggian permukaan air terbuat dari potensiometer/variable resistor

yang terhubung dengan sumbu putar roda/katrol. Roda akan berputar jika level permukaan

air berubah. Putaran roda akan mengubah nilai resistansi potensiometer dan nilai inilah yang

diolah sebagai informasi tentang level permukaan air setiap saat.

5.2.2 Pompa Air

Pompa air berfungsi untuk mengalirkan air dari bak sumber air ke tangki air. Pompa

digerakkan dengan sumber tegangan DC.



5.2.3 Solenoid Valve

Solenoid valve merupakan salah satu aktuator elektromekanik yang tersusun dari lilitan

silinder (solenoid) dan sebuah plunger di dalam lilitan. Komponen ini menerima sinyal listrik

DC dan mengubahnya menjadi gerak plunger untuk membuka atau menutup saluran air.

5.2.4 Manual Valve

Manual valve adalah katup yang hanya dapat dibuka dan ditutup secara manual oleh

operator. Valve ini terpasang di saluran air untuk mengatur arah aliran air.

5.2.5 Motorised Control Valve

Motorised Control valve adalah katup yang dikendalikan melalui putaran motor servo.

Komponen ini digunakan untuk mengatur debit air yang masuk ke tangki.

5.2.6 Flow Meter

Flow meter berfungsi untuk menunjukkan kecepatan alir dari air yang melalui saluran

tertentu. Jenis flow meter yang digunakan adalah rotarimeter.

5.2.7 Flow Sensor dan Flow Transmitter

Dua komponen ini berguna untuk menginformasikan nilai kecepatan alir pada kontroler.

Flow sensor mengukur kecepatan alir dalam saluran dan merepresentasikan nilai tersebut

dalam besaran listrik kemudian meneruskannya ke flow transmitter. Flow transmitter

mengkondisikan sinyal listrik dari flow sensor dan mentransmisikan ke kontroler.

5.2.8 Modul Pengatur Analog

Perangkat atau modul pengaturan analog ini adalah modul pengaturan standar yang sudah

disediakan oleh FeedBack. Modul ini juga disertai software untuk memonitor proses yang

terjadi melalui PC. Pengaturan secara analog hanya mampu menjalankan algoritma

pengaturan yang sudah terpasang di modul dan tidak memungkinkan perancangan algoritma

pengaturan lain.

5.3. Permasalahan

Dalam instrumen pengaturan level ini terdapat dua masalah. Masalah pertama yaitu

bagaimana sistem mecapai level sesuai set poin yang dikehendaki dengan waktu secepat

mungkin. Masalah kedua yaitu bagaimana cara mendapatkan respon sistem dengan error

steady state sekecil mungkin. Untuk keperluan penelitian kedua masalah ini dapat

digabungkan dengan metode pengaturan tertentu. Kedua permasalahan ini juga berlaku

untuk variabel kontrol kecepatan alir.




5.4.1 Variable Kontrol

Variabel kontrol di instrumen ini adalah ketinggian permukaan air (level) atau kecepatan alir

(flow).


Gambar 11 Sistem Pengaturan Tertutup Level Permukaan Air

Gambar 11 menunjukkan diagram sistem pengaturan tertutup pada instrumen pengaturan

level. Set poin adalah besarnya nilai variabel level yang dikehendaki. Set poin ditentukan

melalui komponen Modul Pengatur Analog. Modul ini membandingkan nilai set poin dengan

nilai hasil pengukuran level oleh sensor. Perbedaan antara kedua nilai ini disebut sebagai

error. Kontroler menerima sinyal error sebagai input. Error diolah oleh kontroler untuk

menghasilkan sinyal kontrol. Fungsi kontroler ini juga tercakup dalam komponen Modul

Pengatur Analog. Sinyal kondisioning berfungsi untuk menyesuaikan jangkauan sinyal

kontrol untuk sinyal aktuator. Sinyal untuk aktuator ini adalah arus listrik. Komponen sinyal

kondisioning ini juga tercakup dalam modul pengatur analog. Aktuator dalam instrumentasi

pengaturan level yaitu motor servo. Motor servo bekerja sesuai dengan sinyal arus listrik

dari komponen sinyal kondisioning sehingga aliran air yang menuju ke tangki dapat dikontrol

berdasarkan hasil perbandingan set poin dan sinyal pengukuran dari sensor. Setiap kenaikan

atau penurunan level akan merubah nilai dari tahanan. Dengan membandingkan antara set

poin dan keluaran dari sensor akan di dapatkan nilai error.

Plant yang dikendalikan di sistem ini adalah level permukaan air di tangki atau kecepatan alir

air di saluran. Nilai variabel ini dapat diubah melalui peran aktuator. Dinamika plant diukur

setiap saat dengan menggunakan Sensor. Sensor ini mengubah variabel level permukaan air

atau kecepatan alir menjadi besaran listrik. Sebelum digunakan untuk menghasilkan sinyal

kontrol, sinyal keluaran sensor siolah di sinyal kondisioning untuk menyesuaikan level dan

jenis sinyal agar dapat diolah kontroler.


Tugas Akhir

[belum ada riset untuk Tugas Akhir]

Set



Sensor Sinyal

Kondisioning



Thesis

Perancangan dan Penerapan ANFIS untuk Memprediksi Level Air dan Tekanan Uap Pada

Tangki Boiler

STUDI 6 INSTRUMEN PENGATURAN TEMPERATUR

Gambar 12 Instrumen FeedBack: Temperature Process Control 38 - 600

6.1. Pengantar

Instrumen yang ditunjukkan pada Gambar 12 adalah Temperature Process Control dari

Feedback. Instrumen ini merupakan peralatan laboratorium yang berguna sebagai alat

peraga dan simulasi untuk penelitian yang terkait dengan pengaturan temperatur.


Instrumen pengaturan temperatur ini tersusun atas beberapa komponen berikut ini.

6.2.1 Kompresor

Kompresor berfugsi untuk memompa air menuju ke instrumen pengaturan temperatur.

6.2.2 Sensor Temperatur

Sensor temperatur berfungsi untuk menginformasikan besarnya temperatur di suatu titik.

Sensor temperatur yang digunakan di instrumen ini adalah thermistor. Thermistor



menyatakan nilai temperatur dalam besaran listrik. Sinyal listrik inilah yang akan diteruskan

menuju modul pengatur analog.

6.2.3 Heater

Heater adalah komponen yang berfungsi untuk memanaskan air. Daya yang dibutuhkan oleh

heater adalah 3700 watt.

6.2.4 Selenoid Valve

Selenoid valve digunakan untuk membuka dan menutup saluran air. Solenoid adalah

aktuator elektromekanik yang menerima sinyal aksi dari modul pengatur analog.

6.2.5 Pump

Pompa air digunakan untuk mealirkan air dari heat exchanger ke heater.

6.2.6 Motorised Control Valve

Motorised Control valve adalah katup yang dikendalikan melalui putaran motor servo.

Komponen ini digunakan untuk mengatur debit air yang masuk ke tangki.

6.2.7 Radiator/Pendingin

Radiator berfungsi untuk mendinginkan temperatur air sebelum air keluar menuju bak

penampungan air.

6.2.8 Heat Exchanger

Heat exchanger adalah ruang pertukaran panas. Ada dua macam aliran yang melaluinya.

Aliran air panas dari heater dan aliran air normal dari bak. Kedua aliran ini dihimpitkan

sedemikian rupa sehingga terjadi pertukaran panas.

6.2.9 Holder Tank

Holder Tank adalah tempat penampungan untuk air yang dipanaskan oleh heater pada

waktu awal pemakaian instrumen.

6.2.10 Modul Pengatur Analog

Perangkat atau modul pengatur analog ini adalah modul standar yang sudah disediakan oleh

FeedBack. Modul ini juga disertai software untuk memonitor proses yang terjadi melalui PC.

Pengaturan secara analog hanya mampu menjalankan algoritma pengaturan yang sudah

terpasang di modul, yaitu P, PI, dan PID, dan tidak memungkinkan perancangan algoritma

pengaturan yang lain.



6.3. Permasalahan

Ada dua permasalahan utama dalam instrumen ini. Pertama adalah bagaimana

mendapatkan temperatur air sesuai dengan set poin secepat mungkin. Kedua adalah

bagaimana mendapatkan temperatur air dengan error sekecil mungkin terhadap nilai set

poin.


6.4.1 Variable Kontrol

Variable kontrol adalah temperatur air yang keluar dari heat exchanger.


Gambar 13 Sistem Pengaturan Tertutup Temperatur Air

Gambar 13 menunjukkan diagram sistem pengaturan tertutup pada instrumen pengaturan

temperatur. Set poin adalah besarnya nilai variabel temperatur yang dikehendaki. Set poin

ditentukan melalui komponen modul pengatur analog. Kontroler menerima sinyal error

sebagai input. Error diolah oleh kontroler untuk menghasilkan sinyal kontrol. Sinyal error di

dapatkan dari perbedaan temperatur antara nilai yang dikehendaki dan nilai hasil

pengukuran plant. Sinyal Kondisioning berguna untuk menyesuaikan sinyal kontrol dengan

jangkauan kerja aktuator. Aktuator dalam sistem pengaturan temperatur yaitu motor servo

dan pompa yang berfungsi untuk mengatur pencampuran temperatur panas dan dingin di

lakukan dengan pengaturan aliran air yang ke heat axcharger baik dari inlet (temperatur

dingin) maupun dari output dari element sehingga di dapatkan temperatur sesuai dengan

set poin. Sensor temperatur 5 digunakan untuk melihat temperatur setelah melewati

radiotor dan yang akan keluar dari sistem.

Plant yang diatur adalah temperatur air yang keluar dari heat exchanger. Temperatur air ini

diukur dengan thermistor dan dilaporkan ke kontroler. Thermistor adalah sensor untuk

mengukur temperatur air di saluran tertentu. Ada lima sensor temperatur di instrumen ini.

Sensor temperatur pertama untuk melihat besarnya temperatur awal air sebelum ke heat

exchanger dan menuju ke heater. Sensor temperatur 2 digunakan untuk melihat besarnya

temperatur air hasil percampuran air panas dan dingin setelah melewati heat exchanger.

Set



Sensor Sinyal

Kondisioning



Sensor temperatur 3 digunakan untuk mengetahui besarnya temperatur setelah dari

pemanas. Sensor temperatur 4 digunakan untuk megetahui besarnya temperatur hasil

pencampuran dari heat exchanger dan yang akan keluar dari heat exchanger.


Tugas Akhir


Thesis

Perancangan Sistem Tracking Pengendalian Temperatur Mesin Solder SMD Menggunakan

Kontroller Adaptif – Prediktif 2 Titik

Adaptive Predictive Control Berbasis ANFIS-PI untuk Pengaturan Temperatur Heat Exchanger

STUDI 7 MESIN MOBIL MITSUBISHI

Gambar 14 Mesin Mitsubishi Injeksi

7.1. Pengantar

Mesin mobil yang digunakan untuk keperluan riset ini menggunakan bahan bakar bensin dan

terdiri dari 4 injektor. Tujuan umum pengaturan pada mesin mobil adalah menghasilkan

kecepatan yang diinginkan dengan bensin yang seminimal mungkin.




Komponen dari mesin adalah sebagai berikut.

7.2.1 ECU (Engine Control Unit)

ECU adalah komponen elektronik yang berfungsi sebagai kontroler dalam pengaturan mesin.

Sinyal input ECU didapatkan dari 4 komponen yaitu TPS, MAP, TDC, dan CAS. Sinyal input

diolah oleh ECU untuk menentukan aksi kontrol yang tepat dengan menggunakan algoritma

tertentu. Sinyal output dari ECU digunakan untuk 2 komponen yaitu injector dan coil.

7.2.2 Manipol

Tempat untuk mencampurkan udara dengan bahan bakar yang telah dikabutkan. Di dalam

manipol ada beberapa komponen seperti Throttle, TPS, dan MAP.

7.2.3 Throttle dan TPS (Throttle Position Sensor)

Throttle yang terhubung dengan pedal gas berfungsi untuk mengatur udara yang masuk ke

manipol. Sedangkan TPS merupakan sensor untuk mendeteksi posisi pedal pegas. Sinyal

output dari TPS digunakan sebagai sinyal input oleh ECU.

7.2.4 MAP (Measurement Air Pressure)

Sensor untuk mengukur tekanan udara yang berada di dalam manipol. Sinyal output dari

MAP digunakan juga sebagai sinyal input oleh ECU.

7.2.5 Injektor

Komponen yang berfungsi untuk menyemprotkan bahan bakar ke manipol dengan tekanan

tinggi. Lamanya injektor dipengaruhi sinyal ouput dari ECU.

7.2.6 Driver Injektor

Komponen yang berperan untuk mengaktifkan injektor agar melepaskan bahan bakar dalam

jumlah tertentu ke ruang manipol. Komponen ini bekerja berdasarkan perintah atau sinyal

keluaran dari ECU.

7.2.7 Driver Pembakaran

Driver untuk pembakaran adalah komponen yang menghasilkan sinyal listrik bertegangan

tinggi untuk mengaktifkan busi sehingga proses pembakaran terjadi. Komponen ini bekerja

berdasarkan perintah atau sinyal keluaran dari ECU.

7.2.8 Blok Silinder

Tempat terjadinya pembakaran bahan bakar yang telah dicampur dengan udara untuk

menghasilkan energi mekanik.



7.2.9 TDC (Top Dead Centre) & CAS (Crank Angle Sensor)

TDC merupakan sensor yang digunakan untuk menginformasikan kepada ECU bahwa piston

sedang berada di posisi atas di dalam tabung pembakaran. Sedangkan CAS merupakan

sensor yang digunakan ECU untuk mengetahui posisi sudut piston setiap saat.

7.3. Permasalahan

Terdapat empat permasalahan di dalam pengaturan mesin mobil yaitu kecepatan putaran

mesin, ratio perputaran dengan bahan bakar, interval waktu injeksi, dan temperatur kerja

mesin agar menghasilkan kecepatan yang maksimum dengan bahan bakar yang irit.


Gambar 15 Diagram fisik mesin Mitsubishi

Gambar 16 Diagram sistem pengaturan kecepatan putaran mesin

Set



Sensor Sinyal

Kondisioning



Set poin adalah nilai variable control yang dikehendaki. MAP mengirimkan sinyal input ke

ECU berupa informasi tekanan udara di dalam manipol yang kemudian digunakan sebagai

set poin. Kontroler adalah perangkat untuk mengatur semua yang berada di dalam mesin

secara tepat. merupakan Udara masuk ke manipol sebesar bukaan dari throttle, dimana

throttle ini terhubung dengan pedal gas. Posisi dari throttle dideteksi dengan TPS (Throttle

Position Sensor) untuk inputan ke ECU (Engine Control Unit). Udara yang ada di dalam

manipol diukur tekanan udaranya dengan menggunakan MAP (Measurement Air Pressure)

untuk inputan ECU juga. Input dari TPS digunakan oleh ECU untuk mengontrol besarnya

pulsa untuk sinyal yang akan dikirim ke injektor. MAP digunakan untuk timing penyemprotan

bahan bakar untuk dicampurkan dengan udara. Bahan bakar dan udara yang telah

tercampur dimasukkan ke blok silinder. Didalam blok silinder udara dan bahan bakar ditekan

dengan piston kemudian diberi percikan dari busi, Dimana percikan busi diatur oleh ECU

dengan inputan posisi piston dengan menggunakan sensor TDC (Top Dead Center) & CAS

(Crank Angle Sensor). Ledakan di blok silinder menghasilkan kecepatan yang dinyatakan

dengan satuan rpm (radian per minutes).

Dalam instrumen ini, driver injektor dan driver pembakaran berperan sebagai sinyal

kondisioning. Kedua komponen ini menerima sinyal kontrol dari ECU dan menyesuaikannya

kemudian meneruskannya ke komponen aktuator. Aktuator adalah komponen yang

dikendalikan untuk mengubah variabel kontrol. Peran aktuator dijalankan oleh busi dan

injektor. Plant di sistem ini tidak lain adalah kecepatan putaran mesin dalam satuan rpm.

Nilai kecepatan putaran mesin selalu diukur oleh sensor dan dikirim ke ECU. Komponen yang

digunakan untuk mengukur kecepatan putaran mesin adalah CAS.


Tugas Akhir


Thesis

Desain Pengaturan Putaran Idle Mesin Pada Injeksi Bensin Berbasis Index Performasi Suhu – Putaran

Pengendalian Temperatur Kerja Motor Bensin Melalui Pengaturan Kecepatan Flow Air Pendinginan Dengan Fuzzy Logic Controller

Pengendalian Aliran Fluida dan Kipas Pendingin Radiator Motor Bakar Menggunakan Neural Network Controller Terkordinasi

Pengendalian Temperatur Kerja Engine Melalui Pengaturan Kipas Radiator Berbasis Fuzzy Logic Controller

Perancangan Fuzzy Logic Controller Sistem MIMO Untuk Mengendalikan Temperatur Kerja Mesin Pada Motor Bensin Dengan Mengatur Aliran Fluida Dan Udara



STUDI 8 AIR VEHICLE

Gambar 17 Air Vehicle

8.1. Pengantar

Air Vehicle adalah instrumen yang baru saja dimiliki di Laboratorium SP B 105. Instrumen ini

seperti pesawat terbang baling-baling yang dikendalikan dengan remote control. Air Vehicle

mampu bergerak dalam tiga macam gerak yaitu roll, pitch, dan yaw. Ketiga macam gerak ini

dapat diwujudkan melalui perubahan rudder, aileron, dan elevator.


Air vehicle tersusun dari beberapa komponen berikut ini.

8.2.1 Rudder

Rudder terletak pada vertical stabilizer. Rudder merupakan bidang kendali pada saat

pesawat melakukan yaw, yaitu gerak pada sumbu vertikal (sumbu memanjang tegak lurus

terhadap Center of gravity dari pesawat). Rudder dikendalikan dari cockpit dengan

menggunakan rudder pedal. Jenis kestabilan yang dilakukan aileron adalah menyetabilkan

pesawat dalam arah direksional. Pergerakan rudder berdefleksi ke kiri atau kanan.

8.2.2 Aileron

Aileron terletak pada wing atau sayap pesawat. Aileron merupakan bidang kendali pada saat

pesawat melakukan roll yaitu gerak rotasi pada sumbu longitudinal (sumbu yang memanjang

dari nose hingga ke tail). Aileron dikendalikan dari cockpit dengan menggunakan stick

control. Jenis kestabilan yang dilakukan aileron adalah menyetabilkan pesawat dalam arah

lateral. Pergerakan aileron berkebalikan antara kiri dan kanan, berdefleksi naik atau turun.

8.2.3 Elevator

Elevator terletak pada horizontal stabilizer. Merupakan bidang kendali pada saat pesawat

melakukan pitch (pitch up or down). Bergerak pada sumbu lateral (sumbu yang memanjang



sepanjang wing). Elevator dikendalikan dari cockpit dengan menggunakan stick control. Jenis

kestabilan yang dilakukan aileron adalah menyetabilkan pesawat dalam arah longitudinal.

Pergerakan elevator bersamaan antara kiri dan kanan, berdefleksi naik atau turun.

8.2.4 Motor Brushless

Motor Brushless berguna untuk menggerakkan baling-baling pesawat sehingga

menimbulkan daya dorong untuk pesawat. Motor ini menerima daya listrik AC melalui

inverter.

8.2.5 Motor Servo

Motor servo berguna untuk menggerakkan elevator, eleron, dan rudder.

8.2.6 Inverter

Inverter berguna untuk merubah tegangan DC ke AC untuk menggerakkan motor brushless.

8.2.7 Receiver

Receiver berguna untuk menerima sinyal kontrol dari remote control.

8.2.8 Remote Control

Remote control berguna untuk mengontrol gerakan pesawat dengan mengirimkan sinyal

kendali ke receiver.

8.2.9 Baterai

Baterai berguna sebagai catu daya untuk menggerakkan air vehicle.

8.2.10 Gyro

Gyro merupakan komponen tambahan yang berperan sebagai sensor untuk menentukan

simpangan posisi dan arah pesawat dari titik setimbang atau pusat massanya.

8.2.11 Global Positioning System

Global positioning system berguna untuk menentukan posisi, kecepatan, dan ketinggian

pesawat pada setiap saat.

8.3. Permasalahan

8.3.1 Tracking

Tracking adalah pengendalian gerak pesawat secara otomatis (auto-pilot) agar dapat

bergerak melalui lintasan tertentu yang dikehendaki.

8.3.2 Kestabilan Lateral



Masalah kestabilan lateral adalah pengendalian gerak pesawat secara otomatis (auto-pilot)

agar menjaga posisi setimbang secara lateral, tidak melakukan gerak roll dan yaw.

8.3.3 Kestabilan Longitudinal

Masalah kestabilan longitudinal adalah pengendalian gerak pesawat secara otomatis (auto-

pilot) agar menjaga posisi setimbang secara longitudinal, tidak melakukan gerak pitch.


Gambar 18 Ilustrasi pengaturan gerak roll (kiri), pitch (tengah), dan yaw (kanan)

Gambar 19 Blok diagram sistem pengaturan Air Vehicle

Pesawat kecil yang ada di laboratorium adalah suatu alat peraga. Terdapat beberapa

komponen dalam pesawat sehingga pesawat dapat terbang dan berbelok dengan menjaga

kestabilan dari pesawat. Motor AC brushless berfungsi untuk menggerakkan baling – baling,

dengan bergeraknya baling – baling maka ada daya dorong pada pesawat. Dengan adanya

daya dorong sehingga ada angin yang berhembus melalui sayap, sayap memberi gaya angkat

yang dibutuhkan untuk terbang. gaya angkat terbangkitkan karena ada perbedaan tekanan

di permukaan atas dan permukaan bawah sayap. Gaya angkat akan ada jika tekanan

dibawah permukaan sayap lebih tinggi dari tekanan diatas permukaan sayap. Perbedaan

tekanan ini dapat terjadi karena perbedaan kecepatan aliran udara diatas dan dibawah

permukaan sayap. Gerakan elevator adalah ke atas dan ke bawah yang terletak pada ekor

pesawat. Bila elevator bergerak ke atas, kontak elevator dengan udara akan menekan turun

bagian ekor pesawat, secara otomatis, hidung pesawat akan mengarah ke atas. Ini akan

menyebabkan sayap pesawat mengangkat ketinggian badan pesawat karena sudut kontak

sayap pesawat dengan udara bertambah demikian pula sebaliknya.

Set



Sensor Sinyal

Kondisioning



Riset yang dikerjakan pada umumnya bertujuan untuk membuat rangkaian kontroler auto-

pilot. Diagram untuk pengaturan auto-pilot pesawat ditunjukkan di Gambar 19. Set poin

adalah nilai yang diinginkan. Untuk tracking set poin adalah lintasan atau titik-titik yang

harus dilewati oleh pesawat sedangkan untuk kestabilan baik lateral maupun longitudinal set

poin adalah posisi nol atau setimbang. Nilai set poin dibandingkan dengan nilai pengukuran

oleh sensor terhadap kondisi sebenarnya. Selisih kedua nilai ini, nilai error, diteruskan

menuju kontroler. Kontroler adalah sebuah rangkaian berbasis mikrokontroler untuk

menjalankan algoritma kontrol tertentu baik untuk permasalahan tracking atau kestabilan

pesawat. Kontroler menghasilkan sinyal kontrol sebagai respon untuk sinyal error yang

masuk ke kontroler. Selanjutnya sinyal kontrol ini dilewatkan menuju sinyal kondisioning.

Sinyal kondisioning berfungsi untuk mengubah jenis dan jangkauan sinyal kontrol menjadi

sinyal penggerak aktuator. Komponen untuk sinyal kondisioning adalah inverter, yaitu

komponen yang mampu mengubah sinyal listrik DC menjadi AC untuk menggerakkan motor

AC brushless. Aktuator untuk pesawat adalah motor AC brushless dan motor servo. Motor

AC brushless adalah aktuator untuk mengubah kecepatan gerak pesawat. Putaran motor

yang semakin cepat akan menghasilkan kecepatan gerak yang lebih besar. Motor servo

adalah aktuator untuk menggerakkan rudder, ailevon, dan elevator sehingga pesawat dapat

melakukan gerak roll, pitch, dan yaw. Plant adalah variabel yang diatur, yaitu posisi pesawat

untuk masalah tracking, dan simpangan untuk masalah kesetimbangan. Perubahan nilai

plant diukur oleh sensor setiap saat. Sensor yang digunakan adalah GPS, untuk masalah

tracking, dan Gyro, untuk masalah kestabilan. GPS adalah sensor yang menunjukkan posisi,

kecepatan, dan ketinggian pesaawat sedangkan Gyro adalah sensor yang memberikan

informasi tentang simpangan pesawat dari posisi setimbangnya baik secara lateral maupun

longitudinal.


Tugas Akhir


Thesis

[belum ada riset untuk Thesis]



STUDI 9 BOE-BOT

Gambar 20 BOE-BOT

9.1. Pengantar

BOE-BOT, Board of Education – BOT, adalah robot beroda yang berukuran relatif kecil dan

programmable untuk keperluan penelitian. Robot ini menyediakan beberapa slot kosong

untuk penambahan komponen baru sehingga dapat digunakan untuk berbagai tujuan riset.


BOE-BOT tersusun dari beberapa komponen berikut.

9.2.1 Board of Education

Board of education (BOE) adalah sebuah rangkaian yang tersusun dari beberapa komponen

elektronik dan berfungsi pengendali utama.

9.2.2 Motor Servo

Motor servo berguna untuk memutar roda.

9.2.3 Web Cam

Web Cam berguna sebagai penangkap citra.

9.2.4 PC atau Laptop

PC atau Laptop terhubung dengan BOE-BOT. Laptop berfungsi untuk mendefinisikan

program yang akan dieksekusi oleh BOE-BOT. Jika program sudah dibuat, maka program

tersebut ditransfer ke BOE. Gambar yang ditangkap oleh web cam dikirimkan ke laptop

kemudian diteruskan menuju BOE.



9.2.5 Baterai

Catu daya utama untuk BOE-BOT.

9.3. Permasalahan

Auto-Tracking

Permasalahan yang telah diteliti dengan menggunakan BOE-BOT adalah auto-tracking, yaitu

pengendalian robot agar melewati lintasan yang didefinisikan sendiri secara cerdas.


Gambar 21 Sistem pengaturan BOE BOT

Gambar 21 menunjukkan sistem pengaturan untuk keperluan auto-tracking BOE-BOT.

Tujuan auto-tracking ini adalah menjalankan robot secara otomatis untuk mengejar bola dan

menggiringnya menuju gawang lawan. Robot ini menerima informasi koordinat letak bola

melalui web cam. Web cam berperan sebagai sensor dengan mengambil citra digital dari

lingkungan sekitar robot. Citra digital tersebut dikirim ke laptop untuk diolah sehingga

didapatkan koordinat bola dan robot. Informasi posisi ini dikirimkan menuju BOE. Sinyal

informasi tentang posisi ini diolah oleh Digital Kontroler untuk menghasilkan sinyal kontrol.

Digital kontroler ini tidak lain adalah modul BOE yang sudah diprogram melalui laptop

dengan algoritma kontrol tertentu. Sinyal kontrol keluaran digital kontroler adalah sinyal

digital. Sinyal ini perlu diubah menjadi sinyal analog melalui komponen sinyal kondisioning.

Selanjutnya sinyal analog ini digunakan untuk menggerakkan aktuator, yaitu motor servo.

Motor servo yang digunakan berjumlah dua motor, kanan dan kiri. Arah dan kecepatan

gerak robot ditentukan sepenuhnya oleh dinamikan putaran kedua motor servo. Gerakan

robot dipantau melalui citra web cam setiap saat hingga tujuan auto-tracking terpenuhi.


Tugas Akhir

Perancangan sistem visual servo control pada intelligent mobile robot dengan menggunakan

struktur image based visual servoing (IBVS)

Digital

Kontroler Sinyal


Sensor



Penerapan behavior based robotic pada sistem navigasi dan kontrol robot soccer

Deteksi objek menggunakan kamera dengan pendekatan neural network pada robot soccer

Thesis

[belum ada riset untuk thesis]

Documents

Instrumen Lab b105 Its