i

KENDALI KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN

ADAPTIF ROBUST KONTROL BERBASIS DISTURBANCE

OBSERVER

i. JUDUL

TUGAS AKHIR

Disusun Oleh :

AHZEN HABIBIDIN MUSLIM

NIM. 201210130311046

JURUSAN ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2017

ii

LEMBAR PERSETUJUAN

ii. LEMBAR PERSETUJUAN

KENDALI KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN ADAPTIF ROBUST

KONTROL BERBASIS DISTURBANCE OBSERVER

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh:

AHZEN HABIBIDIN MUSLIM

201210130311046

Diperiksa dan disetujui oleh:

Pembimbing I Pembimbing II

Dr. Zulfatman, S.T, M.Eng. Ir. Nur Alif Mardiyah, MT.

NIDN : 0709117804 NIDN : 0718036502

iii

LEMBAR PENGESAHAN

iii. LEMBAR PENGESAHAN

KENDALI KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN ADAPTIF

ROBUST KONTROL BERBASIS DISTURBANCE OBSERVER

Tugas Akhir ini Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

(S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Oleh:

AHZEN HABIBIDIN MUSLIM

201210130311046

Tanggal Ujian : 21 Januari 2017

Tanggal Wisuda : 25 Februari 2017

Disetujui Oleh :

1. Dr. Zulfatman, S.T, M.Eng. (Pembimbing I)

NIDN : 0709117804

2. Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T. (Pembimbing II)

NIDN : 0718036502

3. Ir. Diding Suhardi, M.T. (Penguji I)

NIDN :0706066501

4. Ilham Pakaya, ST. (Penguji II)

NIDN :0717018801

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Elektro

Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T.

NIDN : 0718036502

iv

LEMBAR PERNYATAAN

iv. LEMBAR PERNYATAAN

Yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : AHZEN HABIBIDIN MUSLIM

Tempat/Tgl. Lahir : GRESIK / 05 DESEMBER 1993

NIM : 201210130311046

Fakultas/Jurusan : TEKNIK/TEKNIK ELEKTRO

Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir dengan judul

“KENDALI KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN ADAPTIF ROBUST

KONTROL BERBASIS DISTURBANCE OBSERVER” beserta seluruh isinya

adalah karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik

sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan

sumbernya.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.

Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam

karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka

saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.

Malang, 30 Januari 2017

Yang membuat pernyataan,

AHZEN HABIBIDIN MUSLIM

Mengetahui,

Pembimbing I Pembimbing II

Dr. Zulfatman, ST, M.Eng. Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T.

NIDN : 0709117804 NIDN : 0718036502

v

ABSTRAK

Motor DC telah banyak digunakan dalam dunia industri. Dalam pengaplikasian motor DC dibutuhkan kehandalan yang baik, maka dari itu perlu dilakukan pengaturan pada motor DC. Teknik pengaturan kecepatan motor DC adalah salah satu metode pengaturan yang umum digunakan. Problematika yang sering muncul dalam pengaturan kecepatan motor DC seperti terjadinya perubahan parameter sistem dan gangguan. Untuk itu diperlukan teknik kontrol yang dapat mengkompensasi permasalahan tersebut. Pada penelitian ini digunakan teknik kontrol Adaptif Fuzzy PID (AFPID) berbasis Disturbance Observer (DOb).

Hasil dari pengujian teknik kontrol AFPID berbasis DOb pada motor DC didapatkan beberapa data yang menunjukkan performa metode yang digunakan terhadap sistem. Data-data hasil pengujian antara lain waktu naik (tr) = 0.3717 detik, lewatan maksimum (mp) = 7.9326 %, dan nilai peak time (tp) = 1.90 detik. Diketahui pula respon DOb dalam mengkompensasi terjadinya gangguan. Teknik kontrol AFPID berperan menangani terjadinya perubahan parameter sistem, sedangkan untuk DOb berperan mengestimasi terjadinya gangguan. Kombinasi teknik kontrol AFPID dengan DOb mampu membuat sistem lebih stabil dan tahan terhadap gangguan.

Kata Kunci: adaptif, Disturbance Observer (DOb), kecepatan, motor DC, teknik kontrol

vi

ABSTRACT

DC motors have been widely used in industry. In the application of DC motor required good reliability, therefore it is necessary to regulate a DC motor. DC motor speed regulation technique is one of the methods commonly used. The problems that often arise in a DC motor speed control such as changes in system parameters and disturbances. It required a control technique that can compensate for these problems. In this study used the technique of Adaptive Fuzzy PID control (AFPID) based Disturbance Observer (DOB).

Results of testing control techniques AFPID DOB based on a DC motor obtained some data that show the performance of the method used to the system. The data in the test results include the rise time (tr) = 0.3717 seconds, maximum throughput (mp) = 7.9326%, and the value of peak time (tp) = 1.90 seconds. Note also the response of DOB in compensating the disturbance. Control technique AFPID to handle the change of system parameters, while DOB to estimating a disturbance. The combination of control techniques AFPID with DOB able to make the system more stable and robust from disturbance.

Keywords: adaptive, Disturbance Observer (DOB), speed, DC motor, control technique

vii

KATA PENGANTAR v. KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kita panjatkan ke hadirat Allah SWT atas

segala nikmat, kekuatan, taufik serta hidayah-Nya. Shalawat serta salam semoga

tercurah kepada Rasulullah SAW, keluarga sahabat dan para pengikut setianya,

Amin. Atas kehendak Allah sajalah, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang

berjudul :

“KENDALI KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN ADAPTIF

ROBUST KONTROL BERBASIS DISTURBANCE OBSERVER”

Pembuatan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk

memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) di Universitas Muhammadiyah Malang.

Selain itu penulis berharap agar tugas akhir ini dapat menambah kepustakaan dan

dapat memberikan manfaat bagi semuanya.

Akhir kata semoga buku ini dapat bermanfaat di masa sekarang dan masa

mendatang. Sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan, maka penulis mohon

maaf apabila ada kekeliruan baik yang sengaja maupun yang tidak sengaja.

Malang, 30 Januari 2017

Penulis

viii

LEMBAR PERSEMBAHAN vi. LEMBAR PERSEMBAHAN

Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan

ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ibu dan Bapak yang tak henti memberikan do’a dan dukungan moril maupun

material, membiayai, mencintai dan menyayangi saya hingga dapat meraih

gelar Sarjana Teknik ini.

2. Dekan Fakultas Teknik dan keluarga (FT) Bapak Ir. Sudarman, MT. serta

para Pembantu Dekan Fakultas Teknik dan keluarga besar Universitas

Muhammadiyah Malang.

3. Ketua Jurusan Teknik Elektro Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT. dan Sekretaris

Jurusan Teknik Elektro Bapak Machmud Effendy, ST., M.Eng. beserta

seluruh staffnya.

4. Bapak Dr. Zulfatman, ST., M.Eng. dan Bapak Ir. Nur Alif Mardiyah, MT.

yang telah meluangkan waktu, energi dan pikiran untuk membimbing penulis

dalam menyelesaikan skripsi ini.

5. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas

Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu penulis

selama proses studi.

6. Terima kasih pada keluarga besar WS Robotika UMM, teman-teman part

time perpus, seseorang disana dan teman-teman Elektro 2012 yang sangat

saya cintai.

7. Terakhir untuk semuanya yang telah membantu dan mendoakan penulis tanpa

terkecuali.

Semoga Allah SWT memberikan limpahan rahmat dan hidayah-Nya atas

segala kebaikan dan semoga kita semua selalu dalam lindungan serta tuntunan-Nya.

ix

DAFTAR ISI

JUDUL ..................................................................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN.................................................................................... ii

LEMBAR PERSETUJUAN................................................................................... iii

LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................... iv

ABSTRAK .............................................................................................................. v

KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii

LEMBAR PERSEMBAHAN .............................................................................. viii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah .......................................................................................... 2

1.4 Tujuan .......................................................................................................... 2

1.5 Sistematika Penulisan .................................................................................. 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Motor DC .................................................................................................... 4

2.2 Arduino Mega2560 ..................................................................................... 5

2.3 Identifikasi Sistem ....................................................................................... 6

2.3.1 Pengambilan Data .............................................................................. 7

2.3.2 Penelitian ........................................................................................... 7

2.3.3 Pemilihan Struktur Pemodelan .......................................................... 7

2.3.4 Estimasi Model .................................................................................. 8

2.3.5 Validasi Model ................................................................................... 9

2.4 Kontrol Proportional Integral Derivative (PID) ......................................... 9

2.5 Logika Fuzzy ............................................................................................. 11

2.6 Adaptif Fuzzy PID ..................................................................................... 13

2.7 Disturbance Observer(DOb) ..................................................................... 13

2.8 Tinjauan Penelitian Sebelumnya ............................................................... 15

x

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

3.1 Pemodelan motor DC ................................................................................ 16

3.1.1 Pengambilan Data ............................................................................ 17

3.1.2 Pemilihan Struktur Pemodelan ........................................................ 17

3.1.3 Estimasi dan Validasi ....................................................................... 18

3.2 Perancangan Kontrol Proportional Integral Derivative (PID) ................. 21

3.3 Perancangan Kontrol Adaptif Fuzzy PID (AFPID) .................................. 22

3.4 Perancangan Disturbance Observer (DOb) .............................................. 24

3.5 Perancangan Kontrol Adaptif Fuzzy PID (AFPID) dengan DOb ............ 25

3.6 Perancangan Pengujian ............................................................................. 26

3.6.1 Perancangan Antar Muka ................................................................. 26

3.6.2 Perancangan Hardware Pengujian ................................................... 27

3.6.3 Perancangan Sinyal Input dan Sinyal Gangguan ............................. 28

3.6.4 Perancangan Pengujian Model Motor DC Menggunakan Loop

terbuka dan Loop Tertutup ............................................................... 28

3.6.5 Perancangan Pengujian Kontrol PID Dan Kontrol Adaptif Fuzzy PID

Pada Motor DC ................................................................................ 28

3.6.5 Perancangan Pengujian Kontrol Adaptif Fuzzy PID Dan Kontrol

Adaptif Fuzzy PID Dengan Disturbance Observer (DOb) Pada Motor

DC .................................................................................................... 29

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengujian Model Motor DC Menggunakan Loop Terbuka dan Loop

Tertutup ..................................................................................................... 30

4.2 Pengujian Kontrol PID Dan Kontrol Adaptif Fuzzy PID Pada Motor DC 31

4.3 Pengujian Kontrol Adaptif Fuzzy PID (AFPID) Dan Kontrol Adaptif Fuzzy

PID (AFPID) Dengan Disturbance Observer (DOb) Pada Motor DC ..... 34

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ................................................................................................ 39

5.2 Saran .......................................................................................................... 40

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 41

LAMPIRAN .................................................................................................................... 42

xi

DAFTAR GAMBAR

vii. DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Motor DC ............................................................................................ 4

Gambar 2.2 Rangkaian ekuivalen motor DC .......................................................... 4

Gambar 2.3 Konfigurasi Arduino Mega2560 ......................................................... 6

Gambar 2.4 Identifikasi Sistem ............................................................................... 7

Gambar 2.5 Flowchart Identifikasi Sistem.............................................................. 7

Gambar 2.6 Kendali PID ....................................................................................... 10

Gambar 2.7 Respon Unit Step Pada Plant ............................................................. 11

Gambar 2.8 Blok Diagram Kontrol Fuzzy. ........................................................... 11

Gambar 2.9 Standart Membership Function ......................................................... 12

Gambar 2.10 Blok kontrol Adaptif Fuzzy PID ..................................................... 13

Gambar 2.11 Blok Disturbance Observer ............................................................. 14

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Kecepatan Motor DC ..................................... 16

Gambar 3.2 Data Input Output .............................................................................. 17

Gambar 3.3 Tegangan Motor ................................................................................ 17

Gambar 3.4 System Identification Toolbox Matlab .............................................. 18

Gambar 3.5 Pemilihan struktur pemodelan ........................................................... 18

Gambar 3.6 Kurva validasi ................................................................................... 19

Gambar 3.7 Pole dan Zero dari pemodelan motor DC.......................................... 20

Gambar 3.8 Step response dari pemodelan motor DC .......................................... 20

Gambar 3.9 Frekuensi response dari pemodelan motor DC ................................. 20

Gambar 3.10 Blok kontrol PID dengan gangguan pada motor DC ...................... 21

Gambar 3.11 Blok inferensi fuzzy ........................................................................ 22

Gambar 3.12 Keanggotaan dari e(t) ...................................................................... 23

Gambar 3.13 Keanggotaan dari de(t) .................................................................... 23

Gambar 3.14 Keanggotaan dari K'�, K'�, dan K'� ................................................. 23

Gambar 3.15 Blok simulink AFPID ..................................................................... 24

Gambar 3.16 Blok Simulink Disturbance Observer ............................................. 25

Gambar 3.17 Struktur implementasi DOb ............................................................ 25

Gambar 3.18 Blok kontrol AFPID+DOb dengan gangguan pada motor DC ....... 26

Gambar 3.19 Rangkaian Antar Muka Sistem ....................................................... 26

xii

Gambar 3.20 Rancangan Mekanik Alat ................................................................ 27

Gambar 3.21 Blok simulink loop terbuka ............................................................. 28

Gambar 3.22 Blok simulink loop tertutup ............................................................ 28

Gambar 3.23 Blok simulink kontrol PID dan AFPID pada motor DC ................. 29

Gambar 3.24 Blok simulink kontrol AFPID dan AFPID dengan DOb pada motor

DC ......................................................................................................................... 29

Gambar 4.1 Respon transien loop terbuka ............................................................ 30

Gambar 4.2 Respon transien loop tertutup ............................................................ 30

Gambar 4.3 Respon keluaran sistem motor DC dengan kontrol PID dan AFPID

dengan gangguan ................................................................................................... 31

Gambar 4.4 Error kontrol PID dan Error kontrol AFPID dengan gangguan ........ 32

Gambar 4.5 Output kontrol PID dan Output kontrol AFPID dengan gangguan ... 33

Gambar 4.6 Respon keluaran sistem motor DC menggunakan kontrol AFPID dan

AFPID+DOb dengan gangguan ............................................................................ 35

Gambar 4.7 Error kontrol AFPID dan Error kontrol AFPID+DOb dengan gangguan

............................................................................................................................... 35

Gambar 4.8 Output kontrol AFPID dan Output kontrol AFPID+DOb dengan

gangguan ............................................................................................................... 36

Gambar 4.9 Respon DOb terhadap gangguan ....................................................... 38

xiii

DAFTAR TABEL

viii. DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Pengaruh PID pada waktu naik,overshoot, waktu turun dan kesalahan

keadaan tunak ........................................................................................................ 10

Tabel 3.1 Parameter PID ....................................................................................... 21

Tabel 3.2 Aturan fuzzy .......................................................................................... 24

Tabel 4.1 Karakteristik respon transien kontrol PID dan AFPID ......................... 34

Tabel 4.2 Karakteristik respon transien kontrol AFPID dan AFPID dengan DOb 37

41

DAFTAR PUSTAKA

[1] Cai dan Wang,”A FUZZY-PI HYBRID CONTROLLER BASED ON A

DISTURBANCE OBSERVER”, Ninth International Conference on Natural

Computation (ICNC), 2013.

[2] Chintamaneni, Amaresh dan Yadipati, “SLIDING MODE SPEED CONTROL

of a DC MOTOR”, International Conference on Communication Systems and

Network Technologies, 2011.

[3] Fatoni Ali, Pramudijanto Josaphat, dan Yonatan Alfius, “PERANCANGAN

DAN IMPLEMENTASI DISTURBANCE OBSERVER UNTUK PENGATURAN

KONTUR PADA SIMULATOR MESIN FREIS”, ITS Surabaya, 2009.

[4] Hasanjani Reza Akbari, Javadi Shahram dan Nadooshan Reza Sabbagi, “DC

MOTOR SPEED CONTROL BY SELF-TUNING FUZZY PID ALGORITHM”,

Islamic Azad University, Teheran, Iran, 2014.

[5] Zulfatman and M. F. Rahmat, “APPLICATION OF SELF-TUNING FUZZY

PID CONTROLLER ON INDUSTRIAL HYDRAULIC ACTUATOR

USING SYSTEM IDENTIFICATION APPROACH”, UTM Skudai, Malaysia,

2009.

[6] Arduino Mega 2560 Datasheet, website : http://www.arduino.cc.