Sistem Kendali Keseimbangan Bola di Atas Papan

1
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga, Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022)
2013889 Homepage :www.polban.ac.id Email : polban@polban.ac.id
Dokumentasi Tugas Akhir Mata Kuliah
Lembar Sampul Dokumen
Judul Dokumen Dokumen B100: “Sistem Keseimbangan Bola di Atas Papan”
Jenis Dokumen B100
Nomor Dokumen B100 – 01
Nomor Revisi 01
Nama File SKT4C_B100_Luqman Al Labib_Proyek Mandiri.docx
Tanggal
Penerbitan 27 November 2016
Unit Penerbit Luqman Al Labib
Jumlah Halaman 1
Data Pengusul
Pengusul Nama Jabatan Mahasiswa D – IV
Teknik Elektronika
Luqman Al Labib 131354017
Tanggal
27 - 11 -
2016
Tanda
Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789 Faks : 022-
2013889
Email : polban@polban.ac.id

2
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI........................................................................................................................2
CATATAN SEJARAH PERBAIKAN DOKUMEN........................................................3
PROPOSAL TUGAS AKHIR MATA KULIAH .............................................................4
1 PENGANTAR .............................................................................................................4
1.1 RINGKASAN ISI DOKUMEN .....................................................................................4
1.2 TUJUAN PENULISAN DAN APLIKASI/KEGUNAAN DOKUMEN ..................................4
2 PENGEMBANGAN PROPOSAL.............................................................................4
2.1 LATAR BELAKANG, TUJUAN, DAN ALAT................................................................4
2.1.1 Latar Belakang..................................................................................................4
2.1.2 Tujuan ...............................................................................................................5
2.1.3 Alat....................................................................................................................5
2.2 RANCANGAN SISTEM ALAT....................................................................................6
2.2.1 Mekanisme Alat.................................................................................................6
2.2.2 Diagram Sistem Kendali ...................................................................................6
2.3 RANCANGAN ANGGARAN ......................................................................................7
2.3.1 Estimasi biaya...................................................................................................7
2.3.2 Perencanaan Kegiatan......................................................................................7
3 PENUTUP....................................................................................................................8

3
CATATAN SEJARAH PERBAIKAN DOKUMEN
VERSI, TGL PERBAIKAN

4
PROPOSAL TUGAS AKHIR MATA KULIAH
1 PENGANTAR
1.1 Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen B100 yang dibuat berisi tentang gagasan atau ide tentang tugas akhir mata kuliah
Sistem Kendali Terdistribusi. Dokumen B100 berisi tentang rancangan sistem yang akan
dibuat. Dokumen B100 ini juga berisi tentang estimasi biaya dan jadwal pengerjaan.
1.2 Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen
Pembuatan dokumen B100 ditujukan sebagai salah satu bagian dari rangkaian dokumentasi
dalam pengembangan proyek. Dokumen B100 berisi penjelasan mengenai latar belakang
proyek ini dibuat. Dokumen B100 ini juga diharapkan dapat memberikan pemahaman
mengenai alat yang akan dibuat dan dikembangkan.
2 PENGEMBANGAN PROPOSAL
2.1 Latar Belakang, Tujuan, dan Alat
2.1.1 Latar Belakang
Keseimbangan merupakan salah satu aspek tujuan dari sistem kendali. Menjaga
keseimbangan suatu obyek terhadap obyek lainnya seringkali menjadi salah satu acuan
untuk menerapkan sistem kendali pada aspek keseimbangan. Sistem kendali keseimbangan
bola di atas papan dapat dijadikan salah satu media sederhana dalam mempelajari sistem
kendali.
Mikrokontroler Arduino saat ini menjadi salah satu development board yang
banyak digunakan untuk mendukung pembelajaran dan pengembangat alat-alat sederhana.
Termasuk dalam salah satu mata kuliah di program studi D4 Teknik Elektronika, Sistem
Kendali Terdistribusi. Arduino digunakan sebagai salah satu controller dalam
mengaplikasikan sistem kendali digital dengan metode PID.

5
Pembuatan sistem keseimbangan bola di atas papan dapat dijadikan salah satu
aplikasi dari penerapan sistem kendali digital PID dengan memanfaatkan Arduino sebagai
controller dari sistem. Sistem yang akan dibuat berupa mekanisme sebuah papan yang
kemiringannya dapat dikendalikan melalui putaran motor servo, dimana putaran motor
akan disesuaikan dengan input dari sensor ultrasonik yang membaca posisi sebuah bola
diatas papan. Parameter PID akan ditentukan untuk mendapatkan respon sebaik mungkin
untuk menjaga bola pada jarak yang telah ditentukan dari sensor.
2.1.2 Tujuan
Tujuan yang diharapkan dari pembuatan alat ini ini:
1. Dapat mengaplikasikan pendekatan sistem kendali digital PID pada suatu alat
sederhana.
2. Dapat mempelajari pendekatan dan parameter-paramater kendali dari alat yang
dibuat.
2.1.3 Alat
Alat yang dibuat merupakan sebuah mekanisme papan yang dapat diatur kemiringinnya
(satu sudut) dengan putaran sebuah motor servo. Kemiringan akan menjaga sebuah bola
agar tetap berada pada titik diatas papan yang ditentukan. Posisi bola diatas papan akan
dibaca oleh sensor ultrasonik. Jarak yang terbaca di sensor ultrasonik akan dijadikan
parameter yang akan menentukan pergerakan dari motor servo yang mengatur kemiringan
dari papan.

6
2.2 Rancangan Sistem Alat
2.2.1 Mekanisme Alat
Plant System merupakan mekanisme 3 buah papan yang disambungkan dengan 2 sudut
bebas, 1 sudut terkendali motor servo, dan satu titik tepat yang akan menjadi titik dari
peletakkan sensor ultrasonik yang akan membaca posisi dari sebuah bola di atas papan
utama.
Gambar 2.1 Rancangan Mekanis Alat
2.2.2 Diagram Sistem Kendali
Sistem kendali yang dibuat diawali dengan menentukan set point berupa jarak bola terhadap
sensor di atas papan utama, nilai tersebut akan menjadi acuan yang ditentukan pada
controller. Controller akan mengendalikan putaran motor servo berdasarkan keluaran dari
Arduino Uno. Motor akan berputar dan menentukan kemiringan dari papan utama.
Pergerakan bola di atas papan utama akan dibaca oleh sensor ultrasonik yang akan membaca
nilai error atau ketidaksesuaian dengan set point. Nilai error akan diolah dengan program
kendali PID yang dibuat pada Arduino Uno sebagai controller. Yang akan menentukan
perputaran dari motor.

7
Gambar 2.2 Rancangan Sistem Kendali Alat
2.3 Rancangan Anggaran
2.3.1 Estimasi biaya
Total estimasi biaya yang dibutuhkan untuk proyek ini adalah Rp. 150.000.00,-
Estimasi biaya dalam tabel:
No. Jenis Pengeluaran Biaya (Rp)
1 Arduino Uno -
2 Sensor Ping Ultrasonik Rp 25,000
3 Servo Motor Rp 30,000
4 Power Supply 5 Vdc Rp 30,000
5 Papan Mekanis Rp 35,000
6 Bola Tenis Meja Rp 5,000
7 Lain-lain Rp 25,000
Jumlah (Rp) Rp 150,000
Tabel 2.1 Estimasi Biaya untuk Proyek
2.3.2 Perencanaan Kegiatan
Proyek ini akan memanfaatkan waktu satu bulan selama bulan desember 2016.
Jadwal perkiraan untuk pengerjaan ada pada tabel di bawah.

8
Tabel 2.2 Perencanaan Kegiatan
3 Penutup
Demikian dokumen B100 ini dibuat untuk selanjutnya dapat dijadikan acuan untuk
pengembangan-pengembangan bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.
No. Jenis Kegiatan
Minggu
1 2 3 4 5
1 Perancangan Desain Mekanik
2 Pembelian Bahan dan Komponen
3 Perancangan Program
3 Perakitan Alat dan Uji Coba Sistem
4 Penyesuaian program dan Tuning
5 Analisi kekurangan alat
5 Penyempurnaan Alat

9
Jenis Dokumen B200
Nomor Revisi 01
Tanggal
Jumlah Halaman 1
Data Pengusul
Teknik Elektronika
Tanggal
27 - 11 -
2016
Tanda
Tangan
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789 Faks : 022-
2013889

10
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI......................................................................................................................10
CATATAN SEJARAH PERBAIKAN DOKUMEN......................................................11
PROPOSAL TUGAS AKHIR MATA KULIAH ...........................................................12
1 PENGANTAR ...........................................................................................................12
1.1 RINGKASAN ISI DOKUMEN ....................................................................................12
1.2 TUJUAN PENULISAN DAN APLIKASI/KEGUNAAN DOKUMEN..................................12
2 SPESIFIKASI SISTEM............................................................................................12
2.1 CONTROLLER (ARDUINO UNO)..............................................................................12
2.2 SENSOR (ULTRASONIK PING SENSOR HC SR04)...................................................14
2.3 ACTUATOR (SERVO MOTOR 5V) ...........................................................................15
3 PENUTUP..................................................................................................................15

11

12
4 PENGANTAR
Dokumen B200 yang dibuat berisi tentang spesifikasi sistem dari alat yang dibuat sebagai
tugas akhir mata kuliah Sistem Kendali Terdistribusi. Dokumen B200 berisi tentang
spesifikasi sensor, range tegangan, aktuator, dan spesifikasi controller.
dalam pengembangan proyek. Dokumen B200 dapat menjadi acuan apabila terjadi
ketidaksesuaian terhadap alat dan komponen yang akan dirancang. Sehingga memudahkan
tindak lanjut/troubleshooting dari kekurangan sistem bila terjadi saat pengerjaan.s
5 SPESIFIKASI SISTEM
Dengan menggunakan Power Supply 5 volt, akan digunakan 3 buah perangkat/komponen
elektronik utama yang akan mendukung sistem keseimbanga bola di atas papan yang akan
dibuat. Yakni Arduino Uno sebagai controller, Sensor Ultrasonik HC SR04 sebagai
feedback untuk sistem, dan Motor Servo 5 V sebagai aktuator dari sistem. Berikut dekripsi
dan spesifikasi dari 3 perangkat tersebut:
5.1 Controller (Arduino Uno)
Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328. Uno memiliki 14 pin
digital input / output (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog,
resonator keramik 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP, dan tombol reset. Uno
dibangun berdasarkan apa yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, sumber daya
bisa menggunakan power USB (jika terhubung ke komputer dengan kabel USB) dan juga
dengan adaptor atau baterai.

13
Gambar 2.1 Arduino Uno
Gambar 2.2 Konfiguran port I/O Arduino Uno
Spesifikasi Arduino Uno:

14
5.2 Sensor (Ultrasonik Ping Sensor HC SR04)
Sensor HC-SR04 adalah sensor pengukur jarak berbasis gelombang ultrasonik. Prinsip kerja
sensor ini mirip dengan radar ultrasonik. Gelombang ultrasonik di pancarkan kemudian di
terima balik oleh receiver ultrasonik. Jarak antara waktu pancar dan waktu terima adalah
representasi dari jarak objek. Sensor ini cocok untuk aplikasi elektronik yang memerlukan
deteksi jarak termasuk untuk diaplikasikan mengukur jarak bola di atas papan dalam proyek
ini. HC-SR04 menggunakan 4 pin, pin trigger dan output diletakkan terpisah.
Gambar 2.3 Ultrasonic Ping Sensor HC SR04
Gambar 2.4 Konfigurasi pin Ultrasonic Ping Sensor HC SR04
Spesifikasi Ultrasonik HC SR04:
 Jangkauan deteksi: 2cm sampai kisaran 400 -500cm
 Sudut deteksi terbaik adalah 15 derajat
 Tegangan kerja 5V DC
 Resolusi 1cm
 Frekuensi Ultrasonik 40 kHz
 Dapat dihubungkan langsung ke kaki mikrokontroler

15
5.3 Actuator (Servo Motor 5V)
Motor Servo yang akan digunakan pada sistem adalah motor servo dengan spesifikasi
tegangan 5 volt, agar mudah diaplikasikan bersamaan dengan arduino yang juga memiliki
spesifikasi tegangan 5 volt. Selain itu motor servo yang digunakan memiliki sudut putar 180
derajat, sudut ini cukup untuk mengatur kemiringan dari papan utama yang akan
menyeimbangankan bola di atasnya. Input dari motor servo selain catu daya 5 volt adalah
nilai pwm, nilai pwm yang dapat dikeluarkan oleh arduino. Sehingga tidak diperlukan driver
motor seperti pada motor dc pada umumnya.
Gambar 2.5 Servo Motor
Gambar 2.6 Konfigurasi Servo Motor 5V
6 Penutup

16
Jenis Dokumen B300
Nomor Revisi 01
Tanggal
Jumlah Halaman 1
Data Pengusul
Teknik Elektronika
Tanggal
27 - 11 -
2016
Tanda
Tangan
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789 Faks : 022-
2013889

17
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI......................................................................................................................17
1 PENGANTAR ...........................................................................................................19
2 PERANCANGAN SISTEM .....................................................................................19
2.1 BLOK DIAGRAM MODUL .......................................................................................19
2.2 SYSTEM WIRING....................................................................................................20
2.3 FLOWCHART..........................................................................................................21
3 PENUTUP..................................................................................................................22

18

19
7 PENGANTAR
Dokumen B300 yang dibuat berisi tentang blok koneksi antar modul, wiring sistem, dan
flowchart dari sistem kendali untuk proyek yang akan dibuat.
dalam pengembangan proyek. Dokumen B200 diharapkan dapat menjadi acuan dari
perancangan sekaligus perakitan alat, dan dapat membantu untuk mendeteksi kesalahan dari
perakitan ataupun wiring dari alat yang dibuat,
8 PERANCANGAN SISTEM
8.1 Blok Diagram Modul
Sistem kendali yang dibuat diawali dengan menentukan set point berupa jarak bola terhadap
sensor di atas papan utama, nilai tersebut akan menjadi acuan yang ditentukan pada
controller. Controller akan mengendalikan putaran motor servo berdasarkan keluaran dari
Arduino Uno. Motor akan berputar dan menentukan kemiringan dari papan utama.
Pergerakan bola di atas papan utama akan dibaca oleh sensor ultrasonik yang akan membaca
nilai error atau ketidaksesuaian dengan set point. Nilai error akan diolah dengan program
kendali PID yang dibuat pada Arduino Uno sebagai controller. Yang akan menentukan
perputaran dari motor.
Gambar 2.1 Blok Diagram Modul

20
8.2 System Wiring
Power Supply 5V akan menjadi catu daya dari Arduino Uno yang digunakan sebagai
controller, Sensor Ultrasonik HC SR04 sebagai feedback, dan Servo Motor sebagai aktuator
dari sistem. Ground yang digunakan adalah ground dari salah satu pin di Arduino. Input dari
sensor akan masuk ke pin 7 dari Arduino Uno sebagai input digital. Hasil olah program dari
arduino akan berupa nilai pwm dari pin 9 untuk menentukan putaran motor servo yang akan
menggerakkan papan utama tempat bola yang akan diseimbangkan berada.
Gambar 2.2 System Wiring

21
8.3 Flowchart
Berikut flowchart dari proyek Sistem Keseimbangan Bola di Atas Papan yang akan dibuat:
start
stop
Arduino Menentukan nilai
PWM Motor Servo
Dengan kendali PID
Bola
diletakkan
diatas
Papan
Sensor Membaca
Jarak Bola
Kemiringan Papan
Berubah
Letak Bola Sesuai
Set Point
Menentukan Nilai Set Point
Ya
Tidak
Gambar 2.3 Flowchart Sistem Kendali
Algoritma dari sistem diawali dengan menentukan set point atau jarak bola dari sensor yang
diinginkan. Selanjutnya dilakukan peletakkan bola secara manual dan bebas, selama berada
di atas papan utama. Sensor akan langsung membaca posisi dan jarak bola, data dari sensor
akan dikirimkan ke arduino. Arduino akan menentukan nilai PWM servo yang akan
merubah kemiringan dari Papan Utama, apabila letak bola terdeteksi telah sesuai dengan
nilai set point, maka tidak akan ada aksi dari motor servo. Apabila tidak sesuai, maka akan
terbaca sebagai nilai error yang akan menjadi acuan dari parameter pid yang dibuat pada

22
program. Arduino akan mengeluarkan nilai PWM berdasarkan hasil olah parameter kendali
PID untuk menggerakkan motor servo. Begitu seterusnya apabila terdapat nilai error.
9 Penutup

23
Jenis Dokumen B400
Nomor Revisi 01
Tanggal
Penerbitan 12 Desember 2016
Jumlah Halaman 1
Data Pengusul
Teknik Elektronika
Tanggal
27 - 11 -
2016
Tanda
Tangan
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789 Faks : 022-
2013889

24
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI......................................................................................................................17
1 PENGANTAR ...........................................................................................................19
2 REALISASI SISTEM...............................................................................................19
2.1 MIKROKONTROLER ARDUINO UNO .......................................................................19
2.2 SENSOR JARAK ULTRASONIK ................................................................................20
2.3 MOTOR SERVO ......................................................................................................21
2.4 REALISASI MEKANIK.............................................................................................21
2.3 REALISASI PROGRAM ARDUINO ............................................................................21
3 PENUTUP..................................................................................................................22

25
10 PENGANTAR
Dokumen ini berisi proses dan implementasi dari proyek yang berjudul Sistem
Keseimbangan Bola di atas Papan. Deskripsi dan gambaran umum proyek telah diuraikan
pada dokumen B100, spesifikasi telah diuraikan pada dokumen B200, dan desain telah
diurakan pada dokumen B300. Pada dokumen ini akan dijelaskan implementasi pembuatan
produk secara detail.
Isi dokumen ini secara garis besar dibagi menjadi empat bagian yaitu mekanik, elektronik,
kontrol dan komputer. Bagian mekanik akan menjelaskan implementasi di bagian mekanik
yang digunakan pada sistem ini. Bagian elektronik menjelaskan perangkat-perangkat
elektronik yang digunakan dan fungsinya. Bagian kontrol menjelaskan alur pengontrolan
sistem ketika bergerak. Bagian komputer menjelaskan implementasi pemrograman
software sistem ini.Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen
1.2 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan dokumen ini secara umum adalah melanjutkan proses perancangan dan
realisasi dari proyek mandiri dalam hal realisasi dan implementasi hardware serta sistem
elektronikanya dalam hal pengembangan dari konsep dan ide pada dokumen sebelumnya,
sehingga proyek ini bisa terelalisasikan. Sedangkan tujuan khusus dari dokumen ini adalah:
1. Memudahkan proses pengembangan proyek.
2. Sebagai landasan dalam proses pengerjaan proyek.
3. Sebagai salah satu dokumentasi dalam pengembangan proyek itu sendiri

26
11 REALISASI SISTEM
2.1 Mikrokontroler Arduino UNO
Mikrokontroller yang digunakan adalah Arduino Uno. Pada mikrokontroller ini terdapat 6
pin yang dapat menghasilkan pulsa PWM dan 6 pin pengkonversi nilai analog ke digitl
(ADC). Mikrokontroller Arduino Uno membutuhkan tegangan sebesar 5V .
Gambar 2.1 Arduino UNO
11.2 Sensor Jarak Ultrasonik HC SR04
Sensor yang digunakan sebagai pendeteksi jarak atau halangan adalah sensor ultrasonic HC-
SR04 yang dapat dilihat pada gambar 2.2 . Sensor hcsr04 digunakan untuk mengukur jarak
bola di atas papan. Sehingga arduino mendapatkan parameter untuk diolah dengan program
kendali dan menentukan nilai PWM dari motor Servo.
Gambar 2.2 Sensor HC SR04
11.3 Motor Servo SG90
Gerakan dari motor servo secara mekanis akan menggerakkan kemiringan dari papan
dimana bola yang dikendalikan berada. Gerakan dari motor servo ditentukan dari nilai PWM
hasil pengolahan program kendali dengan referensi nilai bacaan sensor ultrsonik.

27
Gambar 2.2 Motor Servo SG90
11.4 Realisasi Mekanik
Seperti pada dokumen sebelumnya, rancangan mekanik dari sistem merupakan sebuah
papan sepanjang 35 cm sebagai tempat dimana letak bola akan dikendalikan, untuk
mendukung pergerakan mekanis yang baik, papan tersebut terhubung dengan 2 buah lengan
dengan ujung engsel yang terhubung dengan motor servo sebagai penggerak.
Gambar 2.2 Realisasi Mekanik
11.5 Realisasi Program Arduino Uno
#include <Ultrasonic.h>
Ultrasonic ultrasonic(5,6);
float Ts = 0.05;
float Kp = 1;
float Ki = 0;
float Td = 0.3;
float Kd = Kp*Td;

28
float A, B, Setpoint, Feedback, servoOutput;
float error;
float errorD, errorD1;
float errorI, errorIsekarang, errorIsekarang1,errorIsekarang2;
float outP,outI,outD,outPIDsebelum;
float errorsebelum= 0;
float errorIsebelum = 0;
int outPID;
int PID;
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(9,OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
//A = analogRead(A0);
//Setpoint = (A*30)/1023;
Setpoint = map(analogRead(A0),0,1023,0,30);
// Setpoint = analogRead (A0);
B = ultrasonic.Ranging(CM);
Feedback = map (B, 0,300, 0, 30);
//Feedback = ultrasonic.Ranging(CM);
error =Setpoint-Feedback;
errorIsekarang = error+errorsebelum;
errorIsekarang1 = errorIsekarang/2;
errorIsekarang2 = errorIsekarang1*Ts;
errorI = errorIsekarang2+errorIsebelum;
errorD1 = error-errorsebelum;
errorD = errorD1/Ts;

29
outP = Kp*error;
outI = Ki*errorI;
outD = Kd*errorD;
outPID= outP+outI+outD;
int outPID2= round(outPID);
if(outPID2>20)
{outPID2=20;
}
else if (outPID2<-20)
{
outPID2=-20;
}
else
{
outPID2=outPID/2;
}
servoOutput = 125+outPID2;
analogWrite(9,servoOutput);
errorsebelum=error;
errorIsebelum=errorI;
Serial.print(Setpoint);
Serial.print(" ");
Serial.print(Feedback);
Serial.print(0);
Serial.print(" ");
Serial.println(50);
delay (100);
}

30
Jenis Dokumen B500
Nomor Revisi 01
Tanggal
Penerbitan 12 Desember 2016
Jumlah Halaman 1
Data Pengusul
Teknik Elektronika
Tanggal
27 - 11 –
2016
Tanda
Tangan
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789 Faks : 022-
2013889

31
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI......................................................................................................................17
1 PENGANTAR ...........................................................................................................19
2 DESAIN KENDALI..................................................................................................19
2.1 PENDEKATAN ZIEGLER NICHOLS...........................................................................19
2.2 DESAIN KENDALI DARI RESPON SISTEM .................................................................20
2.3 RESPON SISTEM HASIL DESAIN..............................................................................21
3 PENUTUP..................................................................................................................22

32

33
12 PENGANTAR
Keseimbangan Bola di Atas Papan. Deskripsi dan gambaran umum proyek telah diuraikan
pada dokumen B100, spesifikasi telah diuraikan pada dokumen B200, desain telah diurakan
pada dokumen B300, percobaan alaat telah diuraikan pada dokumen B400. Pada dokumen
ini akan dijelaskan desain kendali metode PID dengan menggunakan cara Ziegler Nichols
2.
Isi dokumen ini secara garis besar dibagi menjadi tiga bagian. Bagian pertama menjelaskan
tentang cara menggunakan desain dari Ziegler Nichols. Bagian kedua menentukan nilai
parameter PID dari respon yang muncul dari pergerakan bola di atas papan. Bagian ketiga
menentukan nilai parameter PID sesuai dengan respon yang diinginkan.
realisasi dari proyek mekatronika dalam hal realisasi dan implementasi hardware serta
sistem elektronikanya dalam hal pengembangan dari konsep dan ide pada dokumen
sebelumnya, sehingga proyek ini bisa terelalisasikan. Sedangkan tujuan khusus dari
dokumen ini adalah: 1. Memudahkan proses pengembangan proyek. 2. Sebagai landasan
dalam proses pengerjaan proyek. 3. Sebagai salah satu dokumentasi dalam pengembangan
proyek itu sendiri.
13 DESAIN KENDALI
13.1 Pendekatan PID metode Ziegler Nichols
Terdapat dua cara untuk mendesain sistem kendali dari suatu plant atau alat. Pertama adalah
dengan menggunakan metode ZN-1 dan metode ZN-2 . Pada desain kendali dari alat ini
menggunakan metode ZN-2. Metode Ziegler Nichols-2 sering digunakan dalam melakukan
pengaturan nilai Kp, Ki, dan Kd dengan melihat respon dari plant yang diatur secara close-
loop. Untuk mendapatkan respon dari plant, diberikan pulsa step pada masukan dan
memberikan nilai gain(Kcr) sehingga respon yang dihasilkan berosilasi sempurna.

34
Gambar 2.1 Perancangan PID menggunakan Ziegler Nichols-2 (sumber : Modern Control
Engineering,Ogata K.)
Nilai Pcr didapat dari waktu satu periode dari satu gelombang . Pada tabel 1 merupakan
pengkonversi nilai Kcr dan Pcr untuk mendapatkan nilai Ti dan Td sesuai dengan jenis
pengendali yang akan digunakan.
Tabel 2. 1. Tuning Rule dengan metode Ziegler Nichols-2
(sumber : Modern Control Engineering,Ogata K.)
13.2 Desain Kendali dari Respon Sistem
Gambar 2.2 Desain Kendali ZN2 dari Respon Sistem

35
Pada gambar 2.2, nilai Pcr yang didapat sebesar Pcr = 3 sekon, dan nilai Kcr
=10. Dari nilai Kcr, dan Pcr yang telah diketahui, nilai Kp, Ti, dan Td didapat
sesuai dengan persamaan tabel 1.
𝐾𝑝 = 0.6 𝑥 𝐾𝑐𝑟 = 0.6 𝑥10 = 6
𝑇𝑖 = 0.5∗𝑃𝑐𝑟 = 0.5 𝑥 3 = 1.5
𝑇𝑑 = 0.125 𝑥 𝑃𝑐𝑟 = 0.125 𝑥 3 = 0.375
13.3 Respon Sistem Hasil Desain
Gambar 2.3 Respon Sistem Hasil Desain
Pada gambar 2.3, respon yang dihasilkan tidak stabil. Respon yang dihasilkan memiliki
osilasi yang tinggi terhadap set point, mengindikasikan steady state error yang besar
sehingga diperlukan tuning kembali secara manual sesuai dengan perkiraan pengaruh
parameter terhadap sistem kendali.

36
Jenis Dokumen B600
Nomor Revisi 01
Tanggal
Penerbitan 2 Januari 2017
Jumlah Halaman 1
Data Pengusul
Teknik Elektronika
Tanggal
27 - 11 –
2016
Tanda
Tangan
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789 Faks : 022-
2013889

37
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI......................................................................................................................17
1 PENGANTAR ...........................................................................................................19
2 TUNING AKHIR SISTEM KENDALI ..................................................................19
3 PENUTUP..................................................................................................................22

38

39
14 PENGANTAR
Keseimbangan Bola. Deskripsi dan gambaran umum proyek telah diuraikan pada dokumen
B100, spesifikasi telah diuraikan pada dokumen B200, desain telah diurakan pada dokumen
B300, percobaan alat telah diuraikan pada dokumen B400, desain kendali PID telah
diuraikan pada dokumen b500. Pada dokumen ini akan berisi tuning yang dilakukan dan
juga uji plant terhadap gangguan yang akan diberikan .
Isi dokumen ini secara garis besar dibagi menjadi dua bagian. Bagian pertama menjelaskan
tentang hasil tuning terhadap plant. Bagian kedua menguji plant yang diberi gangguan
dengan nilai parameter hasil tuning terakhir menentukan nilai parameter PID dari respon
yang muncul dari Sistem Keseimbangan Bola.
realisasi dari proyek mekatronika dalam hal realisasi dan implementasi hardware serta
sistem elektronikanya dalam hal pengembangan dari konsep dan ide pada dokumen
sebelumnya, sehingga proyek ini bisa terelalisasikan. Sedangkan tujuan khusus dari
dokumen ini adalah:
1. Memudahkan proses pengembangan proyek.
2. Sebagai landasan dalam proses pengerjaan proyek.
3. Sebagai salah satu dokumentasi dalam pengembangan proyek itu sendiri.
15 Tuning Akhit Kendali PID
Berdasarkan hasil desain kendali yang belum sempurna, maka diperlukan pendekatan
tuning kendali secara manual, meskipun dilakukan secara eksperimental namun tetap
sesuai dengan perhitungan pengaruh parameter PID terhadap respon. Seperti pada tabel
2.1 dibawah.Dan hasil akhir yang didapatkan adalah sebagai berikut:
Kp = 2.5
Ti = 0
Td =.0.8

40
Tabel 2.1 Pengaruh Parameter PID terhadap Respon Sistem
Berikut Respon Sistem pada Plotter hasil pendekatan PID secara manual. Dengan setpoint
sebesar 10 cm. Tampak Respon lebih baik dibandingkan hasil desain, Risetime lebih
cepat, Steady state error relatih lebih kecil.
Gambar 2.1 Hasil Tuning Akhir Dari Sistem Kendali Secara Manual
dengan Setpoint 10 cm
Selain dengan Setpoint sebesar 10 cm, sistem diuji pulan dengan setpointe sebesar 22 cm
seperti berikut.. Tampak Respon lebih baik dibandingkan hasil desain, Risetime lebih
cepat, Steady state error relatih lebih kecil.
Gambar 2.1 Hasil Tuning Akhir Dari Sistem Kendali Secara Manual
dengan Setpoint 22 cm

Sistem Kendali Keseimbangan Bola di Atas Papan

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Sistem Kendali Keseimbangan Bola di Atas Papan

Similar to Sistem Kendali Keseimbangan Bola di Atas Papan (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (6)

Sistem Kendali Keseimbangan Bola di Atas Papan