Membuat Fungsi Alih Motor Listrik

Perkenalan saya dengan Matlab pertama kali adalah lewat bidang sistem kontrol/kendali. Waktu itu saya diminta dosen pembimbing untuk mensimulasikan sistem suspensi ketika ada beberapa respon masukan (impulse, step, dan sinusoidal) mengenainya. Kembali saya membuka buku catatan mata kuliah getaran dan teknik pengaturan. Untuk mensimulasikan sesuatu kita harus mampu membuat model matematis dari sistem yang akan kita simulasikan. Model matematis itu kemudian disimulasikan di Matlab untuk melihat respon dan kinerja dari model tersebut. Asalkan sudah dalam bentuk model matematis, Matlab mampu mensimulasikan tanpa memandang domain ilmu dari model tersebut, apakah kimia, elektro, ekonomi, biologi, dan lain-lain. Misalnya kasus motor listrik (atau bisa juga generator).

Gambar di atas adalah motor DC yang saya ambil dari situs kampus UPI ini semoga masih ada. Fungsi alih sendiri (dalam istilah Inggris transfer function) dari arti katanya fungsi yang mengalihkan dari satu masukan ke keluaran tertentu. Jika masukannya tegangan dan keluarannya tegangan yang lebih besar, bisasanya disebut penguat, tetapi ada juga masukannya putaran, misal potensiometer, keluarannya arus/tegangan dan sering diistilahkan dengan transducer. Ada juga istilah lainnya yakni sensor, yang merubah masukan tertentu seperti suhu, level ketinggian air, dan lain-lain menjadi tegangan atau arus yang masuk ke dalam perangkat elektronika.

Untuk kasus motor DC di atas jika dilihat, masukannya adalah tegangan dari baterai arus searah dan keluaranya adalah puntiran di motor em. Variabel s adalah variabel Laplace. Apa itu? Yah .. mau nggak mau belajar dulu dasar-dasar sistem kontrol. Karena nanti setelah ada variabel laplace ada lagi variabel z kalau sudah masuk ke sistem digital yang melibatkan metode cuplik/sampling. Untuk orang elektro tidak ada masalah dengan besaran-besaran di atas beserta satuannya yang pasti. Situs dari malang ini lebih lengkap dengan besaran dan satuan juga teknik simulasinya.

Jika J= 10, D=5, km=2, dan Rα=0.5 maka diperoleh fungsi alih sebesar, pembilang=2/(0.5*5)=0.8 dan penyebut=s(s*(10/5)+1)=s(2s+1). Buka Matlab dan masuk ke command window. Masukan instruksi ini:

Lalu muncul plot setelah instruksi masukan impulse diterima fungsi alih, demikian pula setelah masukan tangga (step) diberikan.

Ntah bener atau salah, mohon koreksinya. Tapi setahu saya, motor DC itu harus diberi beban karena tanpa beban dia akan bertambah kencang bahkan bisa merusak motor itu sendiri.

Iklan

Membandingkan Respon Sistem

Pengenalan Pengaturan/30.04.2013/Teknik komputer

Terkadang dibutuhkan grafik yang membandingkan beberapa jenis sistem kendali dalam satu SCOPE. Untuk itu diperlukan Multiplexer (MUX) yang memadukan dua atau lebih keluaran dalam satu SCOPE. Untuk latihan buat contoh Sistem Kendali sebagai berikut.


Multiplexer diperoleh dengan mudah lewat SEARCH di Simulink Library Browser.


Secara Default, MUX menyediakan dua masukan. Ganti “Number of Input” dengan tiga karena kita akan merancang tiga masukan.


Jalankan Model Simulink yang baru saja dibuat. Ketika SCOPE dilihat (dengan cara dobel klik) akan tampak respon perbandingan seperti berikut ini.


Terkadang kita diminta menampilkan grafik bukan dalam bentuk SCOPE karena kurang nyaman dicetak akibat background yang berwarna gelap. Oleh karena itu kita harus menampilkannya dalam format PLOT yang dapat diedit. Untuk itu pada gambar di atas, tekan Parameters. Pada Tab Data History, check list tombol Save Data to Workspace, dengan format Array. Maksudnya adalah ketika Simulasi berjalan, SCOPE akan menyimpan informasi grafik Workspace. Nama variabel (ScopeData) dapat kita ganti sesuai keinginan.


Berikutnya kita akan membuat PLOT lewat Command Window. Sebelumnya tekan tombol OK terlebih dahulu pada gambar di atas. Jalankan SIMULASI kemudian masuk ke Command Window. Perhatikan, pada Workspace terdapat variabel baru hasil tangkapan SCOPE dengan nama ScopeData. Buat kode berikut ini:

  • plot(ScopeData(:,1),ScopeData(:,2))
  • hold
    • Current plot held
  • plot(ScopeData(:,1),ScopeData(:,3))
  • plot(ScopeData(:,1),ScopeData(:,4))
  • grid

Perintah hold bermaksud agar gambar yang lalu tidak dihapus dan tetap dipertahankan ada di figure. Instruksi GRID agar dihasilkan garis bantu pada grafik.

Merubah Sinyal Analog ke Digital pada SIMULINK Matlab

Sekarang kebanyakan perangkat elektronika sudah berbau digital. Termasuk juga sistem kendali. Salah satu komponen terpenting adalah konverter dari analog ke digital dan sebaliknya dari digital ke analog. Untuk materi UAS, kita akan mulai membahas Sistem Kendali Digital dengan seluk beluknya yang rumit jika dianalisa tanpa bantuan komputer. Banyak yang bertanya, block function apa yang berfungsi merubah sinyal analog menjadi digital. Jawabannya sederhana, fungsi Zero Order Hold (ZOH). Buka SIMULINK dan buat diagram sebagai berikut.

Gambar di atas ZOH berisi rangkaian cuplik dan sampling terhadap sinyal sinus analog yang akan dirubah menjadi digital. Running sistem di atas, Anda akan melihat hasil perbandingannya antara sinyal asli analog (warna merah muda) dengan yang digitalnya (kuning). Perhatikan bagaimana prinsip ZOH melakukan sampling di awal (bukan di tengah).

Untuk lengkapnya baca buku yang membahas Digital Control System. Oiya, gunakan MUX untuk menggabungkan dua keluaran menjadi satu SCOPE. Kalo sulit mencarinya, gunakan SEARCH pada SIMULINK Library.

Creating a Transfer Fuction

We have to convert physical equation into laplace equation in order to make a block diagram. Some basic about mathematic, especially differential equation must be considered. First look at the electrical system with Resistor, Inductor and capacitor element (RLC).

According to kirchhoff law we have:

If we want to drop of voltage at capacitor as an output, we get a blog diagram. Inside the block diagram is a transfer function, G. The transfer function is a comparison between output and input. Instead of using equation in time domain, we use s-domain (laplace).

This is a 2-orde system. Other system can be build similar to electrical, for example, mechanical system. We have three component dumper, spring, and mass. That element behave similar to those in electrical system (RLC).

We use Newton law to get mathematical model to this system. The force equal against force at mass, spring, and dumper.

If we want displacement of mass as an output, we will get a transfer function. Remember the force at mass have connection with displacement of spring (kx).

Membuat diagram blok dengan Simulink matlab

 

Simulink adalah salah satu alat bantu dalam matlab khusus untuk perancangan diagram blok. Untuk membuatnya, klik icon di Matlab. Tunggu beberapa saat hingga matlab memunculkan jendela simulink. Untuk menggambar diagram blok baru klik icon (new) pada jendela Simulink Library browser. Gambar bentuk contoh di bawah ini.

Perhatikan cara membuatnya sebagai berikut: Step didrag dari Source, begitu juga Constant. Display dan Scope diambil dari Sink. Sementara Add diambil dari Math Operation. Transfer Fcn diambil dari Continuous. Dobel klik tiap komponen untuk mengganti harga parameter. Misalnya kita ingin mengganti harga parameter Step sebagai set point yaitu 80. Isi final value dengan harga 80.

Begitu juga dengan constant, beri harga -10. Di sini kita ambil contoh pemanas yang akan memanaskah suhu hingga 80 derajat tetapi menerima gangguan dari lingkungan sekitar misalnya 10 derajat di bawah harga set pointnya. Untuk mensimulasikan, klik icon (run) dan ganti angka di sebelah kanannya sesuai keinginan. Defaulnya adalah 10 detik, Anda bisa mengganti menjadi 100 detik atau lebih sesuai dengan kebutuhan. Hasilnya tampak pada gambar di bawah ini.

Perhatikan sistem tidak mampu menjaga suhu tetap 80 derajat karena ada gangguan sekitar -10 derajat, jadi ada error sebesar 10 derajat. Pertemuan yang akan datang akan dibahas cara menjaga suhu tetap 80 derajat walaupun ada gangguan dari lingkungan dengan batas-batas tertentu.

Konversi Variabel z menjadi z^-1 Pada Sistem Kendali Digital dengan Matlab

Peng. Pengaturan II. 17.12.2012. Teknik Komputer

Ketika kita berbicara sistem kendali digital, beberapa pakar digital yang biasanya berkecimpung dalam bidang Digital Signal Processing (DSP) cenderung menulis fungsi transfer:

                                        (1)

Dengan persamaan:

                                    (2)

Perhatikan pula, notasi g yang sering digunakan pada sistem kendali kontinue diganti dengan h. Buka Matlab dan buat persamaan (1) dengan kode:

Perhatikan, matlab akan otomatis merubah ke variabel diskrit z karena adanya time sampling sebesar 0.1 di akhir kode. Untuk membentuk menjadi persamaan standar (2), gunakan kode berikut:

Dengan menambahkan ‘variable’,’z^-1′ di akhir kode. Namun ada sedikit permasalahan untuk kasus fungsi alih sederhana, misalnya h=1/(z+1) karena jika digunakan kode berikut untuk mendapatkan fungsi dengan variabel standar z^-1 diperoleh:

Padahal, prinsip dasarnya adalah mengalikan pembilang dan penyebut dengan pangkat z terbesar yaitu z. Seharusnya pembilangnya berharga 1/z atau z^-1, bukan 1. Oleh karena itu kita harus memodifikasi sedikit persamaan di atas menjadi:

Dengan menambah 0 dibagian pembilangnya agar diperolah hasil yang tepat. Penambahan 0 ini juga tidak berpengaruh terhadap fungsi asalnya. Di sini versi yang digunakan adalah Matlab 2008, mungkin berbeda untuk Matlab 2012.

Tugas I Pengaturan II

Pengenalan Pengaturan II, 3.12.2012, Lab of Hardware

Berikut ini tugas kelompok yang harus dikerjakan hari ini. Tugasnya adalah merancang model di simulink, dan cari nilai P,I, dan D pada kontroler PID agar dipenuhi syarat:

  • Error < 0.05
  • % Overshoot < 10%
  • Settling Time < 5 detik

Kelompok I

Kelompok II

Kelompok III

Kelompok IV

Kirim ke: rahmadya.trias@gmail.com dengan melampirkan file .mdl dan capture SCOPE.