Uploaded by pb53867

MIMO NOISE-M.ANDI.RIDWAN-0420040062

advertisement
LAPORAN OPTIMASI SISTEM
MIMO (MULTI INPUT SINGLE OUTPUT) DENGAN NOISE
Oleh :
NAMA
: Muhammad Andi Ridwan
NRP
: 0420040062
Kelas
: D4-PE5B
PROGRAM STUDI D4 TEKNIK KELISTRIKAN KAPAL
JURUSAN TEKNIK KELISTRIKAN KAPAL
POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA
TAHUN AJARAN 2021/2022
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Persoalan kontrol optimal telah menarik perhatian yang sangat besar pada saat
ini, hal itu diakibatkan oleh meningkatnya kebutuhan sistem dengan performansi
tinggi. Konsep optimasi sistem kontrol mengkompromikan pemilihan indeks
performansi dan rekayasa yang akan menghasilkan sistem kontrol optimal dalam batasbatas kendala fisik Dalam menyelesaikan sistem kontrol optimal, diinginkan mencari
suatu aturan untuk mengambil keputusan sistem kontrol yang akan meminimumkan
suatu ukuran simpangan dari perilaku idealnya.
Pada laporan ini penulis membahas sistem MISO (Multi Input Single Output)
yang terkandung pada mata kuliah Teknik Otomasi PPNS yaitu. “Optimasi Sistem”.
Dalam rekayasa kontrol sistem MIMO atau sistem masukkan lebih dari satu dan
dengan keluaran lebih dari satu adalah sistem kontrol variabel sederhana yang memiliki
dua atau lebih dari satu input dengan lebih dari satu output. Implementasi dari sistem
MIMO kerap digunakan pada sistem jaringan wireless yang menggunakan beberapa
antenna transmitter dan receiver yang bekerja secara koheren untuk mengurai lebih
banyak informasi. Sistem MIMO ini menjadi sangat penting untuk dipadukan dengan
disiplin ilmu optimasi sistem untuk meraih titik optimum dan mengurangi error pada
suatu alat sehingga kerja suatu alat dapat kita atur sesuai dengan keinginan kita.
Pada mata kuliah “Optimasi Sistem” ini penulis membahas penerapan sistem
MIMO menggunakan kontroler, aktuator, dan dengan plant motor DC yang telah
disertai datasheet. Datasheet tersebut akan digunakan untuk mencari model matematis
orde 1 dan orde 2 kemudian disimulasikan menggunakan software MATLAB Simulink
untuk melihat response dari motor DC yang telah ditentukan. Motor DC yang
digunakan yaitu tipe IG-42CRGM yang dilengkapi dengan gearbox sehingga terdapat
reduction ratio yang dapat digunakan mencari damping value untuk perhitungan model
matematis yang lebih kompleks.
1.2
Rumusan Masalah
1. Bagaimana pemodelan matematis orde 1 dan orde 2 dari motor DC tipe IG42CRGM?
2
Bagaimana model rancangan sistem MIMO dengan noise orde 1 dan orde 2
pada simulink dengan plant motor DC tipe IG- 42CRGM dengan noise yang
diberi pada keluaran sistem?
3
Bagaimana hasil simulasi dari rancangan sistem MIMO orde 1 dan orde 2
dengan noise pada simulink?
3.1
Tujuan
1. Dapat mengetahui pemodelan matematis orde 1 dan orde 2 dari motor DC IG42CRGM
2. Dapat memahami model rancangan sistem MIMO orde 1 dan orde 2 pada
simulink dengan plant motor DC tipe IG- 42CRGM dengan noise yang diberi
pada keluaran sistem?
3. Dapat menganalisa hasil simulasi dari rancangan sistem MIMO orde 1 dan
orde 2 dengan noise pada simulink.
BAB 2 DASAR TEORI
2.1
MIMO (Multi Input Multi Output)
MISO adalah sistem kontrol yang memiliki lebih dari satu input dan satu output.
Diagram blok sistem dari sistem MISO dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2. 1 Diagram Blok Sistem MIMO
Pada gambar diatas dapat dilihat bahwa suatu sistem MIMO yang
menggunakan analogi pengiriman data menggunakan radio frekuensi yang terdiri dari
3 transmitter yang mentransfer data menuju 3 receiver. Melalui analogi tersebut dapat
kita amati bahwa sistem MIMO bekerja dengan masukan variabel data berjumlah lebih
dari satu dan kemudian memiliki keluaran klebih dari satu pula. Transmiter dan
receiver berhubungan saling silang bertukar data sehingga dapat mengurai lebih
banyak informasi secara selaras.
2.2
Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sistem komputer yang dikemas dalam sebuah Integrated
Circuit (IC). Dimana didalam IC terdapat komponen-komponen penting yang ada pada
komputer pada umumnya seperti komputer Central Processing Unit (CPU), RAM,
ROM, Port IO. Secara sederhananya Mikrokontroler dapat diartikan sebagai suatu
sistem komputer yang dikemas dalam IC, dimana sebelum digunakan harus diisi suatu
program atau perintah terlebih dahulu sehingga mikrokontroler hanya dapat berjalan
bila telah diisi suatu perintah atau program terlebih dahulu. Contoh mikrokontroler
pada Gambar 2.2.
Gambar 2. 2 Mikrokontroler
2.3
Minimum System
Minimum System adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat
digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Pemakaian Minimum System sudah
terdengar sangat familiar di kalangan engineer, researcher, bahkan pemula yang
ingin mendalami teknologi kontrol. Secara sederhana minimum system merupakan
perangkat yang dapat digunakan untuk melakukan suatu perintah yang telah di
program. Gambar minimum system seperti pada Gambar 2.3.
Gambar 2. 3 Minimum System
2.4
Driver Motor DC
Rangkaian driver berfungsi untuk mengendalikan motor arus searah (dc) yang
dihasilkan dari port paralel I/O komputer. Sinyal dari keluaran port komputer biasanya
berupa sinyal-sinyal yang kecil, sehingga tidak mampu untuk menggerakan sistem
daya berupa motor arus searah. Transistor di rangkaian driver difungsikan sebagai
penguat sinyal dan switching, serta relay penggerak motor dc. Driver motor dc selain
sebagai penguat dan switching, sekaligus difungsikan untuk mengendalikan motor dc
dalam sistem pembalik putaran. Jadi, driver motor dc ini dapat mengatur arah putaran
motor forward dan reverse.
Gambar 2. 4 Driver Motor DC
2.5
Motor DC
Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi
listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut
sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan
memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat
menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat
Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti vibrator ponsel,
Kipas DC dan Bor Listrik DC. Konstruksi motor DC seperti pada Gambar 2.5.
Gambar 2. 5 Konstruksi Motor DC
2.6
Sensor
Sensor adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi perubahan besaran
fisik seperti tekanan, gaya, besaran listrik, cahaya, gerakan, kelembaban, suhu,
kecepatan dan fenomena-fenomena lingkungan lainnya. Setelah mengamati terjadinya
perubahan, input yang terdeteksi tersebut akan dikonversi mejadi output yang dapat
dimengerti oleh manusia baik melalui perangkat sensor itu sendiri ataupun
ditransmisikan secara elektronik melalui jaringan untuk ditampilkan atau diolah
menjadi informasi yang bermanfaat bagi penggunanya. Jenis-jenis sensor seperti pada
Gambar 2.6.
Gambar 2. 6 Macam Jenis Sensor
2.7
Software MATLAB
MATLAB adalah platform pemrograman yang menggunakan bahasa berbasis
matriks sehingga umumnya digunakan untuk menganalisis data, membuat algoritma,
serta menciptakan pemodelan dan aplikasi. Tampilan software MATLAB seperti
pada Gambar 2.7.
Gambar 2. 7 Tampilan MATLAB
Pada simulasi untuk melihat respon yang dihasilkan oleh motor DC penulis
menggunakan fitur Simulink pada MATLAB. Simulink merupakan salah satu
komponen dari MATLAB yang berperan sebagai pemrograman grafis.
Kegunaan utama dari Simulink adalah untuk membuat simulasi sistem dinamik.
Proses simulasi dilakukan menggunakan diagram fungsional yang meliputi blok yang
terhubung dengan fungsinya masing-masing secara ekuivalen. Simulink dapat
digunakan sebagai sarana pemodelan, simulasi dan analisis dari sistem dinamik dengan
menggunakan antarmuka pengguna grafis. Simulink terdiri dari beberapa kumpulan
kotak perkakas yang dapat digunakan untuk analisis sistem linier dan non-linier.
Gambar 2. 8 Tampilan Simulink MATLAB
2.8
Noise
Pada sistem komunikasi noise adalah sinyal-sinyal yang tidak diinginkan yang
selalu ada dalam suatu sistem transmisi. Noise ini akan mengganggu kualitas dari sinyal
terima yang diinginkan dan akhirnya menggangu proses penerimaan dan pengiriman
data.
BAB 3 MODEL PERANCANGAN SISTEM
3.1
Pemodelan Motor DC
Gambar 3. 1 Datasheet Motor DC IG-42CRGM
Spesifikasi
-
Nama Motor = Motor DC IG-42CRGM
τ
= 18 kgfcm =1,76 N/m
No load current
= 900 mA = 0,9 A
Rated Current = 5500 mA = 5,5 A
Voltage
= 12V
Speed
= 98 rpm atau 10,26 m/s
Reduction Ratio = 1:61

Pemodelan Orde 1
Bentuk umum fungsi alih orde 1:
𝐺(𝑠) =
-
𝐾
τs + 1
Orde 1 Motor DC
Berdasarkan datasheet motor DC maka diperoleh persamaan orde 1 :
Dimana τ = 𝐾. 𝑖 sehingga
𝐾 =
τ
1,76
=
= 0,314
i
5,5
Persamaan orde 1 motor dc :
𝐺(𝑠) =

0,314
1,76s + 1
Pemodelan Orde 2
Bentuk umum fungsi alih orde 2:
𝜔𝑛2
𝐺(𝑠) = 2
𝑠 + 2ϛ𝜔𝑛𝑠 + 𝜔𝑛2
𝐺(𝑠) =
2𝜋𝑓 2
𝑠 2 + 2ϛ(2𝜋𝑓)𝑠 + 2𝜋𝑓 2
2𝜋502
𝐺(𝑠) = 2
𝑠 + 2.61. (2𝜋50)𝑠 + 2𝜋502
𝐺(𝑠) =
𝑠2
98.596
+ 38.327𝑠 + 98.596
3.2
Merancang Sistem MISO pada Simulink
Tabel 3. 1 Daftar Komponen yang Dibutuhkan
Tabel 3. 2 Daftar Komponen yang Dibutuhkan
Daftar Komponen Simulink

Mengatur konfigurasi tiap komponen
Konfigurasi Komponen
STEP
ADD
RANDOM NUMBER
TRANSFER FCN
Orde 1
Orde 2

Merancang sistem MISO dengan noise pemodelan motor IG-42CRGM orde 1
Gambar 3. 2 MISO dengan noise Motor IG-42CRGM Orde 1

Merancang sistem MISO dengan noise pemodelan motor IG-42CRGM orde 2
Gambar 3. 3 MISO dengan noise Motor IG-42CRGM Orde 2
BAB 4 HASIL SIMULASI
4.1
Hasil Simulasi Pemodelan Motor IG-42CRGM Orde 1
Gambar 4. 1 Tampilan Step Response Orde 1
Pada Gambar 4.1 dapat dilihat terdapat tiga grafik yaitu berwarna kuning yang
merupakan nilai input, berwarna biru yang merupakan output dari feedback sensor 1
dan berwarna merah yang merupakan output dari feedback sensor 2. Kedua output
feedback diberi noise dengan random number sehingga memiliki grafik yang fluktuatif.
Pada output feedback sensor 1 memiliki amplitudo 1,66 sehingga mengalami overshoot
14,18%, undershoot -7,69% dan rise time 69,85 ms. Sedangkan Pada output feedback
sensor 2 memiliki amplitudo 0,93 sehingga mengalami overshoot 65,35%, undershoot
-43,39% dan rise time 57,32 ms.
4.2
Hasil Simulasi Pemodelan Motor IG-42CRGM Orde 2
Gambar 4. 2 Tampilan Step Response Orde 2
Pada Gambar 4.2 dapat dilihat terdapat tiga grafik yaitu berwarna kuning yang
merupakan nilai input, berwarna biru yang merupakan output dari feedback sensor 1
dan berwarna merah yang merupakan output dari feedback sensor 2. Kedua output
feedback diberi noise dengan random number sehingga memiliki grafik yang fluktuatif.
Pada output feedback sensor 1 memiliki amplitudo 2,62 sehingga mengalami overshoot
11,64%, undershoot 37,55% dan rise time 156,99 ms. Sedangkan Pada output feedback
sensor 2 memiliki amplitudo 2,37.
BAB 5 KESIMPULAN
1. Untuk mendapatkan model matematis dari motor DC orde 1 dan orde 2
diperlukan datasheet motor DC yang mendukung. Penulis mengambil data
motor DC jenis IG-42CRGM yang menggunakan gearbox sehingga memiliki
reduction ratio atau damping ratio yang dapat digunakan untuk menentukan
rasio redaman pada saat motor bekerja. Didapat fungsi transfer orde 1 dengan
nilai G(s) = 0,314/(1,76s + 1) dan orde 2 dengan nilai G(s) = 98.596/(s^2
+38.327s + 98.596).
2. Pada simulink dibutuhkan beberapa komponen yang digunakan seperti STEP
dan SINE WAVE untuk memberi nilai input yang kemudian keduanya masuk
ADD, Transfer FCN sebagai fungsi transfer , dan SCOPE untuk melihat hasil
step response sistem. Titik feedback terletak setelah fungsi transfer sistem
kemudian dihubungkan pada fungsi transfer dari kedua sensor. Nilai output
yang masuk ke scope diambil dari output dari feedback kedua sensor kemudian
diberi noise menggunakan random number sebelum masuk ke scope.
3. Hasil simulasi dari sistem MISO dengan menggunakan fungsi transfer dari
pemodelan matematis motor IG-42CRGM orde 1 dan orde 2 memiliki grafik
yang fluktuatif dan tidak stabil. Pada sistem orde 1 memiliki output feedback
sensor 1 memiliki amplitudo 1,66 sehingga mengalami overshoot 14,18%,
undershoot -7,69% dan rise time 69,85 ms. Sedangkan Pada output feedback
sensor 2 memiliki amplitudo 0,93 sehingga mengalami overshoot 65,35%,
undershoot -43,39% dan rise time 57,32 ms.. Pada sistem orde 2 memiliki
output feedback sensor 1 memiliki amplitudo 1,89 sehingga mengalami
overshoot 43,12%, undershoot 18,32% dan rise time 89,10 ms. Sedangkan
pada output feedback sensor 1 memiliki amplitudo 2,62 sehingga mengalami
overshoot 11,64%, undershoot 37,55% dan rise time 156,99 ms. Sedangkan
Pada output feedback sensor 2 memiliki amplitudo 2,37.
Download