MATA KULIAH : KONTROL CERDAS

1
MATA KULIAH KONTROL CERDAS
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGAMMABLE LOGIC CONTROLLER ( PLC )
DISUSUN OLEH 1. ANDREANOS 2. KOMARUDIN 3. SANG
PUTU 4. SOULTAN GANI
TEKNIK ELEKTRONIKA INDUSTRI EC- 5B POLITEKNIK
NEGERI JAKARTA
2
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
I. PENDAHULUAN Pengendalian posisi menjadi
penting di saat dunia bergerak ke arah
otomatisasi. Penggerak yang selama ini
dipergunakan dalam industri adalah motor, sistem
hidrolik dan sistem pneumatik. Algoritma
pengendalian juga bervariasi, misalnya PID,
fuzzy, sliding mode control, learning feed
forward control, dll. Sistem kendali posisi ini
dengan logika fuzzy ini menggunakan PLC OMRON
C-200HG, yang dilengkapi dengan FZ001 (fuzzy
unit), analog output unit dan high speed counter
unit. Semua prosesnya akan dilakukan oleh fuzzy
unit sehingga program utama hanya tinggal
mengambil nilai dari fuzzy unit.
3
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Sebagai pendukung sistem, dipergunakan LM3524 PWM
generator dan rangkaian H-Bridge untuk
menggerakkan motor searah dan berlawanan arah
jarum jam. PLC menerima input posisi dari shaft
motor dari rotary encoder yang terhubung ke high
speed counter unit, membandingkannya dengan
setting point yang dimasukkan dan melakukan
perhitungan. Hasilnya diberikan kepada analog
output unit untuk selanjutnya dapat menggerakkan
motor.
4
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
II. PERANCANGAN SISTEM Sistem ini dibuat dengan
menggunakan motor DC yang terhubung dengan sebuah
penggerak dan rotary encoder sebagai sensor
posisi. Sebagai pengendali utama dipilih PLC
OMRON C200HX karena pengendali ini merupakan
pengendali umum yang digunakan di industri.
Rotary encoder yang dipergunakan memiliki
resolusi 500 ppr yang berarti dalam satu putaran
akan dihasilkan 500 pulsa. Rotary encoder
memiliki konfigurasi keluaran berupa open
collector, sehingga perlu diberi sebuah tahanan
pull-up. Sebagai penggerak motor dipergunakan
H-Bridge. Penggerak jenis ini dipilih karena
dapat meng-
5
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
gerakkan motor berputar searah (CW-Clock Wise)
atau berlawanan arah jarum jam (Counter Clock
Wise). Rangkaian penggerak ini dibuat dari dua
pasang transistor yang komplemen yaitu TIP41C dan
TIP 42C yang dipasang pada konfigurasi tertentu.
Sistem juga dilengkapi dengan PWM (Pulse Width
Modulation). Oleh karena PWM unit untuk PLC OMRON
tidak dimiliki, maka dibuatlah rangkaian
eksternal dari IC LM3524. Dengan menggunakan IC
ini, maka PLC hanya cukup memberikan tegangan
yang berbanding lurus dengan duty cycle yang
diinginkan. Berikut ini adalah blok diagram dari
sistem kendali posisi ini
6
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 1. Diagram Blok Sistem
Gambar 2. Detail Diagram Blok Sistem
7
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 3. Membership function input error
Gambar 4. Membership function input derror
Perancangan sistem Fuzzy menggunakan 2 input dan
2 output. Sebagai input ada error dan delta error
(derror). Sedangkan outputnya adalah duty cycle
dan arah putar. Sistem fuzzy dirancang dengan
bantuan Fuzzy Support System (FSS).
8
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Oleh karena FZ001 tidak mengenal nilai negatif,
maka semua nilai dibuat positif dengan
menembahkan semacam offset. Dengan demikian,
nilai terendah setiap membership function adalah
nol.
9
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 5. Membership function duty
cycle
Gambar 6. Membership function output
arah
10
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 7. Aturan pada pengendali Fuzzy
11
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
III. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada percobaan awal
menunjukkan bahwa nilai awal DAC untuk
menggerakkan motor adalah 460 dan bukan nol.
DEengan demikian batas bawah membership function
output duty cycle diubah menjadi 490 sedangkan
batas atasnya tetap. Pengetesan sistem dilakukan
untuk beberapa setting point untuk dua arah.
Berikut ini adalah respon sistem untuk berbagai
setting point yang diberikan
12
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 9. Titik awal 90, setting point 0
Gambar 8. Titik awal 0, setting point 90
13
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 8 dan 9 menunjukkan bahwa pada saat
gerakan dari 0 ke 90, sistem tidak bisa
mencapai setting point yang ditentukan, demikian
pula dengan kondisi sebaliknya. Kondisi akhir
yang dicapai adalah 83 dan 0,69. Hal ini
dikarenakan terdapat backlash pada sistem
transmisi motor dan encoder. Percobaan awal yang
dilakukan juga telah menunjukkan bahwa backlash
yang terdapat pada sistem telah membuat hasil
pengukuran posisi sudut tidak sesuai dengan yang
diharapkan. Kedua percobaan memberikan rise time
yang sama, yaitu 2ms. Settling time pada gambar 8
dan 9 masing-masing 7ms dan 12ms.
14
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 10. Titik awal 0, setting point 180
Gambar 11. Titik awal 180, setting point 0
15
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Untuk gambar 10 dan 11, setting point yang
diinginkan tercapai, tetapi untuk kondisi
sebaliknya tidak tercapai, terjadi error kecil.
Pada percobaan ini didapat rise time dan settling
point yang sama untuk dua kondisi, yaitu 3ms dan
7ms.
16
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 12. Titik awal 0, setting point 270
Gambar 13. Titik awal 270, setting point 0
17
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 12 dan 13 menunjukkan bahwa rise time dan
settling time kedua kondisi sama, yaitu 3ms dan
8ms. Secara umum hal ini terkesan tidak masuk
akal, tetapi apabila dilihat dari keluaran duty
cycle, hal ini menjadi masuk akal.
18
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 14. Titik awal 0, setting point 360
Gambar 15. Titik awal 360, setting point 0
19
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 14 dan 15 memberikan hasil yang agak
berbeda. Rise time dan settling time untuk gambar
14 adalah 3ms dan 6ms. Sedangkan untuk gambar 15,
nilai rise time dan settling time masing-masing
adalah 5ms dan 8ms. Keluaran duty cycle gambar 16
23 menunjukkan bahwa semakin settling point
dari titik awalnya maka nilai duty cycle yang
dihasilkan oleh Fuzzy juga semakin besar.
20
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 16. Perubahan out ADC untuk
respon gambar 8
Gambar 17. Perubahan out DAC untuk
gambar 9
21
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 18. Perubahan out ADC untuk
respon gambar 10
Gambar 19. Perubahan out DAC untuk
gambar 11
22
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 20. Perubahan out ADC untuk
respon gambar 12
Gambar 21. Perubahan out DAC untuk
gambar 13
23
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Gambar 22. Perubahan out ADC untuk
respon gambar 12
Gambar 23. Perubahan out DAC untuk
gambar 13
24
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )
Nilai duty cycle dihitung dengan membagi nilai
yang tercantum pada gambar 16 sampai gambar
23dengan 4905 (nilai maksimum keluaran DAC) dan
dikalikan dengan 100.
25
KENDALI POSISI MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY BERBASIS
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC )

• IV. KESIMPULAN
• Dalam PLC, sistem fuzzy tidak mengenal angka
  negatif, sehingga harus ditambahkan semacam
  offset untuk membuat batas terendah menjadi nol.
  Dengan demikian, semua nilai masukan harus
  disesuaikan terlebih dahulu.
• Sistem menghasilkan duty cycle yang sebanding
  dengan kebutuhan, artinya jika error awal besar
  semakin besar maka duty cycle awal yang
  dihasilkan oleh pengendali fuzzy juga besar. Hal
  ini dikarenakan sistem berusaha untuk mencapai
  setting point secepat mungkin. Duty cycle yang
  dihasilkan tidak tetap sepanjang percobaan,
  tetapi berubah perlahan sampai akhirnya mencapai
  nilai yang membuat motor tidak bergerak lagi.
  Sistem ini dapat dikembangkan lebih jauh untuk
  menggerakkan motor induksi dengan bantuan
  inverter. Hal ini lebih mendekati kondisi nyata
  di industri.