## SISTEM INFORMASI MANAJEMEN SUPERCHARGER DENGAN KONTROL PROPORTIONAL INTEGRAL DERIVATIVE PADA MOTOR MATIC
SUPERCHARGER MANAGEMENT INFORMATION SYSTEM WITH PROPORTIONAL INTEGRAL DERIVATIVE CONTROL ON AUTOMATIC MOTORCYCLES
1 Ibnu Irawan*, 2 Doni Abdul Fatah, 3 Hairil Budiarto
1 Prodi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Trunojoyo Madura
2 Prodi Sistem Informasi, Fakultas Teknik, Universitas Trunojoyo Madura
3 Prodi Teknik Mekatronika, Fakultas Teknik, Universitas Trunojoyo Madura *e-mail: ibnu.irawan@trunojoyo.ac.id

## Abstrak
Masalah utama yang terjadi pada bumi ini salah satunya adalah polusi udara dan berkurangnya jumlah  bahan  bakar  minyak.  Tujuan  utama  penelitian  yaitu  mengatur  campuran  bahan  bakar dengan udara agar terbakar secara ideal, sehingga kandungan emisi yang dihasilkan menjadi tidak beracun dan ramah lingkungan. Penelitian ini merupakan pengembangan teknologi sebagai sarana informasi dan pembanding sebelum dan sesudah dipasang supercharger. Mengatur nilai AFR (Air Fuel Ratio) melalui saluran udara masuk untuk mendapatkan perbandingan yang ideal pada bahan bakar dan udara agar campuran menjadi stoikiometri. Masuknya udara diatur ke mesin dengan menambahkan alat supercharger menggunakan metode kontrol Proportional Integral Derivative (PID). Supercharger bekerja dengan menggunakan sensor lambda sebagai input data campuran miskin  atau  kaya,  kemudian  nilai  sensor  lamba  dimasukkan  ke  dalam  metode  PID.  Nilai  PID tersebut  akan menentukan  kecepatan  motor brushless yang  bertujuan  untuk mendapatkan  AFR stoikiometri.  Sensor  lambda  yang  mendekati  setpoint  0,5  diharapkan  menghasilkan  campuran udara dan bensin lebih ideal.
Kata kunci: Informasi Manajemen, Supercharger, Proportional Integral Derivative, Motor Matic.

## Abstract
One of the main problems occurring on this earth is air pollution and the reduction in the amount of fuel oil. The main aim of the research is to regulate the mixture of fuel and air so that it burns ideally, so that the resulting emissions are non-toxic and environmentally friendly. This research is  a  technological  development  as  a  means  of  information  and  comparison  before  and  after  a supercharger is installed. Adjust the AFR (Air Fuel Ratio) value through the inlet air channel to obtain the ideal ratio of fuel and air so that the mixture becomes stoichiometric. The air intake is regulated into the engine by adding a supercharger using the Proportional Integral Derivative (PID) control method. The supercharger works by using a lambda sensor as data input for a poor or rich mixture, then the lambda sensor value is entered into the PID method. The PID value will determine the speed of the brushless motor which aims to obtain stoichiometric AFR. A lambda sensor  that  is  close to  the  0.5  setpoint is  expected  to produce  a  more  ideal  mixture  of air and gasoline.
Keywords: Management Information, Supercharger, Proportional Integral Derivative, Automatic Motorcycles.

## 1 PENDAHULUAN
Daerah  perkotaan  merupakan  penyebab  utama  timbulnya  pencemaran  udara,  dikarenakan banyaknya  kendaraan,  yang  juga  mengakibatkan  kemacetan  di  mana-mana  dan  membuat pencemaran  semakin  parah.  Ditambah  lagi  mesin  konvensional  saat  ini  masih  belum  bisa membuat pembakaran yang sempurna, yang mengakibatkan mengeluarkan lebih banyak gas yang tidak ramah lingkungan [1].
Pembakaran  dapat  menjadi  ideal  dengan  yaitu  dengan  mengatur  AFR  atau air  fuel  ratio , dengan  cara  memberikan  udara  dan  bahan  bakar  dengan  campuran stokiometri ,  dimana  1  kg bahan bakar membutuhkan 14,7 kg udara [2], tetapi pada penelitian sebelumnya campuran pada mesin  tidak  bisa  mendapatkan  campuran  sempurna,  hasil  dari  penelitian  sebelumnya  selalu mendapatkan  campuran  kaya  atau  campuran  yang  perbandingannya  lebih  banyak  bahan  bakar daripada udara, yang dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Keadaan mesin pada beberapa nilai AFR [3] No Keadaan Mesin AFR No Keadaan Mesin AFR 1. Hidup pada suhu dingin 2-3 : 1 6. Putaran tertinggi 12-13 : 1 2. Hidup pada suhu panas 7-8 : 1 7. Putaran sedang 15-17 : 1 3. Pada saat Idling 8-10 : 1 8. Tenaga puncak 12-13 : 1 4. Kecepatan mesin rendah 10-12 : 1 9. Emisi rendah 15 : 1 5. Akselarasi mesin 2-3 : 1 10. Bahan bakar ideal 16-17 : 1
Untuk mendapatkan campuran ideal perlu ditambahkan alat bantu untuk menyuplai udara ke dalam ruang pembakaran, yang biasanya ada pada mobil atau motor berkapasitas CC ( Centimeter Cubic) mesin besar, dan  ditambahkan alat berupa supercharger yang digunakan untuk menyuplai udara ke dalam mesin. Akan tetapi bagaimana dengan motor ber-CC kecil, Oleh karena itu peneliti ingin membuat alat seperti turbofan tetapi digunakan oleh motor ber-CC kecil yang bisa disebut supercharger.
Cara  kerja  alat  tersebut  adalah  dengan  menggunakan  motor brusless yang  disambungkan kipas yang digunakan untuk menyuplai udara masuk ke ruang pembakaran. Untuk pengontrolan digunakan arduino dengan  menggunakan  data  keluaran  dari  sensor  lambda  untuk  menentukan seberapa  cepatkah  motor brushless memutar  kipas  untuk mensuplai  udara,  dengan  kondisi jika sensor lambda mendeteksi campuran kaya maka motor brushless akan berputar semakin cepat, sebaliknya  jika  sensor  lambda  mendeteksi  campuran  miskin  maka  motor brsuhless berputar melambat, jadi tergantung keluaran dari sensor lambda sampai campuran menjadi sempurna dan juga ditambahkan metode PID [4]. Dari penelitian ini peneliti bisa membandingkan sebelum dan sesudah digunakan supercharger pada mesin sepeda motor ber-cc kecil [5].
Tujuan  penelitian  ini  adalah  dapat  merancang  desain  mekanik  penempatan  sebuah supercharger di stand  engine motor  injeksi,  mendapatkan  nilai  dari  sensor  lambda  mendekati nilai  yang  diinginkan,  dapat  mengatur  AFR  memanfaatkan lambda  sensor dan supercharger menggunakan metode kontrol PID, mendapatkan putaran motor sesuai dengan yang diinginkan.

## 2 TINJAUAN PUSTAKA
Lambda  sensor juga  disebut  dengan  O 2 sensor  merupakan  sensor  yang  digunakan  untuk dapat  membaca  nilai  campuran Air  Fuel  Ratio (AFR)  melalui  kandungan  oksigen  dari  hasil pembakaran  pada  mesin  pembakaran  dalam.  Pada  dasarnya,  O 2 sensor  ini  diletakkan  pada sambungan saluran gas buang pada sepeda motor atau di tempat terdekat pada saluran gas buang mesin pembakaran dalam[6].
Sensor kemudian mengeluarkan tegangan output pada rentang 0 sampai 1 volt sesuai dengan nilai AFR dari hasil pembakaran pada mesin sehingga dapat ditentukan apakah nilai AFR ideal, kaya atau miskin. Keluaran nilai pada sensor lambda ini kemudian dimasukkan pada otak sistem injeksi yaitu Electronic Control Unit (ECU), dimana nantinya akan dijadikan ukuran parameter manajemen kecepatan supercharger [7],[8].
Gambar 1. Grafik tegangan output sensor lambda [9].
Gambar 1 diatas merupakan grafik tegangan output sensor lambda dan nilai AFR ( Air Fuel Ratio ) yang menunjukkan keadaan campuran bahan bakar dengan udara apakah sudah ideal atau stoikiometri .  Sensor  lambda  yang  digunakan  adalah  sensor  lambda  dengan  tipe Narrow Band yang  hanya  mendeteksi  3  kondisi  campuran  yaitu  miskin  ( lean ),  ideal  ( stoikiometri ), dan  kaya ( rich )[10]. Motor n Brushless n Direct n Current n ( BLDC) adalah n motor n yang n tidak menggunakan n sikat n brush n untuk n pergantian n medan n magnet i (komutasi), i tetapi dilakukan i secara i komutasi i elektrolis.
Diagram  skema  yang  terdapat  pada  motor brushless yang  dapat  dilihat  pada  Gambar  2 dibawah ini.
Gambar 2. Diagram Skema Motor Brushles [11]
Sistem  kendali m Proportional m Integral m Derivative m ( PID) m adalah m suatu  pengendalian untuk m menentukan m presisi m suatu m sistem instrumen dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem n tersebut [11]. Komponen n kontroler PID terdiri dari tiga n jenis n yaitu n Proportional,
Integral, dan Derivative .  Ketiganya  dapat  digunakan bersamaan  ataupun  sendiri  sesuai  dengan keinginan  terhadap  suatu n plant. Pada n Gambar  3  merupakan  diagram n blok  sistem  kendali PID [12],[13].
Gambar 3. Diagram blok kendali PID [14] Berikut ketiga parameter kontroler PID yang digunakan untuk sistem penyesuaian (tuning) [14], agar dapat memenuhi kebutuhan proses:
Persamaan 1.  menunjukkan sinyal keluaran kontrol pengendali proportional . 𝑈 = 𝐾 𝑝 . 𝑒 (𝑡) (1)
Keterangan:
U  = Sinyal keluaran kontrol Kp = Gain kontrol e(t) = error Persamaan 2. menunjukkan sinyal keluaran kontrol integral .
𝑈 = 1 𝑇 𝑖 𝐾 𝑖 ∫ 𝑒(𝑡) 𝑡 0 (2)
Keterangan: U  =Sinyal keluaran kontrol Ki = Gain kontrol Ti  = Integral time e(t) = error Persamaan 3. menunjukkan sinyal keluaran kontrol derivative .
𝑈 = 1 𝑇 𝑑 𝐾 𝑑 ∫ 𝑒(𝑡) 𝑡 0 (3)
Keterangan: U= Sinyal keluaran kontrol K d = Gain kontrol T d = derivative time e(t) = error ESC i adalah  rangkaian  elektronik  yang  berfungsi  sebagai  pengatur  kecepatan putaran n motor n pada n pesawat n RC n atau n helikopter n RC  [15].  Cara  kerjanya  adalah  dengan menerjemahkan sinyal yang diterima receiver dan transmitter . Penentuan
ESC n yang n akan n kita n gunakan n sangatlah n penting  maka  dari  hal  tersebut  harus  diketahui kekuatan i ( peak i current ) n dari n motor, pilihlah n ESC i yang kekuatannya i melebihi i kekuatan i motor.

## 3 METODE PENELITIAN
Flowchart manajemen supercharger dengan  kontrol PID  pada engine stand sepeda  motor automatic yang digunakan dapat dijelaskan pada gambar 4 dibawah ini.
I=-0,2 P=-0,4 D=-0,2 Hasil PID ≤ SetPoint Y T Input Lambda Sensor ( λ ) Mulai Selesai λ ≡ 0.5 ? Putaran motor di perlambat Putaran motor di percepat Y T Pembakaran sempurna Mesin on
Gambar 4. Flowchart Penelitian
Block  diagram pada  sistem  pengaturan  s upercharger menggunakan  mikrokontroler ( arduino ) sebagai proses sistem kendali. Menambahkan metode kontroler PID yang dimasukkan ke dalam mikrokontroler.
Pada sistem ini menggunakan sistem kontrol close loop, untuk memperkecil kesalahan dan membuat  sistem  mendekati output yang  ditentukan.  Sensor  lambda  sebagai  pembacaan  hasil. Terdapat aktuator berupa motor brushless untuk aksi, serta dilengkapi ESC untuk mengendalikan kecepatan turbofan. Diagram blok dapat dilihat pada gambar 5.
Desain  mekanik  dari supercharger mempunyai  dimensi  sebesar  8x8x20cm,  yang  dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Skema perancangan alat
Keterangan alat dari gambar 6 adalah 1. Box kontroler, 4. Filter udara, 2. Sensor lambda, 5. Sambungan intake udara dan 3. Kipas
Desain elektronika merupakan rangkaian elektronika yang terdapat pada pengaturan  dengan menggabungkan  beberapa  komponen  menjadi  rangkaian  elektronika.  Pembuatan  desain rangkaian supercharger yang gambar rangkaian elektronikanya ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 7. Desain komponen elektronik

## 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  penelitian  ini  sangat  penting  untuk  proses  uji  coba  peralatan  penelitian  yaitu  dengan mencoba  akses  program  yang  akan  dibaca  dan  dianalisis.  Akses  program  ini  digunakan  untuk menjalankan sistem kerja alat melalui sebuah program untuk dikirim ke mikrokontroler sebagai otak  sebuah  sistem.  Analisis  hasil  pengujian  dilakukan  melalui  hasil  data  dari  masing-masing sistem kerja. Hasil data akan dianalisis mulai dari data sensor, data konfigurasi motor, dan data metode kontroler PID. Semua data pengujian pada metode dilakukan dengan konfigurasi motor yang berguna untuk mengetahui hasil dari respon motor.
Pada  pembuatan engine  stand  supercharger dengan  menggunakan  metode Proportional Integral  Derivative (PID),  terdapat  sensor lambda yang  berfungsi  sebagai  sensor  untuk
mendeteksi Air  Fuel  Ratio (AFR)  melalui  kadar  oksigen  dari  sisa  pembakaran  pada  mesin pembakaran  dalam  dan  terdapat  aktuator  seperti  motor brushles dan  komponen  pendukung lainnya  yang  perlu  di  uji. Berikut  adalah  hasil  instalasi  peralatan  pengujian  dengan  spesifikasi engine yang dipasang dengan superchargernya.
a. Spesifikasi Engine Dengan Supercharger
Tabel 2. Spesifikasi Komponen Engine Stand dengan Supercharger No. Komponen Keterangan 1. Arduino Nano 2. Sensor Lambda 0-1 Volt 3. Motor Brushless 150 Watt 4. Stepdown 3 Volt 5. LCD LCD OLED 6. Aki 12V 3A 7. Engine Stand Motor Beat Fi 8. Engine Speed Control 30 Ampere
Gambar 8.  Komponen Elektronik Pada Box Kontrol.

## b. Cara Pengoperasian Alat
Dalam  pengoperasian  manajemen engine  stand  supercharger menggunakan  PID  harus memperhatikan  penggunaan  daya  yang  dibutuhkan  oleh  alat.  Pemberian  daya  nantinya  akan membuat sensor menjadi lebih baik dalam mendeteksi dan aktuator akan memberikan kerja yang maksimal. Berikut langkah-langkah pengoperasian pada mesin injeksi motor matic, meliputi:
1. Posisikan saklar ke ON untuk menyangkan aki dengan mesin.
2. Nyalakan saklar kedua untuk pemberian daya 5 volt pada setiap komponen ( arduino, ESC, dan LCD ).
3. Tekan tombol starter pada stang stir stand engine
4. Mesin menyala.
5. Sesnor lambda mendeteksi dan mengirim data ke arduino.
6. Motor brushles berputar sesuai data yang sudah di oleh di arduino.
7. LCD akan menampilkan nilai sensor lambda dan kecepatan motor brushless .

## c. Hasil Pengujian Sensor Lambda
Gambar 9. Sensor lambda pada saat Idle
Pada Gambar 9. adalah grafik nilai yang dideteksi sensor lambda pada saat mesin idle , dapat dilihat  pada detik  ke  225  motor mulai  di strater  dan  menunjukan  nilai  4,5 volt,  pada  waktu  ini kemungkinan motor strarter pada stand engine mempengaruhi tegangan sehingga naik sampai 4,5 volt yang melebihi spesifikasi sensor lambda yang hanya sampai 1 volt saja , kemudian pada detik ke 449 stand engine sudah menyala dan menunujukan nilai 1 volt baru pada detik ke 1700 stand engine mulai  menstabilkan  ke  nilai  0,5  yang  merupakan  nilai stokiometri atau  pembakaran sempurna pada Air Fuel Ratio (AFR) mesin.
Gambar 10. Nilai sensor lambda ketika diberikan supercharger
Gambar 11. Nilai sensor lambda dengan supercharger menggunakan metode PID kontrol
Pada gambar 11. Memperlihatkan bahwa sensor lambda mulai stabil ke nilai 0,5 dalam posisi detik ke 400. Dari detik 0 sampai detik ke 2000 nilai lambda rata-rata di nilai 0,78, gambar grafik 4.9  yang  menunjukkan  kecepatan  motor  brushless  mennujukan  pada  detik  pertama  motor brushlees  berputar  pada  nilai  6%  kemudian  bertambah  menjadi  13%  pada  detik  ke  112,  dan bertambah lagi menjadi 20% dan bertahan sampai detik ke 2000.

## 5 KESIMPULAN
Kesimpulan  yang  dapat  disajikan  pada  hasil  penelitian  sistem  informasi  manajemen supercharger  dengan  kontrol  proportional  integral  derivative  pada  motor  matic  yakni  sebagai berikut :
a. Percobaan pada saat idle pada saat belum di masukkan metode PID dan di berikan motor brushless rata-rata nilai lambda yang di dapatakan 1,4 .
b. Percobaan  dengan  menggunakan  PID  sensor  lambda  mendapatakan  nilai  rata-rata  di 0,78.  Dan  di  antara  percobaan  pertama  sampai  ke  tujuh  percobaan  pertama  yang mendekati stoikiometri yaitu 0,7.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Hari, “ Panduan Praktis Arduino Untuk Pemula”. Penerbit: www.elangsakti.com. 2019.
[2] S.M.B.A Dermawan, “ Penggunaan Motor Dc Brushless Sunny Sky X2212-13 Kv: 980 Ii Pada  Perancangan  Quadcopter  “.Jurusan  Teknik  Elektro,  Fakultas  Teknik,  Universitas Malikussaleh. 2018.
[3] Naziful Fikri, “ Studi Eksperimental Pengaruh Penambahan Udara Pembakaran Terhadap Unjuk  Kerja  Dan  Emisi  Gas  Buang  Engine  Honda  Cb150r  Berbahan  Bakar  Bioethanol E100”.Jurusan  Teknik  Mesin,  Fakultas  Teknologi  Industri,  Institut  Teknologi  Sepuluh Nopember. 2017.
[4] D.  Araventa  S,  “Pengendalian  Kecepatan  Putar  (RPM)  Motor  DC  dengan  Metode  PID Berbasis Mikrokont roll er AtMega328 menggunakan Bahasa Pemrograman Code Vision AVR”. Jurnal Ilmiah. D3 Fisika, Universitas Sumatera Utara. 2017.
[5] I.S.R.A. Akhmad I, “ Implementasi Sistem Navigasi Dengan Metode Proportional Integral Derivative (PID) Pada Robot Wall Follower”. SemanTIK. 2017.
[6] Syaibani. “Analisis Sistem Efi ( Electronic Fuel Injection ) Pada Sepeda Motor Honda Beat Pgm-Fi”.  Program  D3  Teknik  Mesin  Otomotif  Dan  Manufaktur,  Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. 2017.
[7] Pengertian kontrol kecepatan elektronik atau ESC pada motor brushless, https://en.m.wikipedia.org/wiki/Electronic_speed_control diakses, 5 mei 2020.
[8] H.  B.  F.  U.  Ibnu  Irawan,  “Air  Addition  Effect  on  Exhaust  Gas  K15  Engine  using Bioethanol Fuel,” Information Technology International Seminar, pp. 14-16, 2020.
[9] Pengertian kontrol kecepatan elektronik atau ESC pada motor brushless, https://en.m.wikipedia.org/wiki/Electronic_speed_control diakses, 5 mei 2020.
[10]  K.  Reza  Muhardian,  “Kendali  Kecepatan  Motor  DC  Dengan  Kontroller  PID  dan Antarmuka Visual Basic,” JTEV, vol. 06, pp. 328-339, 2020.
[11]  P.Y.D. Junaidi, “ Project Sistem Kendali Elektronik Berbasis Arduino “.ISBN: 978-602- 5636-46-2. 2014.
[12]  Paryono.  “Sensor  Lambda  Sebagai Pengatur  Untuk  Mengurangi  Komponen  Gas Buang Beracun  Pada  Kendaraan  Bermotor  “.  Jurusan  Pendidikan  Teknik  Mesin,  Fakultas Pendidikan Teknologi dan Kejuruan, IKIP, Malang, Indonesia.2000.
[13]  W.S. Pinunjul D. A, “ Perancanaan Air Fuel Ratio (AFR) Controller Berbasis PID Adptif Pada  Mesin  Bensin  4  Langkah  “.Departemen  Teknik  Elektro  Engineering,  Universitas Diponogoro, Semarang, Indonesia. 2018.
[14]  H.  B.  F.  U.  Ibnu  Irawan,  “Air  Addition  Effect  on  Exhaust  Gas  K15  Engine  using Bioethanol Fuel,” Information Technology International Seminar, pp. 14-16, 2020.
[15]  K.  Reza  Muhardian,  “Kendali  Kecepatan  Motor  DC  Dengan  Kontroller  PID  dan Antarmuka Visual Basic,” JTEV, vol. 06, pp. 328-339, 2020.