J OURNAL OF T ELECOMMUNICATION , E LECTRONICS , AND C ONTROL E NGINEERING (JTECE) ISSN: 2654-8275 (ONLINE)
JTECE. VOL. 06, NO. 02, PP.139-151, JULY 2024 DOI: 10.20895/ JTECE . V 6 I 2.1461
Implementasi Kendali PID pada Kecepatan Motor DC Sebagai Media Pembelajaran Berbasis Arduino dan LabVIEW
Implementation of PID Control on DC Motor Speed as Learning Media Based on Arduino and LabVIEW
Fauzan Azim 1 , Aulia Ullah 2* , Jufrizel 3 , dan Ahmad Faizal 4
1,2,3,4 Program Studi S1 Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau Jl. HR. Soebrantas Km. 15, Pekanbaru, Indonesia
* ,2 Corresponding author: aulia.ullah@uinsuska.ac.id
Received on 23-05-2024, accepted on 01-07-2024, published on 29-07-2024

## Abstrak
Pemahaman konsep kendali PID merupakan elemen penting dalam elektronika instrumentasi, terutama di sektor industri.  Pembelajaran  yang  masih  menggunakan  metode  simulasi,  tentu hasilnya  tidak  sepenuhnya mencerminkan  kondisi  sebenarnya.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengembangkan  alat  media  pembelajaran sistem  kendali  PID  praktis  dengan  tampilan  antarmuka  yang    inovatif  dan  informatif  untuk  meningkatkan pemahaman mahasiswa di bidang teknik kendali. Alat ini menggunakan Arduino Uno sebagai perangkat akuisisi data dan perangkat lunak LabVIEW sebagai antarmuka. Sensor IR Optocoupler LM393, sensor tegangan, dan sensor ACS712  digunakan  untuk  membaca  kecepatan  putaran,  tegangan,  dan  arus  motor  DC.  Hasil  pengujian menunjukkan bahwa sistem tanpa kendali menghasilkan kesalahan sebesar 16% sedangkan sistem dengan kendali PID  menghasilkan  kesalahan  sebesar  4.4%.  Selanjutnya,  hasil  pengujian  terhadap  gangguan  kendali  PID  sistem mampu  menjaga  kestabilannya  dengan  baik  dibandingkan  tanpa  kendali.  Melalui  uji  evaluasi usability dengan mahasiswa sebagai responden menunjukkan nilai rata-rata sebesar 92,3 %. Jadi dengan demikian, alat ini dapat menjadi solusi efektif bagi mahasiswa untuk mempelajari konsep kendali PID secara langsung.
Kata kunci: Arduino, Kendali PID, LabVIEW, Media Pembelajaran

## Abstract
Understanding  the  concept  of  PID  control  is  a  crucial  element  in  instrumentation  electronics,  especially  in  the industrial sector. Learning that still relies on simulation methods does not fully reflect actual conditions. This study aims to develop a practical learning tool for PID control systems with an innovative and informative interface to enhance  students'  understanding  of  control  engineering.  The  tool  uses  Arduino  Uno  for  data  acquisition  and LabVIEW software as the interface. The IR Optocoupler LM393 sensor, voltage sensor, and ACS712 sensor are used to measure the rotational speed, voltage, and current of the DC motor. Testing results show that a system without control produces an error of 16%, while a system with PID control produces an error of 4.4%. Additionally, the PID control  system  maintains  stability  better  than  the  system  without  control  when  subjected  to  disturbances. Usability evaluation tests with students as respondents showed an average score of 92.3%. Thus, this tool can be an effective solution for students to learn the concept of PID control directly.
Keywords: Arduino, PID Control, LabVIEW, Learning Media

## I. P ENDAHULUAN
Motor DC ( Direct Current ) adalah perangkat elektromekanis yang berfungsi mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis. Prinsip kerjanya bergantung pada suplai arus searah pada kumparan medan. Motor  DC  akan  berputar  ketika  diberikan  tegangan  dengan  polaritas  tertentu  pada  kedua  terminalnya, sedangkan kecepatan putaran ditentukan oleh besar tegangan yang diberikan pada kedua terminal [1].
Motor  DC  telah  banyak  dimanfaatkan  dalam  berbagai  bidang  kendali  karena  memiliki  sejumlah keunggulan.  Beberapa  keunggulan  tersebut  meliputi  karakteristik  torsi  yang  kuat,  kinerja  respon  yang tinggi, kemudahan dalam pengendalian secara linear, serta kemampuan untuk mempertahankan kestabilan pada nilai referensi yang ditentukan [2][3]. Secara umum, ada dua variabel utama yang dikendalikan pada motor  DC,  yaitu  posisi  sudut  yang  diukur  dalam satuan  derajat  dan  kecepatan  sudut  yang  diukur  dalam satuan RPM ( Revolutions Per Minute ) atau RPS ( Revolutions Per Second ) [4]. Sehingga motor DC dapat dijadikan  sebagai  bidang  untuk  mempelajari  algoritma  kendali  tingkat  lanjut,  karena  konsepnya  dapat diproyeksikan pada jenis motor lain [5].
Untuk menjaga kecepatan motor DC berada pada nilai referensi, dibutuhkan metode pengendalian yang sesuai salah satunya adalah kendali PID ( Proportional-Integral-Derivative ) [3]. Di sektor industri, kendali PID masih mendominasi, dengan tingkat penggunaan mencapai 90 % [6]. Hal ini dikarenakan kendali PID memiliki kelebihan mudah dipahami, mudah diimplementasikan, dan mampu memberikan stabilitas sistem yang baik dari sistem non-linear hingga sistem linear, selain itu kendali ini mampu mengoreksi kesalahan suatu sistem dan memberikan respon cepat dengan tingkat kesalahan yang kecil [7]. Penyetelan parameter PID  yang  tepat,  dapat  meningkatkan  efisiensi  kendali.  Metode  yang  sering  digunakan  adalah trial  and error .  Namun, hasil yang diperoleh tentu belum optimal meskipun kinerjanya yang dihasilkan baik [8] Berdasarkan  hasil  observasi  dan  wawancara  terhadap  dosen  pengampu  mata  kuliah  sistem  kendali  di program  studi  Teknik  Elektro,  UIN Suska  Riau.  Pada  salah  satu  mata  kuliah  sistem  kendali  membahas tentang pengaplikasian sistem kendali Proportional Integral Derivative (PID) di industri. Namun, materi tersebut  masih  disajikan  dalam  bentuk  simulasi menggunakan  perangkat  lunak  seperti  Matlab,  sehingga hasil  yang  diperoleh  tidak  sepenuhnya  mencerminkan  kondisi  sebenarnya  [9].  Dengan  adanya  media pembelajaran yang lebih menarik, tentu dapat meningkatkan komunikasi antara mahasiswa dengan dosen, sehingga  materi  pembelajaran  tersampaikan  dengan  lebih  efektif  dan  efisien  [10][11].  Di  Laboratorium Elektronika  Instrumentasi,  terdapat  alat  praktikum  sistem  kendali  yang  digunakan  memiliki  harga operasional yang cukup tinggi seperti analog and digital motor control teaching set . Selain itu, dibutuhkan waktu merakit setiap modul agar dapat digunakan, hal ini tentu hanya akan merugikan dari segi waktu dan kualitas  pembelajaran.  Untuk  meningkatkan  pengalaman  pembelajaran  baru  kepada  mahasiswa  dalam memahami  teori  sistem  kendali,  dibutuhkan  suatu  media  pembelajaran  yang  praktis  dengan  tampilan antarmuka yang inovatif dan informatif.
Terdapat beberapa penelitian sebelumnya yang membuat alat sebagai media pembelajaran sistem kendali PID, seperti penelitian yang dilakukan oleh [12], tahun 2020, penelitian ini menerapkan kendali PID pada motor  DC  sebagai  media  pembelajaran  menggunakan  LabVIEW  sebagai  antarmuka  dan  Arduino  Uno sebagai  perangkat  akuisisi  data.  P erubahan  parameter  kendali  PID  dapat  dilakukan  melalui  tampilan antarmuka LabVIEW secara langsung. Lalu [13], tahun 2022, peneliti ini telah mengembangkan alat peraga kendali PID pada motor DC menggunakan LabVIEW sebagai antarmuka dan NI-MyRIO sebagai perangkat akuisisi data. Penelitian ini menyajikan pengaruh dari nilai parameter PID terhadap perubahan setpoint dan pengujian kestabilan sistem ketika menerima gangguan yang baik. Namun, perangkat NI MyRIO memiliki harga yang cukup tinggi. kemudian, [9], tahun 2023, membuat implementasi kendali PID pada brightness cahaya  lampu  sebagai  modul  pembelajaran  praktikum  menggunakan  Arduino  Uno  sebagai  perangkat akuisisi data. Namun, parameter PID masih dilakukan melalui perubahan program dan tidak disertai dengan tampilan antarmuka di dalamnya.
Berdasarkan uraian diatas, dirancang alat media pembelajaran praktis untuk  memahami konsep sistem kendali PID menggunakan Arduino Uno sebagai perangkat  akuisisi  data dan perangkat lunak LabVIEW sebagai tampilan antarmuka dan tempat membangun algoritma kendali PID. Untuk pemantauan lebih lanjut dari pengendalian kecepatan motor DC, peneliti menambahkan sensor arus dan tegangan untuk memantau kondisi  pada  motor  DC  saat  beroperasi.  Melalui  antarmuka  LabVIEW,  perubahan  nilai setpoint dan parameter  PID  dapat  dilakukan  secara real-time . Desain  mekanik  ditempatkan  di  atas  kotak  kayu untuk memudahkan  dalam  pemberian  gangguan  berupa  beban  gantung.  Garis  bantu  pada  grafik  RPM ditambahkan  untuk  membantu  analisis  respon  sistem,  yang  dapat  diaktifkan  atau  dinonaktifkan  secara manual.  Untuk  mengetahui  kualitas  media  pembelajaran  sistem  kendali  PID  yang  dibuat,  peneliti menambahkan uji evaluasi terhadap mahasiswa/i sebagai responden menggunakan kuesioner.

## II. M ETODE P ENELITIAN

## A. Desain Sistem
Desain  sistem ini dirancang untuk  menggambarkan penempatan perangkat  keras dan mekanisme kerja motor  DC  berbeban.  Gambar  1  menunjukkan  ukuran  alat  yang  dirancang  agar  lebih  portabel,  sehingga mudah  dibawa  dan  lebih  praktis  digunakan  dalam  berbagai  situasi  pembelajaran.  Penempatan  ini dimaksudkan untuk  memudahkan dalam melakukan perbaikan jika terjadi masalah pada sistem. Dengan desain seperti ini, pemeliharaan perangkat menjadi lebih efisien dan praktis. Untuk meningkatkan kekuatan torsi pada motor DC maka kecepatan motor DC harus dikurangi dengan menggunakan rasio pada pulley. Sehingga memungkinkan motor DC untuk dapat menahan beban hingga 1 kg.
Gambar 1. Desain Tiga Dimensi (3D) Ukuran Alat Media Pembelajaran Sistem Kendali PID
Keterangan gambar 1:
1. Motor DC RS545 21V 8. Encoder disk 5 lubang 2. Timing Pulley GT2 20 teeth Bore 9. Beban 3. Timing belt 6 mm 10. Pembatas tali beba 4. Timing Pulley GT2 60 teeth Bore 11. Tali beban 320 mm 5. Batang As Shaft Stainless Steel 304 8 mm 12. Box perangkat sistem 6. Pillow Block KP08 8 mm 13. Sensor LM393 7. Flexible Coupling D19 L25 5x8 mm 14. 128x64 OLED Display

## B. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Dalam perancangan perangkat keras sistem, terdapat  tiga proses utama yaitu input , proses, dan output, yang masing-masing memiliki peran penting dalam mempresentasikan cara kerja keseluruhan sistem dan hubungan antar perangkat. Perancangan sistem alat dapat dilihat pada Gambar 2 dibawah ini.
Gambar 2. Perancangan Sistem Alat
Berdasarkan Gambar 2, Data input berasal dari sensor LM393, sensor tegangan DC, dan sensor ACS712. Data input , akan diproses pada Mikrokontroler Arduino Uno dan perangkat lunak LabVIEW. Sedangkan Output sistem berupa sinyal PWM akan diterima oleh driver BTS7960 untuk  menggerakkan motor DC. Serta  LED  dan  OLED  display  digunakan  sebagai  lampu  indikator  dan  untuk  menampilkan  hasil  dari pengolahan sistem secara langsung.

## Gambar 3. Skema Rangkaian Perangkat Keras
Gambar 3 diatas adalah skema rangkaian yang didesain menggunakan perangkat lunak fritzing. Skema ini  memudahkan  pengkoneksian  antar  komponen  agar  sistem  dapat  berfungsi  dengan  baik.  Untuk menghubungkan setiap komponen digunakan kabel jumper yang memiliki konektor atau pin pada kedua ujungnya. Kabel jumper memiliki jenis yaitu male sebagai ujung yang menusuk dan female sebagai ujung yang penghubung [14]. Berikut adalah fungsi dari masing-masing komponen pada rangkaian diatas:
1. Sensor LM393 berfungsi untuk membaca kecepatan putaran motor DC. Sensor bekerja jika LED pada sensor akan menyala sebagai tanda ada benda yang melewati celah pada sensor. Pemancar IR akan menangkap pembacaan dari objek yang kemudian dikirimkan ke penerima IR [15].
2. Sensor tegangan DC 0-25 volt berfungsi untuk mengukur tegangan yang masuk ke motor DC dengan prinsip pembagi tegangan menggunakan dua resistor 30 KΩ dan 7,5KΩ [16].
3. Sensor ACS172 menggunakan prinsip Hall Effect untuk mengukur arus motor DC hingga 5 A. Sensor ini bekerja dengan mengubah medan magnet dari arus yang mengalir menjadi tegangan linear yang sebanding dengan tegangan keluar sebesar 185 mV per 1 A yang melewati sensor  [17].
4. Arduino Uno berfungsi sebagai prosesor utama dalam proses akuisisi data.
5. Motor DC RS 545 21 V berfungsi sebagai penggerak pada sistem untuk mendapatkan variabel proses.
6. Driver BTS7960 berfungsi  sebagai  pengendali kecepatan motor DC berdasarkan nilai sinyal PWM dari Arduino Uno. Modul driver ini mampu beroperasi pada tegangan 27V dengan arus 43A [18].
7. 128x64  OLED  Display  berfungsi  sebagai  penampil  hasil  pengukuran  sensor  kecepatan,  sensor tegangan, dan sensor arus selama sistem berjalan.
8. Adaptor 12 volt 5 Ampere berfungsi sebagai tegangan sumber untuk menggerakkan motor DC melalui driver BTS7960.
9. LED  5mm berfungsi sebagai indikator sistem
10. Push Button berfungsi sebagai tombol reset program.

## C. Perancangan Perangkat Lunak (Software)

## 1. Flowchart Sistem
Dalam perancangan sistem, flowchart atau diagram alir berperan dalam memudahkan pemahaman proses kerja sistem. Pada diagram alir tersebut, data sensor-sensor yang yang telah diproses pada Arduino Uno akan  dikirimkan  ke  perangkat  lunak  LabVIEW.  Pada  Gambar  4,  hal  pertama  yang  dilakukan  adalah menentukan  Port  Serial  dan  Baudrate  Serial  yang  sesuai,  sehingga  perangkat  lunak  LabVIEW  dapat berkomunikasi  dengan  Arduino  Uno  secara  efektif.  Proses  berikutnya  adalah  menentukan  nilai setpoint RPM, diikuti dengan pemilihan mode sistem pengendalian kecepatan motor DC, baik tanpa kendali maupun menggunakan kendali PID.  Jika mode tanpa kendali dipilih, motor DC yang berputar hanya menampilkan nilai sensor kecepatan, tegangan, dan arus  pada antarmuka LabVIEW. Jika mode kendali PID yang dipilih,
parameter kendali PID harus ditentukan terlebih dahulu. Ketika motor DC berputar, hasil pembacaan sensor kecepatan  kemudian  diproses  kembali  oleh  algoritma  kendali  PID  untuk  memastikan  bahwa  nilai error antara hasil pembacaan sensor kecepatan dan setpoint kurang dari 5%. Ketika terdapat gangguan, kendali PID akan memperbaiki error yang terjadi hingga sistem kembali ke keadaan stabil. Semua data sensor yang diproses akan ditampilkan pada antarmuka LabVIEW dalam bentuk grafik dan numerik.
Gambar 4. Flowchart Alur Sistem

## 2. Perancangan Program LabVIEW
Dalam  penelitian  ini,  perangkat  lunak  yang  digunakan  adalah  LabVIEW  2020  64  bit.  LabVIEW menggunakan model pemrograman berbasis aliran data dari setiap suatu blok diagram ke blok diagram lain. Blok diagram program LabVIEW dapat dilihat pada Gambar 5 dibawah ini.

## Gambar 5. Tampilan Blok Diagram LabVIEW
Program ini beroperasi secara berulang sesuai  dengan waktu looping yang telah ditetapkan. digunakan Virtual  Instrument  Software  Architecture (VISA)  Serial  sebagai  interkoneksi  antara  LabVIEW  dengan mikrokontroler Arduino  Uno  [19]. Hasil dari  program  ini berupa Graphical User Interface (GUI), yang merupakan tampilan antarmuka grafis antara pengguna dengan komputer. Pada GUI semua parameter input dapat diubah, sehingga memberikan kesempatan kepada mahasiswa agar bisa melakukan pengujian nilai berbeda [20].

## 3. Perancangan Kendali PID
Pada  penelitian  ini,  sistem  kendali  PID  dirancang  berdasarkan  pada toolkit perangkat  lunak LabVIEW. Setiap parameter kendali PID memiliki kelebihan masing-masing seperti Kendali proportional mampu mempercepat rise time , kendali integral mampu memperkecil nilai error, dan kendali derivative mampu  memperkecil error atau  meredam overshoot/undershoot. Dengan  menggabungkan  ketiga parameter ini, kendali PID dapat menghasilkan nilai keluaran dengan rise time yang cepat dan nilai error yang kecil [21] . Blok diagram sistem kendali PID dapat dilihat pada Gambar 6 dibawah ini.
Gambar 6. Diagram Blok Sistem Kendali PID
Pada  gambar  6,  diagram  blok  sistem  kendali  PID  dimulai  dengan  pemberian  nilai  setpoint  ke  dalam LabVIEW.  Hasil  pembacaan  dari  sensor  kecepatan  digunakan  sebagai  nilai  aktual  dari  motor  dan mengirimkan data ini ke LabVIEW melalui antarmuka data akuisisi. Dalam LabVIEW, kendali PID akan menghitung nilai error antara setpoint dan nilai aktual, kemudian menghasilkan sinyal kontrol berdasarkan komponen proportional , integral , dan derivative . Sinyal kontrol ini kemudian dikonversi menjadi sinyal PWM yang dikirim ke driver motor. Driver motor akan mengatur nilai arus dan tegangan sehingga motor dapat  bergerak  sesuai  dengan  sinyal  PWM.  Selama  sistem  berjalan,  kendali  PID  secara  otomatis menyesuaikan  sinyal  kontrol  untuk  mengurangi  nilai error dan  mempertahankan  kecepatan  motor  pada setpoint yang diberikan meskipun ada gangguan.

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN

## A. Tampilan GUI Labview
Setelah blok diagram program LabVIEW dibuat, selanjutnya membuat tampilan GUI yang lebih menarik dan informatif agar memudahkan mahasiswa dalam menjalankan tampilan antarmuka. Terdapat dua bagian pada tampilan antarmuka LabVIEW yaitu tampilan GUI ruang kendali sistem dapat dilihat pada Gambar 7 dan tampilan GUI petunjuk penggunaan dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 7. Hasil Tampilan GUI Ruang Kendali Sistem
Gambar 8. Hasil Tampilan GUI Petunjuk Penggunaan
Pada Gambar 7, menampilkan visualisasi data hasil pembacaan sensor-sensor dalam bentuk grafik dan vertical  process  bar .  Fitur Variable  Input berfungsi  sebagai  data  masukan  seperti  nilai setpoint ,  nilai parameter  PID,  dan range PWM.  Selain  itu,  tersedia  tombol  untuk  mengaktifkan  kendali  PID  dan menghentikan  program.  Fitur variable  output berperan  dalam  menampilkan  hasil  pemrosesan  sistem, seperti nilai RPM, error , PWM, tegangan, dan Arus dalam bentuk vertical process bar . Sementara itu, data yang ditampilkan dalam bentuk grafik adalah nilai RPM, PWM, tegangan, dan arus. Pada Fitur Legerline, ketika diaktifkan maka pada tampilan grafik RPM akan muncul garis putus-putus berwarna kuning yang berguna bagi membantu mahasiswa dalam menentukan nilai dari rise time ( Tr ), settling time ( Ts ), dan time delay ( Td ), seperti terlihat pada Gambar 9 dibawah ini.
Gambar 9. Fitur Legerline ketika keadaan On
Garis dan nilai respon sistem yang ditampilkan pada grafik RPM mengikuti nilai setpoint yang diberikan. Untuk  memperbesar  grafik  respon  sistem  dapat  menggunakan graph  pallete sehingga  didapatkan  nilai pembacaan  yang  lebih  akurat.  Sedangkan  pergeseran  horizontal  grafik  dapat  dilakukan  dengan menggunakan x scrollbar . Selain itu, grafik juga dapat di export dalam bentuk format clipboard, excel , dan simplified  image .  Pada  Gambar  9,  menampilkan  petunjuk  penggunaan  alat  media  pembelajaran  sistem kendali  PID  yang  terdiri  dari  SOP  pemakaian  alat,  operasi  dengan  kendali  PID,  dan fungsi  Legerline. Petunjuk ini dirancang untuk membimbing mahasiswa dalam menggunakan alat tersebut, sehingga dapat membantu untuk menjaga kinerja produk dan menghindari kerusakan.

## B. Hasil Rancangan
Dalam mempertahankan kinerja sistem dari terjadinya kerusakan, semua komponen perangkat keras yang telah  terkoneksi  satu  sama  lain  akan  ditempatkan  dalam project  box ,  kecuali  sensor  LM393  dan  OLED Display karena bertujuan mempermudah dalam melakukan pembacaan kecepatan motor dan menampilkan hasil  pembacaan  semua  sensor  secara  langsung.  Laptop/PC  digunakan  sebagai  media  antarmuka  antara mahasiswa dengan perangkat lunak LabVIEW seperti terlihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Alat Media Pembelajaran Kendali PID Pada Kecepatan Motor DC Berbasis Arduino dan LabVIEW

## C. Pengujian Kemampuan Sensor
Pada pengukuran sensor IR Optocoupler LM393 dengan satuan RPM, sensor Tegangan DC dengan satuan Volt, dan sensor ACS712 dengan satuan Ampere, dilakukan ketika motor DC menyala dan membandingkan hasilnya dengan alat ukur Tachometer dan Multimeter. Hal ini bertujuan untuk mengevaluasi pembacaan sensor dengan nilai error yang sekecil mungkin, seperti terlihat pada Gambar 11 dibawah ini.
( a)                                                           (b)                                                              (c)
Gambar 11. (a) Pengukuran Kecepatan pada Tachometer,  (b) Pengukuran Tegangan pada Multimeter,  (c) Pengukuran Arus pada Multimeter
Motor DC akan berputar saat Arduino Uno menerima perintah data analogWrite (0 - 255)  melalui Serial Monitor. Kemudian driver motor mengonversi data tersebut dalam bentuk pulse width modulation (PWM), yang  kemudian  mengatur  tegangan  input  ke  motor  DC  untuk  memvariasi  kecepatannya.  Sinyal  PWM berperan dalam mengendalikan on/off pada MOSFET, yang bertindak sebagai saklar elektrik pada driver motor sehingga dapat mengubah tegangan digital (PWM) menjadi nilai analog dengan level tegangan dari 1-12 volt.
Tabel 1.  Perhitungan error nilai sensor IR  Optocoupler LM393, sensor Voltage Divid er DC dan sensor ACS712
PWM (8-bit) Sensor Tachometer Multimeter Error (%) RPM V A RPM V A RPM V A 20 156 1,24 0,89 160 1,2 0,89 2,5 3,333 4,494 40 922 2,83 1,47 920 2,56 1,2 0,217 10,546 22,5 60 1599 4,4 2,02 1600 4,19 1,45 0,062 5,011 39,310 80 2226 5,56 2,03 2220 5,53 1,63 0,270 0,542 24,539 100 2723 6,93 2,29 2729 6,68 2,05 0,219 3,742 11,707 120 3156 7,69 2,4 3155 7,65 2,23 0,031 0,522 7,623 140 3433 8,21 2,44 3436 8,25 2,31 0,087 0,484 5,627 160 3677 8,47 2,33 3685 8,92 2,32 0,217 5,044 0,431 180 3878 9,56 2,4 3904 9,54 2,35 0,665 0,209 2,127 200 4129 9,92 2,34 4150 9,85 2,37 0,506 0,710 1,265 220 4306 1,.37 2,47 4320 10,35 2,41 0,324 0,193 2,489 250 4458 11,02 2,35 4450 10,96 2,45 0,179 0,547 4,081 Rata-rata error 0,440 2,574 10,516
Berdasarkan data Tabel 1, motor DC mulai berputar ketika PWM melebihi 20, dengan kecepatan awal sekitar  160  RPM,  dan  kecepatan  maksimum  sekitar  4450  RPM.  Nilai error berdasarkan  selisih  antara pembacaan sensor dengan alat ukur, kemudian dibagi dengan nilai alat ukur dan dikalikan 100%. Nilai rata- rata error yang  terbaca  pada  sensor  kecepatan  sebesar  0.440  %.  Hasil  ini  menunjukkan  bahwa  sensor mampu mengukur kecepatan motor dengan sangat baik. Selanjutnya, hasil pembacaan sensor tegangan dan sensor arus memiliki nilai yang beragam. Hal ini disebabkan oleh modulasi kecepatan kecepatan putaran motor DC yang dikendalikan melalui sinyal PWM dari driver motor, yang merupakan sinyal digital. Sinyal digital  memiliki  dua  kondisi  yaitu HIGH (tinggi)  dan LOW (rendah),  yang  dapat  menyebabkan  nilai pembacaan  tegangan  dan  arus  mengalami  fluktuasi.  Rata-rata error yang  terbaca  pada  sensor  tegangan sebesar  2.574  %,  sementara  sensor  arus  adalah  sebesar  10.516  %.  Hasil  ini  menunjukkan  bahwa  sensor tegangan cukup baik dalam mengukur tegangan pada motor DC sedangkan pada sensor arus memiliki error yang cukup tinggi pada kondisi tertentu. Hal ini disebabkan oleh fluktuasi dari siklus kerja PWM driver motor.

## D. Pengujian Respon Sistem
Pada pengujian sistem, akan dilakukan  dua kondisi yaitu ketika sistem tanpa kendali dan sistem dengan kendali PID.  Pada pengujian  ini ,nilai setpoint yang ditetapkan adalah 1000 RPM dan untuk analisa respon sistem tombol Legerline diaktifkan. Untuk pengujian sistem dengan kendali PID akan dilakukan  penalaan parameter PID menggunakan metode trial and error. Pada pengujian ini dilakukan 3 kali perubahan nilai parameter  kendali  PID.  Pengujian  ini  bertujuan  untuk  mengamati  perbedaan  respon  sistem  antara menggunakan kendali atau tidak sekaligus membantu mahasiswa mengamati bagaimana dari karakteristik kendali  PID.  Grafik  respon  sistem  dapat  dilihat  pada  gambar  12  dan  analisa  respon  sistem  pengujian dikompilasi dalam Tabel 2 dibawah ini:
(a) (b) (c) (d)
Gambar 12. Grafik Pengujian Respon: (a) Sistem Tanpa Kendali, (b) Kendali PID dengan nilai Kp = 0,008, Ti = 0,054, dan Td = 0, (c) Sistem Kendali PID dengan nilai Kp=0,010, Ti= 0,070, dan Td=0,012 , (d) Sistem Kendali PID dengan nilai Kp=0,012, Ti=0,096, dan Td=0,018
Tabel 2.  Data Pengujian Respon Sistem Tanpa Kendali
Mode Parameter PID Ts (s) Td (s) Tr 95 % (s) Tp (s) Ess (%) Mp (%) Kp Ki Kd Tanpa kendali - - - - 1.8 - - 16 - Kendali PID 0,008 0,070 0,012 8.8 3.2 3.8 4.6 4.4 30.8 0.010 0.070 0.012 7.4 3.1 3.2 4.6 4.4 19.5 0.014 0.096 0.022 3.8 2.5 3.2 - 4.4 -
Berdasarkan Gambar 12 dan Tabel 2 diatas, pada Gambar (a) dapat diamati bahwa pada kondisi sistem tanpa  kendali  meskipun  kecepatan  motor  DC  dapat  mencapai  keadaan  stabil  dalam  waktu  yang  relatif singkat, namun nilai process variable tidak mencapai setpoint yang diinginkan. Pembacaan nilai process variable sekitar 840 RPM, sehingga didapatkan nilai error melebihi batas toleransi respon sistem yaitu 5% dengan nilai stabilitas sistem sebesar 84%. Selain itu terdapat informasi tambahan yang ditampilkan pada GUI ruang kendali yaitu nilai PWM 36, serta pembacaan nilai tegangan sekitar 1.78V dan arus yang terbaca sekitar  0.78A.  Sedangkan pada  Gambar (b), Gambar (c), dan Gambar (d) kondisi  sistem dengan kendali PID, nilai process variable telah mampu mencapai nilai setpoint yang diberikan dengan nilai error yang dihasilkan kurang dari 5% dengan tingkat stabilitas sistem sebesar 93.59 % - 93.5 %. Pada pengujian dengan parameter PID (Kp = 0.008, Ti = 0.054, Td= 0), waktu  yang diperlukan untuk mencapai  kondisi steady state adalah yang paling lama, yaitu 11s dengan tingkat overshoot tertinggi sebesar 34.4 %. Sementara itu, pengujian dengan parameter PID (Kp= 0.012, Ti= 0.96, Td= 0.018), waktu yang diperlukan untuk mencapai kondisi steady state adalah yang paling cepat, yaitu 3.8s serta tanpa adanya overshoot . Selain itu terdapat informasi tambahan yang ditampilkan pada GUI ruang kendali yaitu nilai PWM  38, serta pembacaan nilai tegangan sekitar 2.10V dan arus yang terbaca sekitar  0.83A. Dengan menggunakan metode trial and error, mahasiswa dapat mengamati bagaimana perubahan pada parameter Kp, Ti, dan Td mempengaruhi respon sistem. Pada pengujian yang telah dilakukan, parameter PID yang optimal untuk mencapai stabilitas sistem dalam waktu yang singkat adalah Kp= 0.014, Ti= 0.96, dan Td= 0.022.

## E. Pengujian Terhadap Gangguan
Pengujian dilakukan terhadap gangguan, tombol legerline di nonaktifkan. Nilai setpoint yang digunakan adalah  1000  RPM  kemudian  diberikan  beban  300  gram.  Grafik  respon  sistem  terhadap  gangguan  dapat dilihat pada Gambar 13 dan analisa respon sistem pengujian dikompilasi dalam Tabel 4 dibawah ini:
(a)
(b)
Gambar 13.  Respon Gangguan 300 gram (a) Sistem Tanpa Kendali (b) Sistem Dengan Kendali PID
Tabel 3. Analisa Respon Sistem Terhadap Gangguan
Berat (gram) Tanpa Kendali Kendali PID Terima Lepas Terima Lepas 300 Turun 90 %, tidak kembali stabil - Turun 80 %, kembali stabil setelah 5 s Naik 82,6 %, kembali stabil setelah 4.2 s
Berdasarkan Gambar 13 dan Tabel 3 diatas, pada Gambar (a) saat beban diterapkan pada motor DC tanpa sistem  kendali,  terjadi  penurunan  kecepatan  yang  signifikan  atau undershoot .  Namun,  ketika  beban dilepaskan, kecepatan kembali ke keadaan awal. Ini menunjukkan bahwa sistem tanpa kendali tidak efektif dalam mempertahankan nilai setpoint telah yang telah diberikan. Sementara itu, dengan kendali PID pada Gambar (b), saat beban diterapkan masih terjadi undershoot namun tidak sebesar pada sistem tanpa kendali. Selain itu, kendali PID memberikan kemampuan pada motor DC untuk kembali ke keadaan stabil setelah beberapa  detik.  Saat  beban  dilepaskan,  terjadi overshoot di  mana  kecepatan  motor  DC  melebihi  nilai setpoint dalam sementara waktu. Hal ini disebabkan oleh sifat dinamis sistem dan karakteristik responsif dari kendali PID.

## F. Evaluasi Usability
Evaluasi usability adalah proses penilaian kualitas penggunaan suatu sistem atau produk oleh pengguna. untuk  mengidentifikasi  dan memperbaiki masalah yang menghambat efisiensi, efektivitas, dan kepuasan pengguna. Dalam penelitian ini, tujuan dilakukannya evaluasi usability adalah untuk mengetahui kualitas alat  yang  telah  dirancang  dan  perannya  sebagai  penunjang  pada  mata  kuliah  sistem  kendali  tentang pengaplikasian  kendali  PID  di  industri.  Penyebaran  kuesioner  dilakukan  pada  39  mahasiswa/I  jurusan Teknik Elektro, konsentrasi elektronika instrumentasi. Sebanyak 15 mahasiswa/I dipilih sebagai responden untuk mengisi kuesioner dengan 15 pernyataan. Setiap Poin kuesioner dinilai menggunakan skala, dengan 5 kategori yaitu sangat baik (SB) = 5, baik (B) = 4, cukup (C) 3, kurang (K) = 2, dan sangat kurang (SK) = 1.

## Tabel 4. Hasil Evaluasi Usability
No. Poin - poin yang dinilai Nilai (%) 1. Sebagian besar PC/Laptop yang digunakan mahasiswa kompatibel dengan aplikasi antarmuka LabVIEW 98,33 2. Pengguna merasa pemilihan desain, warna, dan layout pada antarmuka memiliki kualitas yang bagus sehingga mudah dipahami dan menyerupai tampilan HMI yang biasa digunakan di Industri 100 3. Fitur-fitur atau fungsi-fungsi yang pada antarmuka mudah dimengerti. 88,33 4. Pengguna dapat memodifikasi dan menghentikan setiap aktivitas yang terjadi pada antarmuka. 93,33 5. Pengguna dapat mengubah data pada grafik dalam bentuk excel untuk dianalisis lebih lanjut. 93,33 6. Setiap tombol yang ditekan pada antarmuka mampu merespon dalam waktu yang cepat 97,67 7. Pengguna merasa grafik respon sistem yang ditampilkan memiliki nyaman untuk dipandang 93,33 8. Motor DC mampu berputar pada kecepatan maksimal tanpa mengalami overheating 90 9. Kotak alat terbuat dari bahan kayu yang ringan sehingga mudah dibawa. 90 10 LED memudahkan pengguna untuk mengetahui kondisi alat sebelum dan ketika beroperasi 95 11. Data yang dapat ditampilkan pada OLED Display mudah dimengerti 96,67 12 Pengguna dapat dengan mudah membuka/memasang project box jika terjadi kesalahan sistem. 95 13. Pengguna dapat dengan mudah memberikan gangguan pada sistem menggunakan beban yang telah disediakan. 91,67 14. Panduan penggunaan alat rancang bangun mudah dimengerti 83,33 15. Pengguna  merasa  dengan  rancang  bangun  alat  pengendalian  kecepatan  motor  DC  berbeban berbasis LabVIEW mampu meningkatkan kompetensi mahasiswa khususnya dalam pemahaman kendali PID 93,33 Rata-rata 93,22
Dari  Tabel  4  di  atas,  secara  keseluruhan  nilai  rata-rata  persentase  yang  diperoleh  terhadap  tampilan antarmuka  dan  cara  kerja  sistem  sebagai  media  pembelajaran  sebesar  93,22 %.  Dengan  persentase  nilai terendah terdapat pada “Buku panduan penggunaan alat rancang bangun mudah dimengerti” sebesar 83,33 % dan nilai persentase tertinggi terdapat pada “Pengguna merasa pemilihan desain, warna, dan layout pada antarmuka memiliki kualitas yang bagus sehingga mudah dipahami dan menyerupai tampilan HMI yang biasa digunakan di Industri” sebesar 100%. Hasil ini menunjukkan bahwa penelitian ini valid, praktis, dan efektif untuk meningkatkan minat belajar mahasiswa dalam mengenal konsep kendali PID secara nyata.

## IV. K ESIMPULAN
Alat media pembelajaran sistem kendali PID praktis pada kecepatan motor DC menggunakan Arduino Uno sebagai akuisisi data dan perangkat lunak LabVIEW 2020 telah berhasil dirancang. Alat ini memiliki tampilan  antarmuka  yang  lebih  menarik  dengan  penambahan Legerline sehingga  memudahkan  dalam analisis  sistem  serta  dilengkapi  dengan  sensor  tegangan  dan  arus,  sehingga  memberikan  informasi  yang lengkap  dibandingkan  penelitian  sebelumnya.  Berdasarkan  hasil  pengujian,  respon  sistem  tanpa  kendali menghasilkan error sebesar 16%, sedangkan sedangkan dengan kendali PID menghasilkan dengan error sebesar 4,4%. Dan pengujian terhadap gangguan menunjukkan respon menunjukkan sistem dengan kendali PID,  mampu  menjaga  stabilitas  respon  sistem  dengan  lebih  baik  daripada  tanpa  menggunakan  kendali. Kemudahan dalam operasionalnya dibandingkan dengan alat analog and digital motor control teaching set membuat alat ini dapat menjadi solusi efektif bagi mahasiswa untuk mempelajari konsep kendali PID secara langsung. Berdasarkan hasil evaluasi usability, alat ini memperoleh nilai rata-rata keseluruhan sebesar 92,3 %.

## A CKNOWLEDGMENT
Penulis  mengucapkan  terimakasih  kepada  petugas  Laboratorium  Fakultas  Sains  dan  Teknologi  UIN Suska  Riau  yang  telah  mengizinkan  penulis  melakukan  penelitian  di  Laboratorium  Elektronika Instrumentasi sehingga penelitian ini berjalan lancar dengan semestinya.

## R EFERENCES
[1]  H.  Budiarto,  V.  Triwidyaningrum,  F.  Umam,  and  A.  Dafid,  “Implementation  of  Automatic  DC  Motor  Braking  PID  Control System on ( Disc Brakes ),” vol. 4, no. 3, pp. 371–387, 2023, doi: 10.18196/jrc.v4i3.18505.
[2]  S. Gupta, P. Kumar, V. Gupta, Salim, and A. Kanungo, “Speed and Position Control of DC Motor using LabVIEW,” Int. J. Res. Appl. Sci. Eng. Technol. , vol. 9, no. August, 2021.
[3]  A. Ma’arif, N. R. Setiawan, and E. S. Rahayu, “Embedded Control System of DC Motor Using Microcontroller Arduino and PID Algorithm,” IT J. Res. Dev. , vol. 6, no. 1, pp. 30–42, 2021, doi: 10.25299/itjrd.2021.vol6(1).6125.
[4]  M.  D.  I.  Putri,  A.  Ma’arif,  and  R.  Puriyanto,  “PENGENDALI  KECEPATAN  SUDUT  MOTOR  DC  MENGGUNAKAN KONTROL PID DAN TUNING ZIEGLER NICHOLS,” J. TECHNO , vol. 23, no. 1, pp. 09–18, 2022.
[5]  S.  N.  Al-bargothi,  G.  M.  Qaryouti,  and  Q.  M.  Jaber,  “Speed  Control  of  DC  Motor  Using  Conventional  and  Adaptive  PID Controllers,” Indones.  J.  Electr.  Eng. Comput.  Sci. ,  vol.  16,  no.  3,  pp.  1221–1228,  2019,  doi:  10.11591/ijeecs.v16.i3.pp1221- 1228.
[6]  C.  N.  Hamdani,  A.  Azizy,  R.  H.  Triyanto,  and  H.  K.  Wardana,  “Rancang  Bangun  Prototype  Sistem  Kontrol  Bertingkat Menggunakan Fuzzy-Pid Berbasis Arduino,” Transmisi , vol. 24, no. 3, pp. 98–105, 2022, doi: 10.14710/transmisi.24.3.98-105.
[7]  A. Ma’Arif, H. Nabila, Iswanto, and O. Wahyunggoro, “Penerapan Algoritma Pencarian Cerdas di Kontrol Proporsional-Integral- Derivatif  dari  Direct-  Sistem  Motorik  Saat  Ini,” J.  Phys.  Conf.  Ser. ,  vol.  1373,  no.  1,  2019,  doi:  10.1088/1742- 6596/1373/1/012039.
[8]  A. Ma’Arif, H. Nabila, Iswanto, and O. Wahyunggoro, “Application of Intelligent Search Algorithms in Proportional-Integral- Derivative  Control  of  Direct-Current  Motor  System,” J.  Phys.  Conf.  Ser. ,  vol.  1373,  no.  1,  2019,  doi:  10.1088/1742- 6596/1373/1/012039.
[9]  M.  Aulia,  Kurniawati,  P.  Ali  Topan,  T.  Andriani,  and  D.  Maulidyawati,  “Implementasi  Sistem  Kendali  Proposional  Integral Derivatif (PID) pada Porototype Pendeteksi Brightness Cahaya Ruangan,” J. Bumigora Inf. Technol. , vol. 4, no. 2, pp. 217–230, 2022, doi: 10.30812/bite.v4i2.2129.
[10] I. Y. Basri, A. Arsyfadhillah, D. Irfan, and T. Thamrin, “Rancang Bangun Media Pembelajaran Mini Trainer IC 555,” INVOTEK J. Inov. Vokasional dan Teknol. , vol. 18, no. 2, pp. 65–76, 2018, doi: 10.24036/invotek.v18i2.332.
[11] F.  Eliza,  D.  E.  Myori,  and  F.  G.  Wireksi,  “Trainer  Sistem  Kendali  Elektronik  Untuk  Pembelajaran  Mengoperasikan  Sistem Kendali Elektronik,” J. Edukasi Elektro , vol. 1, no. 2, pp. 110–118, 2017, doi: 10.21831/jee.v1i2.17414.
[12] N.  R.  Wibowo,  Aminuddin,  and  M.  N.  A.  Syaputra,  “Rancang  Bangun  Sistem  Kendali  Kecepatan  Motor  Dc  Sebagai  Media Pembelajaran  Praktikum  Sistem  Kendali  Menggunakan  Labview,” JST  (Jurnal  Sains  Ter. ,  vol.  6,  no.  2,  2020,  doi: 10.32487/jst.v6i2.775.
[13] A. F. Aji, Sihono, B. Supriyo, V. S. Kartika, A. Ali, and A. R. Ashriyati, “Kendali PID Posisi Sudut Putar Motor DC Disertai Gangguan Berbasis MYRIO,” orbith , vol. 18, no. 2, pp. 109–118, 2022.
[14] C. A. Siagian, A. D. A. Nur Utomo, and I. Kresna A, “Sistem Pemantauan Suhu, Kelembapan, Cahaya, dan pH Air pada Rumah Walet  Berbasis  Internet  of  Things,” J.  Telecommun.  Electron.  Control  Eng. ,  vol.  6,  no.  1,  pp.  1–12,  2024,  doi: 10.20895/jtece.v6i1.988.
[15] E. N. Afifah Amatullah, R. Ekawita, and E. Yuliza, “Comparison of Infrared and Optocoupler Sensors Performance for Lab-Scale Rpm Measurement System,” Indones. Phys. Rev. , vol. 5, no. 2, pp. 130–136, 2022, doi: 10.29303/ipr.v5i2.150.
[16] A. El Hammoumi, S. Motahhir, A. Chalh, A. El Ghzizal, and A. Derouich, “Real-time Virtual Instrumentation of Arduino and LabVIEW based PV Panel Characteristics,” IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. Pap. , vol. 161, no. 1, p. 012019, 2018.
[17] A. J. Ali, A. M. T. Ibraheem, and O. T. Mahmood, “Design of a Smart Control and Protection System for Three-Phase Generator Using Arduino,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. Pap. , vol. 745, no. 1, p. 012027, 2020, doi: 10.1088/1757-899X/745/1/012027.
[18] A. N. Halisyah, D. Adiputra, and A. Al Farouq, “Field oriented control driver development based on BTS7960 for physiotherapy robot implementation,” vol. 14, no. 2, pp. 1486–1495, 2024, doi: 10.11591/ijece.v14i2.pp1486-1495.
[19] M. Saad, A. H. Amhedb, and M. Al Sharqawi, “Real time DC motor position control using PID controller in LabVIEW,” J. Robot. Control , vol. 2, no. 5, pp. 342–348, 2021, doi: 10.18196/jrc.25104.
[20] A. Afham, M. Muhtadan, and A. Suntoro, “Rancang Bangun Simulator Sistem Interlock Pada Iradiator Merah Putih Berbasis Labview,” J. Forum Nukl. , vol. 12, no. 1, p. 7, 2018, doi: 10.17146/jfn.2018.12.1.3632.
[21] R.  A.  N.  Apriyanto,  E.  Purwanto,  H.  Oktavianto,  and  G.  Prabowo,  “Metode  Kontrol  Skalar  dengan  Penala  Parameter  PID Otomatis Menggunakan Algoritma PSO Sebagai Pengendali Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa Berbasis LabView,” vol. 6, no. 1, 2020.