## Rancang Bangun Dongkrak Elektrik Berbasis Pengendali Proportional Integral Derivative (PID)
A. Asni B 1 , Mayda Waruni 2
Abstract — Proportional  Integrator  Derivative  (PID)  controller, which  aims  to  set  a  variable  value  with  stable and  precision in an instrument  system  using  a  feedback  (closed  loop)  on  the  system. RPM readings rotation of DC motor that drives the screw jack to be used as a reference control. After implementing the motor rotation speed  control  system  with  PID  controller  jack  using  the  3-point setting  of  60,  50  and  40  RPM. The measurement  results  show the average speed of each point setting. When the set point average of 60  RPM  rotation  speed  of  the  motor  jack  to  56  RPM  with  an average of 4 RPM below the set point. When the set point average of  50  RPM  rotation  speed  of  the  motor  jack  to  47  RPM  with  an average  of  3  RPM  below  the  set  point.  And  when  the  set  point average of 40  RPM  rotation  speed  of  jack motor    to 37  RPM  with an average of 3 RPM below the set point
I ntisari — Pengendali Proposional  Integrator  Derivative (PID bertujuan untuk mengatur suatu nilai variabel dengan stabil dan presisi pada suatu sistem instrumen dengan menggunakan suatu umpan  balik (closed  loop) pada  sistem  tersebut.  Pembacaan RPM  putaran  motor  DC  yang  menggerakkan  ulir  dongkrak akandigunakan sebagai referensi kontrol.
Setelah mengimplementasikan sistem kontrol kecepatan putaran motor  dongkrak dengan  pengendali PID  menggunakan 3 setting point yaitu 60, 50 dan 40 RPM didapatkan suatu hasil kecepatan rata-rata tiap setting point . Ketika setting point 60 RPM rata-rata kecepatan  putaran  motor  dongkrak  menjadi  56  RPM  dengan rata-rata  4  RPM  dibawah setting  point .  Kemudian setting  point 50  RPM  rata-rata  kecepatan  putaran  motor  dongkrak  menjadi 47  RPM  dengan  rata-rata  3  RPM  dibawah setting  point . Terakhir setting  point 40  RPM  rata-rata  kecepatan  putaran motor  dongkrak  menjadi  37  RPM  dengan  rata-rata  3  RPM dibawah setting point . .
Kata  Kunci — Dongkrak  Elektrik,  PID,Proportional  Integrator Derivative

## I. PENDAHULUAN
Adanya  kendaraan  merupakan  sebuah  anugerah  yang  tak ternilai  bagi  kita  semua  sebagai  pemakainya  salah  satunya yaitu memudahkan bagi kita semua untuk bepergian dari satu tempat ke tempat lain hanya dalam tempo yang relatif singkat. Kendaraan  seperti  mobil  dan  motor  tidak  selamanya  selalu berfungsi  dengan  baik,  pasti  suatu  saat  dapat  mengalami kerusakan.    Kerusakan      itu      terjadi  bisa  karena  kurangnya perawatan dan juga karena musibah seperti terjadi kecelakaan atau bocornya ban kendaraan. Pada mobil dan truk yang memilik  kapasitas  besar,  diperlukan  alat  khusus  untuk mengangkat beban mobil tersebut. Alat yang sering digunakan adalah  berupa  dongkrak.  Ada  pun  dongkrak  bermacam  – macam diantaranya ada yang berupa hidrolik dan ulir, namun pada  umumnya  mobil  kelas  1400  cc  menggunakan  dongkrak ulir.  Prinsip  penggunaan  dongkrak  ulir  menggunakan  ulir dengan  prinsip  kerjanya  dengan  memutar knop agar  ulir berputar  sehingga  penampang  terangkat  sampai  mengangkat beban,  namun  saat  ini  masih  menggunakan  pemutar  manual dan membutuhkan tenaga yang cukup besar[1]
Pada  penelitian  ini  akan  dibuat  suatu  model  dongkrak elektrik  sederhana  dengan  menggunakan  pengendali  yang berbasis  pengendali  PID.  Dengan  menggunakan  pengendali PID,  kecepatan  motor  akan  terjaga  stabil  ketika  mengangkat beban berupa mobil atau truk. Selain itu, parameter lain yang perlu diperhatikan adalah posisi  ketinggian. Posisi  ketinggian akan dijadikan sebagai input- an oleh pengguna dengan keypad, parameter  tersebut  kemudian  dikirim  ke  mikrokontroler  dan diolah,  hasil  pengolahan  dari  mikrokontroler  tersebut  dikirim ke Driver motor  DC.  Dongkrak  akan  bekerja  pada  referensi tinggi yang telah ditentukan oleh pengguna.

## II.  DASAR TEORI

## 2.1 Dongkrak Ulir
Dongkrak  ulir  merupakan  dongkrak  yang  ringan  dan sederhana  digunakan.  Ukuranya  beragam.  Ukuran  kecil digunakan pada beberapa mobil sedan atau city car . Dongkrak ini  dapat  dioperasikan  secara  mekanik  dan  mempunyai beberapa manfaat dalam penggunaanya[1].

## Gambar 2. 2 Bagian Dongkrak Ulir
Bagian dari dongkrak ulir adalah sebagai berikut.
1. Penyangga atas 4.   Lengan bawah 2. Lengan atas 5.   Kaki Penyangga
3. Poros ulir

## 2.2 Pengendali PID[2]
Setiap  kekurangan  dan  kelebihan  dari  masing-masing pengendali  P,  I  dan  D  dapat  saling  menutupi  dengan menggabungkan  ketiganya  secara  paralel  menjadi  pengendali proposional, integral dan derivative (pengendali PID).
Elemen-elemen  pengendali  P,  I  dan  D  masing-masing
Gambar 2. 1 Diagram Blok Pengendali PID
1,2 Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Balikpapan, Jln. Pupuk Raya Gn. Bahagia Balikpapan 76114 INDONESIA (email: a_asni_b@yahoo.com,mayda.warunik@gmail.com )
secara  keseluruhan  bertujuan  untuk  mempercepat  reaksi sebuah  sistem,  menghilangkan  offset  dan  menghasilkan perubahan awal yang besar.
2.2.1   Metode Tuning Osilasi
Dalam  metode  tuning  osilasi,  mula-mula  yang  dilakukan adalah membuat Ti = 0 dan Td = 0. Nilai Kp ditingkatkan dari nol  ke  suatu  nilai  kritis K cr,  disini  mula-mula  keluaran memiliki osilasi  yang berkesinambungan. Dari  keluaran  yang berosilasi secara berkesinambungan, penguatan kritis Kcr dan periode Pcr dapat ditentukan.
Gambar 2. 3 Osilasi Berkesinambungan dengan Periode Pcr
Setelah diperoleh nilai Kcr dan Pcr , dapat ditentukan nilai Kp, Ti dan Td menggunakan metode Ziegler-Nichols berdasarkan pada Tabel 2.1[3].
Tabel 2.1 Aturan Dasar Ziegler-Nichols Tipe Kendali Kp Ti Td P 0.5 x Kcr - - PI 0.45 x Kcr Pcr / 1.2 - PID 0.6 x Kcr 0.5 x Pcr 0.125 x Pcr
2.3     Algoritme Recursive Least Square (RLS)
Algoritme adaptif Recursive Least Square (RLS) dapat dijelaskan oleh persamaan berikut:
(2.1) dimana :
(2.2)
Forgetting  factor  ( λ),  pada  algortime  RLS,  merupakan faktor yang secara eksponensial memberikan bobot yang lebih kecil  kepada  sampel-sampel  error  yang  lebih  lama  dengan rentang  nilai  0  <  λ  ≤  1. Forgetting  factor ini  berguna  untuk memastikan bahwa semakin jauh jarak data yang  sebelumnya dengan data yang sedang diamati maka data tersebut semakin “dilupakan”.  Pada  persoalan  di  atas  nilai  λ  =  1  seperti  yang tertera pada akhir listing program[4].

## III. METODE PENELITIAN

## 3.1 Peralatan Penelitian
Proses penelitian  membutuhkan beberapa alat dan bahan yang akan  digunakan  untuk  proses  penelitian.  MATLAB  versi 7.11.0.0584  (R2010b)  dengan  memanfaatkan  fasilitas  tools simulink untuk menentukan nilai Kp, Ki, Kd dengan perangkat keras  berupa  Laptop  dengan  spesifikasi  prosesor    AMD  E 450 ,G1.65GHz, dan RAM 2.00 GB yang juga akan digunakan untuk memprogram mikrokontroller Arduino UNO R3 sebagai
pengendali  dan  menampilkan  data  putaran  mesin  dan menyimpan data penelitian. Dongkrak Ulir dan Motor DC.

## 3.2 Prosedur Penelitian
Prosedur  penelitian  dilakukan  dengan  tujuan  dalam penelitian  ini  dapat  tercapai.  Berikut  ini  merupakan  diagram alir prosedur penelitian yang dirancang antara lain:
Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Penelitian
Perancangan  alat  dongkrak    menggunakan  dongkrak  ulir. Motor  DC  ditempatkan  disisi  sebagai  penggerak sprocket yang  kemudian  di couple dengan sprocket yang  berfungsi memutar poros dongkrak.
Pada  perancangan  elektrik  terdapat  beberapa  proses  yang perlu dilakukan seperti perancangan driver sensor optocoupler, perancangan driver motor, peranncangan keypad, perancangan rangkaian  LCD,  dan  perancangan  rangkaian  mikrokontroler arduino dan pemrogramannya.
Sistem  utama  dari  perancangan  alat  ini  terletak  pada rangkaian  mikrokontroller  yang  merupakan  otak  sistem. Rangkaian  mikrokontroller  ini  berguna  untuk  memberikan sinyal  saat  alat  dioperasikan.  Agar  mikrokontroller  dapat bekerja  maka  memerlukan  sinyal clock dari  sebuah  Kristal sebesar  16  MHz,  yang  terhubung  dengan  kapasitor  22  pF. Pada  Arduino  terdapat  mikrokontroller  Atmega328  yang  di- install program  untuk  menggerakkan  dongkrak  dengan menggunakan PID  Controller. Dalam  perancangan software pada  mikrokontroller  Atmega328  berfungsi  untuk  mengatur arah,  posisi  dan  respon  motor  dongkrak  berdasarkan masukan kecepatan motor dan posisi dari motor.
Penulisan  alur  program  pada  Arduino  IDE  akan digambarkan pada diagram alir Gambar 3.2, antara lain:
START INPUT PADDA KEYPA D (NAIK/ TURUN) INPUT TINGGI DONGKRAK DONGKRAK NAIK DENGAN PROGRAM PID SENSOR TINGGI = INPUT TINGGI? MOTOR BERHENTI END DONKRAK NAIK? DONGKRAK TURUN HINGGA PEMBACAAN SENSOR = 0 YA YA TIDAK TIDAK Gambar 3.2. Diagram Alir Program

## IV. HASIL DAN ANALISIS
4.1 Perencanaan Respon Motor
Setelah mendapatkan hasil identifikasi langkah selanjutnya adalah  menggunakan  metode  RLS  ( Recursive  Least  Square ), metode  ini  digunakan  untuk  mendapatkan  respon  yang  lebih baik.  Sehingga  dari  RLS  akan  mendapatkan  grafik  Y(t)  dan yEst seperti ditunjukkan pada gambar berikut :
Gambar 4.1 Grafik Y(t) dan yEst
Dari gambar diatas merupakan gambar dari grafik Y(t) dan yEst  setelah  menggunakan  metode  RLS  untuk  mendapatkan hasil  grafik  yEst,  dimana  grafik  yEst  akan  digunakan  untuk mencari theta estimasi dari plan.
Berikut merupakan gambar hasil theta estimasi, antara lain:
Gambar 4.2 Grafik Theta Estimasi
Dari  Gambar  4.2  di  atas,  didapatkan  sebuah  hasil  grafik theta  estimasi  yang  memiliki  nilai  akhir  grafik  mengalami kestabilan, sehingga dapat diambil nilai akhir tersebut, sebagai berikut:
A1 = -0,3425, A2 = 0.0584 B1 = 0.3108, B2 = 0.3926
Dengan  nilai  tersebut  kemudian  dapat  digunakan  sebagai perencanaan  respon  yang  lebih  baik.  Selanjutnya  dapat ditentukan  fungsi  alih  dari  respon  tersebut  berdasarkan persamaan 4.1, dengan urutan rumus sebagai berikut:
4.1(a)
4.1(b)
4.1.(c)
bentuk fungsi transfer
plant
Untuk  mengetahui  respon  dari  fungsi  transfer  dari plant tersebut,  kemudian  dilakukan  pengujian  pada  simulink menggunakan fungsi transfer di atas,
Gambar 4.3 Simulasi Pada Simulink
Sehingga dihasilkan respon pada scope seperti ditampilkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 4.4 Grafik Fungsi Transfer Motor

## 4.3 Parameter Kontrol PID
Untuk  mendapatkan  parameter  kontrol  PID  yang  tepat dalam  hal  ini  digunakan  untuk  menstabilkan  putaran  motor, dilakukan penerapan salah satu metode tuning osilasi Ziegler- Nichols .  Metode  ini  digunakan  karena  saat  dilakukan identifikasi  respon  motor  diperoleh  bentuk  respon  yang berupa  osilasi  berkesinambungan.Berikut  grafik  plan  yang berosilasi  secara  kesinambungan  setelah  dilakukan tuning osilasi, antara lain:
Gambar 4.5 Grafik Berosilasi Secara Kesinambungan
Setelah  dilakukan  tuning  berdasarkan  fungsi  transfer perencanaan  respon  motor,  hingga  menimbulkan  grafik  yang berosilasi  secara  kesinambungan,  maka  didapatkan  nilai sebagai berikut:Kcr = 25 dan  Pcr = 0,1
Nilai  Kcr  dan  Pcr  tersebut,  selanjutnya  diolah  untuk mendapatkan nilai parameter Kp, Ki, dan Kd.
Berdasarkan  metode  tuning Ziegler-Nichols yang  dibahas pada  bab  2,  maka  didapatkan  nilai  dari  masing-masing parameter  tersebut  seperti  yang  ditunjukkan  dalam  tabel    di bawah ini.
Tabel 4.1 Nilai Parameter Pengendali
Kp Ti Td P 12.5 - - PI 11.25 5,4 - PID 15 0.05 0,0125
Dari  tabel  diatas  memperoleh  hasil  parameter  Kp  kontrol adalah  15,  sedangkan  parameter  Ki  kontrol  adalah  300  hasil dari  pembagian  nilai  Kp  terhadap  Ti.  Kemudian  untuk mendapatkan nilai Kd kontrol adalah 0.1875 hasil kali dari Kp terhadap Td.
4.4 Pengujian Parameter Kontrol
Sebelum  penerapan  parameter  pada  motor  DC,  dilakukan pengujian  parameter  kontrol  PID  dengan  nilai  parameter pengendali P bernilai 15, I bernilai 300 dan D bernilai 0.1875, kemudian hasil keluaran respon kontrol seperti Gambar 4.6 di bawah ini:
Gambar 4.6 Grafik Hasil Respon Motor DC Dengan Metode
PID Setting Point 80
4.5 Pengujian Motor Terkontrol
Dalam  pengujian  respon  motor  dilakukan  penerapan kontrol  secara  loop  tertutup, dengan  terpasangnya  pengendali PID  yasking  tersusun  secara  pararel,  pengolahan  pengendali
PID  tersebut  menggunakan  mikrokontroler  yang  telah diprogram dengan refrensi tertentu.

##  Setting Point 60 RPM
Gambar 4.7Grafik Keluaran Respon dengan Referensi 60 RPM
Dari  Gambar  4.7  pengujian  di  atas  didapatkan  rata-rata kecepatan putaran motor tersebut sebelum terkena beban yaitu 57 RPM dan terdapat kecepatan tertinggi yaitu 64 RPM ketika awal  dan  62  RPM  ketika steady  state .  Ketika  terkena  beban, kecepatan  rata-rata  motor  akan  berkurang  menjadi  55  RPM dengan  50  RPM  sebagai  kecepatan  terendah  dan  60  RPM sebagai kecepatan tertingginya.

##  Setting Point 50 RPM
Gambar 4.8 Grafik Keluaran Respon dengan Referensi 50

## RPM
Dari  Gambar  4.8  pengujian  di  atas  didapatkan  rata-rata kecepatan putaran motor tersebut sebelum terkena beban yaitu 48 RPM dan terdapat kecepatan tertinggi yaitu 52 RPM ketika awal  dan  52  RPM  ketika steady  state .  Ketika  terkena  beban, kecepatan  rata-rata  motor  akan  berkurang  menjadi  45  RPM dengan  38  RPM  sebagai  kecepatan  terendah  dan  48  RPM sebagai kecepatan tertingginya.

##  Setting Point 40 RPM
Gambar 4.9 Grafik Keluaran Respon dengan Referensi 40 RPM
Dari  Gambar  4.9  pengujian  di  atas  didapatkan  rata-rata kecepatan putaran motor tersebut sebelum terkena beban yaitu
36 RPM dan terdapat kecepatan tertinggi  yaitu 42 RPM  dan kecepatan  terendah  mencapai  30  RPM  hingga  mencapai  titik steady  state .  Ketika  terkena  beban,  kecepatan  rata-rata  motor akan  berkurang  menjadi  33  RPM  dengan  25  RPM  sebagai kecepatan  terendah  dan  38  RPM  sebagai  kecepatan tertingginya.
4.6 Hasil Motor Terkontrol dan Tidak Terkontrol
Setelah  hasil  yang  telah  dikontrol  didapat  maka  analisa selanjutnya  adalah  membandingkan  salah  satu setting  point kontrol dengan tanpa kontrol apabila sebelum dibebani sampai setelah dibebani.

##  Setting Point 60 RPM
Gambar 4.10 Grafik Perbandingan Tanpa Kontrol dan Kontrol

## PID SP 60 RPM
Pada  Gambar  4.10  diatas  terdapat  perbandingan  putaran ketika  dibebani  pada  setting  point  60  RPM,  dimana  motor dengan kontrol PID akan steady state selama 4 detik dari awal motor  diberikan  PWM.  Sedangkan  tanpa  kontrol  motor akan steady state membutuhkan waktu 7 detik dari awal diberi PWM.  Ketika  dongkrak  terkena  beban  putaran  motor dongkrak  dengan  kontrol  dan  tanpa  kontrol    sama-sama  akan melambat  sekitar  54  RPM dan  50  RPM,  tetapi  motor  dengan kontrol akan naik kembali sesuai dengan setting point kontrol, sedangkan  motor  dongkrak  tanpa  kontrol  putaran  motor dongkrak tidak akan meningkat kembali.

##  Setting Point 50 RPM
Gambar 4.11 Grafik Perbandingan Tanpa Kontrol dan Kontrol PID SP 50 RPM
Pada  Gambar  4.11  diatas  terdapat  perbandingan  putaran ketika  dibebani  pada setting  point 50  RPM,  dimana  motor dengan kontrol PID akan steady state selama 5 detik dari awal motor  diberikan  PWM.  Sedangkan  tanpa  kontrol  motor akan steady state membutuhkan waktu 7 detik dari awal diberi PWM.  Ketika  dongkrak  terkena  beban,    putaran  motor
dongkrak  dengan  kontrol  dan  tanpa  kontrol    sama-sama  akan melambat  sekitar  48  RPM dan  38  RPM,  tetapi  motor  dengan kontrol akan naik kembali sesuai dengan setting point kontrol, sedangkan  motor  dongkrak  tanpa  kontrol  putaran  motor dongkrak  dengan setting  point 50  RPM  kecepatan  putaran motor  dongkrak drop secara  cepat,  sehingga  mengakibatkan motor  menjadi  mati  dan  dongkrak  tidak  kuat  mengangkat dengan pengaturan 50 RPM tanpa kontrol.

##  Setting Point 40 RPM
Gambar 4.12 Grafik Perbandingan Tanpa Kontrol dan Kontrol PID SP 40 RPM
Pada  Gambar  4.12  diatas  terdapat  perbandingan  putaran ketika  dibebani  pada setting  point 40  RPM,  dimana  motor dengan kontrol PID akan steady state selama 3 detik dari awal motor  diberikan  PWM.  Sedangkan  tanpa  kontrol  motor akan steady state membutuhkan waktu 5 detik dari awal diberi PWM.  Ketika  dongkrak  terkena  beban,    putaran  motor dongkrak  dengan  kontrol  dan  tanpa  kontrol    sama-sama  akan melambat  sekitar  36  RPM dan  26  RPM,  tetapi  motor  dengan kontrol akan naik kembali sesuai dengan setting point kontrol, sedangkan  motor  dongkrak  tanpa  kontrol  putaran  motor dongkrak  dengan setting  point 40  RPM  kecepatan  putaran motor  dongkrak drop secara  cepat,  sehingga  mengakibatkan motor  menjadi  mati  dan  dongkrak  tidak  kuat  mengangkat dengan pengaturan 40 RPM tanpa kontrol.

## V. PENUTUP

## 5.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan  uji coba dongkrak elektrik dengan pengendali  PID  ( Proportional  Integral  Derivative )  pada  bab sebelumnya  maka  dapat  ditarik  berbagai  kesimpulan  sebagai berikut:
- Mengatur kecepatan putaran  motor dongkrak agar steady state menggunakan  metode  kontrol  PID  dengan plant putaran  motor  dongkrak,  sehingga  putaran  motor dongkrak  akan terkontrol  sesuai  dengan setting pointcontrol .
- Setelah  melakukan  identifikasi plant yang  kemudian  di masukkan  ke  program  RLS  pada  Matlab  untuk  mencari fungsi  transfer  motor.  Setelah  mendapatkan  fungsi transfer  motor  proses  selanjutnya  mencari  nilai  control PID  orde  2  dilakukan  di  program  Simulink  pada  Matlab dan  mendapatkan  nilai  Kcr  25  dan  Pcr  0,1  sehingga
dengan  menggunakan  tabel  parameter  kontrol  orde  2 mendapatkan  nilai  Kp  15  nilai  Ti  0.05  dan  nilai  Td 0,0125.
- Rata-rata  kecepatan  putaran  motor  dongkrak  dengan kontrol PID akan dibagi menjadi 3 setting point yaitu 60, 50  dan  40.  Ketika  setting  point  60  rata-rata  kecepatan putaran  motor  dongkrak  menjadi  56  dengan  rata-rata  4 RPM  dibawah setting  point .  Kemudian setting  point 50 rata-rata  kecepatan  putaran  motor  dongkrak  menjadi  47 dengan  rata-rata  3  RPM  dibawah setting  point .  Terakhir setting  point 40  rata-rata  kecepatan  putaran  motor dongkrak  menjadi  37  dengan  rata-rata  3  RPM  dibawah setting point . -

## 5.2     Saran
Saran  yang  dapat  diberikan  untuk  perbaikan  dan pengembangan simulasi ini adalah sebagai berikut :
1. Diharapkan  adanya  perbaikan  terhadap  mekanik  pada plant .
2. Membandingkan hasil putaran dongkrak dengan pengendali jenis lain.
3. Diperlukan  adanya  pengawasan  tentang  keamanan pengangkatan setiap dongkrak bekerja.
4. Diperlukan  pengembangan  kontrol  dengan  nilai parameter Kp, Ti, Td yang paling tepat.

## REFERENSI
[1] A. Su, N. Tanti, and T. G. Pandoyo, “Perencanaan G earbox dan Perhitungan Daya Motor pada Modifikasi Dongkrak
Ulir Mekanis Menjadi Dongkrak Ulir Elektrik,” vol. 4, no. September, 2013.
[2] O. Katsuhiko, Modern Control Engineering , Fifth. United States of America: Prentice-Hall, Inc, 2010.
[3] “Metoda Tuning Ziegler-Nichols,” 2011. .
[4] Hugeng, E. Setyaningsih, and W. Meirista, “Pengurangan Noise Sepeda Motor dan Mesin Diesel dari Sinyal Bicara dengan Algoritma Recursive Least Square,” Jakarta, 2013.