JURNAL FISIKA DAN TERAPANNYA
p-ISSN: 2302-1497, e-ISSN: 2715-2774 http://journal.uin-alauddin.ac.id/index.php/jft

## PENGGUNAAN  KONTROL  PID  DENGAN  BERBAGAI  METODE UNTUK ANALISIS PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC

## Muhammad Irhas, Iftitah, dan Siti Asyiqah Azizah Ilham
Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar email: 60400117038@uin-alauddin.ac.id, 60400117060@uin-alauddin.ac.id, dan 60400117008@uin-alauddin.ac.id

## INFO ARTIKEL
Status artikel: Diterima: 28 Mei 2020 Disetujui: 29 Juni 2020 Tersedia online: 30 Juni 2020
Keyword s : DC Motors, PID Control, Parameters.

## ABSTRACT
DC  motor  is  a  motor  that  is  widely  applied  to  industrial and  household  equipment  because  of  the  level  of flexibility and fairly easy operation. But in terms of speed DC  motors  have  the  disadvantage  that  the  speed  is  not constant  along  with  the  addition  of  the  load  So  to overcome  this  problem  a  controller  is  needed  in  order  to obtain a constant speed in accordance  with the desired set point. PID control is a  control that serves  to minimize the error  rate  of  a  plant.  This  control  consists  of  Controller Parameters  P,  I,  D,  where  the  value  of  this  parameter determines  the  level  of  response  of  a  control  to  the  plant. So  it  is  necessary  to  engineer  the  tuning  parameters  with various  methods  so  that  the  value  of  a  parameter  is  in accordance  with  the  plant.  In  this  study  used  several methods  such  as  Root  Locus,  GA  based  PID,  Heuristic with  SCM  and  PID  Fuzzy  Logic  Controller  to  be  applied to DC motors. Based on the description above, the purpose of  this  study  is  to  review  various  tuning  methods  in response to the response of a DC motor.

## 1. PENDAHULUAN
Pada skala industri, peralatan, rumah tangga, air conditionar (AC), robotika hingga alat  transportasi  motor  listrik  semakin  banyak  digunakan  sebagai  penggerak,  terutama untuk  motor listrik  arus  searah  (DC)  yang  dalam  pengoperasiannya  cukup  mudah,  namun untuk pengaplikasiannya terdapat kekurangan yaitu penurunan kecepatan sehingga menjadi tidak konstan akibat dari beban yang ada. Pada pengaturan kecepatan motor DC umumnya digunakan teknik kontol PID dengan berbagai metode.
PID  ( Proportional  Integral  Derivative )  merupakan  teknik  kontrol  yang  sering digunakan dalam rekayasa kontrol, dimana kendali PID ini terdiri dari tiga macam kendali yang dikombinasikan antara lain ( Proportional, Integral dan Derivative ) dimana paremeter tersebut dapat menentukan kualitas respon dari suatu kontrol. Pada penelitian sebelumnya
penggunaan  teknik  kontrol  PID  banyak  diterapkan  dengan  berbagai  metode  salah satunya yaitu  perancangan  kendali  kecepatan  yang  menghasilkan  kendali  PID  sesuai  spesifikasi yang diinginkan dan juga stabil.
Kontrol  PID  dapat  bekerja  dengan  mekanisme  umpan  balik  untuk  mengoreksi kesalahan  antra  nilai  kesalahan  suatu  pengukuran  dengan  nilai  penyimpangannya.  Pada umumnya sistem kontrol PID dapat digunakan secara bersama atau berpisah karena setiap kontrol  memiliki  keunggulan  tersendiri  diantaranya  kontrol  proporsional  dapat mempercepat rise time , kontrol integral dapat memperkecil kesalahan ( error) serta kontrol derivative dapat mengurangi overshoot atau undershoot . Persamaan nilai output dalam sistem kendali PID dapat dirumuskan:
U (t) = 𝐾 𝑝 e(t) + 𝐾 𝐼 ∫ 𝑒(𝜏) 𝑡 0 𝑑𝜏 + 𝐾 𝑑 𝑑 𝑑𝑡 𝑒(𝑡) (1)
Persamaan  1  menjelaskan  bahwa  nilai  keluaran  u(t)  merupakan  jumlah  dari  gain proporsional (K p ), gain  integral (K i )  dan gain  derivative (K d )  yang  masing-masing dipengaruhi oleh error (e) dan waktu (t) tertentu.
a) Kontrol Proporsional (P)
Kontrol proporsional adalah  suatu  kontrol  yang  dapat  mempercepat rise  time dan mengurangi error suatu  plant.  Pada  dasarnya  kontrol  ini  merupakan  suatu  penguat  yang dapat  diatur.  Hal  tersebut  menyebabkan  nilai  output  yang  dihasilkan  akan  sebanding dengan  nilai  konstanta  pengali  dikalikan  dengan  kesalahan  penggeraknya  seperti  pada persamaan (2) dengan diagram bloks sebagai berikut
Gambar 1 . Diagram blok kontrol proporsional (Wahid dkk, 2016)
U (t) = 𝐾 𝑝 . e(t)                                                        (2)
b) Kontrol Integral (I)
Kontrol integral merupakan  suatu  pengontrol  yang  dapat  memperkecil  nilai overshoot dan  mempercepat steady-state .  Kontrol Integral sangat  sering  dikombinasikan dengan  kontrol  lain  karena  kontrol  ini  tidak  dapat  berdiri  sendiri  dan  sifatnya  sebagai penyeimbangan  membuat  suatu  sistem  kontrol  yang  ditambah  dengan  suatu  penyeimbang integral dapat  mencapai  respons  sesuai  dengan  yang  diinginkan.  Kontrol integral
merupakan suatu penguat yang dapat dirumuskan pada persamaan (3) dengan diagram blok sebagai berikut.
Gambar 2 . Blok kontrol Integral (Wahid dkk, 2016)
U (t) = 𝐾 𝐼 ∫ 𝑒(𝜏) 𝑡 0 𝑑𝜏 (3)
c) Kontrol Derivatif (D)
Kontrol derivative merupakan  suatu  kontrol  yang  memilki  sifat  seperti  diferensial sehingga  kontrol  ini  dapat  memprediksi  nilai error yang  akan  terjadi  berdasarkan  nilai error sebelumnya  sehingga  menghasilkan  nilai  output  yang  stabil.  Kontrol  ini  bisa digunakan  secara  rangkapan  baik  dengan  kontrol  I  maupun  kontrol  PI.  Pada  dasarnya kontrol derivative merupakan  suatu  penguat  yang  dapat  ditulis  dengan  persamaan  (4), diagram blok digambarkan sebagai berikut.
Gambar 3 . Blok Kontrol Derivatif (Rosliana dkk, 2017)
U (t) = 𝐾 𝑑 𝑑 𝑑𝑡 𝑒(𝑡) (4)
Metode tunning merupakan suatu metode yang digunakan dalam kontrol PID untuk mendapatkan  nilai  respon  yang  sesuai  dengan  set  point.  Beberapa  metode tunning yang digunakan diantaranya:
a) Metode Zeighler Nichols
Metode Zeighler  Nichols merupakan  salah  satu  metode tunning yang  digunakan untuk  menentukan  nilai  Proporsional  gain  (Kp), Integral Time (Ki)  dan Derivatif Time (Kd).  Kontrol  ini  ditemukan  pada  tahun  1942.    Dalam  menentukan  nilai proporsional, integral dan derivative dengan menggunakan metode zeighler Nichols digunakan  dua  cara  yakni  dengan  metode  osilasi  (siklus  kontinu)  dan  kurva  reaksi dengan Lonjakan sistem kurva maksimum sebesar 25%.
b) Metode Root Locus
Metode Root  Locus merupakan  suatu  metode tunning kontrol  PID  dengan menggunakan  sketsa Root  Locus untuk  memperoleh  nilai  root  transien  seperti % Overshoot dan setteling  time sesuai  dengan  yang  diinginkan  yang  diwujudkan dalam  bentuk  Interest  point  (Q).  Metode  ini  biasa  juga  disebut  sebagai  metode kedudukan akar karena metode ini menjelaskan secara kualitatif performansi suatu sistem  kendali  dan  suatu  alat  yang  ampuh  dapat  digunakan  untuk  memecahkan persoalan-persoalan kontrol untuk sistem- sistem ordo tinggi yang dapat digunakan untuk menaksir stabilitas.
c) Metode Fuzzy Logic
Metode Fuzzy  Logic  Controller merupakan  salah  satu  metode  baru  dalam  dunia kontrol.  Metode  ini  ditemukan  pada  tahun  1965  oleh  Prof.  Lotfi  A.Zadeh  dari Universitas  California  USA).  Metode Fuzzy  Logic  controller biasa  diaplikasikan pada  plant  dengan  tidak  menggunakan  bahasa  matematika  dalam pemodelannya untuk  menghasilkan  performansi  sistem  yang  baik.dengan  memecah  persamaan non-linear. Fuzzy  Logic memiliki  nilai  kekaburan  dan  kesamaran  antara  benar  dan salah.  Sebagian  orang  menganggap  bahwa  metode Fuzzy  Logic sangatlah  sama dengan  metode  logika  klasik  namun  pada  dasarnya  metodenya  sangatlah  berbeda dimana nilai TIDAK dan YA dari Fuzzy Logic memiliki nilai antara 0 hingga 1.
d) Metode Algoritma genetik (GA) Metode algoritme genetik adalah salah satu metode tunning . Metode ini digunakan untuk  memperoleh  nilai  optimalisasi  dari  suatu  permasalahan  yang  tak  linier. Metode ini telah diaplikasikan dalam berbagai masalah seperti bioinformatika, ilmu komputer,  teknik,  ekonomi,  matematika  dan  bidang  lainnya.  Pada  kontrol  PID dengan  menggunakan tunning GA  dilakukan  inisialisasi  populasi.  Setelah  itu populasi  akan  mengalami  proses crossover dan  mutasi.  Selanjutnya  dilakukan pengukuran kecepatan motor DC untuk mendapatkan nilai k p , k i , k d yang optimal. Dari  uraian  di  atas,  beberapa  penelitian  telah  menunjukkan  bahwa  penggunaan kontrol  PID  dapat  menghasilkan  kerja  sistem  yang  baik  dengan  menerapkan  berbagai metode,  sehingga  pada  artikel  ini  akan  dilakukan  perbandingan  dari  beberapa  penelitian sebelumnya mengenai metode yang digunakan untuk menghasilkan sistem kerja yang baik.

## 2. METODE PENELITIAN
Kontrol  PID  merupakan  suatu  kontrol  standar  yang  dapat  digunakan  untuk mengoreksi kesalahan antara nilai pengukuran dengan penyimpangannya.  Dengan tunning atau  parameter  kontrol  diperoleh  suatu  respon  yang  baik  dari  suatu  kontrol  PID. Berdasarkan  hal  tersebut  maka  penelitian  ini  tentang  penggunaan  PID  dengan  berbagai metode untuk analisis pengaturan motor DC dan diperoleh beberapa metode yaitu Metode Root-Locus , Metode GA based PID, Metode Heuristik dan Metode Self tunning PID Fuzzy Logic kontroler.
Pada  metode Root-Locus ,  alat  dan  bahan  yang  digunakan  yaitu  matlab  open  loop, kontrol PID metode Root Locus , dan motor DC. Adapun langkah-langkah yang digunakan
dalam  perancangan  sistem  kendali  dengan  open  loop,  kendali  PI  yang  bersifat  sebagai pengendali proporsional yang berfungsi sebagai gain untuk mencapai set point dan integral untuk mempercepat respon, dan kendali PID dimana kendali proporsional berfungsi sebagai fungsi  gain  untuk  mencapai  set  point,  kendali integral untuk  mempercepat  respon  dan derivative berfungsi untuk menghilangkan osilasi pada respon (Rosalina, 2017: 89-94).
Tabel 1. Nilai respon keluaran kendali PID (Rosliana dkk, 2017) Parameter Nilai Rise time (tr) 0.0974 s Setting Time (ts) 0.5963 s Overshoot (mp) 13.5402 % Peak Time (tp) 0.1914 s Peak 1.1359
Pada  metode  GA  based  PID  dimana  alat  dan  bahan  yang  digunakan  yaitu,  matlab Simulink,  kontrol  PID  metode  GA  based  PID,  motor  DC  dengan  spesifikasi  pada  tabel berikut:
Tabel 2. Nilai Parameter Motor DC yang digunakan (Khadari dkk, 2019)
Spesifikasi  Motor DC : 5 HP,240 Volt
Parameter Value Armature Inductanced (Henry) 𝐿 𝑎 = 0.01 H Armature Resistance (Ohm) 𝑅 𝑎 = 0.5 Rotor Inertia (kg.m 2 ) J = 0.05 kg.m 2 Armature voltage (volt) 𝑉 𝑎 = 280 V Frictional Constant of motor (Nm(rad/sec)) B =0.02 Nm/A Back emf constant (V(rad/sec)) Kb = 1.23V (rad/sec)
Langkah-langkah pada penelitian ini dilakukan pembuatan simulasi dengan langkah berikut;  membuat tunning kontrol  PID  menggunakan  alogaritme  genetika  dengan  jumlah generasi  50  generasi,  selanjutnya  dilakukan  implementasi  GA  based  PID  pada  simulasi system pengendali kecepatan motor DC, kemudian dilakukan simulasi kecepatan DC tetap sebesar 120 rad/s dan beban torsi tetap sebesar 5 Nm (Khadari, 2019: 189-191).
Pada  metode heuristik alat  dan  bahan  yang  digunakan  yaitu,  matlab  open  loop, pengendali hybrid SMC, kontrol PID Metode Heuristik , motor DC dengan spesifikasi pada tabel berikut:
Tabel 3. Nilai Parameter Motor DC yang digunakan (Mursyitah dkk, 2016)
No Parameter motor DC Nilai 1 No-Load Speed 4230 rad/s 2 No-Loas Current 0,20 A 3 Tegangan Jangkar (Va) 240 V 4 Konstanta Alifier ( 𝐾 𝐴 ) 10 N-m/A 5 Konstanta Torsi Motor ( 𝐾 𝑇 ) 9,46 Nm/A 6 Back-EM Konstanta ( 𝐾 𝑏 ) 6,99 (V/krad/s) 7 Torka Beban ( 𝑇 𝐿 ) 3,53 Nm 8 Momen Inersia (J) 1,13 x 10 -3 g/m2 9 Induksi Jangkar ( 𝐿 𝑎 ) 4,10 mH
Adapun langkah-langkah Metode Heuristic dikombinasikan dengan sliding metode controller (SMC) dimulai dengan studi literatur, pengujian model matematis system motor DC,  kemudian  dilanjutkan  dengan  perancangan  pengendali  SMC  dan  PID,  langkah selanjutnya  adalah  memanipulasi  model  matematis  sistem  bersama  hasil  rancangan pengendali.  Dimana  dilakukan  simulasi  diagram  PID  dan  Hybrid  SCM  (Mursyitah,2016: 32-35).
Pada  metode self  tunning  PID  Fuzzi  Logic  Controller alat  dan  bahan  yang digunakan  yaitu  matlab Simulink ,  kontrol  PID  metode  self tunning fuzzi  logic  controller , motor DC dengan spesifikasi sebagai berikut:
Tabel 4. Nilai Parameter Motor DC yang digunakan (Khadari dkk, 2019)
Spesifikasi  Motor DC : 5 HP,240 Volt Parameter Value Armature Inductance (Henry) 𝐿 𝑎 = 0.01 H Armature Resistance (Ohm) 𝑅 𝑎 = 0.5 Rotor Inertia (kg.m 2 ) J = 0.05 kg.m 2 Armature voltage (volt) 𝑉 𝑎 = 280 V Frictional Constant of motor (Nm(rad/sec)) B =0.02 Nm/A Back emf constant (V(rad/sec)) Kb = 1.23V (rad/sec)
Langkah-langkah  pada  penelitian  ini  dilakukan  pengambilan  data  dengan  cara simulasi.  langkah  dalam  membuat  simulasi  meliputi;  membuat  FIS  ( fuzzy  Interface Syestem )  berdasarkan  acuan.selanjutnya  dilakukan  implementasi    self tunnin g  PID  pada simulasi sistem pengendali motor dc dan dilanjutkan dengan pengujian berupa simulasi dari setiap  kondisi  saat  berlangsung.  Data  yang  diteliti  dan  dianalisis  adalah  data  dengan kecepatan  tetap 120 (Rad/s) dan beban torsi yang tetap (5 Nm) (Khadari dkk, 2019: 189- 191).

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  dasarnya  kontrol  PID  adalah  kontrol  yang  digunakan  untuk  menentukan respon yang tepat dari suatu plant. Kontrol PID bekerja dengan penyesuaian nilai parameter (Kp,  Ki,  Kd)  atau tunning dengan  plant  yang  digunakan  sehingga  diperoleh  nilai  respon yang sesuai dengan set point yang diinginkan.
Pada tinjauan ini digunakan beberapa  metode tunning seperti root locus, GA based PID,  Heurstic  with  SCM,  dan Fuzzy  Logic Controler  untuk  diaplikasikan  pada  motor  DC agar diperoleh respon berupa kecepatan yang sesuai dengan set point yang diinginkan. Dari beberapa metode tunning yang dilakukan dalam penggunaan kontrol PID untuk pengaturan kecepatan motor DC sebagai berikut:
Tabel 5. Perbandingan metode tunning
Metode Beban (Nm) Kece- patan (rad/s) Parameter PID Time Respon Stead y state eror Over Shoot Kp Ki Kd Settling Time (s) Peak Time (s) Rise time (s) Root Locus 132 120 2.5 0.5963 0.1914 0.0947 13,5402 GA based PID 5 120 19,856 19,61  0,243 0,42 0.074 1.08 2.08 Metode Heuristik with SCM 3,53 29,1 5.5 0.89 2.39 0,3825 0,1629 0,1913 0 PID Fuzzy Logic Kontroler 5 120 0-20 0-20 0,02 0,32 0,052 0,66 1
Berdasarkan  tabel  perbandingan  di  atas,  hasil  yang  baik  untuk  aplikasi motor DC adalah menggunakan metode Fuzzi Logic Controller .
Gambar 1 : Grafik respon Self-tunning Fuzzy PID dan GA based PID (Khadri dkk. 2019)
Dalam metode Fuzzi Logic Controller menunjukkan performansi yang baik dengan nilai kendali PID yang membutuhkan rise time (tr) 0,052 s, setteling time (ts) 0,32 s dengan nilai stady state eror dan over shoot 0,66 dan 1.

## 4. SIMPULAN
Dari  beberapa  metode  di  atas,  metode  yang  menghasilkan  respon  keluaran  kontrol ( Proporsional Integral Derivative ) yang baik yaitu, metode tunning Fuzzy Logic controller, karena jika dilihat dari beberapa nilai parameter PID serta rise time (tr), setteling time (ts), stady state error dan overshoot menghasilkan nilai yang sangat kecil dibandingkan dengan metode yang lainnya, sehingga kerja dari suatu motor DC juga baik.

## 5. UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Bapak  Presepvianto  Estu  Broto  serta pihak-pihak yang telah membantu dan memberikan saran pada penelitian ini.

## 6. DAFTAR PUSTAKA
Fathoni,  dkk.  (2016).  Perancangan  Kendali  Kecepatan  Motor  Arus  Searah  Menggunakan Metode Root Locus. Jurnal Teknik Elektro . Vol. 8 (2). ISSN 1411 – 0059.
Ibrahim, dkk. (2016). Sistem Kontrol Torsi pada Motor DC. IJEIS. Vol 6 (1). ISSN 2088- 3714.
Khadarin, dkk. (2019). Simulasi Konttriler PID Tuning Menggunakan Logika FUZZY dan Alogaritma  Genetika  Sebagai  Pengendali  Kecepatam  Motor  DC. Jurnal  Ilmiah Setrum. Vol.8 (2). ISSN 2301-4652.
Mursyitah,  dkk.  (2016).  Analisa  Pengendalian  Kecepatan  Motor  DC  Menggunakan Pengendali Hybrid SMC dan PID dengan Metode Heuristik. Jurnal Sains Teknologi dan Idustri . Vol. 14 (1). ISSN 1693-2390.
Protus,  dkk.  (2011).  Sistem  Pengendali  PID  yang  diaplikasikan  Pada  Pengendalian  Steam Turbin dengan Single Variabel dan Single Output. Jurnal Smartek. Vol 9 (2). ISSN 1693-0460.
Rohmad, dkk. (2015). Desain dan Analisis Pengendali Sistem Suspensi Menggunakan PID dan  Logika  Fuzzy  dengan  Simulink  Matlab. Unnes  Physical  Journal. Vol  4  (1). ISSN 2252-6978.
Rosalina,  dkk.  (2017).  Analisis  Pengaturan  Kecepatan  Motor  DC  Menggunakan  Kontrol PID  (Propotional Integral Derivative). Seminar  Nasional  Teknoka .  Vol.  2  (1),  20. ISSN 2502-8782.
Suprapto, dkk. (2012). Metode Alogaritma Genetika dengan Sistem Fuzzy Logic untuk Penentuan Parameter Pengendali PID. Jurnal Rekayasa Elektrika. Vol 10 (1). DOI: https://doi.org/10.17529/jre.v10i1.147.
Wisnu,  dkk.  (2016).  Perancangan  Sistem  Kontrol  PID  Untuk  Pengendali  Sumbu Azimuth Turret Pada Turret-Gun Kaliber 20mm. Jurnal Teknik ITS . Vol. 5 (2). ISSN: 2337- 3539.
Yuski,  dkk.  (2017).  Rancangan  Bangun  Jangkar  Motor  DC. Berkala  Saintek ,  Vol  5  (1), ISSN 2339-0069.