## PENGENDALIAN KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN SENSOR ENCODER DENGAN KENDALI PI

## Jumiyatun
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Tadolako E-mail: jum@untad.ac.id

## ABSTRACT
Digital control system PI based on microcontroller AT 89S52 is made to control the speed of DC motor. Users can interact via keypad and LCD panel. This control system limits the positive control signal (saturation). The digital PI is a process of a program executed by using a computer, by entering a set point value (SP) then the data will be processed using a predefined PI setting, until the corresponding procces variable (PV) is obtained so that the error is equal to 0, or  Set  point  value  =  Process  variable.  Steady  state  errors  that  occur  due  to  the  restriction  (saturation)  by  using  a quarter-second sampling time.
Keywords:  DAC, Encoder, Pi Controller

## INTISARI
Sistem kendali digital PI berbasis mikrokontroler AT 89S52 dibuat untuk mengendalikan kecepatan motor DC. Pengguna dapat berinteraksi melalui keypad dan panel LCD. Sistem kendali ini membatasi sinyal kendali positif (saturasi). PI digital merupakan  proses  dari  suatu  program  yang dijalankan  dengan menggunakan  komputer,  dengan  memasukkan nilai set point (SP) kemudian data akan diproses menggunakan setting PI yang sudah ditentukan, sampai mendapatkan Proccess Variable (PV)  yang  sesuai,  sehingga error yang  didapatkan  sama  dengan  0,  atau  nilai Set  point =  Variabel  proses. Kesalahan steady  state yang  terjadi  disebabkan  oleh  pembatasan  (saturasi)  dengan  menggunakan  waktu sampling seperempat detik.
Kata Kunci : Kendali PI, DAC, Encoder

## I. PENDAHULUAN
Di dalam suatu sistem kontrol kita mengenal adanya beberapa macam aksi kontrol, diantaranya yaitu aksi kontrol proporsional, aksi kontrol integral. Masing-masing aksi kontrol ini mempunyai  keunggulan-keunggulan  tertentu, dimana  aksi  kontrol  proporsional  mempunyai keunggulan  respon  yang  cepat,  aksi  kontrol integral mempunyai keunggulan untuk memperkecil error , Agar diproleh output dengan respon yang cepat dan error yang kecil kita dapat menggabungkan kedua aksi kontrol ini menjadi aksi  kontrol  PI,  dan  pada  makalah  ini  sistem kendali yang digunakan adalah sistem kendali PI digital.
Dalam  aksi  kendali  proporsional, output dari  sistem  kontrol  selalu  sebanding  dengan input nya.  Sinyal output merupakan  penguatan dari  sinyal  kesalahan  dengan  faktor  tertentu, faktor  penguatan  ini  merupakan  konstanta proporsional  dari  sistem,  yang  dinyatakan
dengan  Kp,  dimana  Kp  ini  mempunyai  respon yang  tinggi/cepat.  Dalam  aksi  kendali  integral, output dari  kontroler  ini  selalu  berubah  selama terjadi penyimpangan, dan kecepatan perubahan output tersebut sebanding dengan penyimpangannya,  konstantanya  dinyatakan dengan  Ki  ,  dimana  Ki  ini  mempunyai sensitivitas  yang  tinggi,  yaitu  dengan  cara mereduksi error yang  dihasilkan  dari  sinyal feedback. Makin besar nilai Ki maka sensitivitasnya akan semakin tinggi, tetapi waktu yang  dibutuhkan  untuk  mencapai  kestabilan lebih cepat, demikian pula sebaliknya.
Tujuan penelitian ini adalah memanfaatkan mikrokontroler AT 89S52 untuk mengendalikan kecepatan motor DC dengan menggunakan aksi kontrol PI yang input set poinnya dapat di set dan ditampilkan di dalam LCD.
Sistem  yang  dibuat  mempunyai    batasan- batasan sebagai berikut :
1. Keypad hanya sebagai input yaitu set point (SP)
2. LCD hanya menampilkan kecepatan motor dan SP.
3. Motor menggunakan motor DC 12 Volt
4. Motor driver hanya bekerja pada satu arah
5. PI  kontroler  direalisasikan  dalam  program
/ software
6. Encoder digunakan sebagai sensor kecepatan

## II. PERANCANGAN SISTEM
Adapun  desain  sistem  perencanaan  dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

## Gambar 1. Diagram blok sistem
Pertama-tama  pengguna  memberikan input kepada  mikrokontroler  berupa set  point yang ditampilkan di layar LCD. Kemudian, perhitungan  pengendali  PI  dilakukan  oleh mikrokontroler  berdasarkan  data set  point dan pembacaan  sensor  kecepatan  (encoder).  Hasil perhitungan  dikirim  ke  DAC  yang  kemudian mengirim  tegangan  untuk  menggerakan  motor DC. Setelah motor berjalan maka akan terdeteksi oleh encoder yang kemudian akan mengirimkan data  sebagai  umpan  balik  jika output yang dikeluarkan tersebut belum sesuai dan ditampilkan dalam layar LCD.
Berikut ini adalah bagian-bagian dari sistem kendali digital yang dibuat : 1. Mikrokontroler menggunakan atmel
AT89S52  sebagai  unit  pemrosesan  sentral, akan merespon data set point  atau instruksi dari  keypad    dan  menerima  informasi  dari encoder  sesuai  program  yang  ditanamkan pada kontroler. Pada Gambar 2 di bawah P0 digunakan untuk LCD, P1 digunakan untuk Keypad, P2 digunakan untuk DAC.

## Gambar 2. Minimum Sistem AT 89S52
2. LCD hanya  menampilkan kecepatan motor dan set point (SP).
Untuk  menggunakan  LCD  kita  harus menginisialisasi  terlebih  dahulu  karena tanpa  inisialisasi  maka  LCD  tersebut  tidak akan berfungsi. Pin1 untuk Vcc. Pin 2 untuk ground.  Pin  3  untuk  pengaturan  kontras LCD tapi dalam tugas akhir ini di groundkan untuk  kontras  yang  maximum  Pin  4  yaitu RS  ( register  select ),  0  untuk  register perintah  dan  1  untuk  register  data.  Pin  5 R/W ( read/write ) dalam rangakaian dibawah digroundkan jadi hanya bisa untuk write  saja.  Pin  6  yaitu  En  (Enable  clock LCD) jadi setiap pengiriman dan pembacaan data harus berlogika 1. Pin 7-14 digunakan untuk mengirimkan data/ output .

## Gambar 3. LCD
Keypad hanya sebagai input untuk Set point (SP). Prinsip kerjanya mencari bagian baris dan kolom yang  terhubung contoh  misalnya  tombol 1 (satu) maka yang harus terhubung baris 1 yaitu P1.1 dengan Kolom 1 yaitu P1.2.
Motor Driver Display Keypad Mikro kontroler Motor DC Encoder DAC

## Gambar 4. Keypad
3. DAC  berfungsi  mengubah  data  digital menjadi  analog.  Misalkan  Mikrokontroler mengeluarkan data 8 bit dan di input kan ke DAC (Din) sebesar 11111111b atau 255 D dengan  V  ref  5  Volt  maka output yang dikeluarkan DAC adalah 5 Volt. Sedangkan jika input nya 1000000B atau 128D.Tegangan    analog  yang  dikeluarkan DAC=(Data  digital  yang  diterima  DAC
dibagi  Data input maksimal)  dikalikan tegangan referensi. Vout =( Din/Dmax) x Vref Vout =(128/255)x5 Volt = 0,5x5 Volt. Vout = 2,5 Volt.

## Gambar 5.Rangkaian DAC 0808
4. Driver  motor  menggunakan  satu  buah  Op- Amp  Lf  351  dan  transistor  TIP  142. Rangkaian  ini  bekerja  karena  mendapat input  dari    output  DAC ( Digital  to  Analog Converter )  berupa  tegangan  kemudian masuk  Op-Amp,  disini  Op-Amp  hanya bekerja  sebagai  Tegangan follower dimana Vin  =  Vout.  Transistor  hanya  sebagai pengendali arus yang berubah-ubah tergantung dari masukannya.

## Gambar 6. Rangkaian motor driver
5. Motor  menggunakan  motor  DC  12  Volt. Encoder  sebagai  umpan  balik  untuk mendeteksi kecepatan motor. menggunakan Encoder  dari scroll mouse yang  diambil phototransistor  dan  infra  rednya  saja, prinsip  kerjanya  begitu  ada  cahaya  maka akan on. Rangkaian Encoder yang dilengkapi schemitt  trigger yang  berfungsi menghasilkan sinyal digital yang murni.

## Gambar 7. Rangkaian Encoder
Masing-masing blok memiliki fungsi-fungsi yang  berbeda-beda  tetapi  blok-blok  tersebut berhubungan satu dengan yang lainnya sehingga rangkaian ini dapat berfungsi untuk mengontrol pergerakan motor.

## Gambar 8. Rangkaian lengkap

## A. Kontroler PI
PI  digital  sendiri  merupakan  suatu  proses dari  suatu  program  yang  dijalankan  dengan `enggunakan komputer, dimana kita
memasukkan nilai set point (SP) kemudian data akan  diproses  menggunakan  nilai  konstanta  PI yang sudah ditentukan, sampai mendapatkan PV yang  sesuai  dengan  SP  dimana  saat  itu  terjadi, error yang didapatkan sama dengan 0, atau nilai Set Point = Proses Variabel.
Algoritma kendali PI digital yang digunakan adalah sebagai berikut:
  s n i 1 n n p 1 n T e K e e K Vo
Vo       Dimana : Vo
= output kendali
Vo n-1 = output kendali sebelumnya
K p = Konstanta Proporsional
K i
= Konstanta Integral E n = error sekarang
E n-1 = error 1 kali sebelumnya
T s = Time sampling
P I max 0 max 0 + 255 0 DAC Motor driver Output Counter Encoder SP error Vox

## Gambar 9. sistem kendali kontroler PI

## B. Algoritma Program
Algoritma perangkat lunak secara keseluruhan  dapat  digambarkan  dalam  diagram alir seperti yang terlihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Diagram alir algoritma perangkat lunak

## Keterangan:
1. Start
2. Inisialisasi,  terdiri    dari  inisialisasi  LCD,  isi  PV  dan Error dinolkan
3. Kontroler membaca Set point (SP) dari keypad
4. Proses awal baca sensor dengan menjalankan counter dan timer
5. Apakah timer sudah tercapai
6. Baca output counter yaitu nilai PV
7. Tampilkan nilai PV ke LCD
8. Proses hitung PI
9. Kirim hasilnya ke DAC sehingga motor berjalan
10. Kembali ke langkah no.4

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Pengujian Perangkat Keras
Dengan  memasukan  data input DAC  yang berbeda-beda menghasilkan output yang ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil pengujian DAC dean motor driver Input DAC (dec) Arus DAC (mA) Output DAC (Vdc) Arus Input Transistor (µA) Arus Motor (mA) 0 0 0 186 O 50 0,46 2,13 192 73,7 100 0,91 4,28 202 86,8 200 1,82 8,55 230 99,8 255 2,32 10,86 238 101,5

## B. Pengujian hasil akhir
Setelah melakukan beberapa masukan (SP) ternyata  terdapat  perbedaan  PV  terhadap  SP seperti yang terlihat dalam Tabel 2.
Tabel 2. Hasil pengujian No. SP PV No. SP PV 1 0 0 16 150 116 2 10 0 17 160 124 3 20 0 18 170 135 4 30 0 19 180 146 5 40 20 20 190 156 6 50 22 21 200 165 7 60 26 22 210 177 8 70 36 23 250 218 9 80 43 24 300 265 10 90 53 25 350 315 11 100 65 26 400 367 12 110 73 27 450 415 13 120 85 28 500 464 14 130 94 29 550 517 15 140 105 30 600 570
Berdasarkan  Tabel  2,  sistem  yang  dibuat mempunyai  kisaran  SP  diatas  40.  hal  ini disebabkan oleh karakteristik motor ( dead zone ).

## IV. KESIMPULAN
Alat  sudah  dapat  bekerja  sesuai  yang diinginkan  untuk  mengendalikan  kecepatan motor, meskipun hasilnya masih ada error steady state ,  yaitu  perbedaan  antara  kecepatan  yang diinginkan  dengan  yang  terukur.  Perbedaan  ini disebabkan  oleh  saturasi  yang  dikenakan  pada sinyal kendali.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. Richard,  D.  C.  (1983). Sistem  Pengaturan . Penerbit Erlangga, Jakarta.
[2]. Jacob,  J.  M.  (1989). Industrial  Control Electronics . Prentice Hall, Inc.
[3]. Christanto,  D.,  Pusporini,  K.  (2004). Panduan  dasar  mikrokontroler  keluarga MCS-5 . Innovative Electronics, Surabaya.
[4]. Ogata, K. (1990). Teknik Kontrol Automatik . Penerbit Erlangga, Jakarta.