http://ejournal.unp.ac.id/index.php/jtev/index
Volume 06  Number 02  2020 ISSN: 2302-3309
Received July 30, 2020; Revised June 13, 2020; Accepted August 07, 2020
Rancang Bangun Buck-Boost Converter menggunakan Kendali PID
Sheren Diusti Dwi Putri *1 , Aswardi 2
1 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Padang *Coressponding author, e-mail: sherendiusti@gmail.com
Abstrak Buck-boost  converter merupakan  salah  satu  jenis DC-DC  converter yang  mampu  menaikkan  dan menurunkan tegangan DC dengan pengaturan lebar pulsa PWM. Pemilihan konstanta kendali PID yang tepat  akan  menghasilkan  tegangan  keluaran Buck-boost  converter sesuai  dengan  set  point  serta mendapatkan  respon  tegangan  keluaran  yang  stabil, no  overshoot dan risetime yang  cepat.  Pemilihan parameter  PID  dilakukan  dengan  4  metode  penalaan  yaitu  metode  Ziegler  Nichols  2  yang  telah dimodifikasi yaitu tipe original ZN, some overshoot, dan No overshoot, dan metode trial and error. Dari hasil  penalaan  PID  ,  respon  terbaik  didapatkan  dengan  menggunakan  metode trial  and error dengan kostanta    PID  yaitu  Kp  =  0,34  ,  Ki=0,350 dan  Kd  =  0,019.  Penalaan  PID  metode trial  and  error ini menghasilkan respon yang stabil dengan error steady state = 0, time delay = 0,37 s, rise time = 1,8 s, peak time = 0 dan settling time = 1,8 s.

## Abstract
Buck-boost converter is a type of DC-DC converter that is able to increase and decrease DC voltage by adjusting  the  PWM  pulse  width.  Selection  of  the  right  PID  control  constant  will  produce  Buck-boost converter output voltage in accordance with the set point and get a stable output voltage response, no overshoot and fast research. The selection of PID parameters is done by 4 tuning methods, the modified Ziegler Nichols 2 method, namely the original ZN type, some overshoot, and No overshoot, and the trial and error method. From the results of the PID tuning, the best response was obtained by using the trial and error method with the PID constant, namely Kp = 0.34, Ki = 0.350 and Kd = 0.019. The PID tuning of the trial and error method results in a stable response with steady state error = 0, time delay = 0.37 s, rise time = 1.8 s, peak time = 0 and settling time = 1.8 s.
Keywords : Buck-boost converter, PID, Ziegler Nichols, trial and error
How  to  Cite: Sheren  Diusti  Dwi  Putri,  Aswardi.  2020.  Rancang  Bangun Buck-Boost  Converter menggunakan Kendali PID. JTEV, 06 (02): pp. 258-272.

## PENDAHULUAN
Peningkatan  kebutuhan  tegangan  DC  seiring  dengan  kemajuan  teknologi  dibidang elektronika, dimana hampir semua peralatan elektronik membutuhkan sumber tegangan DC, baik tegangan rendah maupun tegangan tinggi seperti kendaraan listrik, peralatan rumah tangga, telekomunikasi dan lainnya[1][2][3]. Kebutuhan tegangan DC yang luas ini dikarenakan setiap peralatan elektronik membutuhkan tegangan DC yg berbeda sehingga diperlukan suatu sistem yang mampu mengubah suatu tegangan DC ke nilai tegangan DC yang dapat divariasikan [1]. Terdapat 3 jenis konverter DC-DC  yang telah dikembang yaitu konverter penurun tegangan , konverter penaik tegangan, dan konverter penaik-penurun tegangan [4].
Tipe  konverter  penaik  dan  penurun  tegangan  ( buck-boost  converter) banyak  digunakan karena tegangan keluaranya dapat bernilai lebih besar ataupun lebih kecil daripada tegangan masukannya,  atau  dengan  kata  lain,  level  tegangan  keluaran  dapat  diatur  sesuai  kebutuhan
pemakaian [5][6][7] . Tegangan keluaran buck-boost conveter dapat disesuaikan berdasarkan switching transistor dengan dengan merubah lebar pulsa PWM ( duty cycle ) [8][9]. Penelitian tentang konverter buck-boost telah pernah dilakukan oleh Widya Anggraini, dari hasil  penelitiannya  perubahan  beban  mempengaruhi  tegangan  keluaran  konverter buck-boost , serta masih terdapat error yang cukup tinggi. Selain itu, Chaidir Rachman juga turut melalakukan penelitian tentang konverter buck-boost , dari hasil penelitiannya masih terdapat error yang cukup tinggi  yaitu  sebesar  3,3  V  [10].  Maka  dari  itu  perlu  dirancang  suatu  pengendali  yang  dapat digunakan untuk menjaga kestabilan sistem serta menghasilkan error yang mendekati nol. Salah  satu  sistem  pengendali  yang  paling  banyak  dipakai  dalam  proses  pengendalian adalah  kendali  PID  [11].  Kendali  PID  merupakan  penggabungan  dari  kendali propotional , kendali integral dan kendali derivatif . Penentuan konstanta PID yang tepat, akan meghasilkan respon sistem yang cepat, settling time cepat atau mendekati nol, steady state error mendekati nol, serta mampu menghilangkan overshoot . Penelitian  konverter buck-boost menggunakan PID telah dilakukan oleh Dedy Siddik. Dari hasil penelitian tersebut masih terdapat overshoot , serta settling time yang cukup lama yaitu 6 detik dan error sebesar 1 Volt [12]. Hal ini terjadi dikarenakan pemilihan konstanta PID yang tidak tepat.
Berdasarkan penelitian sebelumnya, maka penulis merancang dan membangun Buck-boost converter dengan menggunakan kendali PID. Pentingnya pemilihan konstanta PID yang tepat, maka  penulis  akan  melakukan  penalaan  PID  dengan  menggunakan  4  metode,  yaitu  metode Ziegler-Nichols  2  yang  telah  dimodifikasi  menjadi  3  tipe  yaitu  tipe  Original  Z-N, Some overshoot , No overshoot dan metode trial and error . Respon terbaik dari 4 metode penalaan PID tersebut akan digunakan sebagai kendali pada buck-boost converter.

## METODE DAN MATERI
Konverter Buck-boost konverter buck-boost merupakan  salah  satu  jenis  konverter  DC-DC  yang  mampu menghasilkan variasi tegangan DC yang lebih kecil atau lebih rendah dari tegangan masukannya sesuai dengan switching frekuensinya. Komponen penyusun konverter buck-boost terdiri dari beberapa komponen penyusun yaitu transistor, inductor (L), diode (D), dan  kapasitor (C) yang tersusun seperti gambar 1 berikut ini:
Gambar 1.Topologi Buck-boost converter Sumber : Komarudin
Prinsip  kerja  rangkaian buck-boost  converter dibagi  menjadi  2  mode  operasi  yaitu  pada saat switch ON dan pada saat switch OFF.
Mode switch ON
Selama switch ON, dioda dalam keadaan reverse bias seperti pada gambar 2, sehingga tidak adanya arus yang mengalir ke diode, pada kondisi initegangan diode (V D ) sama dengan –(V S + V O )  .  Dalam  kondisi  tertutup switch mendapatkan  tegangan  sebesar  Vs,  Sehingga  induktor
mendapat  tegangan  dari  input  dan  arus  mengalir  melewati  induktor  selama switch dalam keadaan  ON  dan  secara  bersamaan  kapasitor  dalam  kondisi discharge yang  mengalirkan tegangan dan arus pada beban.
Gambar 2.Rangkaian ekivalen buck-boostconverter saat switch ON Sumber : Komarudin
Didapatkan persamaan ∆𝑖 𝐿 pada saat switch on adalah :
(∆𝑖 𝐿 ) 𝑜𝑛 = 𝑉 𝑠 𝐷𝑇 𝐿 ........................................................................................................................(1)

## Mode switch OFF
Pada  kondisi switch  Off seperti  pada  gambar  3,  tegangan  input  terputus,  dan  diode mengalami forward  bias menyebakan  arus  mengalir  dari  induktor  menuju  kapasitor.  Pada kondisi ini kapasitor dalam keadaan mengisi ( charge ). Beban mendapatkan aliran energi dari inductor sehingga terjadi penurunan arus pada inductor hingga switch di ON kan kembali.
Gambar 3. rangkaian ekivalen pada saat switch OFF Sumber : Komarudin
Sehingga didapatkan persamaan berikut :
(∆𝑖 𝐿 ) 𝑜𝑓𝑓 = 𝑉 0 (1−𝐷)𝑇 𝐿 ………………………………………....................................................(2)
Untuk pengoperasian dalam keadaan steady-state , perubahan bersih pada arus induktor harus nol dalam satu periode. Menggunakan persamaan (1) dan (2).
(∆𝑖 𝐿 ) 𝑜𝑛 +   (∆𝑖 𝐿 ) 𝑜𝑓𝑓 = 0 ..........................................................................................................(3) 𝑉 𝑠 𝐷𝑇 𝐿 + 𝑉 0 (1−𝐷)𝑇
𝐿 = 0 .................................................................................................................(4)
Solusi dari 𝑉 0 adalah :
𝑉 0 =   −𝑉 𝑠 ( 𝐷 1−𝐷 ) .......................................................................................................................(5)
Dimana :
𝑉 0 = Tegangan keluaran 𝑉 𝑠 = Tegangan Masukan
𝐷 = Duty Cycle L  = Induktansi ∆𝑖 𝐿 = Riplle arus pada inductor

## Sistem Kendali Kanal Tertutup
Sistem kendali kanal tertutup merupakan suatu sistem kendali dimana sinyal keluarannya terdapat  umpan  balik  atau feedback yang  memberikan  pengaruh  langsung  terhadap  aksi pengontrolan.[13].
Gambar 4. sistem kendali loop tertutup
Sumber : Fadri

## Pengendali Proporsional Integral Derivatif (PID)
Alat kontrol PID ( Proporsional Integral Derivative ) sangat sering digunakan dalam sistem kontrol industri. Sesuai namanya kontroler PID adalah kontroler yang menggabungkan 3 buah jenis  kontroler  dengan  karakteristiknya  masing-  masing.  Penggabungan  konstanta  PID  yang tepat akan menghasilkan reaksi  sistem yang cepat, menghilangkan overshoot , dan error steady state mendekati nol [14].
Gambar 5. Blok diagram pengendali PID Sumber : Wisesa
Jika e ( t ) sebagai input ke alat kontrol PID, maka output m(t) dari alat kontrol ini diberikan oleh persamaan 6 berikut  :
𝑚 ( 𝑡 )= 𝐾𝑝𝑒 ( 𝑡 )+ 𝐾𝑖 ∫ 𝑒 ( 𝑡 ) 𝑑𝑡 + 𝐾𝑑 𝑑𝑒(𝑡)
dt ...........................................................................................(6) Keterangan : 𝑚 ( 𝑡 ) = Output pengontrolan PID e      = error Kp   = Konstanta Proposional Ki    = Konstanta Integratif Kd   = Konstanta derivatif
Kontroler
Plant atau proses Masukan Keluaran Elemen ukur

## Tunning PID
Tuning atau penalaan PID diperlukan untuk mendapatkan konstanta kontrol proporsional, integratif dan derivatif yang tepat, sehingga menghasil respon yang stabil dan sesuai dengan yang set  point yang  diberika.  Ziegler  and  Nichols  menyarankan  menggunakan  karakteristik tanggapan peralihan dari kendali yang diberikan untuk mendaptkan nilai penguat proposional , waktu integral Ti dan derivative Td.
Pada metode Ziegler Nichols tipe 2  konstanta PID ditentukan berdasarkan respon osilasi berkesinambungan.  Metode  ini  hanya  berlaku  untuk  sistem  kanal  tertutup  ( close  loop )  atau dengan  umpan  balik.  Penalaan  pengendali  PID  untuk  menghasilkan  kurva  osilasi berkesinambungan, mula-mula dilakukan dengan menyetel Ti pada nilai ∞, dan Td pada nilai 0 [14]. Kemudian Konstanta proposional diatur mulai dari 0 hingga ke suatu nilai kritis (Kpu). Nilai  Kp  diambil  berdasarkan  respon  yang  menghasilkan  osilasi  berkesinambungan  seperti pada gambar 6. Oleh karena itu, penguatan kritis Kpu dan periode osilasi berkesinambungan (Pcr) yang sesuai dapat ditentukan secara eksperimen.
Gambar 6. Osilasi Stabil Untuk Mencari Nilai PCR

## Sumber : Wisesa,2014
Penggunaan  metoda  Ziegler  Nichols  popular  dalam  praktik  rekaya  kontrol.  Metoda  ini bekerja cukup baik untuk beberapa loop tetapi cenderung terlalu kurang untuk banyak aplikasi kontrol  proses  sehingga  banyak  nya  peneliti  yang  melakukan  modifikasi  penyetel  Z-N  2. Banyak versi modifikasi penyetelan Z-N 2 telah diusulkan[15]. Berikut tabel hasil modifikasi penalaan PID metoda Z-N 2.
Tabel 1. Penalaan PID hasil modifikasi Z-N 2
Rule Kc Ti Td Original ZN 0,58 Ku 0,5 Pu 0,125 Pu Some overshoot 0,33 Ku 0,5 Pu 0,125 Pu No overshoot 0,5 Ku 0,5 Pu 0,125 Pu

## Mikrokontroller
Mikrokontroller  merupakan  sebuah  sistem  mikroprosesor  yang  terdapat  didalam  sebuah chip yang  mampu  melakukan  perhitungan,  menerima input dan  menghasilkan output . Mikrokontroler  terdiri  dari  sebuah  inti  prosesor,  memori  pemograman  serta input-output . Mikrokontroller yang digunakan pada penelitian ini ialah Mikrokontroller ATMega328 yang merupakan mikrokontroler  keluraga AVR 8 bit [16].

## Arduino Uno
Arduino Uno merupakan sebuah papan elektronik yang mengandung ATmega328P .  Pada arduino terdapat   6 input analog , 14 digital  pin  input  /  output (6 pin  diantaranya  dapat digunakan sebagai output PWM), koneksi USB, kristal kuarsa 16 MHz, jack listrik, kabel USB sebagai penghubung ke komputer, dan header ICSP [17].
Gambar 7. Arduino Uno Sumber : Edovidata
Blok-blok pada gambar 7 di atas dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmiter), digunakan sebagai antarmuka komunikasi serial sepertu RS-422, RS-232, dan RS-485.
b. RAM pada memory kerja dengan kapasitas 2KB yang digunakan oleh variable-variabel didalam program, memori ini bersifat volatile yang hilang pada saat daya dimatikan.
c. RAM  Flash  memory,  dengan  kapasitas  32  KB,  memori  ini  digunakan  untuk menyimpan  program,  serta bootloader yang  merupakan  program  inisiasi  berukuran kecil. Boatloader dijalankan  oleh  CPU  saat  daya  dihidupkan,  kemudian  barulah program pada RAM akan dieksekusi. RAM Flash memory ini bersivat non-volatile.
d. EEPROM  berkapasitas  1KB  digunakan  untuk  menyimpan  data  yang  tidak  boleh hilang  saat  daya  dimatikan.  EEPROM    tidak  digunakan  pada  papan  arduino  dan bersifat non-vloatil.
e. CPU (Central Processing Unit) Central Processing Unit (CPU) , berfungsi untuk menjalankan instruksi program f. Port  I/O ,    merupakan  pin input/output yang  menerima  ( input )  dan  mengeluarkan ( output ) data, baik dgital maupun analog.

## Sensor Tegangan dan Sensor Arus
Sensor  tegangan  berfungsi  untuk  mengukur  besaran  tegangan    dan  sensor  arus  untuk mengukur  arus  keluaran  dari Buck-boost  converter .  Dimana  sensor  tegangan  juga  berfungsi sebagai  input  switching  untuk  mengatur  tegangan  output buck-boost  conveter agar  tetap konstan. Sensor tegangan pada tugas akhir ini menggunakan prinsip pembagi tegangan dan modul ACS 712 digunakan sebagai sensor arus.[18].
Gambar 8. (a).Rangkaian Sensor Tegangan dan (b). Sensor Arus
Sumber : Edovidata,2020
Agar  tegangan  keluaran  konverter buck-boost dapat  dibaca  oleh  mikrokontroller  maka digunakan sensor tegangan dengan prinsip pembagi tegangan. Sensor tegangan dengan prinsip
pembagi  tegangan  ini  menggunakan  dua  resistor  yang  dihubungkan  secara  seri  seperti  pada gambar 8.(a). Sehingga besarnya tegangan keluaran Buck-boost converter yang terbaca oleh mikrokontroller dapat dirumuskan pada persamaan 11.
..........................................................................................................(11)
Keterangan:
V o : Tegangan keluaran dari konverter (volt) V i
: Tegangan ke rangkaian ADC (volt)
R 1 , R 2 : Resistor pembagi (  )
Sensor  arus  ACS712  pada  gambar  8(b)  dapat  digunakan  untuk  pengukuran  arus  positif maupun negatif mulai  -5A sampai 5A. ACS712 membutuhkan tegangan sumber sebesar 5 Vdc. Agar nilai sensor 0 ampere dapat dipaca, maka tegangan sensor diatur pada setengah tegangan sumber (5V) yaitu menjadi 2,5 V. Sensor ACS712 ini memiliki dengan spesifikasi 5A memiliki sensitifitas 185mV/A.

## METODE PENELITIAN
Dalam tugas akhir ini digunakan sebagai rujukan dalam proses pembuatan alat yang dapat bekerja dalam pengendalian tegangan keluaran Buck-boost converter menggunkan kendali PID.

## Blok Diagram
Blok diagram merupakan penjelasan ringkas mengenai sebab dan akibat antara masukan dan keluaran pada suatu sistem dalam bentuk susunan blok-blok. Sistem kontrol terdiri dari sejumlah komponen yang terhubung untuk melakukan fungsi yang di inginkan. Diagram blok untuk tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
Gambar 9. Blok diagram Buck-boost converter menggunakan kendali PID
Perancangan Konverter Buck-boost Sumber 220 VAC Catu daya 12 VDC Catu daya 55 VDC PID Controller ATMega 835 Gate driver Buck-Boost Converter Beban Sensor Tegangan Keypad LCD
Komponen utama konverter buck-boost terdiri dari induktor, mosfet, dioda dan kapasitor. Induktor berfungsi untuk menyimpan arus, sedangkan kapasitor untuk menyimpan tegangan, dan Dioda digunakan juga berfungsi sebagai switching yang bekerja pada keadaan switch mosfet dalam keadaan terbuka. Berikut merupakan gambar rancangan konverter buck-boost .
Gambar 10. Rangkaian buck-boost converter Pada tabel 2 dapat dilihat spesifikasi perancangan buck-boost converter.
Tabel  2. Spesifikasi perancangan buck-boost converter Tegangan Input 50 VOLT Tegangan Output 10 – 100 Nilai Pwm 16 % - 67 % Mosfet IRFP460 Induktor 2.22 mH Capasitor 100uF Resistor 100 Ω Dioda Schottky 20SQ45

## Perancangan Gate Driver
Rangkaian driver buck-boost converter pada penelitian ini menggunakan komponen TLP250 yang dirangkai menggunakan metode inverting .
Gambar 11. Rangkaian Gate driver mosfet
TLP250 yang dirangkai secara inverting ini jika PWM yang diberi dari mikrokontroller bernilai high maka keluaran driver akan bernilai low , jika PWM dari mikrokontroller bernilai low makan keluaran driver bernilai high.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pengujian Rangkaian Driver Mosfet
Gate driver pada alat ini berfungsi sebagai interface antara Mosfet dengan mikrokontroler Arduino  uno. Mosfet  membutuhkan tegangan ± 20  volt, sedangkan mikrokontroler Arduino Uno  hanya  mampu  menghasilkan  Vout  sebesar  5  Volt  saja.  Untuk  itu  digunakan  rangkaian gate  drive untuk  menaikan  tegangan  sesuai  tegangan  yang  dibutuhkan.  Dimana  pengujian rangkaian gate drive ini dilakukan dengan cara menghubungkan rangkaian gate drive dengan supply sebesar  15  volt.  Gambar  12  menunjukkan  keluaran  dari  PWM  minkrontroller  (pulsa kuning) dan keluaran gate driver (pulsa biru) ketika diberi PWM sebesar 80. Karena gate  driver dirangkai  secara  inverting,  maka  ketika  diberikan  PWM mikrokontrolle sebesar 80, maka gate driver akan mengeluarkan PWM sebesar 175 (Pwm gate = 255 – 80). Sehingga duty cycle pada gate driver sebesar 0,68 (D = 175/255).

## Gambar 12. Gelombang keluaran PWM dan Gate driver mosfet

## Tunning PID
Pemilihan  konstanta  PID  yang  tepat  sangat  mepengaruhi  kinerja  dari  sistem  untuk mendapat respon sistem yang stabil terhadap perubahan beban, tidak adanya overshoot, error yang  mendekati  nol, rise  time dan settling  time yang  cepat.  Pada  penelitian  ini,  penulis melakukan  penalaan  PID  menggunakan  4  metode  yaitu  Ziegler-Nichols  2  yang  telah dimodifikasi menjadi 3 tipe yaitu original ZN, some overshoot,no overshoot dan metode trial and  error. Hasil  penalaan  PID  yang  menghasilkan  respon  keluaran buck-boost  converter terbaik akan digunakan sebagai konstanta kendali PID pada konverter buck-boost . Penalaan PID metode Ziegler-Nichol 2 disebut juga dengan metode close loop. Penalaan PID ini dilakukan dengan memberikan nilai 0 pada Ti dan Td, sedangkan nilai Kp dinaikkan dari 0 hingga tercapai nilai Kp yang menghasilkan grafik osilasi yang berkesinambungan.
Pada  penalaan  PID  ini,  Grafik  respon  dilihat  menggunakan serial  plotter pada  aplikasi Serial Lab. Pada aplikasi Serial Lab ini tidak menampilkan timer pada sumbu absis , sehingga untuk menentukan waktu respon dilakukan secara manual menggunakan stopwatch. Gambar 13 menunjukkan grafik respon sistem Buck-boost converter tehadap perubahan nilai Kp dengan Tegangan setpoin 100V dan waktu pengambilan rata-rata 10 detik.
Kp = 1 Kp = 1,5 Kp = 1,7
Kp = 2

## Gambar 13. Respon tunning PID
Dari beberapa hasil pengujian menggunakan propitional band . Dengan nilai Kp dinaikan bertahap hingga ke suatu nilai kritis (Kcr) yang menghasilkan osilasi yang berkesinambungan ,  maka  dari  grafik  diatas  osilasi  yang  berkesinambungan  terdapat  pada  nilai  Kcr  1,7.  Grafik osilasi  yang  berkesinambungan  pada  Kcr  1.7  akan  digunakan  untuk  menentukan  nilai  Pcr  , sehingga nantinya akan didapatkan nilai Ti dan Td dengan menggunakan rumus pada tabel 1.

## Gambar 14. Tunning PID
Dari grafik respon dengan Kcr 1.7 diatas dapat ditentukan nilai Pcr sebagai berikut :
𝑃𝑐𝑟 = 25 880 𝑥 10230
Pcr = 290,625 ms = 0,290 s Untuk  mendapatkan  konstanta  PID,  ada  beberapa  versi  penentuan  konstanta  PID mengguna  metode  Ziegler  Nichols  2  yang  telah  di  modifikasi  yaitu original  Z-N,  Some Overshoot dan No Overshoot seperti pada tabel 1. Berikut hasil perhitungan dan pengujian pada setiap versi penentuan konstanta PID menggunakan metoda Ziegler-Nichols 2 :
10230 ms, 880 mm 25 mm

## 1) Original Z-N
Ti = 0,5 x Pcr = 0,5 x 0,290 Ti = 0,145 Td = 0,125 x Pcr = 0,125 x 0,290 Td =  0,03625
Nilai Kp, Ki, Kd dapat ditentukan dengan persamaan berikut : Kp = 0,6 x Kc  = 0,6 x 1,7 Kp =  1,02
Ki  = 𝐾𝑝 𝑇𝑖 = 1,02 0,145 Ki = 7,0344 Kd = Kp x Td = 1,02 x 0,03625 Kd = 0,0346
Dari pengujian dan perhitungan yang telah dilakukan maka didapatkan konstanta PID dengan penalaan menggunakan metode original ZN yaitu Kp = 1,02 , Ki = 7,0344 dan Kd =  0,0346.  Sehingga  didapatkan  grafik  respon  tegangan  keluaran  konverter buck-boost seperti gambar 15 dibawah ini , dimana pada pengujian ini diberikan tegangan set point 100V.
Gambar 15. Grafik respon keluaran Buck-boost converter tipe penalaan Original Z-n
Dari grafik respon tegangan keluaran Buck-boost converter metode origal ZN diatas masih terdapat error yang cukup tinggi yaitu 10 V dan respon masih belum stabil .
2) Some Overshoot
Dari perhitungan berdasarkan tabel 1 maka didapatkan konstanta PID dengan penalaan menggunakan metode ZN-2 pada tipe some overshoot sebesar Kp = 0,561, Ki = 3,868 dan Kd = 0,0203. Sehingga didapatkan grafik respon tegangan keluaran konverter buck-boost seperti gambar 16 dibawah ini , dimana pada pengujian ini diberikan tegangan set point 100V.
Gambar 16. Grafik respon keluaran Buck-boost converter tipe penalaan Some Overshoot
Dari grafik respon tegangan keluaran Buck-boost converter gambar 16 diatas terdapat osilasi yang masih tinggi, dan error sebesar 20 V.
3) No Overshoot
Dari  perhitungan  berdasarkan  tabel  1  maka  didapatkan  parameter  PID  dengan penalaan menggunakan metode ZN-2 pada tipe No overshoot sebesar Kp = 0,34, Ki = 2,34 dan Kd = 0,12325. Sehingga didapatkan grafik respon tegangan keluaran konverter buck- boost seperti gambar 17 dibawah ini , dimana pada pengujian ini diberikan tegangan set point 100V.
Gambar 17. Hasil respon keluaran Buck-boost converter tipe penalaan No Overshoot
Grafik respon tegangan keluaran Buck-boost converter pada gambar 17 diatas terdapat osilasi yang masih tinggi, masih jauh dari kestabilan, dan terdaat error sebesar 20V.
4) Metode trial and error
Dari pengujian penalaan PID berdasarkan metode ZN 2 dengan berbagai tipe, belum didapatkan  hasil  yang  optimal  dari  respon  keluaran buck-boost yang  stabil  dan  sesuai dengan set  point .  Langkah  selanjutnya  yaitu  dengan metode  trial  and  error. Pada pengujian trial  and  error ini cukup menghabiskan waktu  karna penentuan konstata PID dilakukan  dengan  uji  coba  dengan  mengganti-ganti  konstanta  PID  hingga  didapatkan respon terbaik yaitu Kp = 0,34, Ki = 0,355 dan Kd = 0,0195. Gambar 18 memperlihatkan grafik respon hasil pengujian dengan metode trial and error dengan setpoint 100 V dan beban yang digunakan lampu pijar 100 Watt .
Gambar 18. Grafik respon keluaran buck-boost converter menggunakan metode trial and error
td tr,tp,ts
81 mm, 10000ms
15mm 3 mm
Dari grafik respon keluaran buck-boost converter pada gambar 18 diatas dapat dilihat bahwa tidak ada Overshoot, serta error steady state ialah 0. Tanggapan respon transient dapat ditentukan dari gambar 33, sebagai berikut :
a) Time delay ( td )
Time  delay merupakan  waktu  keterlambatan  respon  output  terhadap  input  mulai dari t = 0 hingga respon mencapai 50%.
td = 3 81 𝑥 10000 =  370, 3 ms = 0,37 s
b) Rise time ( tr )
Rise time waktu yang dibutuhkan mulai dari tanggapan awal respon t = 0 sampai memotong sumbu steady state pertama kalinya.
tr = 15 81 𝑥 10000 =  1851,852 ms = 1,851 s
c) Peak time ( tp )
Peak  time atau  waktu  yang  dibutuhkan  untuk  mencapai  puncak  overshoot pertama  kali.  Dari  respon  kelauran buck-boostb  converter menggunakan  PID  seperti gambar 15 tidak terdapat overshoot.
d) Settling time ( ts )
Settling time adalah waktu yang dibutuhkan untuk mencapai respon steady satate (biasanya 5% atau 2%).
ts = 15 81 𝑥 10000 =  1851,852 ms = 1,851 s
Dari spesifikasi waktu transient diatas maka dapa disimpulkan respon keluaran Buck- boost  converter menggunakan  PID  dengan  metode  tunning  PID trial  and  error menghasilkan respon yang baik yaitu tidak adanya overshoot, steady state error mendekati nol dan rise time yang cepat.
Pengujian Konverter Buck-boost Menggunakan kendali PID dengan Beban Yang Bervariasi
Pengujian  konverter buck-boost menggunakan  kendali  PID  dilakukan  dengan  beban  bervariasi yaitu 25 Watt, 60 Watt dan 100 Watt. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah sistem dapat mempertahankan kestabilan sesuai dengan set point yang diinginkan dengan adanya perubahan beban. Pada pengujian ini diberikan tegangan input 55 V dengan tegangan keluaran buck-boost yang diinginkan ( setpoint ) yaitu 100 V dengan parameter PID yaitu Kp = 0,34, Ki = 0,355 dan Kd = 0,0195
Tabel 3. Pengujian respon Buck-boost converter menggunakan kendali PID terhadap variasi beban
NO Beban (W) Vset (V) Vout (V) Iout (A)
Respon
1 25 55 100 0,05
2 60 55 100 0,16 3 100 55 100 0,26
Dari data pengujian menggunakan variasi lampu pijar diatas dengan diberikan perubahan beban mulai dari 25 Watt, 60 Watt dan 100 Watt , buck-boost converter dengan kendali PID mampu  mempertahankan  kestabilan  tegangan  sesuai  dengan setpoint yang  diinginkan.  Hasil pengujian tersebut membuktikan bahwa perancang Buck-boost converter menggunakan kendali PID telah sesuai dengan tujuan perancangan alat yaitu untuk mendapatkan tegangan keluaran yang stabil tanpa adanya overshoot serta rise time dan settling time yang cepat dengan error mendekati nol.

## PENUTUP
Dari  hasil  pengujian  konveter buck-boost menggunakan  kendali  PID,  maka  dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Pentingnya pemilihan konstanta kendali PID yang tepat untuk mendapatkan respon sistem yang stabil tanpa adanya overshoot serta rise time dan settling time yang cepat dengan error mendekati nol.
2. Dari  4  metode  penalaan  PID  yaitu  menggunakan  metode  Ziegler-Nichols  yang  telah dimodifikasi  menjadi  3  tipe  : original  ZN,  some  overshoot dan no  overshoot dan menggunkan  metode trial  and  error .  Respon  keluarankonverter buck-boost terbaik didapatkan dengan menggunakan metode trial and error.
3. Hasil  pengujian  konverter buck-boost dengan  kendali  PID  dengan  beban  yang  bervariasi menghasilkan respon yang stabil dengan error steady state = 0, time delay = 0,37 s, rise time = 1,8 s, peak time = 0 dan settling time = 1,8 s.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] M. Ashari, “Simulasi Double Buck Boost Converter DC-DC Bidirectional Menggunakan PID Controller B-1 B-2,” vol. 7, pp. 1–6, 2015.
[2] R. H. G. Tan and L. Y. H. Hoo, “DC-DC converter modeling and simulation using state space approach,” in 2015 IEEE Conference on Energy Conversion, CENCON 2015 , 2015, doi: 10.1109/CENCON.2015.7409511.
[3] H.  Hermansyah,  A.  Komunitas,  and  I.  Manufaktur,  “DESAIN  DAN  SIMULASI  KONTROL TEGANGAN  OUTPUT  BOOST  CONVERTER  MENGGUNAKAN  METODE  FUZZY  LOGIC CONTROL ( FLC ),” no. November, 2019.
[4] H. Do, “Single-Switch Buck Converter with a Ripple-Free Inductor Current,” pp. 507–511.
[5] Asnil and H. Irma, “Analisis Riak Keluaran Buck Converter,” no. 0561, pp. 8–10, 2012.
[6] S. Ding and F. Wang, “A New Negative Output Buck-boost Converter with Wide Conversion Ratio,” IEEE Trans. Ind. Electron. , vol. 64, no. 12, pp. 9322–9333, 2017, doi: 10.1109/TIE.2017.2711541.
[7] A. L. Fithri et al. , “Desain Dan Karakterisasi Konverter Dc Ke Dc Berbasis Rangkaian Buck-boost Pada Sistem Maximum Power Point Tracking ( Mppt ) Design and Characterization of Dc To Dc Converter Based Buck- Boost in Maximum Power Point Tracking ( Mppt ) System,” vol. 5, no. 2, pp. 2314–2321, 2018.
[8] S. Wibowo, M. Facta, and A. Nugroho, “Operasi Dc-Dc Konverter Tipe Cuk Dengan Mode Dcm & Ccm Dengan Transistor Sc2555 Sebagai Saklar,” no. Ccm.
[9] P.  Surya,  “RANCANG  BANGUN BUCK-BOOST CONVERTER  SEBAGAI  REGULATOR TEGANGAN KELUARAN PADA PANEL SURYA.”
[10] J. T. Elektro, F. T. Industri, and U. I. Indonesia, “Rancang Bangun Konverter Buck Boost Dengan,” 2018.
[11] P. N. D. Mehta, P. A. M. Haque, and P. M. V Makwana, “Modeling and simulation of P, PI and PID controller for speed control of DC Motor Drive,” vol. 8, no. 7, pp. 556–562, 2017.
[12] P.  Seminar et  al. ,  “Rancang  Bangun Buck-boost Converter  Pada  Panel  Surya  Menggunakan  Metode Kontrol  PI  Dan  PID  Berbasis  Mikrokontroler,” J.  Penelit.  Enj. ,  vol.  21,  no.  1,  pp.  87–92,  2017,  doi: 10.25042/jpe.052017.13.
[13] R. Fadri and I. Husanaini, “ARDUINO UNO COMPARATIVE STUDY OF PI AND PID CONTROL IN VOLTAGE OUTPUT BUCK CONVERTER BASED ON ARDUINO UNO MICROCONTROLLER,” vol. 17, no. 2, 2018, doi: 10.20449/INVOTEK.
[14] T.  Wisesa,  “Perancangan  Pengaturan  Kecepatan  Motor  Induksi  Satu  Fasa  dengan  PWM  Menggunakan Pengendali PID Berbasis Arduino,” pp. 1–49, 2014.
[15] N. Luo, Y. Vidal, and L. Acho, Advances in Industrial Control Control . 2014.
[16] J.  Jurnal,  T.  Elektro,  D.  A.  N.  Vokasional,  and  C.  D.  Alel,  “Rancang  Bangun  Buka  Tutup  Pintu  Air Otomatis pada Irigasi Sawah Berbasis Arduino dan Monitoring Menggunakan Android,” vol. 06, no. 01, pp. 167–178, 2020.
[17] F.  W.  Azhari  and  Aswardi,  “Sistem  Pengendalian  Motor  DC  Menggunakan  Buck  Converter  Berbasis Mikrokontroler ATmega 328,” vol. 06, no. 01, pp. 352–364, 2020.
[18] H. E. Edovidata, “Perancangan Sistem Pengisian Accumulator Mobil Listrik dengan Sumber Listrik Solar Cell Berbasis Mikrokontroler,” vol. 6, no. 1, pp. 57–68, 2020.

## Biodata Penulis
Sheren Diusti Dwi Putri,Amd lahir di Kota Solok, 15 Desember 1996.Menyelesaikan studi DIII di Teknik Listrik Politeknik Negeri Padang pada tahun 2017. Sedang menyelesaikan Studi Teknik Elektro Industri  (DIV),  di  Jurusan  TeknikElektro  Fakultas  Teknik  Universitas  Negeri  Padang  dengan  tahun masuk 2018.
Drs. Aswardi, M.T dilahirkan di Kubang Putih Agam, 21 Februari 1959. Adalah dosen aktif di jurusan Teknik Elektro  Fakultas  Teknik  Universitas  Negeri  Padang,  yang  mana  beliau  sekarang  juga  sedang  menjabat  sebagai Kepala UPT. PTIK Universitas Negeri Padang. Riwayat pendidikan beliau dengan Sarjana 1 di IKIP Padang dan Magister di Institut Teknologi Bandung
.