## Analisa Performansi Beberapa Metode Kontroler PID Pada Magnetic Ball
Tamaji 1 , Yoga Alif Kurnia Utama 2 , Adrianus Raffel 3
Prodi Teknik Elektro 1,2,3 Fakultas Teknik, Universitas Widya Kartika Jl. Sutorejo Prima Utara II/1, Kota Surabaya Telp. +62315922403/5926359, Fax. +6231 5925790 E-mail: tamajikayadi@gmail.com 1 , yoga.alif@widyakartika.ac.id 2 ,adrianusraffel@gmail.com 3

## Abstraks
Kontroler PID adalah kontroler yang sampai sekarang masih banyak digunakan di dunia industri. Kontroler PID terbukti dapat memberikan performansi kontrol yang  baik  meski  mempunyai  algoritma  sederhana  dan  mudah  dipahami.    Hal yang  penting  pada  desain  kontroler  PID  ini  ialah  menentukan  parameter kontroler  atau  tuning  .  Proyek  ini  mencoba  menerapkan  advanced  PID  tuning yang  didalamnya  melibatkan  beberapa  metode  tuning  untuk  mendapatkan performansi  terbaik  pada  suatu  sistem  atau  plant  yang  bersifat  labil  atau critically stable seperti pada pengontrolan ketinggian magnetic ball.  Beberapa metode yang akan dibahas di sini ialah Ziegler-Nichols, Non kontrol, On Off, Trial Error,dan Chien-Hrones-Reswick (C-H-R). Dengan mengimplementasikan kontroler  PID  pada  magnetic  ball,  akan  dianalisa  performansi  dari  sistem tersebut.  Hasil  menunjukkan  bahwa  dari  lima  metode  Kontrol  PID  untuk mengontrol  posisi  dari magnetic  ball metode  Kontrol  yang  paling  baik berurutan  adalah  PID  Kontrol  Trial  Error,  PID  Kontrol  On  Off,  PID  Ziegler- Nichols, Metode Chien-Hrones-Reswick, dan PID Non Kontrol.
Kata Kunci: Chien-Hrones-Reswick, kontroler PID, magnetic ball, Trial Error, Ziegler-Nichols

## Abstract
PID controller is a controller that is still widely used in the industrial world. The PID  controller  is  proven  to  provide  good  control  performance  even  though  it has  a  simple  and  easy-to-understand  algorithm.  The  important  thing  in  the design of this PID controller is to determine the controller parameters or tuning. Project  tries to implement advanced PID tuning which involves several tuning methods  to  get  the  best  performance  on  a  system  or  plant  that  is  unstable  or critically stable, such as controlling the height of a magnetic ball. Some of the methods that will be discussed here are Ziegler-Nichols, Non-control, On Off, Trial Error, and Chien-Hrones-Reswick (C-H-R). From results show that of the five PID Control methods to control the position of the magnetic ball, the best sequential control method is PID Control Trial Error, PID Control On Off, PID Ziegler-Nichols, Chien-Hrones-Reswick Method, and PID Non-Control.
Keywords: Chien-Hrones-Reswick, PID controller, magnetic ball, Trial Error, Ziegler – Nichols

## 1. PENDAHULUAN
Magnetic Ball adalah suatu rangkaian sistem yang  terdiri  atas  bola  baja  padat  yang  bersifat ferromagnetic  (benda  yang  memiliki  sifat kemagnetan  yang  paling  kuat  dan  tahan  lama) yang  melayang  di  atas  permukaan  suatu
medium udara apabila diberi tenaga elektromagnet  yang  berasal  dari  kumparan elektromagnet.  Sistem  Magnetic  Ball  ini banyak  digunakan  di  dalam  berbagai  bidang [1].  Contohnya,  kereta  maglev,  turbin  angin, bearingless motor, dan masih banyak yang lain

## JE-UNISLA
Electronic Control, Telecomunication, Computer Information and Power Systems

## Volume 6 No 2 September 2021
ISSN : 25020986 | E-ISSN : 26860635
Recieved :  15-8-2021
Accepted : 15 -9-2021 Published : 20-9-2021
lagi.  Tujuan  utama  dari  kegunaan  Magnetic Ball ini adalah meminimalkan atau menghilangkan  gesekan  yang  dihasilkan  oleh pergerakan yang sangat cepat. Obyek yang akan dilayangkan  di  dalam  percobaan  akan ditempatkan  di  bawah  sebuah  elektromagnet. Kekuatan  medan  magnet  yang  dihasilkan  oleh elektromagnet  jika  dikendalikan  secara  tepat maka  akan  melawan  gravitasi  bumi  yang menyebabkan  benda  melayang  [2].  Metode  ini disebut teorema Circumvents Earnshaw dengan menggunakan  kontrol  umpan  balik.  Untuk mengatasi  objek  yang  menempel  pada elektromagnet,  maka  posisi  benda  penting untuk dikendalikan.
Penelitian  mengenai  Magnetic  Ball  telah banyak  dilakukan,  diantaranya  menggunakan pengendali fuzzy-gain scheduling, LQG (Linear Quadratic  Gaussian),  dan  lain  sebagainya  [3]. Berdasarkan dari hasil penelitian tersebut dapat disimpulkan  bahwa  sistem  dari  Magnetic  Ball merupakan  sistem  yang  nonlinear  sehingga Magnetic  Ball  sulit  untuk  dikendalikan  dan sistem  ini  merupakan  sistem  yang  tidak  stabil, terbukti  dari  dari  hasil  keluaran  sistem  terjadi osilasi yang besar.
Pada  penilitian  ini  akan  digunakan  metode kontroler  PID  (Proportional  –   Integral  – Derivative) untuk mengendalikan atau mengontrol  sistem  Magnetic  Ball  yang  tidak stabil[4]. Di dalam penelitian ini akan terdapat beberapa  metode  kontroler  PID  yang  akan digunakan  seperti,  on  off,  PID  Ziegler  – Nichols, Chien-Hrones-Reswick, dan trial error. Dan  dari  metode  –   metode  yang  akan digunakan  akan  diketahui  metode  yang  paling baik  untuk  mengendalikan  atau  mengontrol sistem Magnetic Ball. Metode yang paling baik adalah metode yang memiliki hasil performansi dengan error yang paling kecil.

## 2. METODE

## 2.1 Metode Non Kontrol
Di  dalam  metode  non  kontrol  ini  berarti sistem  dari magnetic  ball tidak  akan  dikontrol oleh  apapun,  sehingga  hasil  dari  metode  ini murni dari sistem yang telah ditentukan.

## 2.2 Metode Ziegler-Nichols
Metode  Ziegler-Nichols  adalah  metode tuning PID  yang  paling  banyak  digunakan[5].
Meskipun metode ini sudah lama dipublikasikan (tahun 1940) namun  metode ini masih  banyak  digunakan[6].Terdapat  dua  cara penentuan  nilai  PID  menggunakan  metode Ziegler-Nichols antara lain:
- Metode Step Response
Metode ini merupakan metode yang digunakan pada sistem yang open loop [7].
Gambar 1 Permodelan Sistem dan Output Dengan Metode Step. Response Ziegler-Nichols
- Metode Osilasi
Metode  ini  digunakan  pada  sistem  yang close loop [8].
Gambar 2. Permodelan Sitem Close Loop
Gambar 3. Hasil Output dengan Metode Osilasi Ziegler-Nichols

## 2.3 Metode Chien-Hrones-Reswick (C-H-R)
Metode C-H-R  merupakan modifikasi dari metode  Ziegler-Nichols[9],  metode  ini diciptakan  oleh  Chien-Hrones-Reswick  pada tahun  1952  yang  mana  menghasilkan menghasilkan  kompensator  yang  lebih  baik untuk aplikasi proses Kontrol[10]. Metode  C-H-R  memanfaatkan  Metode Open  Loop  ZN  yang  menggunakan  step response untuk menentukan nilai K, L, T dan a = K (L/T).
Gambar 4. Hasil Metode Step Response
Tabel 3 Rumus untuk Menghitung Nilai Kp, Ki, dan Kd pada Metode Chien-Hrones-Reswick (C-H-R)

## 2.4 Metode Kontrol PID Trial Error
Pada metode ini, kita akan melakukan kontrol terhadap  PID  dengan  cara  mencoba  –   coba, dengan  cara  menentukan  nilai  P,  I,  D  yang output hasilnya  mendekati  dengan set  point dengan  grafik  yang  bagus  (tidak  terlalu  osilasi atau stabil).

## 2.5 Metode Kontrol On Off (Trial Error)
Pada  metode  ini,  kita  akan  melakukan kontrol terhadap Relay dengan cara mencoba –
coba,  dengan  cara  menentukan  nilai On  Off yang output hasilnya  mendekati  dengan set point dengan  grafik  yang  bagus  (tidak  terlalu osilasi atau stabil).
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Hasil Uji Coba Metode Non Kontrol
Gambar 5. Grafik Uji Coba Metode Non Kontrol
Dari  percobaan  Metode  Non  Kontrol diperoleh  grafik  pada  gambar  III.1  dan mendapatkan  nilai  performansi  kendali  ISE ( Integral of Squared Error) sebesar 4.5126e+05

## 3.2 Hasil Uji Coba Metode Ziegler-Nichols
Gambar 6.  Grafik Hasil Metode Step Response pada Metode Ziegler-Nichols
Gambar 7. Gambar Penentuan Garis Singgung
untuk Mencari Nilai T dan L
Gambar 8. Hasil Uji Coba Metode Ziegler-
Nichols Dari Percobaan metode Ziegler-Nichols diperoleh  nilai  L=0,5  dan  T=0,95  (gambar III.2.2)  hasil  grafik  pada  gambar  III.2.3  dan mendapatkan  nilai  performansi  kendali  ISE ( Integral of Squared Error) sebesar 1.1255e+05. 3.3 Hasil Uji Coba Metode PID Kontrol
Trial Error
Gambar 9. Hasil Uji Coba Metode PID Kontrol Trial Error
Dari  percobaan  Metode  PID  Kontrol Trial  Error  diperoleh  grafik  pada  gambar  III.3 dan mendapatkan nilai performansi kendali ISE ( Integral of Squared Error) sebesar 2.5798e+03
3.4 Hasil Uji Coba Metode PID Kontrol On Off
Gambar 10. Hasil Uji Coba Metode PID Kontrol On Off
Dari percobaan Metode PID Kontrol On Off diperoleh  grafik  pada  gambar  III.4  dan mendapatkan  nilai  performansi  kendali  ISE
( Integral of Squared Error) sebesar
2.4927e+04.

## 3.5    Hasil  Uji  Coba  Metode  Chien-Hrones- Reswick
Gambar 11. Grafik Hasil Metode Step Response dengan Memanfaatkan pada Metode Ziegler-Nichols
Gambar 13.  Gambar Penentuan Garis Singgung untuk Mencari Nilai T, dan L
Gambar  14.  Hasil  Uji  Coba  Metode  Chien- Hrones-Reswick
Dari  percobaan  Metode  Chien-Hrones- Reswick  diperoleh  nilai  L=  0,5,  T=  0,95,  K= 10, dan a= 5,26, grafik pada gambar III.5.3 dan mendapatkan  nilai  performansi  kendali  ISE ( Integral of Squared Error) sebesar 1.8033e+05
4. PENUTUP
4.1. Kesimpulan Dari  lima  metode  Kontrol  PID  untuk mengontrol posisi dari magnetic ball metode Kontrol  yang  paling  baik  berurutan  adalah PID  Kontrol  Trial  Error,  PID  Kontrol  On Off,  PID  Ziegler-Nichols,  Metode  Chien- Hrones-Reswick, dan PID Non Kontrol.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  ucapkan  terima  kasih  yang  sebanyak banyaknya  kepada  Universitas  Widya  Kartika yang  telah  membantu  dalam  sarana  dan prasarana guna menyelesaikan penelitian ini.

## PUSTAKA
[1] Wicaksono, Handy, “ Analisa Performansi  dan  Robustness  Beberapa Metode  Tuning  Kontroler  PID  pada Motor  DC,”  Jurnal Teknik  Elektro  Vol. 4, No. 2, September 2004: 70 - 78
[2] Universitas  Islam  Negeri  Sultan  Syarif Kasim. 6.  BAB  I.pdf  (uin-suska.ac.id) (Diakses Juni 26, 2021).
[3] Nugraha  Iqbal.M,  Febriansyah  Aan,
Khoiri  A.F,  Pratama.D,  “ PENERAPAN ADVANCED  PID  TUNING  PADA
PLANT YANG CRITICALLY STABLE: HEIGHT LEVITATION
PINGPONG BALL.”
[4] Ogata,  katsuhiko.  Modern  Control Engineering.
[5] Neil  Kuyvenhove.  PID  Tuning  Methods An  Automatic  PID  Tuning  Study  with MathCad, Calvin College ENGR; 2002.
[6] Chen,  H.  C.,  &  Huang,  H.  H.  2013. Design  of  buck-type  current  source inverter  fed  brushless  DC  motor  drive and  its  application  to  position  sensorless control  with  square-wave  current.  IET Electric  Power  Applications,  7(5),  416- 426.
[7] Dorf.  R.  C,  Bishop  R.  H.  2008.  Modern Control  System  Eleventh  Edition. Pearson  International  Edition:  Prentice Hall.
[8] Willis,  M.J.,  Proportional  –   Integral  – Derivative Control, 1999.
[9] Ogunnaike,  B.A.,  dan  Ray,  W.H., Process  Dynamics,  Modelling  and Control.  Oxford  University  Press  .  New York, USA. 1994.
[10]  Dorf,  R.C.,  dan  Bishop,  R.H.,  Modern Control Systems. Prentice
Hall
International. New Jersey. 2001.