## PERBANDINGAN TUNING PARAMETER KONTROLER PD MENGGUNAKAN METODE TRIAL AND ERROR DENGAN ANALISA GAIN PADA MOTOR SERVO AC
Abdul Hadi PoliteknikNegeriBengkalis Jl. BathinAlam, Sungai Alam, Bengkalis, Riau. Email : abdulhadi@polbeng.ac.id

## Abstrak
Kontroler PD membutuhkan parameter yang sesuai sehingga menghasilkan respon sistem yang diinginkan. Pencarian parameter kontroler PD menggunakan metode trial and error membutuhkan waktu yang lama, sehingga lebih baik menggunakan metode analisa  gain becausemen desain  parameter  sesuaispesifikasidesain  yang  diinginkan.  Hasil penelitian diperoleh bahwa menggunakan metode analisa  gain  nilai RMSE  lebih kecil dibandingkan dengan menggunakan metode trial  and  error.  Namun, settling  time menggunakan metode trial  and  error lebih cepat waktunya dibandingkan dengan metode analisa gain.
Kata kunci : Kontroler PD, Parameter Kontroler, Trial and error, Analisa Gain,RMSE, Settling time

## Abstract
PD  controller requiressuitable  parameters  so  as  produce  the  desiredsystemsresponse.  The  parameter  of  PD controller  using  trial  and  error  method  takes  along  time,  so  it  is  better  to  usegain  analysis  method  because  it  is suitablewith  design  specification.  The  result  showed  use  analysis  gain,  RMSE  smaller  than  trial  and  errormethod. However, the settling time use trial and error faster than gain analysis method.
Keywords : PD Controller, Parameter Controller, Trial and Error Method, Gain Analysis Methode, RMSE, Settling Time

## PENDAHULUAN
Meluasnya penggunaan control Propor- sional Derivative (PD)  pada industri me- nyebabkan tuning parameter  kontroler PD membutuhkan metode yang  lebih efisien. Tuning parameter  merupakan hal  yang  sa- ngat penting karena mempengaruhi respon plant yang diinginkan. Selain itu, pengguna- an metode tuning parameter  yang  sesuai memudahkan pencarian parameter kontroler. Metode trial  and  error yaitu metode tuning parameter  dengan menggunakan uji coba pemberian gain dan melihat respon plant. Metode analisa gain yaitu pencarian tuning parameter kontroler dengan menganalisa se- suai dengan respon plant yang  diinginkan. Permasalahan  yang  dihadapi menggunakan metode trial and error membutuhkan waktu yang  lama  dalam memberikan tuning para- meter  karena melewati  proses  diuji coba untuk mendapatkan respon  yang  sesuai de- sain yang diinginkan. Dengan menggunakan
metode analisa gain maka dapat memperoleh parameter tuning yang sesuai dengan desain yang diinginkan bahkan membutuhkan wak- tu yang relatif singkat karena langsung men- dapatkan parameter kontrolernya.
Penggunaan kontroler  PD  pada plant motor servo AC telah dilakukan oleh (Hafiz, 2016), (Sun,  dkk,  2005), (Vijay  dan  Phaba, 2012) dan (Tunjung dan Iwan, 2010) dimana metode tuning parameter menggunakan trial and  error. Selanjutnya penerapan metode trial and error untuk kontroler tracking me- sin  CNC  2  aksis (mesin bubut)  mengguna- kan kontroler P-PI cascade (Safitri,  2012). Pada penelitian ini diperhitungkan besar root means  square error (RMSE)  hasil tracking. Semakin kecil  RMSE  berarti keluaran plant semakin akurat.
Penelitian ini yaitu membandingkan me- tode tuning parameter  kontroler  PD  antara metode trial  and  error dengan metode ana- lisa gain. Hasil dari tuning parameter  diuji
dalam bentuk simulasi menggunakan Simu- link MATLAB dengan plant motor servo AC seperti penelitian (Vijay  dan  Phaba,  2012). Tujuan dari penelitian ini untuk diterapkan dikontrol tracking. Untuk mendapat hasil ya- ng akurat maka diperhitungkan besar RMSE hasil pengujian. Penelitian ini menganalisa settling  time yang  lebih cepat antara kedua metode tuning tersebut.

## TINJAUAN PUSTAKA
Desain Tuning Kontrol  PD dengan Analisa Gain
Penerapan kontroler  PD  pada plant mo- tor servo AC dapat dilihat pada diagram blok Gambar 1. Setelah dianalisa, penerapan kon- troler PD untuk mengendalikan plant dengan fungsi  transfer  orde  dua  yang  memiliki  satu pole di titik nol (origin) diperoleh pada Per- samaan (1).

## Gambar 1. Diagram Blok Penerapan Kontroler PD
Diagram blok di atas menunjukkan pe- nerapan kontroler  PD  padafungsi  transfer plant motor  servo  AC. Dengan mengguna- kan analisa  diagram  blok,  diperoleh seperti pada Persamaan  (1) yang  menggambarkan hubungan fungsi transfer diagram blok Gam- bar 1.
                 
) 1 ( ) 1 ( 1 ) 1 ( ) 1 ( ) ( ) ( s s K ds Kp s s K ds Kp s R s C    
Dengan pemilihan tuning parameter τd = τ dimana τ merupakan time  constant yang menggambarkan waktu mencapai 63,5% dari set point yang  diberikan. Plant dengan  orde dua dengan satu pole di origin dikendalikan dengan  kontroler  PD dengan pemilihan tun-
ing parameter  kontroler derivative yaitu    d tersebut akan menghasilkan sistem dengan orde satu seperti pada Persamaan (2). Dengan hasil analisa seperti ini berarti plant akan lebih mudah dikendalikan.
   d (  =time constant)
1 * 1 1 1 1 1 ) ( ) (       s s KpK s K Kp s K Kp s R s C 
Sehingga diperoleh Persamaan (3) untuk mencari parameter Kp . K Kp KpK * 1 * 1     
Untuk plant yang digunakan yaitu motor servo  AC  denganfungsi  transfer G(s) dari penelitian Bhabakk (Vijay dan Phaba, 2012) yang ditunjukkan pada Persamaan (4).
) 1 7743 , 2 ( 4 , 0 ) (   s s s G
Fungsi  transfer  pada Persamaan (4) ini memiliki akar persamaan karakteristik deng- an salah satu akarnya (pole) berada pada titik origin. Oleh karena itu, plant motor  servo AC ini sangat sesuai dikontrol dengan meng- gunakan kontroler PD.
Dari fungsi transfer Persamaan (4) akan diperoleh parameter  kontroler Proporsional dan Derivatif. Untuk konstanta derivative di- peroleh dari τd = τ = 2,7763 , dimana dipilih dari pole persamaan karakteristiknya. Sedang- kan  parameter  Kp diperoleh dari Persamaan (3) dimana K = 0,4 dari Persamaan (4).
Untuk mencari *  dari Persamaan  (3) harus ditentukan karakteristik desain respon yang  diinginkan. Karaketeristik tersebut be- rupa settling  time serta persentase error steady state (Ess) dari settling time tersebut. Penelitian ini didesain Esssebesar  2%,  dari settling time dan settling time yaitu 0,5 detik, sehingga diperoleh ketentuan * 4 %) 2 (   s t . + - R(s)   1  s s K  ) 1 (  ds Kp  C(s)
Dari  desain dan ketentuan  yang  berlaku, akan diperoleh *  yaitu seperti pada Persa- maan (5).
125 , 0 4 5 , 0 4 *    s t 
Dari Persamaan (5) dapat diperoleh parameter proporsional yaituKp = 20.
Dengan menggunakan Kp = 20 dan τd = 2,7763 kita akan menguji kontroler PD yang diterapkan pada plant motor Servo AC. Dari respon keluaran sistem akan dianalisa ber- dasarkan nilai RMSE dan settling time. Per- hitungan  RMSE  dapat dihitung dengan me- nggunakan Persamaan (6).
     N i E RMSE 1 2
RMSE  dihitung dengan menggunakan respon frekuensi berdasarkan dari referensi sinusoidal. Kesalahan dianalisa dengan meli- hat rata-rata error terhadap referensi yang di- berikan.

## HASIL PENELITIAN AnalisaRespondan RMSE
Tuning parameter  kontroler merupakan metode untuk mendapatkan  parameter  kon- troler yang  sesuai dengan respon  yang  di- inginkan. Dengan menggunakan metode ter- tentu diharapkan respon sesuai dengan  yang diinginkan dan mendapatkan hasil tuning melalui  proses  yang  cepat. Untuk menge- tahui perbandingan settling  time antara metode trial  and  error dan analisa  gain, system diberi masukan step. Masukan step inisebesar  1  meter dengan waktu simulasi selama  50  detik.Hasil  step responini  yang menggambarkan settling  time yang  lebih cepat. Jika mendapatkan respon sistem yang memiliki settling  time lebih cepat maka kontroler tersebut lebih baik.
Selanjutnya RMSE dihitung karena kon- troler ini diterapkan untuk control tracking. Jika nilai  RMSE  lebih kecil maka kontroler tersebut semakin baik. Untuk mendapatkan
nilai RMSE, sistem diuji dengan masukan si- nusoidal. Masukan sinusoidal yang diberikan memiliki frekuensi 0.08Hz  (0,5  rad/s) dan amplitude sebesar 1 meter.
Respon keluaran plant saat diberi masu- kan step atau disebut juga dengan nama step response dapat dilihat pada Gambar 2. pada Gambar 2 ini memperlihatkan perbandingan respons  step  antara metode trial  and  error dengan metode analisa gain.
Gambar 2. Perbandingan Respon Step Metode Tuning Trial and error Dengan Analisa Gain
Dari  Gambar  2  di atas terlihat settling time untuk metode trial  and  error lebih cepat dibandingkan dengan metode analisa gain. Dari  bentuk respon  step  Gambar  2  ti- dak terdapat overshoot. Ini membuktikan ke- dua metode tidak menghasilkan kesalahan melebihi masukan yang  diberikan. Dengan bentuk respon seperti Gambar  2  itu me- nggambar respon orde satu, sehingga ini ju- ga membuktikan hasil dari Persamaan (2) yaitu plantorde  dua  dengan  satu pole di origin dikendalikan  dengan  kontroler  PD dengan pemilihan tuning parameter  kontro- ler derivative yaitu    d tersebut akan meng- hasilkan sistem dengan orde satu.
Respon keluaran control tracking motor servoAC  dengan kontroler  PD  dapat dilhat pada Gambar (3) dan (4) berikut ini. Gambar (3) menggambarkan grafik perbandingan res- pon keluaran motor  servo  AC  terhadap re- ferensi yang  dikontrol  PD  untuk  parameter
0 5 10 15 20 25 30 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Trial and Error Analisa Gain
kontroler  di-tuning menggunakan metode trial and error.

## Gambar 3. Respon Plant dengan metode TuningTrial and error dengan referensi
Dari  respon keluaran plant motor  servo AC dan referensi yang terdapat pada gambar 3 memiliki  RMSE  sebesar 6,44. Rata-rata kesalahan ini merupakan selisih antara refe- rensi yang diberikan dengan respon plant.
Respon keluaran plant dengan metode tuning analisa  gain  dapat dilihat pada gam- bar  4  di bawah ini. Dari perbandingan res- pon keluaran dengan referensi pada Gambar 4  ini dapat dihitung  RMSE  yaitu sebesar 0,6266.

## Gambar 4. Respon Plant dengan metode Tuning analisa Gain dengan referensi
Dari hasil RMSE dua metode di atas, da- pat diperhatikan nilai  RMSE  untuk metode trial  and  error lebih besar dibandingkan menggunakan metode analisa gain. Ini mem- buktikan bahwa, tuning parameter  kontroler
PD  untuk control tracking menggunakan metode analisa gain lebih baik dibandingkan dengan menggunakan metode trial  and error. Selain itu,  pencarian  parameter  kon- troler menggunakan metode analisa  gain lebih mudah karena hanya berdasarkan karakteristik desain yang diinginkan. Metode trial  and  error membutuhkan waktu  yang lama dalam mencari parameter kontroler PD karena hanya dengan diuji coba dan dilihat respon keluaran. Jika respon keluaran belum sesuai dengan  yang  diinginkan maka akan dilakukan tuning parameter  ulang.  Hal  ini dilakukan berkali-kali  agar  mendapatkan respon  yang  diinginkan dan tentu saja dengan menginginkan nilai error yang lebih kecil.

## KESIMPULAN
Dari  penelitian  yang  dilakukan dan berda- sarkan pembuktian secara simulasi meng- gunakan  Simulink  MATLAB, maka dapat diberikan kesimpulan untuk melakukan tun- ing parameter  kontroler  PD  pada control tracking metode analisa  gain  lebih baik dibandingkan metode trial and error. Hal ini dibuktikan dengan nilai  RMSE  metode ana- lisa gain  lebih kecil dibandingkan nilai RMSE  metode trial  and  error. Namun, untuk settling  time metode trial  and  error lebih baik. Kecepatan mencapai setpoint dalam kondisi praktis untuk control tracking tidak terlalu mempengaruhi hasil. Hal  ini dikarenakan tujuan utama yaitu keluaran plant harus mengikuti referensi  yang  di- berikan bukan kecepatan mencapai titik awal tracking.

## DAFTAR PUSTAKA
Hafiz,  M., dan Agustinah,  T, (2016)
Perancangan Kontroler  Fuzzy  PD untuk Kontrol Toleransi Kesalahan Senso, ejournal ITS.
Sun,  D,  dkk (2005) A  Model-Free  Cross- Coupled  Control  for  Position  Syn- crhronization  of  Multi-Axis  Motion Theory and Experiment”. IFAC.
0 10 20 30 40 50 -1 -0.5 0 0.5 1 Referensi Trial and Error 0 10 20 30 40 50 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 Referensi Analisa Gain
Vijay  danPhaba (2012) Position  tracking performance  of  AC  servomotor  based on  new  modified  repetitive  control strategy”.  IJRRAS_10_1_16,  V ol  10 Issue 1. Safitri,  E,  B,  dkk (2012) “Implementasi Kontroler  P-PI  Kaskade untuk Me- ningkatkan Keakuratan Mesin Bubut CNC  ”. JURNAL  TEKNIK  ITS  Vol
1.F75-F80.
Tunjung,  I., dan Iwan (2010) Pengontrolan
Suhu Menggunakan Metode FUZZY – PID  pada  Model  Sistem Hipertermia. ejournalundip. Hal 21-26.