Catan Pribadi: Kendali PID Analog

MENGUMPULKAN ARTIKEL BAGUS DI BLOG INI UNTUK BAHAN BACAAN AGAR TIDAK HILANG....

SUMBER ASLINYA DI AMBIL LANGSUNG DARI SINI:

1. https://www.dialog-semiconductor.com/sites/default/files/an-cm-250_position_and_speed_control_of_a_dc_motor_using_analog_pid_controller.pdf
2. https://neelpmehta.wordpress.com/analog-pid-control-using-op-amps/
3. https://www.nutsvolts.com/magazine/article/the_pid_controller_part_1

Pengendali Jenis P

Pengendali jenis P menguatkan sebesar P x Vin.  Misal jika P=10 dan Vin= 2 maka output kendali P adalah 10 x 2 = 20. 

Kendali ini sangat mudah diimplementasikan dengan penguat operasional/OpAmp, baik yang jenis inverting maupin non inverting.

Pengendali jenis Proporsional

 Vout = - [Vin * (Rf/Ri)]

Pengendali Jenis I

I adalah singkatan untuk integrasi. Anda dapat menganggap ini sebagai akumulasi (penambahan) kuantitas dari waktu ke waktu. Misalnya, Anda sekarang mengintegrasikan (menambahkan) informasi web  ini ke dalam memori pengetahuan Anda. Memori pengetahuan Anda memiliki variabel waktu dan pengetahuan. Sangatlah jelas bahwa kita semua tidak memiliki pengetahuan saat kita masih bayi, dan seiring berjalannya waktu memori pengetahuan kita akan bertambah.

Misalnya ini adalah integrasi tegangan masukan Vi seiring berjalannya waktu Gambar di bawah ini;

Kendali Jenis Integral

Vout = -1/(Ri.C)* Integral (Vin)
         = -1/(Ri.C) * (luas daerah dibawah fungsi) + nilai awal

Luas daerah di bawah grafik adalah komponen tegangan dan waktu. Mari kita periksa operasi integrator yang ideal. Kita dapat menyederhanakan matematika dengan membuat (1 / RC)=1,  (misalkan R 100 KΩ x C  10 μF = 1). Gambar di bawah menggambarkan hubungan input / output pengendali Jenis Integral.

Respon kendali Integral terhadap input 

Dari waktu 0 hingga 2 detik, input pengendali nilainya konstan 2 volt, maka output proses pengendali pada akhir periode waktu ini adalah -4 V (ada tanda negatif karena rangkainnya jenis inverting). Integrator telah mengumpulkan sinyal 2 V selama 2 detik. Sehingga jumlah tegangan dari waktu 0 hingga 2 detik = 4 V. Dari waktu 2 s/d 4 detik tidak ada sinyal yang diberikan ke pengendali, maka outputnya pengendali tidak berubah (tetap). Dalam Gambar ini, dapat dilihat bahwa output integrator berubah polaritas ketika sinyal input berubah polaritas.

Kendali Jenis D

Pengendali jenis Derivatif adalah mengukur tingkat perubahan Vin. Pengendali Diferensial yang ideal ditunjukkan pada Gambar 5. Sirkuit ini terlihat mirip dengan filter pelewat frekuensi tinggi yang Anda lihat dalam skema lain. Frekuensi rendah dilemahkan, sedangkan frekuensi tinggi diizinkan untuk lewat. 

Matematika yang menggambarkan derivatif adalah:

Vout = -RC * (kecepatan perubahan Vin)
       = -R.C * d(Vin)/dt

                                                          Gambar 5. Pengendali Jenis D

                                            Gambar 6. Output Pengendali Derivatif Sinyal Input-output

Tingkat perubahan setara dengan mengukur kemiringan garis (gradien). Kemiringan adalah ukuran dari perubahan tegangan dibagi dengan perubahan waktu. Dalam istilah matematika, ini ditulis  dv/dt. Jika kita menerapkan sinyal ramp (tanjakan) untuk masukan  kendali derivatif, kita mendapatkan tegangan output DC yang stabil.

Untuk menyederhanakan matematika, Misalkan R*C = 1. Dari t= 0  s/d 2 detik, tegangan input menanjak nail dari 0 s/d -4 volt, sementara waktu berubah 2 detik. Kemiringan garis ini adalah -2. Output dari kendali Derivatif  akan sama dengan +2  (ingat menggunakan jenis penguat inverting)

PENERAPAN KENDALI PID ~ KENDALI SERVO (POSISI)

Rangkaian detailnya

Rangkaian ini merupakan adaptasi dari kontroler PID yang disajikan oleh Profesor Jacob dalam bukunya, Industrial Control Electronics. Jenis sistem ini memiliki keunggulan penyetelan yang mudah. Rangkaian  ini juga sederhana dan mudah dibangun. Skema Rangkaian memiliki tata letak fisik yang sama dengan diagram blok. Op-amp U1 digunakan sebagai penjumlahan input set-point dan posisi motor yang diukur. Fungsi P, I, dan D  masing-masing diimplementasikan oleh U2, U3, dan U4.  Akhirnya, op-amp U5 menjumlahkan dari masing-masing kendali P, I, D. Kendali P dan I jenisnya inverting. Transistor Darlington telah ditambahkan ke U5 untuk meningkatkan arus ke level yang cukup untuk menggerakkan motor. Komponen P, I, dan D seperti yang disajikan sebelumnya dalam artikel ini. Setiap kendali memiliki resistor variabel untuk menyesuaikan nilai R. 

Pemilihan komponen untuk sirkuit ini tidak kritis. Variabel resistor harus multiturn (variable) untuk kemudahan penyesuaian. Op-amp keperluan umum dapat digunakan; Namun, U3 harus  tipe input FET. Desain FET lebih baik untuk integrator, karena tidak terjadi self-charger pada  kapasitor integrator. Quad op-amp - seperti LF347N ideal untuk aplikasi ini. Kapasitor besar diperlukan untuk bagian kendali  integrator dan diferensial. Nilai-nilai besar mengharuskan kapasitor elektrolitik digunakan. Kapasitor elektrolit dapat dioperasikan sebagai kapasitor non-terpolarisasi dengan menempatkan dua kapasitor secara seri, seperti yang ditunjukkan dalam skema.

PENGUJIAN

Sebelum kita dapat menguji sirkuit Pengendali PID, kita perlu tahu bagaimana respons terhadap perintah dan bagaimana masing-mansing jenis kendali P, I, dan D.  Anda dapat menggunakan function generator untuk memverifikasi setiap tahapan. Lihat bagaimana masing-masing tahapan merespons terhadap bentuk gelombang sinus, kotak, dan segitiga. Ingatlah untuk menggunakan frekuensi rendah - kurang dari 10 Hz. Frekuensi ini kira-kira sama dengan sistem motor servo.

Komponen yang digunakan;
1. IC opamp  LM 347N (isinya 4 OpAmp),
lebih lengkap klik ini 

https://www.dialog-semiconductor.com/sites/default/files/an-cm-250_position_and_speed_control_of_a_dc_motor_using_analog_pid_controller.pdf


Alternatif lain Anda bisa coba praktekkan dari percobaan  NEEL MEHTA