Operational Amplifier sebagai Pengendali PI (Propotional Integral)

Pengendali PI merupakan gabungan atau penjaumlahan dari pengendali proposional dan pengendal integral. untuk mengingatkan kedua pengendali tersebut dapat dilihat di bawah ini,

Pengendali P (Propotional)

Kendali proporsional berfungsi untuk memperkuat sinyal kesalahan penggerak (sinyal error), sehingga akan mempercepat keluaran sistem mencapai titik referensi. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam penerapan dasar yang sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time. Pengontrol proporsional memiliki keluaran yang sebanding/proporsional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya).

Ciri-ciri pengontrol proporsional :

  1. Jika nilai Kp kecil, pengontrol proporsional hanya mampu melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat (menambah rise time).
  2. Jika nilai Kp dinaikkan, respon/tanggapan sistem akan semakin cepat mencapai keadaan mantapnya (mengurangi rise time).
  3. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan, akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil atau respon sistem akan berosilasi.
  4. Nilai Kp dapat diset sedemikian sehingga mengurangi steady state error, tetapi tidak menghilangkannya.

Hubungan antara input kontroler u(t) dengan sinyal error e(t) terlihat pada persamaan di bawah. Kp adalah konstanta proporsional. Diagram blok kendali proporsional ditunjukkan pada gambar di bawah.

Blok Diagram Pengendali Poporsional

Grafik pengaruh besar penguatan propotional (Gian) ditampilkan dengan gambar di bawah ini.

Bentuk Sinyal Respon Pengendali Proposional

Pada grafik di atas jika Gian (Kp) besar akan memberikan tegangan yang besar, tapi jika Gian kecil akan menghasilkan tegangan keluaran yang kecil sehingga daya yang akan dihubungkan ke alat berikutnya kecil pula.  

Pengendali I (Integral)

Kendali integral pada prinsipnya bertujuan untuk menghilangkan kesalahan keadaan tunak (offset) yang biasanya dihasilkan oleh kendali proporsional. Pengontrol Integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki kesalahan keadaan mantap nol (Error Steady State = 0 ). Jika sebuah pengontrol tidak memiliki unsur integrator, pengontrol proporsional tidak mampu menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan mantapnya nol.

Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai u(t)=[integral e(t)dT]Ki dengan Ki adalah konstanta Integral, dan dari persamaan di atas, G(s) dapat dinyatakan sebagai u=Kd.[delta e/delta t] Jika e(T) mendekati konstan (bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde system

Keluaran pengontrol ini merupakan hasil penjumlahan yang terus menerus dari perubahan masukannya. Jika sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, maka keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan. Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh kurva kesalahan / error.

Ciri-ciri pengontrol integral :

  1. Keluaran pengontrol integral membutuhkan selang waktu tertentu, sehingga pengontrol integral cenderung memperlambat respon.
  2. Ketika sinyal kesalahan berharga nil, keluaran pengontrol akan bertahan pada nilai sebelumnya.
  3. Jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menunjukkan kenaikan atau penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal kesalahan dan nilai Ki.
  4. Konstanta integral Ki yang berharga besar akan mempercepat hilangnya offset. Tetapi semakin besar nilai konstanta Ki akan mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal keluaran pengontrol.

Hubungan antara output kendali integral u(t) dengan sinyal error e(t) terlihat pada persamaan di bawah. Ki adalah konstanta integral. Diagram blok kontrol integral ditunjukkan pada gambar di bawah. gambar  diagram blok kontrol integral   Grafik pengaruh besar penguatan integral (Gian) ditampilkan dengan gambar di bawah ini.   Pada grafik di atas jika Gian (Ki) besar akan memberikan tegangan yang besar, tapi jika Gian kecil akan menghasilkan tegangan keluaran yang kecil sehingga daya yang akan dihubungkan ke alat berikutnya kecil pula.  

Pengendali PI (Proposional Integral)

  Blok diagram sistem yang dibuat seperti gambar di bawah ini.

Blok Diagram Pengendali PI Sistem Terbuka
Blok Diagram Pengendali PI Sistem Tertutup

  Rangkaian Error Detector dibuat dari operational amplifier sebagai penguat differensial yang tujuanya untuk mengatur sensitifitas dari Sensor LM35. Sensor LM35 dipasang pada konektor dengan posisi kaki 1 terhubung ke catu daya, kaki 2 terhubung ke masukan non inverting dan kaki 3 terhubung ke ground, seperti gambar di bawah. Keluaran operational amplifier penguat differensial dihubungkan ke rangkaian operational amplifier proposional dan integral yang dipasang paralel, agar masing-masing pengatur dapat diatur parameternya secara terpisah. Bentuk sinyal keluaran dari pengatur propotional dan integral dihubungkan ke operational amplifier sebagai penguat penjumlah untuk menggabungkan kedua sinyal dari pengatur proposional dan integral, seperti pada gambar di bawah ini.

Bentuk Sinyal Keluaran Pengendali PI

Skema rangkaian Operational Amplifier sebagai Pengendali PI di bawah ini.

Rangkaian Op Amp sebagai Pengendali PI

 

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *