OPTIMASI ANALISIS SISTEM

ANALISA SISTEM TEKNIK (System Analysis of Engineering)

Referensi :

1.      Bolton W, Mechatronics Electronic Control Systems In Mechanbical Enginering

2.      Donal G Schultz and James L Melsa, State Function and Linear Control System, Mc Graw- Hill.

3.      Distefano J.J.dkk, 1984, Sistem Pemgendalian dan Umpan Balik, Seri buku Schaum, Erlangga, Jakarta.

4.      Friedland Bernard, 1987, Control System Design, McGraw-Hill Book Company

5.      Gene. H, Hosteter., dkk, 1982, Design of Feedbaces control systems, Holt Saunders International

6.      Jamshidi M, Malek Z, 1986, Linear Control System  A Computer-aided          Approach, Pergamon Press.

7.      Nagrath I.J, M Gopal,  Control Systems engineering Second Edition, John Wiley & Sons

8.      Nagrath I.J, M Gopal,  Systems Modelling and Analysis, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, New Delhi.

9.      Raven, Francis H, 1995, Automatic Control Engineering Fifth Edition, McGraw-        Hill Intrernationan Editins

10.  Richard C. Dorf, 1983, Sistem Pengaturan,Erlangga, Jakarta

11.  Doyle, J . C ., Francis, B . A. und Tannenbaum, A. R. : Feedback control theory, Macmillan publishing company, 1992.

12.  Follinger, O. Regelungstechnik, Huthig, 1991.

13.  Kuhlenkamp, A Regelkreis und Regelstrecke, Deutsche Verlags Anstalt, 1965.

14.  Leonhard, W Einfuhrung in die regelungstechnik, Vieweg, 1987.

15.  Leonhard, W. Regelung in der elektrischen Energieversorgung, Teubner Studienbucher, 1980.

16.  Maciejowski, J. M.: Multivariable feedback design, Addison wesley Publishing Company,1989.

17.  Nagrath, I J and Gopal, M: Control Systems Engineering, Second edition, Wiley Eastern Limited, 1982.

18.  Pestel, Eduard and Kollmann, Eckhard: Grundlagen der Regelungstechnik, Friedr. Vieweg & Sohn, 1961.

19.  Reuter, Manfred: Regelungstechnik fur Ingenieure, Friedr. Vieweg & Sohn, 1981.

20.  Shahian, B. and Hassul, M.: control system using Matlab, Prentice Hall, 1993.

Pendahuluan

Kontrol automatic telah memegang peranan yang sangat penting, dalam perkembangan ilmu dan teknologi seperti perkembangan pada pengaturan pesawat ruang angkasa; peluru kendali; system pengendali pesawat.

Begitu pula system pengaturan telah menjadi bagian yang penting dan terpadu dalam proses-proses pada industri modern missal:

1.  Sebagai pengontrol tekanan

2.  Sebagai pengontrol temperature

3.  Sebgai pengontrol kelembaban

4.  Sistem aliran dalam proses industri

Kegiatan pengontrolan dan monitoring yang biasa dilakukan manusia bisa digantikan perannya dengan menerapkan prinsip otomasi. Kegiatan kontrol yang dilakukan secara berulang-ulang, kekurang-presisi-an manusia dalam membaca data, serta resiko yang mungkin timbul dari sistem yang dikontrol semakin menguatkan kedudukan alat/mesin untuk melakukan pengontrolan secara otomatis.

Piranti-piranti pengontrol otomatis ini sangat berguna bagi manusia. Apalagi jika ditambah dengan suatu kecerdasan melalui program yang ditanamkan dalam sistem tersebut akan semakin meringankan tugas-tugas manusia. Akan tetapi secerdas apapun sebuah mesin tentu masih membutuhkan peranan manusia untuk mengatur dan mengontrol piranti-piranti ini. Otomasi kontrol bukan untuk menggantikan sepenuhnya peranan manusia, tetapi mengurangi peranan dan meringankan tugas-tugas manusia dalam pengontrolan suatu proses.

Dengan adanya perkembangan teknologi, maka mata kuliah Analisis  Sistem Teknik Kendali (control automatic) memberikan kemudahan dalam :

1. Mendapatkan performansi dari sistem Dinamik,
2. Dapat mempertinggi kualitas produksi
3. Menurunkan biaya produksi,
4. Mempertinggi laju produksi,
5. Dan meniadakan pekerjaan- pekerjaan rutin yang membosankan, yang harus dilakukan oleh manusia.

Sejarah Perkembangan Teknik Kendali :

Perkembangan teknik kendali begitu sangat pesat dimulai dari :

1.      Karya pertama dimulai abad 18, control automatic, governor sentrifugal, sebagai pengatur kecepatan mesin uap  oleh James Watt

2.      Pada tahun 1922, control automatic pengemudi kapal laut oleh Minosky

3.      Pada tahun 1932, Kestablilan system loop tertutupdan terbuka terhadap masukkan tunak( steady state ) sinusoidal

4.      Pada tahun 1934, Diperkenalkan istilah servomekanis untuk system control posisi, dalam hal ini membicarakan desain servo mekanis relay dengan masukkan yang berubah-ubah.

5.      Selama dasawarsa 40 tahun hingga 50 tahun kemudian, metoda dalam system desain system control linear berumpan balik benar-benar telah berkembang.

6.      Pada tahun 1960 an, kemudian dikembangkan kedalam bentuk multimasukkan /keluaran karena kompleknya “Plant” modern dan persyaratan yang keras pada tingkat ketelitian.

 Didalam perkuliahan Analisis Sistem Teknik mencakup anatar alain :

1. Pengertian dan Pengaturan
2. Analisis dan perancangan, system khususnya system listrik.

Adapun pengturan ( Control Engineering ) berkepentingan untuk mengerti dan mengatur serta mengendalikan bagian-bagian lingkungan yang disebut “ SISTEM” yang mana system tersebut mempunyai tujuan untuk menghasilkan “Produk” yang menghsilkan mempunyai “nilai ekonomis” bagi si pemakai/pengguna.

            Teknik pengaturan system dilaksanakan berdasarkan dari dasar-dasar teknik “umpan balik”(feedback) dan analisis system secara linear.

Maka dengan mencakup konsep-konsep teori jaringan (Network theori) akan mendapatkan suatu analisis system pengaturan dan pengendalian pada hasil keluaran (output) yang dikehendaki.

Dengan demikian didalam permasalahan “Analisis  Sistem Teknik” akan dibahas masalah:

• System dan model system, juga perumusan matematis system yang ditinjau dan serta cara  penyelesaiannya.
• Untuk teknik umpan balik (feedback ) adalah merupakan salah satu proses paling dasar dan hamper terdapat di semua system dinamik antara lain :

-          Hal-hal yang berkaitan dengan diri manusia

-          Hubungan antara manusia dengan mesin-mesin

-          Peralatan-peralatan yang saling menunjang.

Sehingga  akibat teori system pengendalian umpan-balik akan terus berkembang sebagai suatu disiplin ilmu tertentu, dan akan berguna untuk menganalisa dan merancang system pengendalian secara praktis piranti teknologi lainnya.

Agar supaya dapat memahammmi dalam hal tersebut diatas maka diperlukan pengertian pengetahuan dasar-dasar ilmu antara lain:

• Dasar-dasar ilmu fisika
• Dasar-dasar kalkulus
• Dasar-dasar matematika
• Komponen-komponen listrik dan mekanis serta wataknya.

Sehingga alat matematis yang diperlukan meliputi berbagai tofik yang antara lain:

• Penyelesaian permaslahan dengan persamaan deferensial dan integral
• Transformasi Laplace dan variable-variable kompleks.

# Sistem pengendalian digolongkan menjadi 2 yaitu :

1. Sistem Pengendalian “Untai Terbuka” (Open loop system ), adalah sustu system yang tindakan pengendaliannya bebas dari keluarannya.

Keunggulannya:

-          Konstruksinya sederhana

-          Lebih murah dari system tertutup

-          Tidak ada masalah dengan ketidak  stabilan

-          Ketelitian kerjanya ditentukan oleh kaliberasi

Kelemahannya:

-          Gangguan dan perubahan kalinberasi, akan menimbulkan kesalahan, sehingga keluaran tidak seperti yang dikehendaki.

-          Untuk menjaga kualitas yang diperlukan pada keluaran diperlukan kaliberasi ulang pada setiap waktu tertentu.

2. Sistem Pengendalian “Untai Tertutup”(Closed Loop System ), adalah suatu system yang tindakan pengendalianya tergantung pada keluarannya.

Ciri-cirinya antara lain:

-          Mampu untukmeningkatkan ketelitian, sehingga dapat terus menghasilkan kembali inputnya.

-          Dapat mengurangi kepekaan perbandingan keluarran terhadap masukkan untuk perubahan cirri-ciri system.

-          Mengurangi akibat ketiklinearan dan distorsi.

Sehingga system adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama-sama dan dapat menjalannkan tugas-tugas tertentu antara lain:

-          Sistem Elektris

-          Sistem Mekanis

-          Sistem Thermis

-          Sistem Biologis

-          Sistem Kehidupan sehari-hari manusia

-          Dll.

Dengan demikian system pengendalian atau (feetback control system): yaitu suatu system dimana harga sesaat dari output, selalu dinilai dan dibandingkan dengan input, dengan demikian akan menghasilkan output yang dikehendaki.

Akibat, Dengan demikian input dikurangi “Output” akan menghasilakn sinyal penggerak akan mengakibatkan “Error Signal” yang mengatur system, sehingga menghasilkan Output yang diinginkan.

Input ( Masukkan ) : Umpan/Feed yang diterapkan ke suatu

                                     system pengendalian dari sumber energi, biasanya agar

                                     menghasilkan tanggapan tertentu dari system yang

                                     dikendalikan.

Output (keluaran)   : Tanggapan sebenarnya yang diperoleh daari sebuah system

                                      pengendalian.

Plant ( Proses )        : Seperangkat peralatan yang terdiri dari atau sebagian mesin

                                     yang bekerja secara bersama-sama dan digunakan untuk

                                     suatu “ Proses”

Proses                       : Merupakan suatu bagian operasi atau perkembangan

                                     alamiah, yang berlangsung secara kontinyu ( Continue ),

                                     yang ditandai oleh suatu deretan perubahan kecil yang

                                     berurutan, dengan cara yang relative tetap, untuk

                                     mendapatkan suatu ahkiran yang dikehendaki.

Gangguan                :  gangguan bila ada, memungkinkan suatu sinyal yang

                                     cendearung mempunyai pengaruh yang merugiakan pada

                                     harga keluaran system.

Persolan-persoalan dalam system pengendalian

Persolan pokok dalam analisis sitem dalam sintesa sebuah system pengendalian anatara lain :

1.      Waktu gejala peralihan ( Transient period ) : yaitu  setiap system pengendalian/pengaturan diharapkan mempunyaim transient time (waktu untuk gejala peralihan ) sekecil mungkin, artinya dapat proses sesingkat-singkatnya, sehingga harga keluarannya sesuai dengan yuang diinginkan. Tetapim dengan transient time yangkecil, keluaran dakan mempunyai simpangan dan atau osilasi yang besar dalam menuju harga yana lebih besar ( semakin meningkat ).

2.      Waktu steady state ( setelah wahtu gejala peralihan dianggap selesai ), disini ada 2 hal yang sangat penting yaitu:

a.   Adanya kesalahan (steady state error ) ialah output yag sebenarnya tidak sama dengan output yang diinginkan.

b.  Besarnya kesalahan steady state error dari kedua system tersebut sangat dipengaruhi oleh “ type system” dan macam “input”

3. Kestabilan : Yaitu suatu system menentukan apakah system itu mempunyai besaran-besaran (terutama outputnya ) dengan harga yang sangat besar atau diluar batas-batas penilaian kita.

  

Contoh : Open Loop System

Yaitu : akibat pengaruh output kepada input melalui operator ( Manusia ) 

Closed loop control System: Yaitu pengaruh output ke input disebut “ feedback “ yang berarti suatu komponen keadaan tiap saat dari output (akibat) diberitaukan ke input ( penyebab ). Jadi “ Input dan output berasama-sama mengatur kerja system sampai output mencapai harga yang diinginkan.

B ( bimetal ) : yang terdiri dari dua buah keeping logam yang mempunyai koefisient expansitermal (ά ) yang berlainan dan dilekatkan menjadi satu. Dengan adanya perbedaan expansitermal tersebut, bila bimetal dipanaskan atau didinginkan akan mengalammi perubahan bentuk, atau berubah bentuk sehingga terjadi perubahan pada jari-jari tertentu.

Elemen-elemen Listrik

1.         Elemen Listrik Pasif : Adalah elemen listrik yang mempunyai sifat menerima/membutuhkan tegangan listrik.

·     Resistor

·     Capasitor

·     Induktor

2.         Elemen Listrik Aktif : Adalah elemen listrik yang mempunyai sifat membangkitkan   atau memberikan tenaga listrik.

·     Sumber  Arus

·     Sumber  tegangan

Komponen-komponen  Listrik

Resistor : Adalah suatu hambatan dari suatu benda sebagai penghantar atau Isolator.

Besarnya hambatan (Resistansi ) dari bahan dapat dirumuskan sebagai berikut :

Besarnya tahanan suatu bahan /material tergantung pada :

      dimana :      R = Besarnya Hambatan  ( Ω )

                                                                      ρ = Hambatan Jenis  (Ωm )

                                                                      L = Panjang bahan   ( m )

                                                                      A = Luas penampang  ( mm² )

Hambatan yang sengaja dibuat untuk tujuan tertentu misalnya, akan dipakai untuk membatasi arus yang akan mengalir sehingga memberikan tegangan tertentu :

Maka dapat dikatakan sebagai penghantar ( Konduktor ): karena mempunyai nilai tahanan yang rendah. Seperti

-          Logam

-          Logam Campuran

-          Larutan asam

-          Dll

Disebut sebagai Isolator karena mempunyai hambatan isolasi yang tinggi

Misal : Mika, gelas, Karet, PVC

Sedangkan Hubungan Tahnan ( R ) dengan temperature ( T ) adalah :

 

                                                                                        Sudut Linear selalu sama pada

                                                                                        Umumnya, bila temperature naik                                                                                Nilai tahnan ( R ) juga ikut

                                                                                        naik.Apabila kenaikkannya

                                                                                        linear,  maka hubungan antara

                                                                                        R dan T

                                                                                          dimana :

                                                                              R₀ = Tahanan pada 0⁰C                                                      Rt = Tahanan pada  t⁰C   

                                  T = Temperature                                             ά =  Koefisien suhu tahanan