Sistem Kendali: Open Loop dan Close Loop

Sistem Kendali: Open Loop dan Close Loop

Bismillah, apa kabar sahabat-sahabatku. Hemm sudah lama sahabatmu ini tidak berbagi cerita kembali. Pada kesempatan ini, saya ingin berbagi bagaimana hirup pikuk tugas ketika sedang belajar heee. Semoga bagi sahabat-sahabat yang perlu referensi untuk pengembangan ilmu sahabat bisa diambil manfaatnya.

SISTEM KENDALI

1.      Pendahuluan

Seiring dengan perkembangan ilmu dan teknologi dewasa ini sistem kendali manual maupun automatik memiliki peran yang sangat penting. Peranan sistem kendali automatik adalah paling menonjol dalam berbagai keperluan hajat manusia atau bangsa yang telah maju peradabannya.  Contoh konkrit dapat kita temui  pada  pengendalian  pesawat  ruang  angkasa,  peluru  kendali,  sistem pengemudi pesawat, satelit, dan sebagainya.   Sementara di industri diperlukan untuk pengendalian mesin-mesin produksi bidang manufaktur dan pengendalian proses seperti tekanan, temperatur, aliran, gesekan, kelembaban, dan sebagainya.

Kemajuan sistem kendali automatic dalam bentuk teori maupun praktik akan memberikan kemudahan dalam mendapatkan unjuk kerja sistem dinamik, mempertinggi kualitas, menurunkan biaya produksi dan penghematan energi. Tingkat kemajuan ini dicapai tidak secara tiba-tiba, melainkan melalui sejarah perkembangan yang cukup panjang.   Tepatnya adalah  sejak ditemukannya governor sentrifugal sebagai pengendalian kecepatan mesin uap yang dibuat oleh James Watt pada abad ke-18.  Pada tahun 1922, Minorsky membuat alat kendali automatik  untuk  pengemudian  kapal  dan  menunjukkan  cara  menentukan kestabilan dari persamaan diferensial yang melukiskan sistem.  Pada tahun 1932, Nyquist  mengembangkan  suatu  prosedur  yang  relative  sederhana  untuk menentukan kestabilan loop tertutup.  Pada tahun 1934, Hazen memperkenalkan servomekanik untuk sistem kendali posisi. Pada tahun 1940 hingga 1950 kendali linier berumpan balik dan metode tempat kedudukan akar dalam desain sistem kendali.

Metode respon frekuensi dan tempat kedudukan akar yang merupakan inti teori sistem kendali klasik, akan mendasari pembahasan sistem yang stabil yang memenuhi persyaratan unjuk kerja untuk sembarang sistem pengendalian. Sejak akhir tahun 1950, penekanan desain sistem kendali telah beralih kesalah satu dari beberapa sistem yang bekerja menjadi desain satu sistem optimal.  Teori klasik yang membahas sistem satu masukan satu keluaran, semenjak tahun 1960 sudah tidak dapat digunakan untuk sistem multi masukan dan multi keluaran.  Dengan kata lain bahwa sistem kendali multi masukan-multi keluaran menjadi semakin kompleks, sehingga pemecahannya memerlukan banyak persamaan.  Lebih jauh dari itu, logis bila memerlukan peralatan Bantu yang memadai seperti penggunaan komputer analog maupun digital secara langsung.  Semenjak itu pulalah sistem kendali modern dikembangkan guna mengatasi kompleksitas yang dijumpai pada berbagai sistem pengendalian yang menuntut ketelitian tinggi dan cepat dengan hasil akhir (output) optimal.  Oleh sebab itu wajar bila suatu industri besar dan modern sangat memerlukan tenaga ahli dalam perencanaan sistem kendali dan teknisi profesional sebagai operator dari berbagai disiplin ilmu yang saling terkait.

Materi sistem kendali yang akan disajikan disini penekanannya pada teori klasik, yaitu sistem satu masukan satu keluaran berumpan balik maupun tanpa umpan balik. Namun demikian sistem kendali multi masukanmulti keluaran yang melibatkan peralatan mikroprosesor/ mikrokomputer pun akan disajikan pula dengan porsi yang relative sedikit. Dengan demikian materi sistem kendali yang disajikan di sini sebagian besar berfokus pada sistem loop tertutup (closed-loop system).

  1. 2.      Kendali Loop Tertutup Dan Loop Terbuka

 

  1. Sistem Kendali Loop Tertutup.

Sistem kendali loop tertutup   (closed-loop control system) adalah sitem kendali yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung terhadap aksi pengendaliannya.  Dengan kata lain sistem kendali loop tertutup adalah sistem kendali berumpan-balik.  Sinyal kesalahan penggerak, yang merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan-balik (yang dapat berupa sinyal keluaran atau suatu fungsi sinyal keluaran dan turunannya), diumpankan ke elemen kendali untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran sistem mendekati harga yang diinginkan.  Hal ini berarti bahwa pemakaian aksi umpan-balik pada loop tertutup bertujuan untuk memperkecil kesalahan sistem.

Diagram yang menyatakan hubungan antara masukan dan keluaran dari suatu sistem loop tertutup ditunjukkan pada Gambar   I. A.   Sementarauntuk memahami konsep sistem kendali loop tertutup, perhatikan sistem pengaturan tegangan keluaran generator dc dengan penggerak mula turbin uap sebagaimana ditujukkan pada Gambar I. B.

Melalui observasi mata terhadap voltmeter yang terpasang pada terminal keluaran generator, operator dengan cepat mengetahui penyimpangan (kesalahan) jarum penunjuk tegangan dari tegangan kerja yang diharapkan dan secepat itu pulalah is harus segera bertindak untuk mengatasi pada kedudukan normalnya. Walhasil operator harus berusaha membuat penyimpangan atau kesalahan jarum penunjuk voltmeter sekecil mungkin bahkan nol, dengan memutar handle katup pengatur catu uap ke kanan atau ke kiri tergantung arah simpangan jarum penunjuk yang sesekali lebih besar atau lebih kecil dari tegangan yang ditetapkan. Mengingat balikan keluaran (tegangan generator dc) selalu dibandingkan dengan masukan acuan dan aksi pengendalian terjadi melalui aksi operator, maka sistem ini disebut sistem kendali manual berumpan-balik (manual feedback control system) atau sistem kendali manual loop tertutup (Manual Close Loop System).

 

Gambar 1. Sistem kendali berumpan-balik dari sebuah PLTU (a) dan diagram blok sistem loop tertutup (b)

Seandainya elemen kendali automatik digunakan untuk menggantikan operator manusia seperti ditunjukkan pada Gambar 2, sistem kendali tersebut menjadi automatik, yang biasa disebut sistem kendali automatik berumpan-balik atau sistem kendali automatik loop tertutup. Posisi katup pengatur laju aliran uap (elemen kendali) automatik akan mengatur tekanan aliran uap guna memperoleh putaran turbin dan poros generator sehingga didapat tegangan keluaran yang diharapkan. Tegangan  keluaran  generator yang sebenarnya diukur dengan menggunakan  voltmeter  untuk  dibandingkan  dengan  tegangan  yang  telah ditetapkan (sinyal referensi) sehingga dihasilkan sinyal kesalahan penggerak. Sinyal  kesalahan yang dihasilkan elemen kendali  automatik diperkuat,  dan keluaran elemen kendali dikirim ke motor kecil mengubah posisi katup aliran catu uap pengatur putaran turbin dan poros generator untuk mengoreksi tegangan keluran yang sebenarnya. Jika tidak terdapat penyimpangan atau kesalahan tegangan, maka tidak terjadi perubahan posisi katup pengatur aliran catu uap.

Sistem kendali manual berumpan-balik dan sistem kendali automatik berumpan-balik tersebut di atas memiliki prinsip kerja yang sama. Garis pandang mata operator analog dengan detektor kesalahan, otaknya analog dengan elemen kendali automatik dan tangannya analog dengan aktuator.

 

Gambar 2. Pengatur tegangan sederhana

Pengendalian suatu sistem  yang kompleks dengan operator manusia sungguh tidak efektif, karena terdapat beberapa timbal-balik antara beberapa variable.  Kita ketahui bahwa, dalam sistem yang sederhanapun sistem kendali automatik dapat menghilangkan setiap kesalahan operasi yang disebabakan oleh manusia. Dengan kata lain bila memerlukan pengendalian presisi tinggi, pengendalian sistem harus automatik. Beberapa contoh antara lain semua sistem servomekanisme, sistem pengendali proses, pemanas air automatik, almari es, sistem pemanas ruangan automatik dengan termostatik, dan sebagainya.

  1. Sistem Kendali Loop Terbuka

Sistem kendali loop terbuka (open loop control system) adalah sistem kendali yang sinyal keluarannya tidak berpengaruh terhadap aksi pengendaliannya. Dalam hal ini sinyal keluaran tidak diukur atau diumpanbalikan untuk dibandingkan dengan sinyal masukannya. Gambar 2 Menunjukkan hubungan masukan keluaran suatu sistem kendali loop terbuka. Sebuah contoh praktis adalah mesin cuci (washing machine). Sejak perendaman, pencucian dan pembilasan pada me sin cuci ini tidak mengukur sinyal keluaran, misalnya kebersihan pakaian yang dicuci. Contoh lain yaitu pengendalian atau pengaturan lampu lalu-lintas yang operasinya juga berdasarkan basis waktu. Pada sistem ini tidak memperhitungkan perubahan arus lalu-lintas yang terjadi pada setiap persimpangan jalan. Tepatnya adalah kendaraan yang dapat lewat saat lampu hijau menyala tidak harus sarna dengan banyaknya kendaraan yang masuk atau antri pada ruas jalan yang bersangkutan, karena dibatasi oleh waktu nyala lampu yang sudah ditetapkan.

Jadi pada sistem kendali loop terbuka, keluaran tidak dibandingkan dengan masukan acuannya. OIeh sebab itu, untuk setiap masukan acuan terdapat suatu kondisi operasi yang tetap. Perlu diketahui bahwa sistem kendali loop terbuka harus dikalibrasi dengan hati-hati, agar ketelitian sistem tetap terjaga dan berfungsi dengan baik. Dengan adanya gangguan (disturbances), sistem kendali loop terbuka tidak dapat bekerja seperti yang diharapkan. Kendali loop terbuka dapat digunakan dalam praktek hanya jika hubungan masukan dan keluaran diketahui dan jika tidak terdapat gangguan internal maupun gangguan eksternal. Dengan demikian jelas bahwa sistem semaeam ini bukan sistem kendali berumpan-balik. Demikian pula bahwa setiap sistem kendali yang bekerja berdasar basis waktu adalah sistem loop terbuka.

SUMBER

 

Staff UNY. (-). Dasar Sistem Kendali BAB 1. Dipetik Februari 05, 2014, dari Universitas Negeri Yogyakarta: http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/Dasar%20Sistem%20Kendali%20BAB%201.pdf

 


Leave a Reply