Pengertian dan Istilah Penting dalam Sistem Kontrol

Sistem kontrol memiliki peran penting dan mendasar di hampir semua cabang sains dan teknologi. Kontrol otomatis misalnya. Merupakan bagian penting dalam sistem robotik, sistem manufaktur dan industri lainnya yang memerlukan pengontrolan/ pengaturan suhu, tekanan, aliran, level dan lain-lain. Oleh karena itu, para engineer dan scientist biasanya sudah familiar dengan teori dan praktikal sistem kontrol.

Sejak kapan sistem kontrol mulai digunakan?

Sistem kontrol pertama diterapkan pertama kali oleh James Watt pada cetrifugal governor-nya di abad ke-18. Alat ini dibuat oleh James Watt untuk mengontrol kecepatan mesin uap secara otomatis. Pada periode selanjutnya, sistem kontrol mulai banyak diterapkan, antara lain:

  • Pada tahun 1922, Minosky membuat kontroler otomatis untuk mengendalikan pesawat. Minosky berhasil menunjukkan bahwa kestabilan ditentukan oleh persamaan diferensial di dalam sistem.
  • Pada tahun 1932, Nyquist membuat sebuah prosedur sederhana untuk menentukan kestabilan sistem lup tertutup berbasis respon sistem open lup terhadap masukan sinus.
  • Pada tahun 1934, Hazen memperkenalkan istilah servomechanism sistem kontrol posisi.
  • Pada tahun 1940an, metode respon frekuensi khususnya metode diagram Bode mulai diperkenalkan. Metode ini terbukti dapat digunakan untuk mendesain sistem linear lup tertutup yang memenuhi performa yang diinginkan.
  • Pada tahun 1940an dan 1950an, beberapa industri mulai menggunakan kontroler PID untuk mengontrol tekanan, suhu dan yang lainnya. Di saat yang sama, Ziegler dan Nichols memperkenalkan sebuah cara tuning kontroler PID yang disebut metode Ziegler-Nichols. Kemudian dilanjutkan dengan ditemukannya metode root-locus untuk tuning PID oleh Evans.
  • Pada tahun 1960, teori kontrol modern mulai digunakan. Teori ini diterapkan dengan berdasarkan pada sintesis dan analisis domain waktu menggunakan variabel state. Perkembangan sistem kontrol ini sejalan dengan permasalahan kontrol yang juga semakin kompleks seiring berjalan waktu. Ditambah lagi tuntutan akurasi, presisi dan parameter lain juga semakin meningkat.
  • Antara tahun 1960 sampai dengan 1980, penelitian mulai difokuskan pada kontrol optimal dan adaptif untuk sistem kompleks.
  • Sejak tahun 1980 sampai dengan 1990, pengembangan teori kontrol modern difokuskan pada kontrol robust dan topik terkait.
  • Saat ini, teori kontrol modern terus dikembangkan terutama dalam hal mode kontrol. Jika di periode-periode sebelumya hanya dikenal kontroler PID, saat ini penelitian kontoler mulai mengarah ke kontrol cerdas dan artificial intelligent.

Itulah sejarah singkat tentang perkembangan sistem kontrol. Mulai dari yang hanya menggunakan servomechanism, sampai ditemukannya teori kontrol modern.

Lalu, apa dan bagaimana isi dari teori kontrol modern tersebut?

Secara singkat begini.

Teori kontrol modern didasari oleh analisis domain waktu pada sistem persamaan diferensial. Teori ini dibuat untuk menyederhanakan perancangan sistem kontrol. Dengan cara apa? dengan cara pendekatan pada model sistem kontrol yang sebenarnya.

Nah, sebelum saya melanjutkan lebih mendetail tentang teori kontrol modern dalam sistem kontrol. Saya akan menjelaskan beberapa istilah atau terminologi yang perlu dipahami. Apa saja terminologi tersebut? Berikut ulasannya.

Set point

Merupakan nilai yang ditetapkan sebagai acuan untuk controlled variabel. Atau gampangannya, set point adalah nilai yang diinginkan menjadi nilai keluaran dari sistem kontrol. Jadi, suatu sistem kontrol harus mampu membuat nilai controlled variable sama dengan set point.

Controlled Variable

Controlled variable atau yang biasa disingkat CV adalah besaran atau kuantitas yang dikontrol agar selalu bernilai sesuai yang diinginkan. Umumnya, CV ini adalah keluaran dari sistem.

Manipulated Variable

Manipulated variable atau MV adalah besaran yang dikendalikan final control element sehingga memberikan efek kontrol pada CV.

Error Signal

Error signal atau sinyal kesalahan adalah selisih antara set point dan controlled variable. Sinyal ini yang akan menjadi masukan untuk kontroler.

Control Signal

Control Signal atau sinyal kontrol adalah sinyal keluaran dari kontroler sebagai efek dari adanya error signal yang masuk. Sinyal kontrol ini yang diberikan kepada final control element untuk mengendalikan manipulated variable agar tujuan sistem kontrol dapat dicapai.

Plant

Dalam buku Modern Control Engineering karya Katshuhiko Ogata, plant didefinisikan sebagai bagian dari sebuah peralatan, yang mungkin saja berupa kumpulan beberapa mesin yang bekerja bersama untuk menghasilkan manfaat atau fungsi tertentu. Contohnya seperti motor DC, tangki reaktor, heating furnace dan lain-lain. Selain plant, dalam beberapa literatur sering digunakan juga istilah ‘proses’. Istilah ini digunakan untuk menyatakan proses yang terjadi dalam plant tertentu. Misalnya, pada sistem kontrol ketinggian air pada plant tangki reaktor, proses-nya adalah level. Misalnya lagi, pada sistem kontrol panas pada plant heating furnace, proses-nya adalah temperatur/ suhu. Bisa dipahami kan?

Disturbance

Disturbance atau gangguan adalah kuantitas dan/atau keadaan di sekitar sistem kontrol yang dapat mengganggu performa dari sistem kontrol itu sendiri. Gangguan ini harus bisa diatasi oleh kontroler. Makanya, sistem kontrol yang baik adalah sistem kontrol yang dapat meminimalisir efek gangguan terhadap performa yang dihasilkan sistem kontrol.

Sensing/ Measuring element

Merupakan device yang berfungsi untuk mengukur controlled variable. Untuk apa diukur? Untuk dibandingkan dengan set point, apakah sudah sama atau belum. Sensing elemen bisa berupa sensor, transduser ataupun transmitter.

Kontroler

Merupakan device yang berfungsi menghasilkan sinyal kontrol sebagai masukan untuk final control element dalam mengendalikan manipulated variable. Bisa dikatakan, kontroler adalah ‘otak’ dari sistem kontrol, karena berhasil tidaknya sistem kontrol bergantung pada kontroler.

Final control element

Sering disebut juga aktuator, final control element merupakan device yang berfungsi mengendalikan manipulated variable berdasarkan sinyal kontrol yang diberikan oleh kontroler.

Sistem

Makna dari sistem cukup luas dan dapat diimplementasikan dalam semua bidang. Definisi sistem adalah kumpulan dari beberapa komponen yang berkolaborasi dan bersinergi untuk mencapai tujuan tertentu. Konsep sistem tidak hanya didefinisikan untuk objek fisik. Sistem dapat berupa sesuatu yang abstrak. Contohnya sistem perokonomian, sistem perbankan dan lain-lain. Atau dalam tubuh manusia juga ada sistem, seperti sistem penafasan, sistem pencernaan dan lain-lain.

Dari definisi beberapa terminologi di atas, maka dapat kita simpulkan pengertian dari sistem kontrol.

Sistem kontrol adalah kumpulan dari beberapa kuantitas (set point, error signal, control signal dst) dan device (kontroler, aktuator, plant, dst) yang saling bekerja sama dan bersinergi untuk mencapai tujuan perancangannya.

Untuk mempermudah pemahaman tentang struktur sistem kontrol, dilakukan generalisasi ke dalam bentuk diagram blok berikut ini.

Diagram blok sistem kontrol secara umum
Diagram blok sistem kontrol secara umum (sistem kontrol lup tertutup)

Sistem kontrol dengan diagram blok seperti di atas disebut juga sistem kontrol lup tertutup (closed-loop control system). Closed-loop control systemmerupakan salah satu jenis metode kontrol. Selain closed-loop control system, sebenarnya masih ada beberapa metode kontrol yang lain. Apa saja dan bagaimana prinsip kerjanya? berikut ulasannya.

Metode kontrol secara umum

Closed-loop control system. Sistem kontrol yang memanfaatkan perbedaan/selisih antara nilai keluaran dan nilai set point untuk men-generate sinyal kontrol disebut closed-loop control system. Nilai keluaran dari sistem diukur oleh sensing element dan dibandingkan dengan set point. Selisih antara keduanya (disebut error signal) digunakan oleh kontroler untuk menghasilkan sinyal kontrol.

Contohnya, sistem kontrol suhu ruangan. Kita mengatur suhu ruangan (disebut set point) melalui remote AC (Air Conditioner). Pada saat yang sama, sensor suhu pada AC akan mengukur suhu ruangan. Selisih antara suhu ruangan dan suhu set point tersebut yang kemudian digunakan oleh kontroler dalam AC untuk men-generate sinyal kontrol. Semakin besar selisihnya, maka semakin keras kompresor AC bekerja. Sampai kemudian AC berhenti bekerja sejenak ketika suhu telah mencapai steady state (error signal mendekati 0 (nol)). Ketika suhu ruangan naik lagi, maka akan diperoleh error signal yang membuat kontroler kembali men-generate sinyal kontrol. Sehingga kompresor kembali bekerja.

Closed-loop control system sering disebut juga sebagai feedback control system (sistem kontrol umpan balik). Biasanya istilah lup tertutup memang selalu mengacu terhadap adanya aksi kontrol feedback untuk mengurangi error. Kebalikan dari sistem lup tertutup adalah sistem lup terbuka (open-loop control system).

Open-loop control system. Sistem yang hanya mengandalkan set point untuk meng-generate sinyal kontrol disebut open-loop control system. Dengan kata lain, dalam sistem kontrol ini tidak ada sensing/measuring element.

Diagram blok sistem kontrol lup terbuka
Diagram blok sistem kontrol lup terbuka

Contoh gampangnya adalah mesin cuci. Tidak ada set point pada sistem mesin cuci. Sistem bekerja secara sekuensial dengan pemrograman timing saja. Merendam 10 menit, dilanjutkan mencuci 30 menit, lalu membilas 20 menit dan terakhir mengeringkan 10 menit. Tidak ada feedback dalam sistem tersebut. Sehingga sistem tidak memberikan respon terhadap hasil pencucian, bersih atau tidak.

Dari penjelasan di atas, jelas bahwa sistem lup tertutup lebih baik dibandingkan sistem lup terbuka. Sistem lup tertutup dapat memberikan respon berupa aksi kontrol baik terhadap ketidaksesuaian antara masukan dan keluaran mapun terhadap gangguan dari luar yang mengganggu performa sistem. Hal ini jelas tidak mungkin dilakukan jika menggunakan sistem lup terbuka. Oleh karena itu, pada artikel-artikel berikutnya saya akan fokus menjelaskan untuk kasus sistem kontrol lup tertutup.

Demikian penjelasan tentang sejarah singkat, pengertian dan istilah dalam sistem kontrol. Semoga bermanfaat.

admin

Sederhana saja, yang penting bermakna dan bermanfaat.

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *