Pengertian Sistem Kontrol Digital

Dalam artikel Pengertian dan Istilah Penting dalam Sistem Kontrol, saya sudah menjelaskan tentang pengertian sistem kontrol beserta istilah-istilah penting yang sering digunakan dalam perancangan sistem kontrol. Kali ini saya akan sedikit memfokuskan pembahasan pada sistem kontrol digital.

Dari frasa ‘sistem kontrol digital’, sekilas akan tampak bahwa frase tersebut merupakan gabungan antara sistem kontrol dan sistem digital. Jika diterjemahkan secara sederhana, sistem kontrol digital adalah sistem kontrol yang bekerja secara digital.

Teori mengenai sistem digital dapat dibaca di sini: Pengertian Sistem Digital dan Kelebihannya.

Nah, bagaimana sebuah sistem kontrol bekerja secara digital? Berikut ulasannya.

Pertama, kita tinjau lagi sistem kontrol lup tertutup. Berikut diagram bloknya:

Diagram blok sistem kontrol lup tertutup
Diagram blok sistem kontrol lup tertutup

Diagram blok sistem kontrol lup tertutup di atas bekerja secara analog. Masih ingat kan perbedaan analog dan digital?

Analog ≡ kontinu
Digital ≡ diskret (langkah demi langkah)

Kita tahu bahwa semua plant/proses dan aktuator bekerja secara analog, sehingga untuk mengontrol keduanya langkah paling mudah adalah dengan kontroler analog. Namun, jaman terlah berkembang. Semua device dibuat serba digital berbasiskan mikroprosesor atau prosesor atau turunannya yang lain. Bahkan saat ini (saat artikel ini dibuat) kita sedang menghadapi industri 4.0 dengan tagline yang begitu terkenal yaitu Internet of Things. Walapun kita tetap tidak bisa merubah kenyataan bahwa semua kuantitas/besaran di dunia nyata itu bersifat analog. Artinya apa? Kita bisa mengembangkan sistem kontrol dari analog ke digital hanya di bagian kontroler dan sensing element saja.

Penerapan kontroler digital pada sistem kontrol tentu membutuhkan device tambahan. Kenapa? Karena kontroler digital membutuhkan masukan sinyal dan menghasilkan keluaran sinyak kontrol digital. Sedangkan aktuator atau plant/proses butuh sinyal kontrol analog dan sensing/measuring (jika masih analog) menghasilkan sinyal analog (sinyal ini yang akan digunakan untuk dibandingkan dengan set point).

Device tambahan yang dibutuhkan adalah Analog to Digital Converter (ADC) dan Digital to Analog Converter (DAC). ADC digunakan untuk mengubah sinyal analog dari sensing element ke sinyal digital sebagai pembanding set point. DAC digunakan untuk mengubah sinyal kontrol digital ke sinyal kontrol analog sebagai masukan pada aktuator atau plant/proses.

Dari penjelasan di atas, dapat dibuat diagram blok sistem kontrol digital sebagai berikut:

Diagram blok sistem kontrol digital lup tertutup
Diagram blok sistem kontrol digital lup tertutup

Atau bisa juga dinyatakan dalam diagram blok berikut:

Diagram blok sistem kontrol digital lup tertutup 2
Diagram blok sistem kontrol digital lup tertutup 2

Salah satu contoh kontroler digital yang banyak digunakan adalah Programmable Logic Controller (PLC). Dalam PLC, umumnya ADC dan DAC sudah terintegrasi sehingga tidak perlu penambahan lagi. Berikut diagram blok sistem kontrol digital menggunakan PLC:

Diagram blok sistem kontrol digital menggunakan PLC
Diagram blok sistem kontrol digital menggunakan PLC

Bagaimana perancangan sistem kontrol digital?

Perancangan sistem selalu dimulai dengan analisis. Cara menganalisis sistem kontrol digital tentu saja berbeda dengan analisis pada sistem kontrol. Pada sistem kontrol analog, sistem bekerja dalam domain waktu kontinyu. Sehingga analisis dilakukan dengan pendekatan waktu kontinyu. Sedangkan pada sistem kontrol digital, sistem bekerja dalam domain waktu diskrit. Sehingga analisis dilakukan dengan pendekatan waktu diskrit.

Dalam perancangan sistem kontrol digital, semua komponen sistem dianalisis dengan pendekatan matematis dengan domain diskrit. Artinya, semua komponen sistem akan didekati dengan model matematika diskrit untuk dianalisis dalam rangka memperoleh kontroler diskrit yang menghasilkan respon sesuai kebutuhan/keinginan. Oleh karena itu, sistem kontrol digital sering disebut juga sistem kontrol waktu diskrit (discrete-time control system). Karena hampir semua elemen sistem di lapangan bekerja dalam domain waktu kontinyu, maka dibutuhkan metode transformasi dari domain waktu kontinyu ke dalam domain waktu diskrit.

Salah satu metode matematis yang sering digunakan untuk mentransformasikan domain waktu kontinyu ke domain waktu diskrit adalah transformasi z. Dengan metode ini, model matematika yang awalnya domain t atau s dapat dirubah menjadi model matematika domain z. Penjelasan tentang transformasi z secara detail akan saya bahas dalam materi tersendiri.

Singkatnya begini:

Setelah diperoleh model matematika plant/proses dalam bentuk persamaan beda atau persamaan turunan (persamaan diferensial), persamaan tersebut ditransformasikan ke dalam domain z menggunakan transformasi z. Dalam bentuk ini, analisis kestabilan lokal plant/proses bisa dilakukan. Metode yang digunakan bisa metode langsung dengan memanfaatkan persamaan karakteristik atau bisa juga menggunakan metode lain seperti metode kestabilan Jury.

Sama halnya dengan plant/proses, elemen sistem yang lain juga didekati dengan model matematika diskrit. ADC didekati dengan model matematika yang disebut impulse sampling. DAC didekati dengan model matematika yang disebut data hold. Sedangkan sensing/ measuring element biasanya dianggap konstanta 1 (satu). Walapun ada juga yang menggunakan model matematika dari sensor/transduser/transmitter yang ditransformasikan ke domain z.

Kontroler digital dapat dirancang setelah model matematika plant/proses, aktuator, ADC, DAC dan/atau sensor/transduser/transmiter diperoleh dalam domain z. Perancangan kontroler dilakukan berdasarkan karakteristik respon yang diinginkan. Setelah model matematika dari semua elemen sistem diperoleh, baru bisa dilakukan analisis kestablian sistem kontrol digital overall.

Berdasarkan pendekatan matematis di atas, maka diagram blok sistem kontrol digital dapat dinyatakan dalam bentuk berikut ini:

Diagram blok sistem kontrol diskrit lup tertutup
Diagram blok sistem kontrol diskrit lup tertutup

Begitu kira-kira penjelasan secara umum tentang sistem kontrol digital. Dari penjelesan di atas, dapat disimpulkan pengertian sistem kontrol digital.

Sistem kontrol digital adalah sistem kontrol yang menggunakan kontroler digital sebagai elemen pengendali dan dilengkapi dengan ADC dan DAC sebagai elemen interfacing dari dan ke elemen sistem yang lain.

Nah, sekarang saya coba perjelas lagi tentang istilah ‘waktu kontinyu’ dan ‘waktu diskrit’. Di materi ini, saya sering menggunakan kedua istilah tersebut.

Apa perbedaan waktu kontinyu dan diskrit?

Waktu kontinyu dan diskrit konteksna adalah domain. Perbedaan domain akan terlihat jelas pada bentuk sinyal yang memiliki domain tersebut. Dalam sistem kontrol analog, sinyal yang digunakan adalah sinyal domain waktu kontinyu (continuous-time signal). Sedangkan dalam sistem kontrol digital, sinyal yang digunakan adalah sinyal domain waktu diskrit (discrete-time signal). Perhatikan gambar berikut ini:

Contoh sinyal waktu kontinyu (sinyal analog)
Contoh sinyal waktu kontinyu (sinyal analog)
Contoh sinyal waktu diskrit (sinyal diskrit)
Contoh sinyal waktu diskrit (sinyal diskrit)

Dari gambar di atas, terlihat dengan jelas perbedaan antara sinyal waktu kontinyu dan sinyal waktu diskrit. Secara kasat mata, sinyal waktu kontinyu terlihat bergerak smooth terhadap waktu. Sedangkan sinyal waktu diskrit terlihat bergerak step by step dengan periode waktu tertentu. Dengan kata lain, sinyal waktu diskrit merupakan hasil sampling dari sinyal waktu kontinyu dengan perode sampling tertentu. Untuk gambar di atas, periode sampling-nya sebesar T. Proses sampling merupakan salah satu proses yang terjadi dalam ADC. Makanya ADC didekati secara matematis dengan persamaan yang disebut impulse sampling.

Demikian penjelasan saya tentang pengertian sistem kontrol digital. Semoga bermanfaat.

DMCA.com Protection Status

admin

Sederhana saja, yang penting bermakna dan bermanfaat.

You may also like...

Leave a Reply