Operational Amplifier sebagai Pengendali PD (Propotional Derivative)

  Pengendali PD merupakan gabungan atau penjumlahan dari pengendali proposional dan pengendali derivatif. 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.

 

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

[caption id="attachment_3632" align="aligncenter" width="300"] Bentuk Sinyal Respon Pengendali Proposional[/caption]

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 D (Derivative)

Pengendali derivatif dapat disebut pengendali laju, karena keluaran pengendali sebanding dengan laju perubahan sinyal error. Keluaran pengontrol diferensial memiliki sifat seperti halnya suatu operasi derivatif. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan menaik (berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru merupakan fungsi step yang besar magnitudenya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsi ramp dan faktor konstanta Kd.

Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai G(s)=s.Kd Dari persamaan di atas, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam konteks “kecepatan” atau rate dari error. Dengan sifat ini ia dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol Derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat dipakai sendiri

Ciri-ciri pengontrol derivatif :

1. Pengontrol tidak dapat menghasilkan keluaran jika tidak ada perubahan pada masukannya (berupa perubahan sinyal kesalahan)
2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran yang dihasilkan pengontrol tergantung pada nilai Kd dan laju perubahan sinyal kesalahan.
3. Pengontrol diferensial mempunyai suatu karakter untuk mendahului, sehingga pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum pembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrol diferensial dapat mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem.
4. Dengan meningkatkan nilai Kd, dapat meningkatkan stabilitas sistem dan mengurangi overshoot.

Berdasarkan karakteristik pengontrol ini, pengontrol diferensial umumnya dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil kesalahan pada keadaan tunaknya. Kerja pengontrol diferensial hanyalah efektif pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode peralihan. Oleh sebab itu pengontrol diferensial tidak pernah digunakan tanpa ada kontroler lainnya.

 

Pengendali PD (Proposional Derivatif)

Blok diagram sistem yang dibuat seperti gambar di bawah ini.

[caption id="attachment_4371" align="alignnone" width="687"] Blok Diagram Pengendali PD Sistem Terbuka[/caption]

 

[caption id="attachment_3684" align="alignnone" width="770"] Blok Diagram Pengendali PD Sistem Tertutup[/caption]

  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 sebagai penguat differensial dihubungkan ke rangkaian operational amplifier proposional dan derivative yang dipasang paralel, agar masing-masing pengatur dapat diatur parameternya secara terpisah. Bentuk sinyal keluaran dari pengatur propotional dan derivative dihubungkan ke operational amplifier sebagai penguat penjumlah untuk menggabungkan kedua sinyal dari pengatur proposional dan derivative, seperti pada gambar di bawah ini.

[caption id="attachment_4640" align="aligncenter" width="603"] Bentuk Sinyal Keluaran Pengendali PD[/caption]

 

Skema rangkaian Operational Amplifier sebagai Pengendali PD di bawah ini.