Sistem kendali dapat dikatakan
sebagai hubungan antara komponen yang membentuk sebuah konfigurasi
sistem, yang akan menghasilkan tanggapan sistem yang diharapkan. Jadi
harus ada yang dikendalikan, yang merupakan suatu sistem fisis, yang
biasa disebut dengan kendalian (plant).
Masukan dan keluaran
merupakan variabel atau besaran fisis. Keluaran merupakan hal yang
dihasilkan oleh kendalian, artinya yang dikendalikan; sedangkan masukan
adalah yang mempengaruhi kendalian, yang mengatur keluaran. Kedua
dimensi masukan dan keluaran tidak harus sama.
Pada sistem
kendali dikenal sistem lup terbuka (open loop system) dan sistem lup
tertutup (closed loop system). Sistem kendali lup terbuka atau umpan
maju (feedforward control) umumnya mempergunakan pengatur (controller)
serta aktuator kendali (control actuator) yang berguna untuk memperoleh
respon sistem yang baik. Sistem kendali ini keluarannya tidak
diperhitungkan ulang oleh controller. Suatu keadaan apakah plant
benar-benar telah mencapai target seperti yang dikehendaki masukan atau
referensi, tidak dapat mempengaruhi kinerja kontroler.
Gambar 1. Sistem pengendalian lup terbuka
Pada
sistem kendali yang lain, yakni sistem kendali lup tertutup (closed
loop system) memanfaatkan variabel yang sebanding dengan selisih
respon yang terjadi terhadap respon yang diinginkan. Sistem seperi
ini juga sering dikenal dengan sistem kendali umpan balik. Aplikasi
sistem umpan balik banyak dipergunakan untuk sistem kemudi kapal laut
dan pesawat terbang. Perangkat sehari-hari yang juga menerapkan
sistem ini adalah penyetelan temperatur pada almari es, oven, tungku,
dan pemanas air.
Gambar 2. Sistem pengendalian lup tertutup
Dengan
sistem kendali gambar 2, kita bisa ilustrasikan apabila keluaran aktual
telah sama dengan referensi atau masukan maka input kontroler akan
bernilai nol. Nilai ini artinya kontroler tidak lagi memberikan sinyal
aktuasi kepada plant, karena target akhir perintah gerak telah
diperoleh. Sistem kendali loop terbuka dan tertutup tersebut merupakan
bentuk sederhana yang nantinya akan mendasari semua sistem pengaturan
yang lebih kompleks dan rumit. Hubungan antara masukan (input) dengan
keluaran (output) menggambarkan korelasi antara sebab dan akibat proses
yang berkaitan. Masukan juga sering diartikan tanggapan keluaran yang
diharapkan.
Untuk mendalami lebih lanjut mengenai sistem kendali
tentunya diperlukan pemahaman yang cukup tentang hal-hal yang
berhubungan dengan sistem kontrol. Oleh karena itu selanjutnya akan
dikaji beberapa istilah-istilah yang dipergunakannya.
Istilah-istilah dalam sistem pengendalian adalah :
1. MasukanMasukan
atau input adalah rangsangan dari luar yang diterapkan ke sebuah sistem
kendali untuk memperoleh tanggapan tertentu dari sistem pengaturan.
Masukan juga sering disebut respon keluaran yang diharapkan.
2. KeluaranKeluaran atau output adalah tanggapan sebenarnya yang didapatkan dari suatu sistem kendali.
3. PlantSeperangkat
peralatan atau objek fisik dimana variabel prosesnya akan
dikendalikan, msalnya pabrik, reaktor nuklir, mobil, sepeda motor,
pesawat terbang, pesawat tempur, kapal laut, kapal selam, mesin cuci,
mesin pendingin (sistem AC, kulkas, freezer), penukar kalor (heat
exchanger), bejana tekan (pressure vessel), robot dan sebagainya.
4. ProsesBerlangsungnya operasi pengendalian suatu variabel proses, misalnya proses kimiawi, fisika, biologi, ekonomi, dan sebagainya.
5. SistemKombinasi atau kumpulan dari berbagai komponen yang bekerja secara bersama-sama untuk mencapai tujuan tertentu.
6. Diagram blokBentuk
kotak persegi panjang yang digunakan untuk mempresentasikan model
matematika dari sistem fisik. Contohnya adalah kotak pada gambar 1 atau
2.
7. Fungsi Alih (Transfer Function)Perbandingan
antara keluaran (output) terhadap masukan (input) suatu sistem
pengendalian. Suatu misal fungsi alih sistem pengendalian loop terbuka
gambar 1 dapat dicari dengan membandingkan antara output terhadap input.
Demikian pula fungsi alih pada gambar 3.
8. Sistem Pengendalian Umpan Maju (open loop system)Sistem
kendali ini disebut juga sistem pengendalian lup terbuka . Pada sistem
ini keluaran tidak ikut andil dalam aksi pengendalian sebagaimana
dicontohkan gambar 1. Di sini kinerja kontroler tidak bisa dipengaruhi
oleh input referensi.
9. Sistem Pengendalian Umpan BalikIstilah
ini sering disebut juga sistem pengendalian loop tertutup .
Pengendalian jenis ini adalah suatu sistem pengaturan dimana sistem
keluaran pengendalian ikut andil dalam aksi kendali.
Gambar 3. Sistem pengendalian lup tertutup
10. Sistem Pengendalian ManualSistem
pengendalian dimana faktor manusia sangat dominan dalam aksi
pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia sangat
dominan dalam menjalankan perintah, sehingga hasil pengendalian akan
dipengaruhi pelakunya. Pada sistem kendali manual ini juga termasuk
dalam kategori sistem kendali jerat tertutup. Tangan berfungsi untuk
mengatur permukaan fluida dalam tangki. Permukaan fluida dalam tangki
bertindak sebagai masukan, sedangkan penglihatan bertindak sebagai
sensor. Operator berperan membandingkan tinggi sesungguhnya saat itu
dengan tinggi permukaan fluida yang dikehendaki, dan kemudian bertindak
untuk membuka atau menutup katup sebagai aktuator guna mempertahankan
keadaan permukaan yang diinginkan.
11. Sistem Pengendalian OtomatisSistem
pengendalian dimana faktor manusia tidak dominan dalam aksi
pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia
digantikan oleh sistem kontroler yang telah diprogram secara otomatis
sesuai fungsinya, sehingga bisa memerankan seperti yang dilakukan
manusia. Di dunia industri modern banyak sekali sistem ken dali yang
memanfaatkan kontrol otomatis, apalagi untuk industri yang bergerak pada
bidang yang proses nya membahayakan keselamatan jiwa manusia.
12. Variabel terkendali (Controlled variable)Besaran
atau variabel yang dikendalikan, biasanya besaran ini dalam diagram
kotak disebut process variable (PV). Level fluida pada bejana pada
gambar 4 merupakan variabel terkendali dari proses pengendalian.
Temperatur pada gambar 5 merupakan contoh variabel terkendali dari suatu
proses pengaturan.
13. Manipulated variableMasukan
dari suatu proses yang dapat diubah -ubah atau dimanipulasi agar
process variable besarnya sesuai dengan set point (sinyal yang
diumpankan pada suatu sistem kendali yang digunakan sebagai acuan untuk
menentukan keluaran sistem kontrol). Masukan proses pada gambar 4 adalah
laju aliran fluida yang keluar dari bejana , sedangkan masukan proses
dari gambar 5 adalah laju aliran fluida yang masuk menuju bejana. Laju
aliran diatur dengan mengendalikan bukaan katup.
14. Sistem Pengendalian DigitalDalam
sistem pengendalian otomatis terdapat komponen -komponen utama seperti
elemen proses, elemen pengukuran (sensing element dan transmitter),
elemen controller (control unit), dan final control element (control
value ).
15. Gangguan (disturbance)Suatu
sinyal yang mempunyai k ecenderungan untuk memberikan efek yang melawan
terhadap keluaran sistem pengendalian(variabel terkendali). Besaran ini
juga lazim disebut load.
16. Sensing elementBagian
paling ujung suatu sistem pengukuran ( measuring system) atau sering
disebut sensor. Sensor bertugas mendeteksi gerakan atau fenomena
lingkungan yang diperlukan sistem kontroler. Sistem dapat dibuat dari
sistem yang paling sederhana seperti sensor on/off menggunakan limit
switch, sistem analog, sistem bus paralel, sistem bus serial serta si
stem mata kamera. Contoh sensor lainnya yaitu thermocouple untuk
pengukur temperatur, accelerometer untuk pengukur getaran, dan pressure
gauge untuk pengukur tekanan.
17. TransmitterAlat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing element dan mengubahnya supaya dimengerti oleh controller.
18. AktuatorPiranti
elektromekanik yang berfungsi untuk menghasilkan daya gerakan.
Perangkat bisa dibuat dari system motor listrik (motor DC servo, moto r
DC stepper, ultrasonic motor, linier moto, torque motor , solenoid),
sistem pneumatik dan hidrolik. Untuk meningkatkan tenaga mekanik
aktuator atau torsi gerakan maka bisa dipasang sistem gear box atau
sprochet chain.
19. TransduserPiranti
yang berfungsi untuk mengubah satu bentuk energi menjadi energi bentuk
lainnya atau unit pengalih sinyal. Suatu contoh mengubah sinyal gerakan
mekanis menjadi energi listrik yang terjadi pada peristiwa pengukuran
getaran. Terkadang antara transmiter dan tranduser dirancukan, keduanya
memang mempunyai fungsi serupa. Transduser lebih bersifat umum, namun
transmiter pemakaiannya pada sistem pengukuran.
20.Measurement VariableSinyal yang keluar dari transmiter, ini merupakan cerminan sinyal pengukuran.
21. Setting pointBesar variabel proses yang dikehendaki. Suatu kontroler akan selalu berusaha menyamakan variabel terkendali terhadap set point.
22. ErrorSelisih
antara set point dikurangi variabel terkendali. Nilainya bisa positif
atau negatif, bergantung nilai set point dan variabel terkendali. Makin
kecil error terhitung, maka makin kecil pula sinyal kendali kontroler
terhadap plant hingga akhirnya mencapai kondisi tenang (
steady state)
23. Alat Pengendali (Controller)Alat
pengendali sepenuhnya menggantikan peran manusia dalam mengendalikan
suatu proses. Controller merupakan elemen yang mengerjakan tiga dari
empat tahap pengaturan, yaitu
a. membandingkan set point dengan measurement variable
b. menghitung berapa banyak koreksi yang harus dilakukan, dan
c. mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungannya,
24. Control UnitBagian unit kontroler yang menghitung besarnya koreksi yang diperlukan.
25. Final Controller ElementBagian
yang berfungsi untuk mengubah measurement variable dengan memanipulasi
besarnya manipulated variable atas dasar perintah kontroler.
26. Sistem Pengendalian KontinyuSistem
pengendalian yang ber jalan secara kontinyu, pada setiap saat respon
sistem selalu ada. Pada gambar 7. Sinyal e(t) yang masuk ke kontroler
dan sinyal m(t) yang keluar dari kontroler adalah sinyal kontinyu.