SISTEM KENDALI INDUSTRI

Teori kontrol yang umum digunakan saat ini adalah teori kontrol klasik (juga disebut teori kontrol konvensional), teori kontrol modern, dan teori kontrol yang kuat. Modul ini menyajikan perlakuan komprehensif dari analisis dan desain sistem kontrol berdasarkan teori kontrol klasik dan teori kontrol modern. Pengenalan singkat teori kontrol yang kuat termasuk dalam kontrol otomatis sangat penting dalam bidang teknik dan sains. Kendali otomatis adalah bagian penting dan integral dari sistem pesawat ruang angkasa, sistem robotik, sistem manufaktur modern, dan setiap operasi industri yang melibatkan kontrol suhu, tekanan, kelembapan, aliran, dll. Diharapkan sebagian besar enjiner dan ilmuwan akrab dengan teori dan praktek kontrol otomatis.
Modul ini dimaksudkan sebagai Modul teks tentang sistem kontrol pada tingkat lanjut di perguruan tinggi atau universitas. Semua bahan latar belakang yang diperlukan disertakan dalam buku ini. Materi latar belakang matematika terkait transformasi laplace disajikan di bagian akhir modul ini.

Sebelum kita mulai membahas sistem kontrol kita bahas terlebih dahulu tentang beberapa definisi terminologi dasar dalam sistem kontrol.

VARIABEL TERKONTROL DAN SINYAL KONTROL ATAU VARIABEL YANG DAPAT DIMANIPULASI

Variabel yang dikendalikan adalah kuantitas atau kondisi yang diukur dan dikendalikan. 

Sinyal kontrol atau variabel yang dimanipulasi adalah kuantitas atau kondisi yang divariasikan oleh pengontrol sehingga mempengaruhi nilai variabel yang dikendalikan. Biasanya, variabel yang dikendalikan adalah output dari sistem. Kontrol berarti mengukur nilai variabel yang dikontrol dari sistem dan menerapkan sinyal kontrol ke sistem untuk mengoreksi atau membatasi penyimpangan nilai terukur dari nilai yang diinginkan.

TINJAUAN SINGKAT PERKEMBANGAN SEJARAH TEORI DAN PRAKTEK DALAM SISTEM KENDALI/KONTROL.

Projek signifikan yang pertama dalam kontrol otomatis adalah governor sentrifugal yang ditemukan oleh James Watt yang digunakan untuk mengontrol kecepatan mesin uap di abad kedelapan belas.

Karya penting lainnya pada tahap awal pengembangan teori kontrol adalah Minorsky, Hazen, dan Nyquist, di antara banyak lainnya. Pada tahun 1922, Minorsky mengerjakan pengontrol otomatis untuk kemudi kapal dan menunjukkan bagaimana stabilitas dapat ditentukan dari persamaan diferensial yang menggambarkan sistem tersebut. Pada tahun 1932, Nyquist mengembangkan prosedur yang relatif sederhana untuk menentukan stabilitas sistem loop tertutup berdasarkan respons loop terbuka terhadap input sinusoidal kondisi tunak. Pada tahun 1934, Hazen, yang memperkenalkan istilah Servomechanism untuk sistem kontrol posisi, membahas desain Servomechanism relay yang mampu mengikuti masukan yang berubah.

Selama dekade 1940-an, metode respons frekuensi (khususnya metode diagram Bode) memungkinkan para insinyur merancang sistem kontrol loop tertutup linier yang memenuhi persyaratan kinerja. Banyak sistem kontrol industri pada tahun 1940-an dan 1950-an menggunakan pengontrol PID untuk mengontrol tekanan, suhu, dll. Dari akhir 1940-an hingga 1950-an, metode Root-locus Evans dikembangkan sepenuhnya.

Metode frekuensi-respons dan root-locus, yang merupakan inti dari teori kontrol klasik, mengarah pada sistem yang stabil dan memenuhi serangkaian persyaratan kinerja yang kurang lebih fleksibel. Sistem seperti itu, secara umum, dapat diterima tetapi tidak optimal. Sejak akhir 1950-an, penekanan pada masalah desain kontrol telah bergeser dari desain salah satu dari banyak sistem yang bekerja ke desain satu sistem yang optimal dalam arti tertentu.

Karena pabrik modern dengan banyak input dan output menjadi semakin kompleks, deskripsi sistem kontrol modern memerlukan sejumlah besar persamaan. Teori kontrol klasik, yang hanya berurusan dengan sistem input tunggal, output tunggal, menjadi tidak berdaya untuk sistem multi-input, multi-output. Sejak sekitar tahun 1960, karena ketersediaan komputer digital memungkinkan analisis domain waktu dari sistem yang kompleks, teori kontrol modern, berdasarkan analisis dan sintesis domain waktu menggunakan variabel keadaan, telah dikembangkan untuk mengatasi peningkatan kompleksitas plant modern dan persyaratan yang tinggi pada akurasi, berat, dan biaya dalam aplikasi militer, luar angkasa, dan industri.

Selama tahun 1960 hingga 1980, kontrol optimal dari sistem deterministik dan stokastik, serta kontrol pembelajaran dan adaptif dari sistem yang kompleks, diselidiki sepenuhnya. Dari tahun 1980-an hingga 1990-an, perkembangan teori kontrol modern berpusat pada kontrol yang kuat dan topik terkait.

Teori kontrol modern didasarkan pada analisis domain waktu dari sistem persamaan diferensial. Teori kontrol modern membuat desain sistem kontrol lebih sederhana karena teori tersebut didasarkan pada model sistem kontrol yang sebenarnya. Namun, stabilitas sistem peka terhadap kesalahan antara sistem aktual dan modelnya. Ini berarti bahwa ketika pengontrol yang dirancang berdasarkan model diterapkan pada sistem yang sebenarnya, sistem mungkin tidak stabil. Untuk menghindari situasi ini, kami merancang sistem kontrol dengan terlebih dahulu mengatur kisaran kesalahan yang mungkin terjadi dan kemudian merancang pengontrol sedemikian rupa sehingga, jika kesalahan sistem tetap berada dalam kisaran yang diasumsikan, sistem kontrol yang dirancang akan tetap stabil. Metode desain berdasarkan prinsip ini disebut teori kontrol yang kuat. Teori ini menggabungkan pendekatan respons frekuensi dan pendekatan domain waktu. Teorinya secara matematis sangat kompleks.

DEFINISI

Dalam mempelajari teknik kontrol, kita perlu mendefinisikan istilah tambahan yang diperlukan untuk menjelaskan sistem kontrol.

Plants

Suatu Plant mungkin merupakan bagian dari peralatan, mungkin hanya seperangkat bagian mesin yang berfungsi bersama, yang tujuannya adalah untuk melakukan operasi tertentu. Dalam buku ini, kami akan menyebut objek fisik apa pun yang akan dikendalikan (seperti perangkat mekanis, tungku pemanas, reaktor kimia, atau pesawat ruang angkasa) sebagai plant.

Kamus Merriam–Webster mendefinisikan proses sebagai operasi atau pengembangan yang alami dan berkelanjutan yang ditandai dengan serangkaian perubahan bertahap yang saling menggantikan dengan cara yang relatif tetap dan mengarah ke hasil atau akhir tertentu; atau operasi buatan atau sukarela, yang terus berlanjut yang terdiri dari serangkaian tindakan atau gerakan terkontrol yang secara sistematis diarahkan menuju hasil atau akhir tertentu. Dalam buku ini kita akan menyebut setiap operasi yang akan dikendalikan sebagai suatu proses. Contohnya adalah proses kimia, ekonomi, dan biologi.

Sistem adalah kombinasi dari komponen-komponen yang bekerja bersama-sama dan melakukan tujuan tertentu. Sebuah sistem tidak harus fisik. Konsep sistem dapat diterapkan pada fenomena yang abstrak dan dinamis seperti yang ditemui dalam ilmu ekonomi. Oleh karena itu, kata sistem harus ditafsirkan untuk menyiratkan sistem fisik, biologis, ekonomi, dan sejenisnya.

Gangguan adalah sinyal yang cenderung mempengaruhi nilai output sistem secara negatif. Jika gangguan dihasilkan di dalam sistem, itu disebut gangguan internal, sedangkan gangguan eksternal dihasilkan di luar sistem dan merupakan input.

Feedback Control

Kontrol feedback mengacu pada operasi yang dengan adanya gangguan cenderung mengurangi perbedaan antara output sistem dan beberapa input referensi dan melakukannya berdasarkan perbedaan ini. Di sini hanya gangguan yang tidak dapat diprediksi yang ditentukan, karena gangguan yang dapat diprediksi atau diketahui selalu dapat dikompensasi di dalam sistem.