Kompensasi Umpan Balik Kontroller 'Saklar'

1.Pendahuluan
Realisasi kontroller saklar (relay) pada pengaturan temperatur ruangan maupun pada pengaturan panas setrika otomatis didasarkan pada anggapan bahwa kepresisian temperatur bukanlah menjadi prioritas utama. Hasil temperatur yang diinginkan biasanya berkisar pada harga tertentu. Hal ini disebabkan bahwa perubahan temperatur yang berosilasi pada lingkup tertentu tidak dapat dirasakan oleh penghuni rumah atau pemakai setrika otomatis.

1. Kontroler tak linear 'saklar'
Dengan didasarkan terhadap sinyal keluaran, Controller dapat dikategorikan ke dalam dua jenis Controller yaitu Controller linear dan Controller tak linear. Kontroller linear menunjukkan prilaku yang mampu menghasilkan sinyal terus-menerus secara kontinu dalam selang kerjanya. Sebaliknya Controller tak linear hanya mampu mengeluarkan sinyal pada beberapa kondisi. Kontrolller saklar, misalnya, hanya mampu menghasilkan dua kondisi keluaran, yaitu kondisi tertutup (on) dan terbuka (off).
Perubahan keadaan keluaran saklar sangat dipengaruhi oleh keadaan sinyal masukan. Secara ideal Controller ini tertutup jika masukan dikenai sebuah tegangan positif dan akan terbuka kalau tidak ada tegangan masukan. Pada kenyataannya saklar ini tidak dapat langsung menutup disaat tegangan masukannya berharga positif. Namun dibutuhkan beberapa level tegangan positif masukan, baru saklar tersebut akan betul-betul tertutup. Demikian pula dengan kondisi terbukanya, diperlukan sedikit tegangan negatif sebelum saklar betul-betul terbuka. Kedua level tegangan inilah yang dinamakan sebagai lebar histeresis Controller saklar.
Kontroller saklar kebanyakan digunakan pada plan yang berprilaku lamban. Plan berprilaku lamban memiliki arti bahwa reaksi perubahan keluaran plan sangat lambat ketika terjadi perubahan pada masukannya. Pada pengaturan temperatur ruang, misalnya, begitu diinginkan perubahan temperatur ruang pada harga tertentu, aktuator akan menyemburkan udara panas ke ruang sekitamya. Udara panas yang mengalir itu tentunya membutuhkan waktu dalam orde menit sampai jam untuk memenuhi ruangan tersebut. Waktu inilah yang menentukan prilaku lamban atau tidaknya sebuah plan.
Sebuah sistem pengaturan dengan Controller saklar tidak akan pemah mencapai keadaan mantap. Keluarannya senantiasa berosilasi pada nilai yang diinginkan. Karena kepresisian keluaran bukanlah tujuan utama pada berbagai aplikasi Controller saklar, maka kriteria kebaikan Controller ini adalah lebar amplitude osilasi (fluktuasi) keluaran dan frekuensi keseringan tertutup dan terbukanya saklar.

2. Karakteristik Pemanas dan Ruangan
Sejak tahun 1992, laboratorium sistem pengaturan Universitas Brawijaya memperoleh sumbangan peralatan dari Jerman dalam rangka program N555. Salah satu sumbangan modulnya adalah prototipe sistem pengaturan temperatur ruangan. Komponen yang diatur untuk modul ini terdiri dari kipas angin, pemanas yang diletakkan pada sebuah ruangan sempit. Pemanas diletakkan tepat disebelah kipas angin. Sensor temperatur yang bertujuan untuk mengukur temperatur ruang terletak tepat di sebelah kanan pemanas. Kipas angin yang diletakkan pada lorong muka bertu . uan untuk menyedot udara dari luar. Pada ujung kanan ruangan ditempatkan penyekat yang dapat diatur posisi kemiringannya. Dengan mengatur sudut kemiringan penyekat tersebut aliran panas yang keluar dapat diperbesar maupun diperkecil.
Untuk memperoleh harga temperatur kamar, kipas angin diputar maksimal dengan pemanas dimatikan Berdasarkan pengukuran tegangan pada sensor temperatur diperoleh harga, bahwa temperatur kamar berkisar antara 30'C sampai 33'C (tegangan sensor berkisar antara 3 s/d 3,3 Volt - I Volt mewakili IO' C).

3. Kompensasi Umpan Balik Kontroller 'Saklar'
Untuk mengatasi kelemahan kontroller saklar adalah dengan menyisipkan kompensasi umpan balik pada kontroller saklar. Masukan kompensator dihubungkan dengan keluaran kontroller, dan keluarannya dikurangkan dengan masukan kesalahan antara setting temperatur dengan temperatur yang terukur. Kompensator ini bekerja sesuai dengan yang diinginkan jika konstanta waktunya jauh lebih kecil dibandingkan dengan konstata waktu komponen yang diatur (pemanas dan ruangan).
Struktur umpan balik ini menyerupai bentuk struktur sebuah sistem pengaturan sebagaimana pada pengaturan yang dijelaskan pada bagian sebelumnya. Dibandingkan dengan pengatur tak linear pada komponen temperatur di atas, struktur ini memiliki perbedaan pada ada dan tidaknya elemen tunda didalamnya. Dengan menggunakan analisis secara matematik menunjukkan bahwa kontroller yang terkompensasi semacam ini memiliki karakteristik seperti pada pengatur linear PD (Proporsional dan derivatif). Sehingga pengubahan prilaku sistem dengan struktur ini sepenuhnya dapat dilakukan dengan menguba ubah parameter kompensatornya, tidak usah lagi mengubah letak sensor, luas ruangan dan letak pemanasnya.

4. Kesimpulan
Penggunaan pengatur tak linear secara murni pada sebuah komponen yang diatur dari temperatur ruangan mempunyai beberapa kelemahan, yaitu lebar fluktuasi besaran keluaran terlalu besar dan frekuensi terbuka dan tertutupnya saklar tidak dapat diubah dengan mengubah lebar histeresis kontroller saklar. Parameter parameter komponen ruangan dan pemanas sangat mempengaruhi prilaku sistem secara keseluruhan. Lebar fluktuasi besaran keluaran (temperatur ruangan) juga sangat terpengaruh oleh nilai besaran masukannya.
6. Daftar Pustaka
1. Doyle, J . C ., Francis, B . A. und Tannenbaum, A. R. : Feedback control theory, Macmillan publishing company, 1992.
2. Follinger, O.: Regelungstechnik, Huthig, 1991.
3. Kuhlenkamp, A: Regelkreis und Regelstrecke, Deutsche Verlags Anstalt, 1965.
4. Leonhard, W: Einfuhrung in die regelungstechnik, Vieweg, 1987.
5. Leonhard, W.: Regelung in der elektrischen Energieversorgung, Teubner Studienbucher, 1980.
6. Maciejowski, J. M.: Multivariable feedback design, Addison wesley Publishing Company,1989.
7. Nagrath, I J and Gopal, M: Control Systems Engineering, Second edition, Wiley Eastern Limited, 1982.
8. Pestel, Eduard and Kollmann, Eckhard: Grundlagen der Regelungstechnik, Friedr. Vieweg & Sohn, 1961.
9. Reuter, Manfred: Regelungstechnik fur Ingenieure, Friedr. Vieweg & Sohn, 1981.
10. Shahian, B. and Hassul, M.: control system using Matlab, Prentice Hall, 1993.