Teks ini membahas tentang sistem kontrol, mulai dari definisi sistem kontrol, tujuan sistem kontrol, komponen utama sistem kontrol seperti plant dan variabel yang dikontrol dan dimanipulasi, jenis-jenis sistem kontrol seperti loop terbuka dan tertutup, serta perkembangan teori kontrol modern seperti kontrol optimal dan kontrol belajar.

1. Teknik Ototronik
BAB 9 mungkin. Misalnya, seorang pelari
100 yard mempunyai tujuan untuk
DASAR SISTEM KONTROL berlari dalam jarak tersebut dalam
waktu sesingkatnya. Seorang pelari
maraton, tidak hanya harus berlari
Satu dari pertanyaan yang sering
dalam, jarak tersebut secepat
ditanyakan oleh serang pemula pada
mungkin, tapi untuk mencapai hal
sistem kontrol adalah : Apakah yang
tersebut dia harus mengatur
dimaksud dengan sistem kontrol?
pemakaian energi dan memikirkan
Untuk menjawab pertanyaan itu, kita
cara terbaik untuk perlombaan
dapat mengatakan bahwa dalan
tersebut. Cara untuk mencapai tujuan
kehidupan sehari-hari kita, tedapat
ini biasanya melibatkan penggunakan
sejumlah tujuan yang harus dicapai.
sistem kontrol yang melaksanakan
Misalnya, dalam bidang rumah
strategi kontrol tertentu.
tangga, kita perlu mengatur suhu dan
Kontrol automatik (otomatis)
kelembaban rumah dan bangunan
telah memegang peranan yang
untuk kenyamanan hidup. Untuk
transportasi, kita harus sangat penting dalam perkembangan
ilmu dan teknologi. Di samping
mengendalikan mobil dan pesawat
sangat diperlukan pada pesawat
untuk bergerak dari satu lokasi
ruang angkasa, peluru kendali, sistem
kelokasi lainnnya dengan aman dan
pengemudian pesawat, dan
akurat.
sebagainya kontrol automatik telah
menjadi bagian yang penting dan
terpadu dari proses-proses dalam
pabrik dan industri modern. Misalnya,
kontrol otomatis perlu sekali dalam
kontrol numerik dari mesin alat-alat
bantu di industri juga perlu sekali
Gambar 9.1 Blok Diagram Sistem dalam operasi industri seperti
Kontrol Secara Umum
pengontrolan tekanan, suhu,
kelembaban, viskositas, dan arus
dalam industri proses.
Pada bidang industri, proses Karena kemajuan dalam teori
manufaktur mempunyai sejumlah dan praktek kontrol automatik
tujuan untuk mendapatkan hasil yang memberikan kemudahan dalam
akan memuaskan permintaan mendapatkan performansi dari sistem
ketelitian dan keefektifan biaya. dinamik, mempertinggi kualitas dan
Manusia mempunyai kemampuan menurunkan biaya produksi,
untuk melaksanakan tugas dalam mempertinggi laju produksi,
ruang lingkup yang luas, termasuk di meniadakan pekerjaan-pekerjaan
dalamnya pembuatan keputusan. rutin dan membosankan yang harus
Beberapa tugas ini seperti mengambil dilakukan oleh manusia, dan
benda dan berjalan dari satu tempat sebagainya, maka sebagian besar
ke tempat lainnya, sering dikerjakan insinyur dan ilmuwan sekarang harus
dengan cara yang biasa. Pada mempunyai pemahaman yang baik
kondisi tertentu, beberapa dari tugas dalam bidang ini.
ini dilakukan dengan cara sebaik
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 169

2. Teknik Ototronik
Sejarah Perkembangan system yang berarti. Semenjak akhir tahun
control dapat diceritakan sebagai 1950, penekanan persoalan dalam
berikut. Hasil karya pertama yang disain sistem kontrol telah digeser
penting dalam kontrol automatik dari disain salah satu dari beberapa
adalah governor sentrifugal untuk sistem yang bekerja menjadi disain
pengontrolan kecepatan mesin uap satu sistem optimal dalam suatu
yang dibuat oleh James Watt pada pengertian yang berarti.
abad kedelapanbelas. Hasil karya lain Karena plant modern dengan
yang penting pada tahap awal multi-masukan dan multi-keluaran
perkembangan teori kontrol dibuat menjadi semakin kompleks, maka
oleh Minorsky, Hazen, Nyquist, dan deskripsi sistem kontrol modern me-
sebagainya. Pada tahun 1922, merlukan banyak persamaan. Teori
Minorsky membuat kontroler kontrol klasik, yang hanya membahas
automatik untuk pengemudian kapal sistem satu masukan satu keluaran,
dan menunjukkan cara menentukan sama sekali tidak dapat digunakan
kestabilan dari persamaan diferensial untuk sistem multi-masukan multi-
yang melukiskan sistem. keluaran. Semenjak sekitar tahun
Pada tahun 1932 Nyquist 1960, teori kontrol modern telah
mengembangkan suatu prosedur dikembangkan untuk mengatasi ber-
yang relatif sederhana untuk tambah kompleksnya plant modern
menentukan kestabilan sistem loop dan persyaratan yang keras pada
tertutup pada basis respons loop ketelitian, berat, dan biaya untuk
terbuka terhadap masukan tunak kebutuhan militer, ruang angkasa,
(steady state) sinusoida. Pada tahun dan industri.
1934 Hazen, yang memperkenalkan Dengan adanya komputer elek-
istilah servomekanisme untuk sistem tronik analog, digital, dan hibrid yang
kontrol posisi, membahas disain dapat digunakan pada perhitungan-
servomekanisme relay yang mampu perhitungan yang kompleks, maka
mengikuti dengan baik masukan yang penggunaan komputer dalam disain
berubah. sistem kontrol dan penggunaan kom-
Selama dasa warsa 1940-an, puter yang dipasang langsung pada
metode respons frekuensi memung- sistem kontrol sekarang menjadi
kinkan para insinyur untuk mendisain praktis dan umum. Komputer analog
sistem kontrol linear berumpan-balik adalah istilah yang digunakan untuk
yang memenuhi persyaratan kinerja. menggambarkan alat penghitung
Dari akhir tahun 1940 hingga awal yang bekerja pada level analog,
tahun 1950, metode tempat kedudu- dengan arus searah. Level analog di
kan akar dalam disain sistem kontrol sini adalah lawan dari level digital,
benar-benar telah berkembang. yang mana level digital adalah level
Metode respons frekuensi dan tegangan high (tinggi) dan low
tempat kedudukan akar, yang meru- (rendah), yang digunakan dalam
pakan inti teori kontrol fisik, akan implementasi bilangan biner (hanya
membawa kita ke sistem yang stabil mempunya 2 jenis nilai, yaitu 0 atau
dan memenuhi seperangkat persya- 1). Secara mendasar, komponen
ratan kinerja yang hampir seimbang. elektronik yang digunakan sebagai
Sistem semacam itu pada umumnya inti dari komputer analog adalah op-
tidak optimal dalam setiap pengertian amp.
170 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

3. Teknik Ototronik
Tentunya pada komputer digital Perkembangan baru-baru ini
yang bekerja adalah menggunakan dalam teori kontrol modern adalah
level digital. Komputer yang sering dalam bidang kontrol optimal baik
kita jumpai sekarang ini termasuk sistem deterministik (tertentu)
dalam jenis komputer digital, kalku- maupun stokastik (acak), demikian
lator salah satunya. Sedangkan kom- juga kontrol belajar dan adaptif dari
puter hibrid sendiri merupakan ga- sistem yang rumit. Dewasa ini
bungan antara komputer analog komputer digital telah menjadi lebih
(dengan arus searah) dan digital. murah dan semakin ringkas, maka
Dengan demikian kombinasi kom- digunakan sebagai bagian integral
puter analog yang memberikan ke- dari sistem kontrol. Penerapan teori
mampuan dalam hal kecepatan, kontrol modern dewasa ini juga
keluwesan dan kemudahan untuk meliputi sistem yang bukan rekayasa,
berkomunikasi langsung dengan seperti sistem biologi, biomedikal,
kemampuan komputer digital dalam ekonomi dan sosial ekonomi.
hal kecermatan, logika dan ingatan, Variabel yang dikontrol adalah
maka sangatlah besar manfaatnya besaran atau keadaan yang diukur
didunia keilmuan. Simulasi yang dan dikontrol. Variabel yang
dinamik dan kemampuan pemecahan dimanipulasi adalah besaran atau
persamaan diferensial dengan kece- keadaan yang diubah oleh kontroler
patan tinggi dapat dilaksanakan oleh untuk mempengaruhi nilai variabel
bagian analog, sementara olahan sta- yang dikontrol. Dalam keadaan
tis dan aljabar dapat ditangani di normal, variabel yang dikontrol
bagian digital. Dengan demikian daya adalah keluaran dari sistem. Kontrol
guna dan hal ekonomi, secara kese- berarti mengukur nilai dari variabel
luruhan dari suatu sistem dapat sistem yang dikontrol dan menerap-
dimaksimalkan. kan variabel yang dimanipulasi ke
Pada tahun-tahun belakangan sistem untuk mengoreksi atau mem-
ini, sistem kontrol memegang peran- batasi penyimpangan nilai yang
an penting dalam perkembangan dan diukur dari nilai yang dikehendaki.
kemajuan peradaban dan teknologi Pada penelaahan rekayasa, kita
modern. Dalam prakteknya, setiap perlu menentukan istilah-istilah tam-
aspek aktivitas sehari-hari dipengaru- bahan yang diperlukan untuk
hi oleh beberapa model sistem kon- menjelaskan sistem kontrol, seperti
trol. Sistem kontrol sangat banyak misalnya: plant, gangguan-gangguan,
ditemukan di setiap sektor industri, kontrol umpan balik, dan sistem
seperti pengendalian kualitas dari kontrol umpan balik. Berikut ini akan
produk yang dihasilkan, lajur pema- diberikan definisi-definisi tersebut.
sangan otomatik, pengendalian me- Kemudian penjelasan mengenai
sin, teknologi luar angkasa dan sistem loop tertutup dan loop terbuka,
sistem persenjataan, pengendalian dan juga kelebihan-kelebihan dan
komputer. sistem transportasi, sistem kekurangan-kekurangannya
daya, robotik, dan lan-lain. Bahkan dibandingkan dengan sistem kontrol
pengendalian dari sistem persedian loop terbuka dan loop tertutup.
barang, sosial dan ekonomi dapat Akhirnya akan diberikan juga definisi
didekati dengan teori kontrol automa- sistem kontrol belajar dan adaptif.
tik.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 171

4. Teknik Ototronik
Istilah plant didefinisikan sebagai sistem. Jika suatu gangguan
seperangkat peralatan, mungkin dibangkitkan dalam sistem, disebut
hanya terdiri dari beberapa bagian internal, sedangkan gangguan
mesin yang bekerja bersama-sama, eksternal dibangkitkan di luar sistem
yang digunakan untuk melakukan dan merupakan suatu masukan.
suatu operasi tertentu. Dalam buku Istilah kontrol umpan balik dapat
ini, setiap obyek fisik yang dikontrol dijelaskan sebagai berikut. Kontrol
(seperti tungku pemanas, reaktor umpan balik mengacu pada suatu
kimia, dan pesawat ruang angkasa) operasi, yang dengan adanya
disebut plant. gangguan, cenderung mengurangi
Istilah proses (process) menurut perbedaan antara keluaran dari
kamus Merriam-Webster mendefinisi- sistem dan suatu acuan masukan dan
kan proses sebagai operasi atau bahwa hal itu dilakukannya
perkembangan alamiah yang berdasarkan pada perbedaan ini. Di
berlangsung secara kontinu yang sini hanya gangguan yang tidak
ditandai oleh suatu deretan diperkirakan yang ditentukan
perubahan kecil yang berurutan demikian, karena gangguan yang
dengan cara relatif tetap dan menuju dapat diperkirakan atau gangguan
ke suatu hasil atau keadaan akhir yang diketahui dapat selalu
tertentu; atau suatu operasi yang dikompensasi di dalam sistem
sengaja dibuat, berlangsung secara tersebut.
kontinu, yang terdiri dari beberapa Istilah sistem kontrol umpan
aksi atau perubahan yang dikontrol, balik. Sistem yang mempertahankan
yang diarahkan secara sistematis hubungan yang ditentukan antara
menuju ke suatu hasil atau keadaan keluaran dan beberapa masukan
akhir tertentu. Dalam buku ini, setiap acuan, dengan membandingkan
operasi yang dikontrol disebut proses. mereka dan dengan menggunakan
Sebagai contoh adalah proses kimia, perbedaan sebagai alat kontrol
ekonomi, dan biologi. dinamakan sistem kontrol umpan
Istilah sistem (system) balik. Contoh untuk sistem ini adalah
didefinisikan sebagai kombinasi dari sistem kontrol suhu ruangan. Dengan
beberapa komponen yang bekerja mengukur suhu ruangan sebenarnya
bersama-sama dan melakukan suatu dan membandingkannya dengan
sasaran tertentu. Sistem tidak suhu acuan (suhu yang dikehendaki),
dibatasi hanya untuk sistem fisik saja. termostat menjalankan alat pemanas
Konsep sistem dapat digunakan pada atau pendingin, atau mematikannya
gejala yang abstrak dan dinamis sedemikian rupa sehingga
seperti yang dijumpai dalam ekonomi. memastikan bahwa suhu ruangan
Oleh karena itu, istilah sistem harus tetap pada suhu yang nyaman tidak
diinterpretasikan untuk menyatakan tergantung dari keadaan di luar.
sistem fisik, biologi, ekonomi, dan Sistem kontrol umpan balik tidak
sebagainya. terbatas di bidang rekayasa, tetapi
Istilah gangguan (disturbances) dapat juga ditemukan di berbagai
didefinisikan didefinisikan sebagai macam bidang bukan rekayasa.
suatu sinyal yang cenderung Tubuh manusia, misalnya, adalah
mempunyai pengaruh yang sistem kontrol umpan balik yang
merugikan pada harga keluaran sangat maju. Baik suhu tubuh
172 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

5. Teknik Ototronik
maupun tekanan darah dijaga tetap sebagai suatu sistem kontrol
konstan dengan alat umpan balik faal berumpan-balik dengan keluaran
tubuh. Kenyataannya, umpan balik berupa posisi, kecepatan, atau
melaksanakan fungsi yang vital. la percepatan mekanik. Oleh karena itu,
membuat tubuh manusia relatif tidak istilah servomekanisme dan sistem
peka terhadap gangguan eksternal, pengontrolan posisi (atau kecepatan
jadi memungkinkannya untuk atau percepatan) adalah sinonim.
berfungsi dengan benar di dalam Servomekanisme banyak digunakan
Iingkungan yang berubah. dalam industri modern.
Sebagai contoh yang lain, tinjau Contoh dari sistem servomeka-
kontrol dari kecepatan mobil oleh nisme ini adalah operasi mesin alat
operator manusia. Pengemudi bantu yang otomatis secara
memutuskan kecepatan, yang sesuai menyeluruh atau lengkap, bersama-
dengan suatu keadaan, yang sama dengan instruksi yang
mungkin adalah batasan kecepatan diprogram, dapat dicapai dengan
yang tertera pada jalan raya atau penggunaan sistem servo. Perlu
jalan bebas hambatan yang diperhatikan bahwa sistem kontrol,
bersangkutan. Kecepatan ini yang keluarannya (seperti misalnya
bertindak sebagai kecepatan acuan. posisi pesawat terbang di angkasa
Pengemudi akan memperhatikan pada suatu sistem pendaratan
kecepatan sebenarnya dengan otomatis) perlu mengikuti jalan di
melihat speedometer. Jika dirasakan angkasa yang telah ditentukan,
berjalan lebih lambat, ia akan dinamakan sistem servo juga. Contoh
menginjak pedal gas dan kecepatan lainnya termasuk sistem kontrol
mobil akan bertambah tinggi. jika lengan-robot, di mana lengan robot
kecepatan sebenarnya terlalu tinggi, harus mengikuti jalan tertentu di
ia melepaskan pedal gas dan mobil ruangan yang telah ditentukan, dan
akan menjadi lambat. Operator sistem pendaratan otomatis pesawat
manusia ini dapat dengan mudah udara, dengan pesawat udara harus
diganti oleh alat mekanik, listrik,atau mengikuti jalan di angkasa yang telah
yang serupa. Sebagai pengganti ditentukan.
pengemudi yang memperhatikan Istilah sistem kontrol otomatis
speedometer, maka dapat digunakan didefinisikan sebagai sistem kontrol
generator listrik untuk menghasilkan yang mempunyai umpan balik
tegangan yang sebanding dengan dengan acuan masukan atau
kecepatan. Tegangan ini dapat keluaran yang dikehendaki dapat
dibandingkan dengan tegangan konstan atau berubah secara
acuan yang berkaitan dengan perlahan dengan berjalannya waktu,
kecepatan yang dikehendaki. mempunyai tugas utama yaitu
Perbedaan dalam tegangan ini menjaga keluaran sebenamya berada
kemudian digunakan sebagai sinyal pada nilai yang dikehendaki dengan
kesalahan untuk menggerakkan tuas adanya gangguan. Ada banyak
yang menaikkan atau menurunkan contoh sistem kontrol otomatis,
kecepatan sesuai dengan yang beberapa di antaranya adalah kontrol
diperlukan. suhu ruangan mobil secara otomatis,
Istilah Sistem Servo atau sistem pengatur otomatis tegangan pada
servomekanisme didefinisikan plant daya listrik dengan adanya
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 173

6. Teknik Ototronik
variasi beban daya listrik, kontrol lain selama selang waktu tertentu
otomatis tekanan dan suhu dari yang lain pula. Pada pengontrolan
proses kimiawi dan kontrol suhu dengan program seperti itu, titik setel
secara otomatis di ruangan. diubah sesuai dengan jadwal waktu
Gambar 9.2 Blok Diagram Sistem Kontrol Loop Terbuka
Istilah sistem pengontrolan
proses (process control system) yang telah ditentukan. Kontroler
merupakan sistem kontrol secara (pengontrol) kemudian berfungsi
otomatis dengan keluaran berupa untuk menjaga temperatur tungku
besaran seperti temperatur, tekanan, agar mendekati titik setel yang
aliran, tinggi muka cairan atau pH berubah. Harus diperhatikan bahwa
disebut sistem pengontrolan proses. sebagian besar sistem pengontrolan
Pengontrolan proses secara luas proses servo mekanisme sebagai
digunakan di industri. Pengontrolan bagian yang terpadu.
dengan program seperti pengontrolan Istilah sistem kontrol loop tertutup
temperatur tungku pemanas dengan seringkali disebut sebagai sistem
temperatur tungku dikontrol sesuai kontrol umpan balik. Secara praktis
instruksi yang telah diprogram dan seringkali istilah kontrol umpan
terlebih dahulu seringkali digunakan balik dan kontrol loop tertutup dapat
pada sistem seperti itu. Sebagai saling dipertukarkan penggunaannya.
contoh, program yang harus Pada sistem kontrol loop tertutup,
Gambar 9.3 Blok Diagram Sistem Kontrol Loop Tertutup
diatur terlebih dahulu dapat berupa sinyal kesalahan yang bekerja, yaitu
instruksi untuk menaikkan temperatur perbedaan antara sinyal masukan
tungku sampai harga tertentu yang sinyal umpan balik (yang mungkin
174 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

7. Teknik Ototronik
sinyal keluarannya sendiri atau fungsi relatif kurang peka tarhadap
dari sinyal keluaran dan turunannya), gangguan ekstemal dan perubahan
disajikan ke kontroler sedemikian internal pada parameter sistem. Jadi,
rupa untuk mengurangi kesalahan mungkin dapat digunakan komponen-
dan membawa keluaran sistem ke komponen yang relatif kurang teliti
nilai yang dikehendaki. Istilah kontrol dan murah untuk mendapatkan
loop tertutup selalu berarti pengontrolan plant dengan teliti, hal
penggunaan aksi kontrol umpan balik ini tidak mungkin diperoleh pada
untuk mengurangi kesalahan sistem. sistem loop terbuka.
Istilah sistem kontrol loop terbuka Dan segi kestabilan, sistem
dapat didefinisikan sebagai suatu kontrol loop terbuka lebih mudah
sistem yang keluarannya tidak dibuat karena kestabilan bukan
mempunyai pengaruh terhadap aksi merupakan persoalan utama.
kontrol disebut sistem kontrol loop Sebaliknya, kestabilan dapat menjadi
terbuka. Dengan kata lain, sistem persoalan pada sistem kontrol loop
kontrol loop terbuka keluarannya tertutup karena bisa terjadi kesalahan
tidak dapat digunakan sebagai akibat koreksi berlebih yang dapat
perbandingan umpan balik dengan menimbulkan osilasi pada amplitudo
masukan. Suatu contoh sederhana konstan ataupun berubah.
adalah mesin cuci. Perendaman, Harus ditekankan bahwa untuk
pencucian, dan pembilasan dalam sistem dengan masukan yang telah
mesin cuci dilakukan atas basis diketahui sebelumnya dan tidak ada
waktu. Mesin ini tidak mengukur gangguan, maka disarankan untuk
sinyal keluaran yaitu tingkat menggunakan kontrol loop terbuka.
kebersihan pakaian. Sistem kontrol loop tertutup
Dalam suatu sistem kontrol loop mempunyai kelebihan hanya jika
terbuka, keluaran tidak dapat terdapat gangguan yang tidak dapat
dibandingkan dengan masukan diramal dan/atau perubahan yang
acuan. Jadi, untuk tiap masukan tidak dapat diramal pada komponen
acuan berhubungan dengan kondisi sistem. Perhatikan bahwa batas
operasi tertentu, sebagai akibat, kemampuan daya keluaran ikut
ketetapan dari sistem tergantung menentukan biaya, berat, dan ukuran
pada kalibrasi. Dengan adanya sebuah sistem kontrol. Jumlah
gangguan, sistem kontrol loop komponen yang digunakan dalam
terbuka tidak dapat melaksanakan sistem kontrol loop tertutup akan lebih
tugas seperti yang diharapkan. banyak bila dibandingkan pada
Sistem kontrol loop terbuka dapat sistem kontrol loop terbuka. Sistem
digunakan, hanya jika hubungan kontrol loop tertutup pasti
antara masukan dan keluaran membutuhkan instrumen untuk
diketahui dan tidak terdapat mengukur sebagian atau seluruh
gangguan internal maupun eksternal. keluarannya. Oleh karena itu, sistem
Perbandingan antara sistem kontrol loop tertutup pada umumnya
kontrol loop tertutup dan loop terbuka lebih besar dan mahal. Untuk
dijelaskan dibawah ini. Suatu memperkecil daya yang diperlukan
kelebihan dari sistem kontrol loop oleh sistem, bila mungkin, dapat
tertutup adalah penggunaan umpan- digunakan kontrol loop terbuka.
balik yang membuat respons sistem Kombinasi yang sesuai antara kontrol
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 175

8. Teknik Ototronik
loop terbuka dan tertutup biasanya Istilah sistem kontrol dengan
lebih murah dan akan memberikan penalaran dijelaskan sebagai berikut
kinerja sistem keseluruhan yang di bawah ini. Beberapa sistem kontrol
diinginkan. loop terbuka yang sering dijumpai
Istilah sistem kontrol adaptif dapat diubah menjadi sistem kontrol
dijelaskan sebagai berikut. loop tertutup, jika operator manusia
Karakteristik dinamik dari sebagian dipandang sebagai kontroler,
besar sistem kontrol adalah tidak membanding-kan masukan dan
konstan karena beberapa sebab, keluaran kemudian melakukan aksi
seperti memburuknya kinerja koreksi yang berdasarkan selisih atau
komponen dengan pertambahan kesalahan yang diperoleh.
waktu atau perubahan parameter dan Jika kita berusaha menganalisis
sekeliling (sebagai contoh, perubahan sistem kontrol loop tertutup yang
massa dan kondisi atmosfir pada melibatkan operator manusia
sistem kontrol pesawat ruang semacam itu, kita akan menjumpai
angkasa). Walaupun pengaruh persoalan yang sulit dalam
perubahan-perubahan kecil pada menuliskan persamaan yang
karakteristik dinamik diredam pada menggambarkan perilaku manusia.
sistem kontrol berumpan-balik, jika Salah satu dari beberapa faktor yang
perubahan sistem dan sekeliling kompleks dalam kasus ini adalah
cukup besar, maka suatu sistem yang kemampuan penalaran dari operator
baik harus mempunyai kemampuan manusia. Jika operator mempunyai
untuk menvesuaikan diri (adaptasi). banyak pengalaman, ia akan menjadi
Adaptasi berarti kemampuan untuk kontroler yang lebih baik, dan hal ini
mengatur diri atau memodifikasi diri harus diperhitungkan dalam
sesuai dengan perubahan pada menganalisis sistem semacam itu.
kondisii sekeliling atau struktur yang Sistem kontrol yang mempunyai
tidak dapat diramal. Sistem kontrol kemampuan untuk menalar disebut
yang mempunyai suatu kemampuan sistem kontrol dengan penalaran
beradaptasi dalam keadaan bebas (learning control system). Konsep ini
disebut sistem kontrol adaptif. masih cukup baru dan menjadi kajian
Pada sistem kontrol adaptif, yang menarik.
karakteristik dinamik harus
diidentifikasi setiap saat sehingga 9.1 Ilustrasi Sistem Kontrol
parameter kontroler dapat diatur pada Manusia
untuk menjaga performansi optimal.
Konsep ini menarik banyak perhatian Pada Gambar 9.4 (a) bisa dilihat
disainer sistem kontrol karena sistem gambar mengenai penampung/tangki
kontrol adaptif, di samping mengikuti air. Disana terdapat air dengan
perubahan sekeliling, juga akan kedalaman h, debit air masuk
menyesuaikan kesalahan-kesalahan sebesar Qin dan debit air keluar
atau ketidakpastian disain teknik yang sebesar Qout. Besar dari air yang
layak dan akan mengkompensasi masuk tidak bisa kita prediksi. Bisa
kerusakan sebagian kecil komponen- jadi Qin besar sekali ataukah Qin
komponen sistem sehingga sangat kecil sekali, bahkan tidak
memperbesar keandalan sistem mengalir sama sekali. Tanda A
keseluruhan.
176 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

9. Teknik Ototronik
Gambar 9.4 Penampung Air (a) dan dengan Operator Manusia (b)
Gambar 9.5 Proses Kontrol pada Manusia (a) mata, (b) otak dan (c) tangan.
merupakan titik yang menunjukkan Agar tujuan dari sistem tersebut
kedalaman/ketinggian air yang bisa tercapai, yaitu mempertahankan
diinginkan, yaitu sebesar H. nilai dari ketinggian atau kedalaman
Diharapkan dari sistem ini ketinggian air sebenarnya (h) selalu sama
atau kedalaman air selalu sebesar H, dengan H, maka diperlukan seorang
tidak lebih tinggi dan tidak lebih operator untuk mengontrol setiap
rendah. Kalau memang yang terjadi kondisi yang terjadi, seperti terlihat
adalah ketinggian atau kedalaman air pada Gambar 9.4 (b). Apa yang
tidak sama dengan H maka hal dilakukan oleh seorang operator
tersebut terjadi suatu kesalahan atau manusia tersebut agar ketinggian
error. atau kedalaman air bisa dipertahan-
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 177

10. Teknik Ototronik
Gambar 9.6 Blok Diagram Proses Kontrol pada Manusia
kan pada level A (kedalaman sebesar dakan, yaitu menutup atau membuka
H) ? Bagaimana proses yang terjadi valve. Bagaimana proses yang terjadi
dari ilustrasi tersebut ? ? hal ini bisa dijelaskan sesuai
Tentunya dengan mudah bisa Gambar 9.5. Masing-masing dari
kita jawab ketika kita melihat Gambar komponen tersebut yaitu mata, otak
9.4 (b). Operator akan membuka atau dan tangan bisa dijelaskan sebagai
menutup katup/valve pada pipa untuk berikut :
arah keluarnya air. Tentunya jika a. Mata
kedalaman air sebenarnya (h) lebih Berfungsi untuk mengawasi
besar dari nilai kedalaman yang ketinggian level air.
diinginkan (H) maka seorang operator
atau penjaga air tersebut akan b. Otak
membuka katup/valve, sehingga Mempunyai 2 fungsi yaitu
kedalaman air akan berkurang, membandingkan level air yang
tentunya nilai dari h akan mendekati sebenarnya dengan garis level
H. Sebaliknya jika kedalaman air referensi (A) dan kemudian
sebenarnya di bawah kedalaman air mengambil keputusan yaitu :
yang diharapkan, maka tentunya • Jika level air sebenarnya
yang dilakukan oleh seorang operator melebihi tanda A, maka valve
atau penjaga air tersebut adalah harus dibuka
menutup katup/valve, sehingga yang • Jika level air sebenarnya kurang
akan terjadi adalah ketinggian air dari tanda A, maka valve
yang sebenarnya akan naik seiring ditutup.
dengan mengalirnya air dari Qin. • Jika level air sebenarnya sama
Tampak bahwa katup tersebut seperti dengan tanda A, maka valve
kran air yang bisa dibuka atau ditutup dibiarkan (tidak ditutup dan tidak
secara variabel, hubungannya dibuka)
dengan banyak sedikitnya volume air
yang di alirkan keluar (Qou). c. Tangan
Yang terjadi adalah dari Berfungsi untuk membuka atau
pengamatan seorang operator menutup valve.
tersebut dengan mata yang melihat
kedalaman air hingga sampai ke tin-
178 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

11. Teknik Ototronik
Dari blok diagram sesuai pada pipa air yang keluar berdasarkan
Gambar 9.6 bisa kita pahami hasil keputusan dari otak sebagai
bagaimana proses kontrol yang fungsi kontroler. Karena dibuka atau
terjadi pada contoh sistem kontrol ditutup katupnya, mengakibatkan
mempertahankan level air di atas. ketingian level air tangki akan
Ketinggian referensi (H) dan berubah, bisa semakn besar ataupun
Ketinggian sebenarnya (h) berkurang. Kemudian ketinggian air
dibandingkan oleh pembanding tersebut diamati oleh mata lagi yang
(tanda +/-). Dimana ketinggian kemudian dikirim ke otak,
sebenarnya diamati oleh sepasang dibandingkan dan diambil keputusan
mata, kemudian tentunya sinyal dari oleh otak. Dan regulasi ini terjadi
mata menuju otak dikirim melalui secara terus-menerus.
syaraf sensorik. Dalam hal ini Apa yang terjadi antara harapan
pembanding tadi berada di otak. dan kenyataan ? tentunya akan
Sehingga didapatkan sinyal error atau terjadi kesalahan. Bagaimana jika
kesalahan. Nilai dari error ini bisa tidak ada koreksi yang terjadi dari
bernilai positif, negatif ataukah nol. kesalahan yang ada, dalam hal ini
Kemudian oleh otak, diambil suatu tidak ada mata yang memperhatikan
Gambar 9.7 Sistem Kontrol Level Air secara Otomatis
keputusan sesuai dengan yang level dari ketinggian air. Tentunya kita
disebut di atas (ada 3 kemungkinan akan berjalan didalam kebutaan, tidak
kondisi). Dalam hal ini fungsi otak tahu ketinggian level air sebenarnya
sebagai kontroler. Sinyal kontrol yang (kenyataannya) berapa. Bisa saja
dihasilkan oleh otak, dikirim melalui yang terjadi adalah air terlalu sedikit
syaraf motorik ke tangan. Tentunya atau air akan meluber karena terlalu
sinyal ini akan menyuruh tangan banyak yang dialirkan. Disinilah
untuk membuka atau menutup katup diperlukan sistem kontrol yang lebih
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 179

12. Teknik Ototronik
akurat, yaitu diperlukannya balikan kimiawi. Dalam sistem kontrol
dari keluaran/kenyataan yang otomatis, terdapat elemen-elemen
dihasilkan (level ketinggian) yang penyusun, yaitu :
harus dibandingkan dengan referensi
(harapan) kita. Dan tentunya kontroler a. Sensor/Tranduser
juga harus bisa mengambil keputusan Sensor adalah suatu komponen
dengan akurat dan benar sesuai yang mendeteksi keluaran atau
dengan yang seharusnya. Seperti informasi lainnya yang diperlukan
inilah sistem kontrol dengan loop dalam siste kontrol. Sedangkan
tertutup itu bekerja. Konsep seperti ini tranduser adalah suatu komponen
berlaku pada setiap sistem kontrol yang mampu merubah besaran-
yang ada. Ada nilai referensi, besaran non listrik (mekanis, kimia
pembanding, kontroler, aktuator, plant atau yang lainnya) menjadi besaran-
dan sensor. Istilah-istilah ini akan besaran listrik atau sebaliknya.
dijelaskan di bagian selanjutnya. b. Kontroler
Kontroler adalah suatu
9.2 Sistem Kontrol Otomatis komponen, alat, atau peralatan
(berupa mekanis, pneumatik, hidrolik,
Sistem kontrol otomatis adalah elektronik atau gabungan darinya)
sistem kontrol umpan balik dengan yang mampu mengolah data
acuan masukan atau keluaran yang masukan dari membandingkan
dikehendaki dapat konstan atau respon plant (hasil pembacaan dari
berubah secara perlahan dengan keluaran plant) dan referensi yang
berjalannya waktu dan tugas dikehendaki untuk dikeluarkan
utamanya adalah menjaga keluaran menjadi suatu data perintah atau
sebenarnya berada pada nilai yang disebut sinyal kontrol.
dikehendaki dengan adanya ganggu- c. Aktuator
an. Pemakaian sistem kontrol Aktuator adalah suatu
otomatis dalam segala bidang komponen, alat atau peralatan
keteknikan masa kini semakin banyak (berupa mekanis, pneumatik, hidrolik,
dipakai. Hal ini disebabkan sistem elektronik atau gabungan dari hal
kontrol otomatis mempunyai banyak tersebut) yang mampu mengolah
keunggulan dibandingkan dengan data perintah (sinyal kontrol) menjadi
sistem kontrol konvensional (manual), sinyal aksi ke suatu plant.
yaitu dari segi kecepatan, ketepatan
dan pemakaian tenaga manusia yang Untuk lebih mudah memahami
relatif lebih sedikit. Apalagi ditunjang cara kerja sistem kontrol otomatis,
dengan pengembangan dunia pada Gambar 9.7 diberikan contoh
elektronika, pneumatika maupun sistem kontrol secara otomatis pada
hidrolik. Banyak contoh sistem kontrol aplikasi kontrol level air. Berbeda
otomatis, beberapa di antaranya dengan bagian 9.2 di atas. Pada
adalah kontrol suhu ruangan mobil bagian ini sudah tidak menggunakan
secara otomatis, pengatur otomatis seorang operator manusia lagi untuk
tegangan pada plant daya listrik di mempertahankan level air sesuai
tengah-tengah adanya variasi beban yang diinginkan, tetapi sudah
daya listrik, dan kontrol otomatis menggunakan kontroler yang bekerja
tekanan dan suhu dari proses secara otomatis.
180 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

13. Teknik Ototronik
Sensor untuk aplikasi ini bisa bawah harga yang diinginkan, maka
berupa bahan pelampung dan gaya sentrifugal governor kecepatan
tambahan komponen elektronik. menjadi semakin mengecil, menye-
Dengan komponen ini bisa diketahui babkan katup pengontrol bergerak ke
berapa kedalaman atau ketinggian bawah, mencatu bahan bakar yang
level air yang sebenarnya. Dari lebih banyak sehingga kecepatan
besaran fisika, yaitu kedalaman/ke- mesin membesar sampai dicapai
tinggian dengan satuan meter dirubah harga yang diinginkan. Sebaliknya,
menjadi besaran listrik dengan satuan jika kecepatan mesin melebihi nilai
tegangan. Dengan adanya informasi yang diinginkan, maka gaya
ini, maka kontroler akan sentrifugal dari governor kecepatan
menghasilkan sinyal kontrol yang semakin membesar, maka
diolah sebelumnya. Kontroler bisa menyebabkan katup pengontrol
berupa rangkaian elektronik, bergerak ke atas. Hal ini akan
mikrokontroler, mekanis, pneumatik, memperkecil catu bahan bakar
hidrolik ataupun gabungan dari nya. sehingga kecepatan mesin mengecil
Karena sinyal kontrol tidak bisa sampai dicapai nilai yang diinginkan.
langsung dimanfaatkan untuk Pada sistem kontrol kecepatan
memutar katup/valve pipa, maka ini, plant (sistem yang dikontrol)
sinyal ini harus dikonversi dulu adalah mesin dan variabel yang
menjadi sinyal aksi. Aktuatorlah yang dikontrol adalah kecepatan dari mesin
mengkonversi sinyal ini. Aktuator tersebut. Perbedaan antara
dalam sistem ini bisa berupa motor kecepatan yang dikehendaki dan
listrik, komponen pneumatika atau kecepatan sebenarnya adalah sinyal,
komponen hidrolik. kesalahan. Sinyal kontrol (jumlah
bahan bakar) yang akan diterapkan
9.3 Ilustrasi Sistem Kontrol ke plant (mesin) adalah sinyal
aktuasi. Masukan eksternal yang
Pada bagian ini akan dijelaskan akan mengganggu variabel yang
mengenai beberapa contoh ilustrasi dikontrol adalah gangguan.
sistem kontrol terbuka dan sistem Perubahan beban yang tidak
kontrol tertutup. diharapkan adalah gangguan.
9.3.1 Sistem Kontrol Kecepatan 9.3.2 Sistem Kontrol Suhu
Governor Watt
Gambar 9.9 menunjukkan dia-
Prinsip dasar dari governor Watt gram kontrol suhu dari kompor listrik.
untuk mesin dilukiskan dengan Suhu tersebut diukur oleh sensor
diagram skematik pada gambar 9.8. suhu (komponen yang menghasilkan
Besarnya laju aliran bahan bakar sinyal analog). Besaran tegangan
yang masuk ke silinder mesin diatur suhu dalam bentuk sinyal analog
sesuai dengan selisih antara dikonversi menjadi besaran digital
kecepatan mesin yang diinginkan dan oleh konverter A/D. Suhu digital
kecepatan mesin yang sebenamya. tersebut dimasukkan ke kontroler
Kecepatan governor diatur sesuai melalui sebuah antarmuka. Suhu
dengan kecepatan yang diinginkan. digital ini dibandingkan dengan suhu
Kecepatan yang sebenarnya turun di masukan yang diprogram, dan jika
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 181

14. Teknik Ototronik
Gambar 9.9 Sistem Kontrol Suhu
Gambar 9.8 Sistem Kontrol Kecepatan pada Mesin Governor Watt
terdapat penyimpangan (kesalahan), pang mobil. Suhu yang dikehendaki,
kontroler mengirim sinyal ke pemanas dikonversi menjadi tegangan, adalah
melalui sebuah antar muka penguat masukan ke kontroler. Suhu
dan relai, untuk membawa suhu sesungguhnya dari ruang penumpang
kompor ke nilai yang dikehendaki. dikonversikan ke tegangan melalui
sensor/tranduser dan dimasukkan
9.3.3 Sistem Kontrol Suhu Ruang kembali ke kontroler untuk
Penumpang Mobil perbandingan dengan masukan.
Suhu ruangan dan alih panas radiasi
Gambar 9.10 menunjukkan dari matahari, bertindak sebagai
fungsi kontrol suhu dari ruang penum- gangguan. Sistem ini menggunakan
182 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

15. Teknik Ototronik
baik kontrol umpan balik maupun sehingga ruang penumpang sama
kontrol umpan ke depan. (Kontrol dengan suhu yang dikehendaki.
umpan ke depan memberikan aksi
koreksi sebelum gangguan 9.3.4 Sistem Pengontrolan Lalu
mempengaruhi keluaran). Suhu ruang Lintas
penumpang mobil berbeda cukup
besar tergantung pada tempat di Pengontrolan lalu-lintas dengan
mana ia diukur. Daripada mengguna- sinyal lalu-lintas yang dioperasikan
kan banyak sensor untuk pengukuran pada basis waktu membentuk sebuah
Gambar 9.10 Sistem Kontrol Suhu di Ruang Penumpang Mobil
suhu dan meratakan nilai yang sistem kontrol loop terbuka. Meskipun
diukur, adalah lebih ekonomis mema- demikian, jika jumlah mobil yang
sang penghisap atau penghembus di menunggu di setiap sinyal lalu-lintas
tempat di mana penumpang biasanya pada suatu daerah yang ramai sekali,
merasakan suhu. Suhu udara dari pada suatu kota, diukur secara
penghisap atau penghembus adalah kontinyu dan informasinya dikirim ke
petunjuk suhu ruang penumpang ( pusat komputer yang mengontrol
keluaran sistem). Kontroler menerima sinyal-sinyal lalu lintas, maka sistem
sinyal masukan, sinyal keluaran dan semacam itu menjadi loop tertutup.
sinyal dari sensor sumber gangguan. Pergerakan lalu lintas dalam
Kontroler mengirimkan sinyal kontrol jaringan adalah cukup kompleks
optimal ke alat pengatur udara (air karena variasi dari volume lalu-lintas
conditioner) untuk mengontrol jumlah sangat bergantung pada jam dan hari
udara penyejuk sedemikian rupa dalam satu minggu, maupun pada
beberapa faktor yang lain. Dalam
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 183

16. Teknik Ototronik
beberapa hal, distribusi Poisson "level" yang diinginkan, yang dipilih
dapat diterapkan untuk kedatangan untuk memaksimumkan keuntungan.
pada persimpangan, tetapi hal ini
tidak perlu berlaku untuk semua 9.3.6 Sistem Bisnis
persoalan lalu lintas. Pada
kenyataannya, meminimkan waktu Sistem bisnis bisa terdiri dari
tunggu rata-rata adalah suatu beberapa grup yang masing-masing
persoalan kontrol yang sangat mempunyai tugas (elemen dinamik
kompleks. sistem). Metode umpan-balik untuk
Gambar 9.11 Sistem Kontrol Kemudi dan Kecepatan Idle pada Mobil
9.3.5 Sistem Kontrol Inventari- melaporkan prestasi tiap grup harus
sasi ditetapkan dalam sistem tersebut,
agar beroperasi dengan baik. Kopling
Pemrograman laju produksi dan silang antara grup-grup fungsional
tingkat persediaan barang di industri harus dibuat dalam orde minimum,
merupakan contoh lain dari sebuah untuk mengurangi waktu tunda yang
sistem kontrol loop tertutup. Tingkat tidak diinginkan dalam sistem.
persediaan yang sebenarnya, yang Semakin kecil kopling silang maka
merupakan keluaran sistem, akan semakin halus aliran sinyal kerja
dibandingkan dengan tingkat dan bahan.
persediaan yang diinginkan, yang Sistem bisnis merupakan sistem
dapat berubah dari waktu ke waktu loop tertutup. Disain yang bagus akan
sesuai dengan pasaran. Jika ada menyederhanakan kontrol manajerial
perbedaan antara tingkat persediaan yang diperlukan. Perhatikan bahwa
yang sebenarnya dengan tingkat gangguan pada sistem ini adalah
persediaan yang diinginkan, maka cacat bahan atau manusia, interupsi
laju produksi distel sedemikian rupa komunikasi, kesalahan manusia, dan
sehingga keluaran selalu mendekati sejenisnya.
184 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

17. Teknik Ototronik
Gambar 9.12 Sistem Kecepatan Idle dengan Loop Terbuka
Penentuan perkiraan sistem yang Dalam kasus ini, dua pengendalian
baik didasarkan pada statistik dan dan dua keluaran tidak bergantung
kekuasaan manajemen yang baik. satu dengan yang lainnya, tetapi
(Perhatikan bahwa hal ini dikenal dari pada umumnya, terdapat sistem yang
kenyataan bahwa unjuk kerja sistem pengendaliannya saling berhubung-
dapat ditingkatkan dengan an. Sistem dengan masukan dan
pengaturan waktu atau antisipasi). keluaran lebih dari satu disebut
sistem banyak variabel.
9.3.7 Sistem Kontrol Kemudi Mobil
9.3.8 Sistem kontrol Kecepatan
Sebagai Suatu contoh sederhana Idle mobil loop terbuka
dari sistem kontrol terbuka, bisa
dilihat pada gambar 9.11, yaitu Selain menggambarkan sistem
kontrol kemudi mobil. Arah dua roda kontrol kemudi, pada gambar 9.11
depan dapat dianggap sebagai juga menggambarkan sistem kontrol
variabel yang dikendalikan atau kecepatan idle dari satu mesin mobil.
keluaran (y) arah dari roda kemudi Sistem kontrol kecepatan idle mobil
adalah sinyal penggerak atau bisa dirancang dengan menggunakan
masukan (u). Sistem kontrol kemudi dua jenis pengontrolan, yaitu dengan
mobil ini masih menggunakan sistem loop terbuka atau loop tertutup.
mekanis, karena memang unsur Pada loop terbuka, tidak sulit
mekanis yang membentuk sistem untuk melihat bahwa sistem yang
kontrol ini. ditunjuk tersebut tidak akan
Sistem kontrol, atau proses pada memenuhi permintaan kinerja yang
masalah ini, terdiri dari mekanisme kritis. Misalnya, jika sudut katup α
kemudi dan dinamika seluruh mobil. ditentukan pada nilai awal tertentu,
Walaupun demikian, jika tujuannya yang berhubungan dengan kecepatan
adalah untuk mengendalikan tertentu, ketika suatu torsi beban TL
kecepatan mobil, maka besarnya diberikan, tidak bisa dihindari suatu
tekanan yang dikerahkan pada pedal penurunan pada kecepatan mesin.
gas adalah sinyal penggerak, serta Satu-satunya cara untuk membuat
kecepatan kendaraan adalah variabel sistem tetap bisa bekerja adalah
yang dikendalikan. Secara keseluruh- dengan menyesuaikan α sebagai
an, kita dapat menyatakan bahwa reaksi terhadap perubahan torsi
sistem kontrol mobil yang sederhana beban yang berguna untuk
merupakan satu kesatuan dengan mempertahankan kecepatan mesin
dua masukan (kemudi dan pedal gas) ω pada nilai yang diinginkan. Unsur
dan dua keluaran satu tujuan dan sistem kontrol terbuka biasanya
kecepatan. dibagi atas dua bagian yaitu
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 185

18. Teknik Ototronik
Gambar 9.13 Sistem Kecepatan Idle dengan Loop Tertutup
Gambar 9.14 Respon Sistem Kontrol Kecepatan Idle Loop Terbuka dan Tertutup
kontroler dan proses yang dikontrol, atau kontroler lainnya tergantung
seperti yang ditunjukkan pada jenis sistem. Dalam kasus yang lebih
Gambar 9.12. Suatu sinyal masukan canggih lagi, kontroler dapat berupa
atau perintah r diberikan ke kontroler, komputer seperti mikroprosesor.
dimana keluarannya bertindak Karena kesederhanaan dan sifat
sebagai sinyal penggerak u. Sinyal ekonomis dari sistem kontrol loop
penggerak tersebut kemudian terbuka, banyak ditemukan model
mengendalikan plant yang sistem ini pada aplikasi yang tidak
dikendalikan sehingga variabel yang memerlukan ketelitian yang besar.
dikendalikan y akan dihasilkan sesuai Tujuan dari sistem ini adalah
dengan persyaratan yang telah menghilangkan atau meminimumkan
ditentukan. Dalam kasus sederhana, penurunan kecepatan ketika beban
kontroler dapat berupa amplifier mesin digunakan.
penguat), seperangkat alat mekanis
186 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

19. Teknik Ototronik
9.3.9 Sistem kontrol Kecepatan sistem loop terbuka akan menurun
Idle mobil loop tertutup dan berakhir pada nilai rendah
setelah beban diberikan. Pada
Sistem kontrol kecepatan idle Gambar 9.14 (b), kecepatan idle
dengan loop tertutup ditunjukkan sistem loop tertutup ditunjukkan untuk
pada pada gambar 9.13. Masukan mengatasi nilai yang menurun setelah
referensi yang didefinisikan sebagai diberikan beban agar naik dengan
ω r menentukan kecepatan idle yang cepat. Tujuan utama sistem kendali
kecepatan idle yang telah diuraikan,
diinginkan. Kecepatan mesin pada
dikenal sebagai sistem regulator,
saat idle harus sesuai dengan nilai
yang bertujuan mempertahankan
referensi ω r , setiap perubahan yang keluaran sistem pada tingkat yang
terjadi pada kecepatan mesin ω jika telah ditentukan.
torsi berubah, dideteksi oleh sensor
kecepatan. Kontroler akan bekerja 9.4 Jenis Sistem Kontrol
sesuai dengan perbedaan antara
kecepatan referensi ω r dan Bagian ini membahas mengenai
kecepatan mesin ω yang sebenarnya sistem kontrol mekanis, sistem
untuk menghasilkan suatu sinyal kontrol pneumatik, sistem kontrol
yang menyesuikan sudut katup α hidrolik dan sistem kontrol elektronik.
untuk mengurangi udara masuk,
sehingga kecepatan mesin ω akan 9.4.1 Sistem Kontrol Mekanis
sama dengan kecepatan referensi
ωr . Sistem kontrol mekanis merupa-
kan suatu sistem kontrol yang
Tujuan dari sistem kontrol ini
menggunakan bahan-bahan mekanis
adalah untuk mempertahankan
sebagai kontrolernya. Hukum yang
kecepatan idle mesin pada suatu nilai
mendasari prinsip kerja kontroler
yang relatif rendah (untuk
secara mekanis adalah hukum kedua
penghematan bahan bakar) dengan
Newton, yaitu F = m x a , dimana :
mengabaikan beban mesin yang
F = gaya (N)
dipakai (seperti transmisi, kemudi
m = massa (kg)
servo, pengatur suhu, dan lain-lain).
a = percepatan (m/s2)
Tanpa kontrol kecepatan idle, setiap
penggunaan beban mesin secara
Contoh sistem mekanis adalah
tiba-tiba akan menyebabkan suatu
sistem translasi mekanika dan sistem
penurunan pada kecepatan mesin
rotasi mekanika. Tinjau sistem
yang dapat menyebabkan mesin mati
dashpot massa pegas yang dipasang
oleh karena itu tujuan utama dari
pada kereta seperti yang ditunjukkan
sistem terkendali kecepatan idle
dalam Gambar 9.15. Dashpot adalah
dengan loop tertutup adalah untuk
alat yang memberikan gesekan liat
mempertahankan kecepatan idle
atau redaman. Ia terdiri dari sebuah
mesin pada nilai yang diinginkan.
torak dan silinder yang berisi minyak.
Gambar 9.14 membandingkan
Gerakan relatif apapun antara
kinerja sistem kontrol kecepatan idle
besi torak dan silinder ditahan oleh
loop terbuka dan tertutup. Pada
minyak, karena minyak tersebut
gambar 9.14 (a), kecepatan idle
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 187

20. Teknik Ototronik
Contoh di kendaraan adalah
pada sistem kontrol pengaliran bahan
bakar yang menggunakan sistem
karburator dan injeksi K. Pada bagian
ini proses kerja karburator tidak perlu
di bahas. Siswa dianggap sudah
memahami bagaimana prinsip
kerjanya. Sistem kontrol pengaliran
bahan bakar yang menggunakan
injeksi K ini bisa dijelaskan sebagai
Gambar 9.15 Sistem dashpot-massa- berikut. Sama dengan prinsip yang
pegas yang dipasang di atas kereta ada di karburator, pada sistem injeksi
K pada kendaraan berbahan bakar
harus mengalir di sekitar torak (atau bensin, bahan bakar dikabutkan
melalui lubang-lubang kecil yang secara terus-menerus. Yang
terdapat pada torak) dari sisi yang membedakan adalah komponen yang
satu ke sisi yang lain dari torak. Pada digunakan. Pada sistem injeksi K,
dasarnya dashpot menyerap energi. untuk menyemprotkan bahan bakar
Energi yang diserap tersebut agar terbentuk kabut, digunakan
dikeluarkan sebagai panas dan injektor (komponen mekanis). Disini
dashpot tidak menyimpan energi injektor menyemprot secara terus-
kinetik ataupun tegangan. Dashpot menerus. Banyak sedikitnya bahan
dinamakan juga peredam (damper). bakar yang disemprot, berdasarkan
informasi yang diperoleh dari tekanan
udara yang masuk. Semakin besar
tekanan udara yang masuk,
mengindikasikan bahwa massa udara
yang terhisap di ruang bakar tentunya
banyak. Agar didapatkan
perbandingan yang ideal dari massa
Gambar 9.16 Sistem Rotasi Mekanika udara dan massa bahan bakar yang
masuk ke ruang bakar, maka
Tinjau sistem rotasi mekanika tentunya kontroler mekanis dari
yang diunjukkan dalam Gambar 9.16. sistem K-Jetronik ini bisa mengatur
Sistem terdiri dari beban inersia dan berapa banyak bahan bakar yang
peredam gesekan liat. Untuk sistem disemprotkan melalui injektor.
rotasi mekanika demikian, maka Dengan perbandingan yang ideal
Hukum Newton kedua menyatakan antara massa udara dan bahan bakar
sebesar 14.7 : 1 akan didapatkan
T = Jα pembakaran yang sempurna. Hal ini
yang menjadi masalah di semua
Dimana T = torsi yang diterapkan sistem kontrol pengaliran bahan
ke sistem (Nm) bakar, baik sistem karburator, K-
J = Momen Inersia dari Jetronik dan sistem kontrol pengaliran
beban (kgm2) bahan bakar secara elektronik.
α = percepatan sudut dari Pada gambar 9.17, dipelihatkan
beban (rad/s2) sistem pengaliran bahan bakar K-
188 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

21. Teknik Ototronik
Gambar 9.17 Sistem Pengaliran bahan Bakar K-Jetronik
Gambar 9.18 Kontroler Mekanis pada Sistem K-Jetronik
Jetronik. Ketika pedal gas diinjak oleh ngan udara A, dengan arah aliran
pengemudi, maka katup gas D akan udara sesuai dengan arah anak
semakin terbuka. Sebaliknya panah. Setelah melalui saringan
jikapedal gas sedikit penginjakannya udara A, aliran udara menekan
oleh pengemudi maka katup gas Piring/plat sensor B. Karena ada
sedikit pula terbukanya. Dengan tekanan ini, maka plat sensor akan
semakin besar bukaan throtlle maka terangkat ke atas yang akhirnya
udara yang masuk akan semakin menyebabkan plunyer pengontrol
besar pula. Udara masuk melalui sari- bahan bakar juga terangkat ke atas.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 189

22. Teknik Ototronik
Gambar 9.19 Kontroler Mekanis pada Sistem K-Jetronik
Semakin besar tekanan udara yang (b). Dengan semakin besar tekanan
masuk, maka semakin terangkat pula udara yang masuk (tampak gambar
plat sensor yang akhirnya plunyer anak panah yang banyak), maka
pengontrol juga semakin terangkat piring/plat sensor akan lebih
yang nantinya menyebabkan semakin terangkat ke atas. Hal ini
banyak bahan bakar yang mengakibatkan plunyer pengontrol
disemprotkan ke ruang bakar. Hal ini semakin terangkat pula. Karena
bisa diamati pada Gambar 9.18. inilah, bahan bakar yang berada di
Ketika tekanan udara kecil saluran yang menuju injektor lebih
(tampak dengan tanda anak panah banyak dari pada kondisi pada
yang sedikit pada Gambar 9.17 (b)), gambar 9.18 (b). Sehingga bahan
maka plunyer pengontrol terangkat bakar yang dikabutkan oleh injektor
sedikit. Sehingga aliran bahan bakar karena adanya tekanan bensin yang
(bensin) yang menuju ke injektor besar di saluran semakin banyak
terhambat dan sisanya dikembalikan yang terhisap oleh mesin.
lagi ke saluran menuju tangki bensin. Selain dipengaruhi oleh tekanan
Bahan bakar bensin dari tangki udara, ada faktor lain yang
bensin mempunyai tekanan yang mempengaruhi besar pengangkatan
besar yang ditimbulkan oleh pompa di plunyer pengontrol. Hal ini bisa
tangki bensin. Karena mempunyai dijelaskan dengan melihat Gambar
tekanan yang besar tersebut, maka 9.19. Tampak bahwa selain tekanan
bahan bakar yang menuju injektor udara (Pu) ada juga faktor lain yang
tadi menyemprot hingga mengabut. mempengaruhi seberapa besar
Hanya saja karena sedikit yang plunyer pengontrol terangkat. Faktor-
diteruskan ke injektor tadi, maka faktor tersebut adalah berat piring
tentunya pengkabutan bensin tadi atau plat sensor (Pg) dan berat bobot
sedikit pula yang menuju ke ruang pengimbang (G). Agar tercapai
bakar. kesetimbangan maka Pu + G = Pg +
Hal ini berbeda dengan kondisi Pk. Disinilah model matematik
seperti yang terlihat di Gambar 9.18 kontrolernya. Sehingga dari sini bisa
190 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

23. Teknik Ototronik
didapatkan besarnya keluaran pada sistem kontrol pengaliran
kontroler (plunyer pengontrol), yaitu bahan bakar K-Jetronik.
Pk = (Pu + G) – Pg. Ada dua kondisi
yang bisa dijelaskan di sini, yaitu : 9.4.2 Sistem Kontrol Pneumatik
(pada kondisi pedal gas)
Sebagai media yang paling
• Ketika Katup gas lebih menutup berdaya guna untuk menyalurkan
Dimana Pu + G < Pg + Pk, maka sinyal dan daya, fluida, baik dalam
piring/plat sensor lebih menutup bentuk cairan ataupun gas,
saluran masuk. mempunyai banyak kegunaan dalam
• Ketika Katup gas lebih membuka industri. Cairan dan gas pada
Pu + G > Pg + Pk, maka plat dasamya dapat dibedakan oleh relatif
sensor lebih membuka saluran kemungkinan pemampatannya dan
masuk. fakta bahwa cairan mungkin
mempunyai permukaan yang bebas,
Faktor lain yang mempengaruhi sedang gas membesar memenuhi
aliran udara adalah bentuk tempatnya. Dalam bidang rekayasa,
konisitasnya (B pada Gambar 9.17). istilah pneumatika menjelaskan
Dengan bentuk konisitas yang sistem fluida yang menggunakan
sedimikian rupa, maka aliran udara udara atau gas, dan hidrolika berlaku
tersebut bisa terhambat atau mengalir untuk sistem yang menggunakan
lancar. Konisitas merupakan bentuk minyak pelumas atau oli.
saluran. Sehingga dari penjelasan Sistem pneumatika digunakan
tersebut diatas dapat kita secara ekstensif dalam otomatisasi
simpulkansebagai berikut : mesin-mesin produksi dan dalam
biang kontroler otomatis. Misalnya,
• Jumlah udara yang mengalir rangkaian pneumatika yang
tergantung dari tinggi mengubah energi udara yang
pengangkatan piring/plat sensor dimampatkan menjadi energi
dan bentuk konisitasnya. Sesuai mekanika digunakan secara luas, dan
dengan pedal gas yang diinjak berbagai jenis kontroler pneumatika
oleh seorang sopir. ditemukan dalam industri. Karena
• Jumlah bahan bakar yang sistem pneumatika dan sistem
diinjeksikan tergantung dari hidrolika sering saling dibandingkan,
jumlah udara yang mengalir. maka berikut ini kita akan
Semain besar udara yang memberikan perbandingan antara
mengalir, maka semakin besar kedua sistem tersebut secara singkat.
bahan bakar yang diinjeksikan. antara kedua sistem tersebut.
Sebaliknya semakin kecil udara Perbedaan-perbedaan tersebut
yang mengalir maka semakin adalah sebagai berikut :
sedikit bahan baka yang 1. Udara dan gas dapat
diinjeksikan. Dengan perhitungan dimampatkan sedang oli tidak
yang sesuai, maka akan dapat dimampatkan.
didapatkan perbandingan udara 2. Udara kekurangan sifat pelumas
dan bahan bakar sebesar 14.7 : 1 dan selalu mengandung uap air.
di setiap kondisi bukaan katup Fungsi oli adalah sebagai fluida
gas. Dan hal ini yang diharapkan hidrolika dan juga pelumas.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 191

24. Teknik Ototronik
Gambar 9.20 (a) Sistem Kontrol Pneumatik Temperature
Gambar 9.20 (b) Sistem Kontrol Hidrolik (Kontrol Kecepatan Mesin)
192 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

25. Teknik Ototronik
3. Tekanan operasi normal sistem 9.4.3 Sistem Kontrol Hidrolik
pneummatika jauh lebih rendah
daripada sistent hidrolika. Kecuali untuk kontroler pneuma-
4. Daya keluaran sistem pneumatika tik tekanan rendah, udara yang
jauh lebih kecil daripada sistem dimampatkan jarang digunakan untuk
hidrolika. mengontrol kesinambungan gerakan
5. Ketepatan aktuator pneumatika alat-alat yang mempunyai massa.
adalah buruk pada kecepatan Perbandingan antara sistem
rendah, sedangkan ketepatan pneumatika dan sistem hidrolika.
aktuator hidrolika dapat dibuat Fluida yang umumnya ditemukan
memuaskan pada semua kondisi dalam sistem pneumatika adalah
kecepatan. udara. Dalam sistem hidrolika,
6. Pada sistem pneumatika fluidanya adalah oh atau minyak
kebocoran eksternal pelumas. Perbedaan sifat-sifat fluida
diperbolehkan sampai tingkat terutama menjadi karakteristik
tertentu, tetapi kebocoran internal perbedaan yang berarti di bawah
harus dihindarkan karena Raya beban eksternal. Untuk kasus
perbedaan tekanan efektif agak demikian, kontroler hidrolika
kecil. Pada sistem hidrolika, umumnya lebih dikehendaki.
kebocoran internal diperbolehkan Penggunaan yang meluas dari
sampai tingkat tertentu, tetapi rangkaian hidrolika dalam aplikasi
kebocoran ekstemal harus alat-alat bantu mesin, sistem kontrol
dihindarkan. pesawat terbang, dan operasi yang
7. Tidak diperlukan pipa kembali mirip dengan itu terjadi karena faktor-
pada sistem pneumatika bila yang faktor seperti sifatnya yang positif,
digunakan udara, sedang pipa ketepatan, fleksibilitas, perbandingan
kembali selalu diperlukan oleh daya kuda-berat yang tinggi, start
sistem hidrolika. yang cepat, berhenti dan ke belakang
8. Suhu operasi normal sistem dengan lancar dan presisi, dan
pneumatika adalah 5° sampai kesederhanaan operasinya.
60°C (41° sampai 140oF). Namun Tekanan operasi dalam sistem
sistem pneumatika dapat hidrolika sekitar 145 dan 5000 lb/in2
beroperasi pada suhu 0° sampai (antara 1 dan 35 MPa). Dalam
200°C (32° sampai 392°F). beberapa aplikasi khusus, tekanan
Sistem pneumatika tidak peka operasi mungkin sampai 10.000
terhadap perubahan suhu, tetapi lbf/in2 (70 MPa). Untuk persyaratan
sebaliknva dengan sistem daya yang sama, berat dan ukuran
hidrolika, dengan gesekan fluida dari unit hidrolika dapat dibuat lebih
disebabkan oleh kecepatan yang kecil dengan meningkatkan tekanan
bergantung besar sekali pada pasokan. Pada sistem hidrolika
suhu. Suhu operasi normal untuk tekanan tinggi, gaya yang sangat
sistem hidrolika adalah 20° besar dapat diperoleh. Aksi yang
sampai 70°C (68° sampai 158°F). cepat, peletakan posisi yang tepat
9. Sistem pneumatika tahan api dan dari beban yang berat dimungkinkan
ledakan, sedang sistem hidrolika dengan sistem hidrolika. Kombinasi
tidak demikian. sistem elektronika dan hidrolika
digunakan secara luas, karena ia
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 193

26. Teknik Ototronik
mengombinasikan kelebihan- 3. Bahaya api dan ledakan ada,
kelebihan baik dari kontrol elektronika kecuall jika menggunakan fluida
maupun daya hidrolika. tahan api.
Terdapat kelebihan dan 4. Karena sukar sekali merawat
kekurangan tertentu dalam sistem hidrolika yang bebas dari
penggunaan sistem hidrolika kebocoran, maka sistem tersebut
dibandingkan dengan sistem lain. cenderung kotor.
Beberapa kelebihan-kelebihannya 5. Oli yang terkontaminasi mungkin
adalah: menyebabkan kegagalan sistem
1. Fluida hidrolika bertindak sebagai hidrolika untuk fungsi dengan
pelumas, disamping membawa benar.
pergi panas yang dihasilkan 6. Sebagai hasil dari karakteristik non
dalam sistem ke tempat linear dan karakteristik rumit
pertukaran panas yang baik lainnya, maka desain dari sistem
(convenient heat exchanger). hidrolika yang canggih sangat
2. Aktuator hirdolika yang secara memerlukan waktu dan usaha
perbandingan ukurannya kecil yang besar.
dapat mengembangkan gaya dan 7. Rangkaian hidrolika umumnya
torsi yang besar. mempunyai karakteristik redaman
3. Aktuator hidrolika mempunyai yang buruk. Jika rangkaian
kecepatan tanggapan yang lebih hidrolika tidak didesain dengan
tinggi dengan start, stop, dan benar, maka beberapa fenomena
kecepatan kebalikan yang cepat. yang tidak stabil mungkin terjadi
4. Aktuator hidrolika dapat atau hilang, tergantung pada
dioperasikan di bawah keadaan keadaan operasi.
berkesinambungan, terputus-
putus (intermittent), kebalikan, 9.4.4 Sistem Kontrol Elektronik
dan melambat tanpa mengalami
kerusakan. Pada sistem kontrol elektronik,
5. Tersedianya aktuator balik linear kontroler yang digunakan merupakan
maupun putar memberikan suatu unit yang terdiri dari komponen
fleksibilitas dalam desain. elektronika. Unit elektronika disini
6. Karena kebocoran yang rendah merupakan rangkaian yang
dalam aktuator hidrolika, maka terintegrasi dari banyak komponen
kecepatan akan jatuh bila beban elektronika, yaitu resistor, kapasitor,
yang diterapkan kecil. induktor, dioda, transistor, op-amp,
IC dan masih banyak komponen
Di lain pihak, beberapa elektronika yang lain. Unit elektronika
kekurangan cenderung membatasi tersebut, bisa berupa rangkaian yang
penggunaanya : sederhana maupun rangkaian yang
1. Daya hidrolika tidak siap tersedia kompleks. Salah satu komponen
dibandingkan dengan daya listrik. elektronika yang bisa dijadikan
2. Biaya sistem hidrolika mungkin sebagai kontroler adalah
lebih tinggi daripada sistem listrik potensiometer. Dengan komponen
yang sebanding dan mengerjakan ini, sudah bisa mengolah sinyal
fungsi yang mirip. tegangan, yaitu sebagai pelemah,
tidak bisa digunakan untuk
194 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

27. Teknik Ototronik
menguatkan sinyal. Untuk 9.5 Topologi Sistem Kontrol
menguatkan suatu sinyal, tentu saja Elektronik
harus digunakan komponen aktif,
misalnya adalah op-amp. Apabila kita Pada sistem kontrol elektronik,
dapatkan selisih dari nilai referensi ada beberapa komponen-komponen
dan dari output plant (sinyal yang digunakan, yaitu sensor,
kesalahan/error) dan ternyata jenis pengkondisian sinyal, mikroprosesor
kontroler yang diperlukan adalah dan mikrokontroler, memori, driver
pelemahan sinyal, maka dengan dan aktuator. Masing-masing
potensiometer tadi sudah bisa kita komponen ini bisa djelaskan di bawah
terapkan untuk membuat kontroler ini. ini.
Kontroler ini disebut kontroler
proposional.
Lebih canggih lagi, komponen
elektronik yang dijadikan sebagai
kontroler adalah yang menggunakan
mikroprosesor. Disini sudah
digunakan teknologi digital. Beberapa
tahun belakangan ini, teknologi digital
sangat berkembang pesat. Baik yang
tanpa menggunakan program atau
yang memerlukan program.
Mikroprosesor merupakan komponen
elektronik yang memerlukan program
agar bisa bekerja. Dengan program,
maka bisa digunakan untuk berbagai
aplikasi berdasarkan logika pemikiran
dari seorang programmer dan
perancang aplikasi tersebut.
Di dunia otomotif, ada suatu unit Gambar 9.21 Electronic Control Unit
(ECU)
elektronik yang menggunakan
mikroprosesor, berfungsi untuk 9.5.1 Sensor
mengatur jumlah bahan bakar dan
mengatur waktu penyalaan Sensor adalah piranti atau
pengapian. Unit ini disebut sebagai komponen yang digunakan untuk
ECU (Electonic Control Unit). Ada merubah suatu besaran non listrik
banyak fungsi ECU yang lain di (fisika maupun kimia) menjadi
kendaraan. Ada yang digunakakan besaran listrik sehingga dapat
untuk EPS (Electronic Power dianalisa dengan rangkaian listrik
Steering), ABS (Antilock Brake tertentu. Ada beberapa istilah yang
System), Airbag System, AC (Air perlu diperhatikan, yaitu kesalahan
Conditioning), Automatic (error), akurasi (accuracy),
Transmission dan masih banyak sensitivitas (sensitivity), repeabilitas
sistem kontrol yang lain di kendaraan. (repeability), histerisis (hysterisis),
Penjelasan mengenai sistem kontrol linearitas (linearity).
ini dijelaskan lebih detail pada bab- Istilah kesalahan (error)
bab setelah ini. didefinisikan sebagai perbedaan
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 195

28. Teknik Ototronik
antara nilai variabel yang sebenarnya sebesar 5 mV/oC berarti setiap
dan nilai pengukuran variabel. perubahan input 1oC akan muncul
Seringkali nilai sebenarnya tidak output sebesar 5 mV.
diketahui. Untuk kasus tertentu, Istilah repeabilitas (repeability)
akurasi akan menunjukkan didefinisikan sebagai pengukuran
range/bound kemungkinan dari nilai terhadap seberapa baik output yang
sebenarnya. dihasilkan ketika diberikan input yang
Istilah akurasi (accuracy) sama beberapa kali.
digunakan untuk menentukan
kesaahan (error) keseluruhan max − min
maksimum yang diharapkan dari repeatibility = x100%
fullscale
suatu alat dalam pengukuran. Ada
beberapa jenis akurasi, yaitu : Istilah histerisis (hysterisis)
1. Terhadap variabel yang diukur.
didefinisikan sebagai perbedaan
Misalnya akurasi dalam
output yang terjadi antara pemberian
pengukuran suhu ialah 2oC, berarti
input menaik dan pemberian input
ada ketidak akuratan(uncertainty)
menurun dengan besar nilai input
sebesar 2oC pada setiap nilai
sama. Merupakan salah satu
suhu yang diukur.
indikator repeatabilitas.
2. Terhadap prosentase dari
pembacaan Full Scale suatu
instrumen.
Misalnya akurasi sebesar
0.5% FS (Full Scale) pada meter
dengan 5 V Full Scale, berarti
ketidakakuratan pada sebesar
0.025 volt.
3. Terhadap prosentase span (range
kemampuan pengukuran
instrumen).
Misalnya jika sebuah alat
mengukur 3% dari span untuk
pengukuran tekanan dengan range
20 - 50 psi, maka akurasinya
menjadi sebesar ( 0.03) (50 – 20)
= 0.9 psi. Gambar 9.22 Grafik Histerisis
Istilah sensitivitas (sensitivity)
didefinisikan sebagai perubahan pada Istilah linearitas (linearity)
output instrumen untuk setiap didefinisikan sebagai hubungan
perubahan input terkecil. Sensitivitas antara output dan input dapat
yang tinggi sangat diinginkan karena diwujudkan dalam persamaan garis
jika perubahan output yang besar lurus. Linearitas sangat diinginkan
terjadi saat dikenai input yang kecil, karena segala perhitungan dapat
maka pengukuran akan semakin dilakukan dengan mudah jika sensor
mudah dilakukan. Misalnya, jika dapat diwujudkan dalam persamaan
sensitivitas sensor temperatur garis lurus.
196 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

29. Teknik Ototronik
Dalam pemilihan dan fisika adalah sensor cahaya, sensor
penggunaan suatu sensor, diperlukan suara, sensor kimia,sensor gaya,
pertimbangan-pertimbangan, agar sensor kecepatan, dan sensor
sesuai dengan yang diharapkan. percepatan, dan sensor suhu.
Pertimbangan-pertimbangan tersebut Sedangkan Sensor kimia mendeteksi
meliputi : jumlah suatu zat kimia dengan cara
1. Identifikasi sinyal yang mengubah besaran kimia menjadi
sebenarnya. besaran listrik. Biasanya melibatkan
Tahap ini meliputi nilai beberapa reaksi kimia. Contoh sensor
nominal dan range pengukuran kimia adalah sensor pH, sensor
sensor, kondisi fisik lingkungan Oksigen, sensor ledakan, dan sensor
dimana pengukuran dilakukan, gas. Ada penggolongan lain
kecepatan pengukuran yang berdasarkan keperluan dari sumber
diperlukan, dan lain-lain. energi, yaitu sensor pasif dan sensor
2. Identifikasi sinyal output yang aktif. Untuk mengkonversi sifat-sifat
dibutuhkan. fisik atau kimia ke besaran listrik
Kebanyakan output yang sensor pasif tidak memerlukan
dihasilkan sebesar arus standar 4 bantuan sumber energi, contohnya
– 20 mA (contoh pada sensor adalah termocouple. Termocouple
temperatur) atau tegangan yang menghasilkan tegangan output
besarnya diskalakan untuk sebanding dengan suhu pada
mewakili range pengukuran sambungan termcouple tersebut.
sensor. Mungkin ada kebutuhan Berbeda dengan sensor aktif, untuk
lain sepertai isolasi impedansi mengkonversi sifat-sifat fisik atau
output, dan lain-lain. Dalam kimia ke besaran listrik sensor aktif ini
beberapa kasus mungkin memerlukan bantuan sumber energi.
diperlukan konversi secara digital Ada 6 tipe isyarat penggolongan
pada output. sensor, yaitu :
3. Memilih sensor yang tepat. 1. Mechanical, contoh : panjang,
Berdasar langkah pertama, luas, mass flow, gaya, torque,
kita pilih sensor yang sesuai tekanan, kecepatan, percepatan,
dengan spesifikasi range dan panjang gel acoustic dan lain-lain.
lingkungan. Selanjutnya, harga 2. Thermal, contoh : temperature,
dan ketersediaan sensor juga panas, entropy, heat flow dan
harus dipertimbangkan. lain-lain.
4. Mendesain pengkondisi sinyal 3. Electrical, contoh : tegangan,
yang sesuai. arus, muatan, resistance,
Dengan pengkondisi sinyal, frekuensi dan lain-lain.
output dari sensor akan diubah 4. Magnetic, contoh : intensitas
menjadi bentuk sinyal output yang medan, flux density dan lain-lain.
kita perlukan. 5. Radiant, contoh : intensitas,
panjang gelombang, polarisasi
Sensor dibedakan menjadi 2 dan lain-lain.
jenis, yaitu sensor fisika dan sensor 6. Chemical, contoh : komposisi,
kimia. Sensor fisika mendeteksi konsentrasi, pH, kecepatan reaksi
besaran suatu besaran berdasarkan dan lain-lain.
hukum-hukum fisika. Contoh sensor
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 197

30. Teknik Ototronik
9.5.2 Pengkodisian Sinyal (Signal setelah melewati proses konversi.
Conditioning) Tentunya besar sinyal ini bergantung
terhadap karakteristik materialnya.
Pengkondisi sinyal merupakan Agar sinyal yang dihasilkan oleh
suatu operasi elektronik untuk sebuah sensor sesuai dengan yang
mengkonversi sinyal tersebut menjadi diinginkan maka kita harus
sinyal yang sesuai dengan komponen mengkonversinya setelah didapatkan
elektronik lain yang diperlukan di keluarannya. Kita tidak bisa merubah
dalam sistem kontrol. Pengkondisian karakteristik material didalamnya,
sinyal dibagi menjadi dua bagian, karena tentunya sensor tersebut
yaitu pengkondisi sinyal secara sudah menjadi satu kesatuan yang
analog dan secara digital. terintegrasi. Hanya industri pembuat
Pengkondisian secara analog sensor tersebut yang mampu
menghasilkan sinyal keluaran yang merubahnya, karena kita hanya
masih merepresentasikan sinyal sebagai pemakai sensor tersebut dan
analog yang variabel. Pada aplikasi bukan kita sendiri yang membuatnya.
pemrosesan digital, beberapa Sehingga hanya ada pilihan yang
pengkondisi sinyal analog tertentu sedikit untuk kita terapkan ke sistem
dilakukan sebelum konversi analog kontrol nantinya. Sebagai contoh
ke digital dikerjakan. adalah cadmium sulfida mempunyai
nilai resistansi yang bervariasi yang
berkebalikan dan tidak linear
berdasarkan intensitas cahaya.
Pengkondisi sinyal secara analog
diperlukan dalam kasus ini untuk
merubah sinyal yang dihasilkan
tersebut untuk dihubungkan dengan
komponen lain dalam sisten kontrol.
Tentunya konversi ini dilakukan
secara elektris. Kita sering
menguraikan bahwa akibat dari
pengkondisian sinyal membentuk
suatu transfer fungsi tertentu. Dengan
rangkaian penguat tegangan yang
sederhana, ketika diberi masukan
tegangan pada rangkaian tersebut,
maka memberikan tegangan
keluaran. Hal ini memungkinkan
Gambar 9.23 Linearisasi pada Sinyal membagi rangkaian pengkondisi
yang Tidak Linear sinyal secara umum sebagai berikut :
a. Merubah level sinyal
Metode yang sederhana pada
9.5.2.1 Pengkondisian Sinyal Analog rangkaian pengkondisi sinyal adalah
(Analog Signal Conditioning) merubah level atau nilai dari sinyal
tersebut. Contoh yang sering dipakai
Sebuah sensor menghasilkan adalah penguatan (amplifier) dan
nilai variabel dalam besaran listrik pelemahan (attenuate) level
198 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

31. Teknik Ototronik
tegangan. Secara umum, aplikasi itu sulit untuk mendesainnya dan
sistem kontrol dengan sinyal dc atau biasanya operasi daerah kerjanya
frekuensi rendah dapat dikuatkan dibatasi.
dengan mudah. Faktor penting untuk Pendekatan modern untuk
memilih rangkaian penguatan adalah masalah ini adalah menjadikan sinyal
impedansi input dari keluaran yang tidak linea ersebut sebagai
sensor. masukan dari sebuah komputer dan
Dalam sistem kontrol, sinyal membentuk linearisasi dengan
selalu menggambarkan variabel menggunakan software. Secara
proses (atau keluaran sistem) yang virtual, banyak ketidaklinearan dapat
nantinya akan dibandingkan dengan diatasi dengan cara ini dengan
nilai variabel (nilai referensi) untuk komputer modern yang cepat
diolah oleh kontroler. Dalam pemrosesannya secara real time.
beberapa kasus respon frekuensi
dalam rangkaian penguatan sangat c. Konversi
penting untuk diperhatikan, Seringkali pengkondisi sinyal
contohnya pada sensor digunakan untuk mengkonversi dari
accelerometer dan optical detector. besaran listrik yang satu ke besaran
listrik yang lain. Sebagian besar dari
b. Linearisasi kelompok sensor/tranduser,
Sesuai dengan penjelasan memperlihatkan perlunya merubah
sebelumnya, bahwa pembuat sistem resistensinya dengan variabel yang
kontrol mempunyai pilihan yang dinamis. Dalam kasus ini, perlu
sedikit dari karakteristik keluaran disediakan rangkaian untuk
sensor terhadap variabel proses. mengkonversi resitansi tersebut
Seringkali hubungan antara masukan menjadi sinyal tegangan (Volt) atau
dan keluaran dari sensor adalah tidak sinyal arus (Ampere). Hal ini biasanya
linear. Bahkan sensor yang bisa terpenuhi oleh rangkaian
mendekati linearpun juga bisa jembatan saat perubahan
menjadi masalah ketika pengukuran resistansinya kecil dan/atau dengan
yang presisi dari variabel sinyal rangkaian penguat (amplifier) dengan
diperlukan. variasi penguatannya.
Menurut sejarah, rangkaian Tipe penting dari suatu
analog dikhususkan pada pengkonversian dihubungkan dengan
penggunaan sinyal yang linear. kontrol proses yang standar dari
Sebagai contoh, diperkirakan sinyal yang ditransmisikan berupa
keluaran dari sebuah sensor level arus sebesar 4-20 mA pada
bervariasi dan tidak linear dengan kabel. Hal ini memerlukan
variabel proses. Ditunjukkan pada pengkonversian resistansi dan level
Gambar 9.23 (a). Rangkaian tegangan menjadi level arus yang
linearisasi di buat blok diagram diperlukan pada akhir pengiriman
ditunjukkan pada Gambar 9.23 (b), sinyal dan untuk pengkonversian
kondisi yang ideal, yaitu hubungan balik dari arus menjadi tegangan
yang linear dari keluaran sensor yang pada akhir penerimaan sinyal yang
berupa tegangan dan variabel proses dikirim. Tentunya pengiriman sinyal
didapatkan, seperti terlihat pada (signal transmission) dengan arus
Gambar 9.23 (c). Rangkaian seperti dipakai karena sinyal tidak
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 199

32. Teknik Ototronik
bergantung dengan beban yang resistor, kapasitor, dan induktor, atau
bervariasi. Dengan begitu, maka filter aktif dengan memakai
diperlukan perubah tegangan ke arus penguatan dan balikan (feedback).
dan perubah arus ke tegangan.
Pemakaian komputer atau
mikrokomputer dalam sistem kontrol
memerlukan pengkonversian data
analog menjadi data digital (digital
interfacing) oleh rangkaian yang
terintegrasi. Rangkaian ini disebut
Analog to Digital Converter (ADC).
Konversi sinyal analog biasanya
diperlukan untuk mengatur sinyal
analog yang diukur agar sesuai
menjadi sinyal digital yang diperlukan
sebagai masukan ADC. Sebagai
contoh, ADC memerlukan sinyal
masukan yang bervariasi antara 0
sampai dengan 5 Volt, tetapi sensor
memberikan sinyal yang bervariasi
antara 30 sampai dengan 80 mV.
Gambar 9.24 Konsep Pembebanan
Rangkaian pengkonversi sinyal
tersebut dapat dibuat untuk
menghubungkan keluaran sensor Penyesuaian impedansi adalah
tersebut ke masukan ADC yang elemen yang penting dalam
diperlukan. pengkondisian sinyal ketika
impedansi internal dari sensor atau
d. Filter dan Penyesuaian Impedansi impedansi saluran transmisi dapat
Ada dua pengkondisi sinyal menyebabkan kesalahan (error)
bersama lainnya yang diperlukan, dalam pengukuran variabel dinamis.
yaitu proses pemfilteran (filtering) dan Rangkaian yang menggunakan
penyesuaian impedansi (matching komponen aktif dan pasif digunakan
impedance). untuk mengadakan penyesuaian
Seringkali sinyal informasi yang impedansi tersebut.
sering dijumpai di dunia ind ustri
sekarang ini mempunyai frekuensi 60 e. Konsep Pembebanan
Hz. Motor listrik sewaktu di start, Salah satu yang menjadi
menyebabkan sinyal pulse dan sinyal perhatian utama dalam
lain yang tidak diinginkan dalam pengkondisian sinyal analog adalah
sistem kontrol tertentu. Pada banyak pembebanan satu rangkaian oleh
kasus, hal ini memerlukan pemakaian rangkaian lainnya. Disini dikenalkan
filter high-pass, filter low-pass atau adanya ketidakpastian amplitudo dari
filter notch untuk mengurangi atau suatu sinyal tegangan. Jika tegangan
menghilangkan sinyal yang tidak ini merepresentasikan beberapa
diinginkan tersebut. Contoh proses variabel proses, maka ada
filter yang dapat dipenuhi oleh filter ketidakpastian dalam nilai variabel
pasif adalah hanya dengan memakai tersebut.
200 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)