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.
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:
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. Masukan
Masukan 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. Keluaran
Keluaran atau output
adalah tanggapan sebenarnya yang didapatkan dari suatu sistem kendali.
3. Plant
Seperangkat 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. Proses
Berlangsungnya operasi
pengendalian suatu variabel proses, misalnya proses kimiawi, fisika, biologi,
ekonomi, dan sebagainya.
5. Sistem
Kombinasi atau kumpulan
dari berbagai komponen yang bekerja secara bersama-sama untuk mencapai tujuan
tertentu.
6. Diagram
blok
Bentuk 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 Balik
Istilah 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:
Sistem Kendali Loop Tertutup.
10. Sistem
Pengendalian Manual
Sistem 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.
Gambar: Sistem
Pengendalian Level Cairan Secara Manual.
11. Sistem
Pengendalian Otomatis
Sistem 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.
Gambar: Sistem Pengendalian
Level Cairan Secara Otomotis.
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
variable
Masukan 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 Digital
Dalam 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 ).
Gambar: Sistem
Pengendalian Digital.
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
element
Bagian 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. Transmitter
Alat yang berfungsi
untuk membaca sinyal sensing element dan mengubahnya supaya dimengerti oleh
controller.
18. Aktuator
Piranti 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. Transduser
Piranti 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
Variable
Sinyal yang keluar dari
transmiter, ini merupakan cerminan sinyal pengukuran.
21. Setting
point
Besar variabel proses
yang dikehendaki. Suatu kontroler akan selalu berusaha menyamakan variabel
terkendali terhadap set point.
22. Error
Selisih
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
c. mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungannya
a. membandingkan set point dengan measurement variable
b. menghitung berapa banyak koreksi yang harus dilakukan
c. mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungannya
24. Control
Unit
Bagian unit kontroler
yang menghitung besarnya koreksi yang diperlukan.
25. Final
Controller Element
Bagian yang berfungsi
untuk mengubah measurement variable dengan memanipulasi besarnya manipulated
variable atas dasar perintah kontroler.
26. Sistem
Pengendalian Kontinyu
Sistem 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.
Gambar: Sistem
Pengendalian Kontinu.