Teknik Kontrol: Apa itu? (dan Sejarahnya)

Apa itu Teknik Kontrol

Teknik sistem kontrol adalah cabang teknik yang berurusan dengan prinsip-prinsip teori kontrol, untuk merancang sistem yang memberikan hasil yang diinginkan secara terkontrol. Oleh karena itu, meskipun teknik kontrol sering diajarkan dalam teknik elektro di universitas, ini merupakan topik interdisipliner.

Insinyur sistem kontrol menganalisis, merancang, dan mengoptimalkan sistem kompleks yang terdiri dari koordinasi yang sangat terintegrasi dari elemen-elemen mekanis, listrik, kimia, metalurgi, elektronik, atau pneumatik. Dengan demikian, teknik kontrol berurusan dengan berbagai macam sistem dinamis yang mencakup interfacing manusia dan teknologi. Sistem-sistem ini secara luas disebut sebagai sistem kontrol.

Teknik sistem kontrol fokus pada analisis dan perancangan sistem untuk meningkatkan kecepatan respons, akurasi, dan stabilitas sistem.

Dua metode sistem kontrol meliputi metode klasik dan metode modern. Model matematika sistem dibuat sebagai langkah pertama, diikuti oleh analisis, perancangan, dan pengujian. Kondisi-kondisi yang diperlukan untuk stabilitas diperiksa dan akhirnya, optimasi dilakukan.

Dalam metode klasik, pemodelan matematika biasanya dilakukan dalam domain waktu, domain frekuensi, atau domain kompleks. Tanggapan langkah sistem dimodelkan secara matematis dalam analisis diferensial domain waktu untuk menemukan waktu penyelesaiannya, % overshoot, dll. Transformasi Laplace paling umum digunakan dalam domain frekuensi untuk menemukan gain loop terbuka, margin fase, bandwidth, dll dari sistem. Konsep fungsi transfer, kriteria stabilitas Nyquist, pengambilan sampel data, plot Nyquist, kutub dan nol, plot Bode, delay sistem semua termasuk dalam aliran teknik kontrol klasik.

Teknik kontrol modern berurusan dengan Sistem Input Ganda Output Ganda (MIMO), pendekatan ruang keadaan, nilai eigen, dan vektor, dll. Sebaliknya dari mentransformasikan persamaan diferensial biasa yang rumit, pendekatan modern mengubah persamaan orde tinggi menjadi persamaan diferensial orde satu dan diselesaikan dengan metode vektor.

Sistem kontrol otomatis paling umum digunakan karena tidak melibatkan kontrol manual. Variabel yang dikontrol diukur dan dibandingkan dengan nilai tertentu untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Sebagai hasil dari sistem otomatis untuk tujuan kontrol, biaya energi atau daya, serta biaya proses, akan berkurang, meningkatkan kualitas dan produktivitasnya.

Sejarah Sistem Kontrol

Aplikasi sistem kontrol otomatis dipercaya telah digunakan bahkan sejak peradaban kuno. Beberapa jenis jam air dirancang dan diimplementasikan untuk mengukur waktu dengan akurat sejak abad ke-3 SM, oleh orang Yunani dan Arab. Namun, sistem otomatis pertama dianggap sebagai Gubernur Fly Ball Watts pada tahun 1788, yang memulai revolusi industri. Pemodelan matematika Gubernur dianalisis oleh Maxwell pada tahun 1868. Pada abad ke-19, Leonhard Euler, Pierre Simon Laplace, dan Joseph Fourier mengembangkan metode-metode berbeda untuk pemodelan matematika. Sistem kedua dianggap sebagai Damper Flapper Al Butz - sebuah termostat pada tahun 1885. Dia memulai perusahaan yang sekarang bernama Honeywell.

Awal abad ke-20 dikenal sebagai masa emas teknik kontrol. Selama periode ini, metode kontrol klasik dikembangkan di Bell Laboratory oleh Hendrik Wade Bode dan Harry Nyquist. Pengendali otomatis untuk kemudi kapal dikembangkan oleh Minorsky, Matematikawan Rusia-Amerika. Dia juga memperkenalkan konsep kontrol Integral dan Derivatif pada tahun 1920-an. Sementara itu, konsep stabilitas diajukan oleh Nyquist dan diikuti oleh Evans. Transformasi diterapkan dalam sistem kontrol oleh Oliver Heaviside. Metode Kontrol Modern dikembangkan setelah tahun 1950 oleh Rudolf Kalman, untuk mengatasi batasan metode klasik. PLC diperkenalkan pada tahun 1975.

Jenis-jenis Teknik Kontrol

Teknik kontrol memiliki kategori sendiri tergantung pada metode-metode yang digunakan. Jenis-jenis utama teknik kontrol meliputi:

• Teknik Kontrol Klasik

• Teknik Kontrol Modern

• Teknik Kontrol Robust

• Teknik Kontrol Optimal

• Teknik Kontrol Adaptif

• Teknik Kontrol Nonlinear

• Teori Permainan

Teknik Kontrol Klasik

Sistem biasanya direpresentasikan dengan menggunakan persamaan diferensial biasa. Dalam teknik kontrol klasik, persamaan-persamaan ini ditransformasikan dan dianalisis dalam domain transformasi. Transformasi Laplace, transformasi Fourier, dan transformasi z adalah contoh-contohnya. Metode ini umumnya digunakan dalam sistem Single Input Single Output (SISO).

Teknik Kontrol Modern

Dalam teknik kontrol modern, persamaan diferensial orde tinggi dikonversi menjadi persamaan diferensial orde pertama. Persamaan-persamaan ini diselesaikan dengan cara yang mirip dengan metode vektor. Dengan melakukan hal ini, banyak komplikasi yang ditangani dalam menyelesaikan persamaan diferensial orde tinggi dapat diselesaikan.

Ini diterapkan dalam sistem Multiple Input Multiple Output (MIMO) di mana analisis dalam domain frekuensi tidak mungkin. Nonlinearitas dengan variabel ganda diselesaikan dengan metodologi modern. Vektor ruang keadaan, nilai eigen, dan vektor eigen termasuk dalam kategori ini. Variabel Keadaan mendeskripsikan input, output, dan variabel sistem.

Teknik Kontrol Robust

Dalam metodologi kontrol robust, perubahan kinerja sistem dengan perubahan parameter diukur untuk optimasi. Ini membantu dalam memperluas stabilitas dan kinerja, serta dalam menemukan solusi alternatif. Oleh karena itu, dalam kontrol robust, lingkungan, ketidakakuratan internal, noise, dan gangguan dipertimbangkan untuk mengurangi kesalahan dalam sistem.

Teknik Kontrol Optimal

Dalam teknik kontrol optimal, masalah diformulasikan sebagai model matematika dari proses, kendala fisik, dan kendala kinerja, untuk meminimalkan fungsi biaya. Dengan demikian, teknik kontrol optimal adalah solusi yang paling layak untuk merancang sistem dengan biaya minimum.

Teknik Kontrol Adaptif

Dalam teknik kontrol adaptif, pengontrol yang digunakan adalah pengontrol adaptif di mana parameter-parameter tersebut dibuat adaptif oleh beberapa mekanisme. Diagram blok di bawah ini menunjukkan sistem kontrol adaptif.