Control PID (Proportional Integral Derivative) merupakan salah
satu jenis pengontrol yang paling banyak digunakan di industri sekarang
ini. Pengontrol PID terdiri dari tiga komponen, yaitu komponen
Proporsional (P), komponen Integral (I) dan komponen Derivatif (D).
Ketiga komponen ini saling melengkapi satu sama lain, sehingga
kelemahan-kelemahan pada salah satu komponen dapat ditutupi oleh
komponen yang lain. Komponen I dan D tidak dapat berdiri sendiri dan
selalu dikombinasikan dengan komponen P, menjadi pengontrol PI atau PID.
Pengontrol PID akan mengeluarkan aksi kontrol dengan membandingkan
kesalahan atau error yang merupakan selisih dari process variable dan
setpoint, yang akan digunakan sebagai masukan pengontrol untuk
mengeluarkan sinyal kontrol (u(t)).
Secara umum bentuk persamaan pengontrol PID dapat dinyatakan sebagai berikut
mv(t)= manipulated variable keluaran dari pengontrol PID
Kp = penguatan proporsional
Ti = waktu integral
Td = waktu derivatif
e(t) = error = setpoint – keluaran
Gambar Rangkaian Sederhana Control PID |
- Komponen Proporsional
Komponen P (Proporsional) mengeluarkan sinyal kontrol yang besarnya
proporsional atau sebanding terhadap besarnya error. Secara matematis,
pengontrol P dapat dinyatakan sebagai berikut :
u(t) = Kp merupakan suatu bilangan yang menyatakan penguatan
proporsional dari pengontrol P. Sedangkan e(t) merupakan besarnya kesalahan yang
terjadi pada waktu t. Sinyal kesalahan tersebut diakibatkan oleh
selisih antara setpoint (besaran yang diinginkan) dengan keluaran aktual
proses. Sinyal kesalahan tersebut akan mempengaruhi aksi pengontrol
dalam mengeluarkan sinyal kontrol untuk menggerakan aktuator. Pengaruh komponen Kp adalah memperkecil konstanta waktu sehingga
sistem menjadi lebih sensitif dan mempunyai respons yang lebih cepat.
Dengan mengubah-ubah besaran Kp, maka akan mempengaruhi offset atau
steady state error. Harga Kp yang besar akan menyebabkan offset semakin
kecil. Akan tetapi disisi lain, pengontrol P tidak akan melakukan aksi
kontrolnya apabila tidak ada sinyal kesalahan e(t). Hal ini dapat
terlihat dari persamaan, yang menunjukkan bahwa pengontrol P akan
selalu memerlukan sinyal kesalahan untuk menghasilkan sinyal kontrol
u(t).
- Komponen Integral
Komponen integral berfungsi untuk menghilangkan offset untuk
kondisi beban atau gangguan yang berubah. Aksi integral lazim juga
disebut automatic reset (automatic bias setting). Seperti telah dibahas
sebelumnya bahwa pengontrol P akan memberikan aksi kontrolnya apabila
ada masukan sinyal kesalahan. Aksi integral akan menyebabkan akan
menyebabkan pengontrol untuk mengeluarkan sinyal kontrol yang sebanding
dengan besarnya error. Pengontrol akan terus mengeluarkan sinyal,
walaupun error telah mencapai nol. Komponen intergral dinyatakan dengan
suku yang mengandung integral error terhadap waktu dan mengandung
komponen Ti (integral time). Ti menunjukkan lamanya waktu yang
diperlukan agar output (u(t)) sama dengan input (e(t)).
- Komponen Derivatif
Pada dasarnya, pengontrol PI saja tidaklah cukup untuk menghasilkan
respons pengontrol yang lebih cepat. Oleh karena itu, masih diperlukan
skema pengontrolan yang dapat memberikan respons pengontrol yang lebih
cepat. Pengontrol PI lebih lambat karena komponen I harus menunggu dalam
selang waktu tertentu agar dapat mengeluarkan output. Penggunaan
komponen D, yang dinyatakan dengan besaran Td (derivative time)
berbanding lurus dengan besarnya output pengontrol. Komponen D tidak
dapat berdiri sendiri, karena komponen D memerlukan input agar dapat
mengeluarkan output. Untuk itu komponen D biasanya dikombinasikan dengan
P dan PI. Akan tetapi, komponen D, tidak dapat dipakai untuk Process
Variable yang beriak (mengandung banyak noise). Sehingga didalam
aplikasinya, pengontrol PD atau PID tidak sebanyak pengontrol P atau
PI.
Didalam operasinya, parameter-parameter pengontrol PID harus
terlebih dulu diatur untuk mendapatkan respons pengontrol sesuai dengan
yang diinginkan. Proses pemilihan parameter-parameter pengontrol PID
(Kp, Ti dan Td) dikenal dengan istilah penalaan atau tuning. Kegiatan menala dilakukan berulangkali, apabila terjadi perubahan
beban yang mengakibatkan perubahan gain dari lup pengontrolan. Sehingga
operator tidak dapat begitu saja mengasumsikan bahwa sekali ditala maka
performansi pengontrol akan baik untuk setiap kondisi operasi.Ada beberapa
aturan penalaan yang biasa digunakan antara lain penalaan berdasarkan
aturan-aturan Ziegler-Nichols, penalaan gain-scheduling dan
Auto-tuning, dan Penalaan PI menggunakan expert system.
Berikut adalah gambar macam-macam gelombang yang telah di atur oleh controller PID