Dalam mendesain dan menganalisa sistem pengendalian, diperlukan pengetahuan tentang karakteristik sistem. Analisa tentang desain kontrol yang telah dirancang dapat diketahui dengan mensimulasikannya, biasanya dalam perkuliahan memakai software Matlab, simulink, spreadsheet maupun software terkait lainnya. Performansi (unjuk kerja) sistem pengendalian tersebut dapat diketahui dengan mengamati respon sistem terhadap sinyal uji (sinyal masukan).
Karakteristik sistem sendiri dapat dibedakan menjadi 2 yaitu karakteristik respon waktu, yang mempresentasikan perubahan karakteristik respon terhadap waktu. Untuk mendapatkan respon jenis ini dapat memakai sinyal step, impuls atau ramp. Berikutnya adalah karakteristik respon frekuensi, yang mempresentasikan perubahan karakteristik respon terhadap frekuensi. Untuk mendapatkan respon jenis ini dapat dipakai sinyal persegi atau sinusoidal.
Berikut beberapa sinyal uji dalam sistem pengendalian [Ref 1]
1. Sinyal Impuls
Sinyal ini dapat menyajikan karakteristik respon transien yang memberikan gambaran karakteristik internal
sistem.
2. Sinyal Step
Sinyal ini dapat menyajikan karakteristik respon transien yang memberikan gambaran karakteristik internal
sistem maupun respon keadaan tunak atau steady state (karakteristik eksternal).
3. Sinyal Uji Ramp Tunggal atau ramp periodik
Sinyal ini dapat menyajikan karakteristik respon transien yang memberikan gambaran karakteristik
penjejakan (tracking system). Sesuai untuk menguji tracking setpoint.
a. Ramp Tunggal
b. Ramp Periodik
4. Sinyal Uji Persegi
Sinyal ini dapat menyajikan karakteristik respon frekuensi.
5. Sinyal Uji Sinusoidal
Sama dengan sinyal uji persegi, sinyal ini dapat menyajikan karakteristik respon frekuensi.
Disini akan dibahas karakteristik respon waktu, karena pada dasarnya sistem kontrol memerlukan waktu untuk mencapai kestabilan ketika dikenai perubahan input maupun gangguan. Biasanya untuk memperoleh respon transient ini dengan menggunakan sinyal uji step, yang memiliki karakteristik respon transien (karakteristik internal) maupun respon keadaan tunak atau steady state (karakteristik eksternal). Respon dalam bentuk kurva waktu dikelompokkan menjadi dua, yaitu stabil dan tidak stabil . Kelompok stabil masih terbagi lagi menjadi tiga, yaitu overdamped, critically damped dan underdamped. Kelompok tidak stabil juga terbagi menjadi 2, yaitu sustain oscillation (oscillatory) dan undamped. Secara grafis dapat dilihat pada grafik berikut.
Sistem dikatakan stabil apabila respon sistem mendekati harga set-point, walaupun diperlukan waktu untuk itu. Pada respon underdamped, respon melesat di atas harga set-point kemudian berosilasi yang pada akhirnya tercapai kondisi steady state. Pada respon overdamped, walaupun respon tidak pernah melesat di atas set-point diperlukan waktu yang lebih lama untuk mencapai kondisi steady state. Sedangkan pada respon critically damped, respon tidak pernah melesat di atas set-point dan dapat mencapai kondisi steady state dalam waktu singkat. Tetapi hal ini tidak mencerminkan respon critically damped lebih bagus dari overdamped atau underdamped. Masing-masing respon tersebut mempunyai kelebihan dan kekurangan, dan juga tergantung pada proses variabel yang dikendalikan. Ada proses variabel yang membutuhkan respon sistem yang cepat, dan ada juga yang membutuhkan respon sistem yang lambat.
Sistem dikatakan tidak stabil apabila respon sistem tidak pernah mencapai harga setpoint. Pada respon sustain oscillation (oscillatory), respon sistem akan terus berosilasi dengan amplitudo tetap. Sedangkan pada respon undamped, respon sistem akan terus berosilasi dengan amplitudo yang semakin membesar. Pada sistem Control, kedua respon tersebut jelas tidak pernah dikehendaki. Pada kondisi tersebut, control valve akan terus membuka dan menutup secara tidak beraturan yang akan merusak sistem.
Berikut merupakan karakteristik respon underdamped, yang sering dijumpai dalam proses control.
1. Maximum Overshoot (Mp) adalah nilai puncak kurva respon diukur dari satuan. Apabila nilai akhir keadaan tunak responnya jauh dari satu, maka biasa digunakan persen overshoot maksimum, dan didefinisikan oleh
2. Peak Time (tp) , waktu puncak adalah waktu yang diperlukan respon untuk mencapai puncak pertama overshoot. Kriteria 2 % atau 5 %
3. Rise Time (tr), waktu naik adalah waktu yang dibutuhkan oleh respon untuk naik dari 5% ke 95% atau 10% ke 90% dari nilai steady state.
4. Error Steady State (Ess) adalah Besarnya kesalahan pada keadaan tunak .
5. Settling Time (ts), waktu tunak adalah waktu yang dibutuhkan respon untuk mencapai keadaan stabil (keadaan tunak) atau dianggap stabil.
6. Delay Time (tp), waktu tunda adalah waktu yang diperlukan oleh respon untuk mencapai setengah dari nilai steady state tunak untuk waktu pertama.
Referensi:
[1]. Gamayanti, Nurlita, Karakteristik Sistem, Teknik Elektro, ITS.
[2]. Gunterus, Frans,1994, Falsafah Dasar Sistem Pengendalian Proses, Elex Media Komputindo, Jakarta.
