Tag Archives: teori

Last updated by at .

Sensor O2 gas buang hasil pembakaran pada mesin bakar: disain

Sensor oksigen dalam gambar berikut ini adalah sel yang mengkonsentrasikan oksigen secara galvanik dengan elektrolit padat. Elektrolit padat adalah keramik dioksida kedap zirkonium distabilkan dengan oksida itrium. Hal ini terbuka di satu ujung dan tertutup pada yang lain.

Kontruksi sambungan pada kedua permukaan dalam dan luar adalah  elektroda platinum permeabel dengan gas. Elektroda platinum pada bagian luar sebagai katalis miniatur untuk mendukung reaksi dalam gas buang yang masuk dan menjadikan ke keadaan keseimbangan stoikiometri. Sisi yang terkena gas buang juga memiliki lapisan keramik berpori (Spinell coating) untuk melindungi terhadap kontaminasi.

Sebuah tabung logam dengan slot yang banyak menjaga badan keramik tahan terhadap pukulan dan guncangan termal. Rongga dalam adalah terbuka terhadap atmosfir yang berfungsi untuk memberikan unit  gas referensi. Operasi dari dua sensor didasarkan pada prinsip Nernst. Sensor dari bahan keramik akan mengantarkan  ion oksigen pada suhu 350oC dan di atas. Disparitas tingkat oksigen di sisi masing-masing sensor akan menghasilkan dengan membangkitkan tegangan listrik diantara dua permukaan. Tegangan ini berfungsi memberikan indeks dari seberapa banyak kadar oksigen yang bervariasi pada
dua sisi sensor.

Sejumlah sisa oksigen dalam knalpot berfluktuasi secara tajam dalam menanggapi variasi dalam
induksi campuran dari udara/rasio bahan bakar. Oksigen peka dalam hal membangkitkan tegangan yang berkisar antara 800 sampai 1000 milivolt untuk campuran yang kaya, menurun sampai 100 milivolt untuk campuran miskin. Transisi dari campuran  kaya ke campuran miskin berada pada kisaran 450-500 milivolt. Penjelasan gambar disamping adalah:

  1. Lapisan keramik (Ceramic coatings).
  2. Elektroda (Electrodes).
  3. Kontak (Contacts).
  4. Rumah kontak (Housing contacts).
  5. Pipa knalpot (Exhaust pipe).
  6. Perisai keramik (Ceramic support shield)(porous).
  7. Gas buang (Exhaust gas).
  8. Udara ambien (Ambient air).
Posted in Sensor | Tagged , , | Leave a comment

Sensor O2 gas buang hasil pembakaran pada mesin bakar: teori

Sensor oksigen (O2) seperti yang diperlihatkan dalam gambar dibawah ini, saat ini semakin diperlukan karena semakin bertambahnya emisi gas buang yang dapat merusak lingkungan. Dan menyebabkan diperlukannya konverter katalik untuk mengusahakan emisi gas buang menjadi ramah lingkungan. Satu buah gas sensor O2 diletakkan pada percabangan sebelum konverter katalik biasaya sesudah katup buang pada mesin bakar. Selanjutnya sensor O2 kedua kadang diperlukan untuk diletakkan pada sistem saluran gas buang (exhaust system) sesudah konverter katalik dari mesin bakar untuk mendapatkan performansi yang optimum. Informasi yang diperoleh dari sensor menunjukkan seberapa sempurna dari proses pembakaran didalam ruang bakar pada mesin bakar yang sedang dihidupkan. Pembacaan yang omptimum diperoleh ketika perbandingan dari udara dan bahan bakar sebesar 14.7/1. Rasio stoichiometric antara “udara/bahan bakar”  adalah 14,7kg udara dengan 1kg gasoline secara teoritis adalah pembakaran yang paling sempurna.

Faktor kelebihan udara atau rasio udara (λ), menunjukkan deviasi dari rasio udara/bahan bakar yang sebenarnya dari
secara teoritis yang diperlukan rasio tersebut.  λ = (sebenarnya disebabkan massa udara)/(kebutuhan udara teoritis).

Salah satu sensor keluaran BOSCH tipe LSU4.2 dalam gambar atas, dapat digunakan untuk membaca membaca λ dari hasil pembakaran pada saluran gas buang dari mesin bakar. Saya memiliki sensor tersebut lengkap dengan kontroler dan penampilnya. Jika anda membutuhkan silakan kontak saya melalui email, dengan subyek “LAMDA SENSOR”.

Dalam gambar disamping diperlihatkan 3 kurva dari 3 skenario untuk menekan emisi gas buang yaitu:

  1. tidak menggunakan katalis.
  2. menggunakan katalis.
  3. menggunakan sensor λ.

Variasi dari hasil rasio yang optimal dalam berbagai tingkatan
emisi yaitu:

  1. Kelebihan bahan bakar akan menghasilkan pembentukan hidrokarbon (HC) dan karbon monoksida (CO).
  2. Udara berlebih dapat menyebabkan peningkatan kadar nitrogen oksida (NOx).

Sensor oksigen atau sensor λ dapat mengidentifikasi setiap variasi dari rasio ideal dari “udara/bahan bakar”
dan mengirim sinyal ke sistem manajemen mesin untuk
mengatur proses pengapian dan injeksi.
Catalytic converter mampu mengurangi HC, CO, NOx dan emisi lebih dari 98% yang memberikan mesin beroperasi dalam kisaran pencar sangat sempit (<1%) berpusat sekitar rasio udara/bahan bakar stoikiometri. Sebuah sistem kontrol loop tertutup yang bergantung pada sirkuit kontrol loop tertutup untuk menjaga agar campuran udara/bahan bakar yang optimal secara konsisten dalam rentang yang dikenal sebagai jendela katalis adalah strategi terbaik.

 

 

Posted in Sensor | Tagged , , | 4 Comments

Pengaruh fungsi alih pada sensor sebagai umpan balik

Isi materi ini ditujukan untuk berbagi ilmu pengetahuan kepada semua pengunjung blog ini.
Silakan digunakan untuk kepentingan proses pembelajaran untuk mencerdaskan bangsa ini dengan tidak lupa menyebutkan sumbernya.
Namun yang harus dihindari adalah: mengambil isi dengan mengakui sebagai haknya, mengambil isi untuk tujuan komersialisasi.
Semua tergantung kepada hati-nurani, jika terjadi saya berkewajiban mengingatkan para plagiator. Biasakan sesuatunya terlahir dari tangan anda, itu menunjukkan bahwa anda ada dan anda diberi hidayah sebagai ciptaanNya yang paling mulia untuk memberikan manfaat di dunia ini. Biasakanlah memberikan manfaat kepada orang lain, dan jangan membiasakan memanfaatkan orang lain.

Dalam sistem kontrol closed loop, peranan sensor sangat penting, karena digunakan sebagai umpan balik bagi kontroler digunakan untuk memutuskan berapa besarnya sinyal yang akan diberikan ke aktuator. Idealnya sebuah sensor sebagai umpan balik adalah memberikan informasi sesuai yang ada pada keluaran plant, atau dalam sistem blok memiliki konstanta 1, yaitu informasi berupa sinyal dari plant dikuatkan dengan nilai 1 sehingga sesuai dengan informasi yang sebenarnya. Dengan demikian kontroler sebagai penentu keputusan tidak akan salah menafsirkan berapa seharusnya besaran sinyal yang harus dikeluarkan ke masukan aktuator, sehingga sistem akan cepat menjadi stabil. Selain itu yang tidak kalah pentingnya sebuah sensor harus memiliki linieritas, artinya keluaran sensor harus proporsional dengan masukan sensor.

Pada kenyataannya sensor yang memiliki lineritas yang tinggi, sangatlah sulit untuk diwujudkan. Disini akan diuji sistem yang telah diposting disini, dengan mengganti fungsi alih dari umpan balik.

Sistem digambarkan kembali sebagai berikut:

Besarnya Kp, Ki dan Kd tetap dipertahankan seperti sebelumya yaitu berturut-turut: 300, 300 dan 30.

Sebelumnya dicari dahulu fungsi alih untai penguatan G(s) dengan menggunakan scilab agar dapat digunakan secara berulang-ulang:

-->clear all

-->Kp=300;Ki=200;Kd=30;

-->G=(Kp+1/(Ki*s)+Kd*s)*3*(1/((s+1)^2+(2*s)))
 G  =

                        2
    3 + 180000s + 18000s
    --------------------
                2      3
     200s + 800s + 200s    

-->t=0:0.1:7;

Selanjutnya akan diuji dengan menggunakan fungsi alih H(s) selain 1.

H(s) real lebih kecil dari 1

Sebagai contoh H(s) = 0.5, dengan menggunakan scilab dengan perintah berikut:

-->H1=0.5
 H1  =

    0.5  

-->TF1=G/(1+G*H1)
 TF1  =

                                  2
      0.0147960 + 899.99998s + 90s
    --------------------------------
                                2   3
    0.0073978 + 450.99999s + 49s + s   

-->RES_PID1=csim('step',t,TF1);

-->plot2d(t,RES_PID1,style=5);

-->xgrid();

Hasil responnya diperlihatkan sebagai berikut:

Dari respon dengan fungsi step, seperti diatas terlihat bahwa keluaran stabil sebesar dua kali dari setpointnya, yaitu sebesar 2. Hal ini dikarenakan sensor tidak memberikan informasi yang benar dari keluaran plant. Sensor memberikan sinyal keluaran setengah dari keluaran plant sesungguhnya, sehingga seharusnya stabil pada keluaran = 1, kontroler masih menerima error.

H(s) real lebih besar dari 1

Sebagai contoh H(s) = 1.5, dengan menggunakan scilab dengan perintah berikut:

-->H2=1.5
 H2  =

    1.5  

-->TF2=G/(1+G*H2)
 TF2  =

         899.99852 + 90s
    -------------------------
                              2
    1350.9977 + 138.99998s + s   

-->RES_PID2=csim('step',t,TF2);

-->plot2d(t,RES_PID2,style=5);

-->xgrid();

Hasil responnya diperlihatkan sebagai berikut:

Dari respon dengan fungsi step, seperti diatas terlihat bahwa keluaran stabil sebesar 0.667 kali dari setpointnya yaitu sekitar 0.667. Hal ini dikarenakan sensor memberikan penguatan  dari informasi yang benar dari keluaran plant. Sensor memberikan penguatan sinyal keluaran 1.5 kali dari keluaran plant sesungguhnya, sehingga seharusnya belum stabil pada keluaran = 1, kontroler sudah tidak menerima error. Hal ini terlihat bahwa keluaran teredam sehingga terlihat steady pada error yang besar.

H(s) mengandung delay

Sebagai contoh H(s) = 5s, dengan menggunakan scilab dengan perintah berikut:

-->H3=5*s
 H3  =

    5s   

-->TF3=G/(1+G*H3)
 TF3  =

                                       2
    0.0000333 + 1.9955654s + 0.1995565s
    -----------------------------------
                               2   3
        0.0023836s + 9.9866962s + s       

-->RES_PID3=csim('step',t,TF3);

-->plot2d(t,RES_PID3,style=5);

-->plot2d(t,RES_PID3,style=5);

-->xgrid()

Hasil responnya diperlihatkan sebagai berikut:

Dari respon dengan fungsi step, seperti diatas terlihat bahwa keluaran tidak akan pernah stabil, karena selalu menaik.  Hal ini dikarenakan sensor memberikan informasi yang terlambat terhadap keluaran plant, karena mengandung unsur diferensiator.

H(s) mengandung integrator

Sebagai contoh H(s) = 1/(0.05s), dengan menggunakan scilab dengan perintah berikut:

-->H4=1/(0.05*s)
 H4  =
 
      1     
    -----   
    0.05s   
 
-->TF4=G/(1+G*H4)
 TF4  =
 
                              2              
               899.9985s + 90s               
    -------------------------------------    
                                      2   3  
    17999.97 + 1800.9999s + 3.9999833s + s   
 
-->RES_PID4=csim('step',t,TF4);
 
-->plot2d(t,RES_PID4,style=5);
 
-->xgrid()

Hasil responnya diperlihatkan sebagai berikut:

Dari respon dengan fungsi step, seperti diatas terlihat bahwa keluaran tidak akan pernah stabil, karena menjadi berosilasi semakin membesar. Hal ini dikarenakan sensor memberikan informasi semakin menaik atau berlebihan terhadap keluaran plant, karena mengandung unsur integrator. Sistem yang demikian harus dihindari karena akan merusak plant, terutama plant mekanik.

Posted in scilab, Sistem Kontrol, Teori | Tagged , | Leave a comment

Introduction to the Mathematical Theory of Systems and Control

Download

 

 

Posted in Ebook teori, Teori | Tagged , , | Leave a comment

An Introduction to Mathematical Modelling

 

Download

 

 

 

Posted in Ebook teori, Sistem Kontrol, Teori | Tagged , , | Leave a comment

Ebook Online: Introduction to physical system modelling

Untuk membaca ebook  online, gunakan browser yang mendukung seperti Chrome.


Posted in Ebook teori, Sistem Kontrol, Teori | Tagged , , | Leave a comment

Introduction to physical system modelling

Download

Posted in Ebook teori, Sistem Kontrol, Teori | Tagged , , | Leave a comment

Ebook Online: System Dynamics

Untuk membaca ebook  online, gunakan browser yang mendukung seperti Chrome.


Posted in Ebook teori, Sistem Kontrol, Teori | Tagged , , | Leave a comment

Ebook Online: An Introduction to Mathematical Modelling

Untuk membaca ebook  online, gunakan browser yang mendukung seperti Chrome.


Posted in Ebook teori, Sistem Kontrol | Tagged , , | Leave a comment

Ebook Online: Introduction to the Mathematical Theory of Systems and Control

Untuk membaca ebook  online, gunakan browser yang mendukung seperti Chrome.


Posted in Ebook teori, Sistem Kontrol | Tagged , , | Leave a comment

Bode Plot: teori

Isi materi ini ditujukan untuk berbagi ilmu pengetahuan kepada semua pengunjung blog ini.
Silakan digunakan untuk kepentingan proses pembelajaran untuk mencerdaskan bangsa ini dengan tidak lupa menyebutkan sumbernya.
Namun yang harus dihindari adalah: mengambil isi dengan mengakui sebagai haknya, mengambil isi untuk tujuan komersialisasi.
Semua tergantung kepada hati-nurani, jika terjadi saya berkewajiban mengingatkan para plagiator. Biasakan sesuatunya terlahir dari tangan anda, itu menunjukkan bahwa anda ada dan anda diberi hidayah sebagai ciptaanNya yang paling mulia untuk memberikan manfaat di dunia ini. Biasakanlah memberikan manfaat kepada orang lain, dan jangan membiasakan memanfaatkan orang lain.

Ketika tranformasi fasor diaplikasikan ke sebuah fungsi alih, hasilnya dapat diekpresikan sebagai magnitude dan sudut sebagai fungsi frekwensi. Magnitude adalah penguatan dan sudut adalah pergeseran fasa. Biasanya nilai ini hanya dihitung sebagai satu frekwensi dan dan dikalikan dengan nilai masukan untuk memperoleh nilai keluaran. Pada frekwensi yang lainnya, fungsi alih akan berubah. Penguatan fungsi alih dan sudut fasa dapat diplot sebagai fungsi frekwensi, untuk memperoleh gambara utuh tentang respon sebuah sistem.

 

Dalam gambar diatas, merupakan analogi penggambaran sebuah panel equalizer dari amplifier audio yang sering dipakai dalam rumah tangga. Dalam panel terdapat tuas-tuas penguatan untuk memberikan besarnya penguatan pada daerah frekwensi dari sinyal audio. Masing-masing penguatan dibagi menjadi 6 daerah frekwensi. Dari posisi masing-masing tuas dapat secara langsung menggambarkan grafik penguatannya, seperti yang terlihat dibagian bawah gambar.

Demikian pula bode plot, merupakan upaya untuk menggambarkan berapa besar penguatan sebagai fungsi frekwensi. Dengan demikian bode plot merupakan metode untuk menggambarkan penguatan tersebut sebagai fungsi frekwensi dalam satu gambar. Pada equalizer merupakan upaya untuk menghasilkan penguatan untuk membentuk keluaran tertentu, namun pada bode plot merupakan kebilkannya yaitu keluaran sudah terbentuk, selanjutnya mengupayakan untuk menggambarkan berapa besarnya penguatan sebagai fungsi frekwensi.

 

to be continue

 

 

Posted in Sistem Kontrol, Teori | Tagged , | Leave a comment

Belajar Scilab: plot grafik 2D

Isi materi ini ditujukan untuk berbagi ilmu pengetahuan kepada semua pengunjung blog ini.
Silakan digunakan untuk kepentingan proses pembelajaran untuk mencerdaskan bangsa ini dengan tidak lupa menyebutkan sumbernya.
Namun yang harus dihidari adalah: mengambil isi dengan mengakui sebagai haknya, mengambil isi untuk tujuan komersialisasi.
Semua tergantung kepada hati-nurani, jika terjadi saya berkewajiban mengingatkan para plagiator. Biasakan sesuatunya terlahir dari tangan anda, itu menunjukkan bahwa anda ada dan anda diberi hidayah sebagai ciptaanNya yang paling mulia untuk memberikan manfaat di dunia ini. Biasakanlah memberikan manfaat kepada orang lain, dan jangan membiasakan memanfaatkan orang lain.

Dengan menggunakan Scilab mem-plot grafik 2 dimensi dapat dilakukan dengan mudah, dengan memberikan perintah-perintah dalam scilab. Sebenarnya scilab dapat melakukan berbagai macam variasi untuk mengeplot 2D dan 3D, namun dalam posting disini dijelaskan untuk 2D.

Grafik secara umum yang dapat dilakukan oleh scilab adalah: plot xy, plot kontur, plot 3D, histogram, bar chart, dll. Biasakanlah didalam belajar scilab menggunakan perintah-perintah secara manual melalui console scilab, hal ini akan membiasakan anda untuk memperkuat ingatan tentang fasilitas-fasilitas fungsi yang ada di scilab, selanjutnya akan memperkuat didalam membuat program dalam scilab.

Jalan program scilab, gunakan console, masukkan perintah-perintah berikut ini:

-->x=linspace(0,10,21)
 x  =

         column  1 to 18

    0.    0.5    1.    1.5    2.    2.5    3.    3.5    4.    4.5    5.    5.5
    6.    6.5    7.    7.5    8.    8.5    

         column 19 to 21

    9.    9.5    10. 

Perintah diatas artinya variabel x diisi dengan deret data secara linier mulai dari 0 sampai 10 dengan 21 data. Nampak bahwa data diisi dengan mulai 0 seterusnya dengan pertambahan nilai 0.5.

--> y=linspace(0,20,21) 
  y  =          
       column  1 to 18    
   0.    1.    2.    3.    4.    5.    6.    7.    8.    9.    10.     11.   
   12.   13.    14.    15.    16.    17. 

      column 19 to 21
   18.    19.    20.     

Perintah diatas sama dengan sebelumnya, yaitu variabel y diisi dengan deret data secara linier mulai 0 sampai 20 dengan 21 data, dimulai dengan 0 seterusnya dengan pertambahan nilai 0.5.

Sampai disini sudah ada data di variable x dan y masing-masing dengan 21 data, selanjutnya data tersebut akan diplot pada salib sumbu x,y. Perintah yang digunakan dengan perintah yang tersedia di matlab, sebagai berikut:

--> plot(x,y)

Perintah tersebut akan diplot sebagai berikut:

Nampak hasilnya adalah garis linier. Sarat mutlak didalam memplot dua array data adalah jumlah data haruslah sama, jika tidak scilab akan mengeluarkan pesan kesalahan. Pesan kesalahan tersebut adalah:

-->plot(x,y)
 !--error 10000
plot: Wrong size for input arguments 'X' and 'Y': Incompatible dimensions.
at line      93 of function checkXYPair called by :
at line     233 of function plot called by :
plot(x,y)

Seperti yang anda lihat grafik anda pertama dibuka dalam window 0. Jika anda menginginkan membuka window grafik sesuai yang anda suka lakukan perintah berikut:

-->xset('window',1)

Perintah diatas seakan anda mememesan dan mengarahkan ke window grafik nomer 1. Selanjutnya perintah-perintah yang berhubungan dengan grafik, akan ditujukan ke grafik 1. Oleh scilab akan dibuatkan window grafik dengan nomer 1, namun kosong isinya. Jika perintah ini diarahkan ke nomer grafik yang telah ada windownya (misal 0), maka tidak akan dibuatkan window baru, namun perintah selanjutnya akan mengarah ke nomer window grafik yang baru disebutkan.

Selanjutnya coba perintah berikut ini:

plot2d(x,y,style=3)

Perintah khusus plot 3d, sama seperti plot(x,y), namun memiliki argumen opsional yaitu argumen ke 3 “style” yang secara langsung anda bisa memilih style yang tersedia. Hasilnya sebagai berikut ini:

 Coba sendiri untuk  argumen style dengan nilai negatip. Style ini biasanya berguna untuk memberikan tampilan yang berbeda untuk setiap grafik yang ditampilkan. Selain itu dapat ditampilkan grafik dengan nilai awal tertentu untuk x dan y, seperti perintah berikut ini.

-->plot2d(x,y,style=-4,rect=[1,4,10,10])

 Perintah diatas menggunakan 4 argumen, yang terakhir mendefinisikan nilai awal sampai akhir dari x,y grafik akan diplot. Perintah diatas grafik diplot mulai x= 1 sampai 10, dan y = 4 sampai 10. Hasilnya nampak dalam gambar berikut ini.

Sekarang akan ditunjukkan bagaimana menambahkan judul, nama axis dan legend pada grafik.

-->title("Grafik omset penjualan")

-->xlabel("Hari ke:")

-->ylabel("Jumlah dalam ribuan")

Perintah diatas untuk memberikan judul, nama axis x, nama axis y. Hasilnya akan nampak sebagai berikut.

 

 Penulisan perintah diatas dapat disingkat dengan perintah berikut ini:

-->xtitle("Grafik omset penjualan","Hari ke:","Jumlah dalam ribuan")

 Perintah langsung menggunakan 3 argumen, dimulai dengan judul, nama axis x, nama axis y. Perintah ini sangat singkat penulisannya. Untuk menghapus grafik pada window sekarang bis menggunakan clf (clear figure), disamping secara langsung  dengan cara menutup window grafik.

Selanjutnya akan ditunjukkan bagaimana menampilkan duagrif dalam satu window grafik.

Fungsi grafik pertama: , sedangkan fungsi grafik yang kedua adalah: .

Grafik akan dimunculkan y1 fungsi x, y2 fungsi x. Grafik juga akan diberi judl dan label axis x dan axis y. Perintah berikut silakan anda coba sendiri.

-->x=linspace(1,10,50);

-->y1=x^2;

-->plot(x,y1,"o-")

-->y2=2*x^2;

-->plot(x,y2,"+-")

-->xtitle("Dua Grafik dalam satu window","X axis","Y axis")

 Hasilnya diperlihatkan dalam gambar berikut:

 Style untuk fungsi menggunakan argumen “o-”, sehingga ditampilkan grafik menggunakan huruf o. Sedangkan style untuk fungsi menggunakan argumen “+-”, sehingga grafik ditampilkan dengan karakter +.

Selanjutnya akan ditunjukkan bagaimana memberikan legend pada masing-masing grafik seperti perintah berikut ini:

-->legend ( " x ^ 2 " , " 2* x ^ 2 " );

Hasilnya akan nampak sebagai berikut:

 Untuk lebih jelasnya tekan icon demo:

Kemudian pilih “Graphics” => “2D and 3D plots”.

 

Ikutilah dan amatilah setiap demo yang ditampilkan dengan menekan tombol <enter>.

 Semoga bermanfaat, selamat belajar semoga sukses.

 

Posted in Program open source, scilab | Tagged , , | 2 Comments