1. E4141
E4141 / UNIT 2 / 1
PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN
_______________________________________________________________________________
OBJEKTI
F
Objektif Am
: Mengenalpasti cara menyediakan sistem gelung kawalan
proses
Objektif Khusus
: Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:
mengenali tatarajah sistem kawalan
menerangkan gambarajah gelung angkubah tunggal bebas
menerangkan gambarajah gelung angkubah tunggal saling tindak
menerangkan gambarajah gelung angkubah berbilang
menjelaskan keperluan sistem kawalan kaskad
menjelaskan ciri-ciri terpenting sistem kawalan kaskad berpandukan rajah
blok
menerangkan keperluan kualiti dalam sistem kawalan
mentakrifkan kualiti dari segi gangguan gelung, kestabilan, ralat minima dan
jangkamasa minimum
mengenali lakaran teredam lebih, redaman genting dan kurang redam
_______________________________________________________________________________________________
2. E4141
E4141 / UNIT 2 / 2
PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN
_______________________________________________________________________________
INPUT
2. 01TATARAJAH SISTEM KAWALAN
Dalam sistem kawalan proses, pengetahuan dalam tatarajah sistem adalah penting untuk memudahkan
analisa sesuatu sistem. Beberapa tatarajah yang perlu diketahui termasuklah:
i.
Gelung angkubah tunggal bebas
ii.
Gelung angkubah tunggal saling tindak
iii.
Gelung angkubah berbilang
Gelung angkubah tunggal bebas.
Contoh gelung angkubah tunggal bebas dapat diperhatikan dalam
Rajah 2.1.
pembanding
masukan
E (s)
+
R(s)
G(s)
-
keluaran
C(s)
H(s)
Raajah 2.1
Dalam gelung angkubah tunggal bebas ini, sistem hanya mempunyai satu masukan, R(s) di mana isyarat
ralat, E(s) akan di bandingkan dengan masukan ini. Jika gelung suapbalik, H(s) = 1 , maka sistem ini
dikatakan mempunyai suapbalik uniti.
pembanding
masukan
R(s)
Rajah 2.2
E (s)
+
-
G(s)
keluaran
C(s)
H(s) = 1
_______________________________________________________________________________________________
3. E4141
E4141 / UNIT 2 / 3
PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN
_______________________________________________________________________________
Gelung angkubah tunggal saling tindak.
Contoh gelung angkubah tunggal saling tindak dapat
diperhatikan dalam Rajah 2.3 di bawah.
pembanding
masukan
E (s)
+
R(s)
-
keluaran
G(s)
C(s)
H1(s)
H2(s)
Rajah 2.3
Dalam gelung angkubah tunggal saling tindak ini, sistem mempunyai satu masukan, R(s) dan mempunyai
lebih daripada satu gelung suapbalik.
Gelung angkubah berbilang.
Kebiasaannya mempunyai lebih dari satu masukan, R(s) serta mempunyai
gelung suapbalik.
U(s)
masukan
R(s)
pembanding
+
+
G1(s)
Raajah 2.4
keluaran
G2(s)
C(s)
H(s)
Gelung Angkubah Kaskad (Lata). Contoh gelung angkubah kaskad dapat diperhatikan seperti Rajah 2.5.
Contoh gelung angkubah kaskad.
masukan
masukan
G1(s)
G2(s)
G1(s) G2(s) G3(s)
G3(s)
keluaran
keluaran
Rajah 2.5
_______________________________________________________________________________________________
4. E4141
E4141 / UNIT 2 / 4
PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN
_______________________________________________________________________________
AKTIVITI
Uji kefahaman anda sebelum meneruskan ke input selanjutnya. Sila semak jawapan anda pada
maklumbalas yang disediakan.
2.1 Mengapakah pengetahuan dalam tatarajah sistem kawalan perlu dalam menganalisa sesuatu
sistem?
2.2 Nyatakan tatarajah yang terdapat di dalam sistem kawalan.
2.3 Nyatakan perbezaan di antara tatarajah sistem kawalan dengan sistem kawalan kaskad.
_______________________________________________________________________________________________
5. E4141
PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN
E4141 / UNIT 2 / 5
_______________________________________________________________________________
MAKLUM BALAS
2.1 Untuk memudahkan proses menganalisa sistem
2.2
i.
Gelung angkubah tunggal bebas
ii.
Gelung angkubah tunggal saling tindak
iii.
Gelung angkubah berbilang
2.3 Sistem kawalan kaskad tidak mempunyai mekanisme untuk membetulkan geraklaku sistem apabila
kelakuan komponen-komponen itu tidak memuaskan. Sistem jenis ini adalah mudah dan paling
ekonomik tetapi tidak tepat dan kurang penggunaannya. Manakala tatarajah sistem kawalan
mempunyai komponen asas (iaitu sistem gelung buka) dan dua komponen lain seperti pengesan
ralat dan gelung suapbalik.
_______________________________________________________________________________________________
6. E4141
E4141 / UNIT 2 / 6
PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN
_______________________________________________________________________________
INPUT
2.2
KUALITI SISTEM KAWALAN
Tujuan sistem dalam sesuatu industri ialah menghasilkan keluaran yang memuaskan. Proses keluaran
adalah bergantung kepada beberapa operasi gelung proses untuk mencapai ciri-ciri yang dikehendaki.
Ukuran terhadap kualiti sistem ialah sejauh mana gelung proses boleh mengeluarkan keluaran yang
mempunyai spesifikasi yang tetap dan memuaskan. Kualiti sistem kawalan boleh ditentukan melalui:
i.
ii.
Ralat minima
iii.
i.
Kestabilan
Masa (Jangkamasa) minima
Kestabilan
Ciri yang paling asas
untuk mendefinisikan
kualiti gelung kawalan ialah keupayaan gelung kawalan
memberikan ‘regulasi’ yang stabil ke atas parameter yang terdapat di dalamnya. Regulasi yang stabil
bermaksud nilai parameter tidak meningkat secara keterlaluan (without limit) akibat sistem yang tak stabil
atau kerosakan alat yang berlaku.
ii.
Ralat minimum
Nilai ralat minima yang dicatatkan selepas sesuatu gangguan dilaksanakan.
iii.
Jangkamasa minimum
Nilai masa yang minima bagi nilai parameter kembali ke nilai titik set atau berhampiran selepas gangguan.
Jika terdapat keadaan di mana kesemua kualiti sistem adalah ideal, bagaimana pula kita hendak
mentaksirkan kualiti ke atasnya?
_______________________________________________________________________________________________
7. E4141
PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN
E4141 / UNIT 2 / 7
_______________________________________________________________________________
SISTEM TIDAK STABIL
Kewujudan sistem yang tidak stabil boleh diklasifikasikan kepada tiga jenis dimana ianya berdasarkan
tindakbalas (response). Tindakbalas ini selalunya bergantung kepada gandaan pengawal. Tiga jenis
tindakbalas adalah seperti berikut:
i.
Lebih redam (over damped)
ii.
Redaman genting (critical damped)
iii.
Kurang Redaman (under damped)
_______________________________________________________________________________________________
8. E4141
E4141 / UNIT 2 / 8
PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN
_______________________________________________________________________________
AKTIVITI
2.4
Gambarajah blok di bawah mewakili sistem kawalan paras dalam tangki yang berlaku secara
automatik. Sekiranya sistem kawalan tersebut dikendalikan secara manual oleh manusia, gantikan
setiap parameter dalam gambarajah blok tersebut dengan parameter yang dicadangkan.
masukan
+
-
PENGAWAL
INJAP
PNEUMATIK
AIR
TANGKI
keluaran
PELAMPUNG
Parameter cadangan
AIR TANGKI
MATA
OTAK
OTOT-OTOT
2.5
Nyatakan kepentingan kualiti sistem kawalan dan bagaimana ianya ditentukan?
2.6
Nyatakan tindakbalas yang mungkin berlaku sehingga menjejaskan kestabilan sistem dan
lakarkan graf yang mewakili tindakbalas tersebut?
_______________________________________________________________________________________________
9. E4141
E4141 / UNIT 2 / 9
PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN
_______________________________________________________________________________
MAKLUM BALAS
2.4
masukan
+
-
OTAK
OTOT-OTOT
AIR
TANGKI
keluaran
MATA
2.5 Kualiti sistem adalah penting di dalam sesuatu sistem kawalan kerana untuk memastikan keluaran
atau output yang dihasilkan berada dalam keadaan yang dikehendaki iaitu berada dalam
spesifikasi yang tetap dan memuaskan. Ianya boleh ditentukan dengan kestabilan, ralat minimum
dan jangkamasa minimum.
2.6 Antara tindakbalas yang menjejaskan kestabilan sistem ialah redaman lampau, redaman genting
dan kurang redaman.
_______________________________________________________________________________________________
10. E4141
PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN
E4141 / UNIT 2 / 10
_______________________________________________________________________________
PENILAIAN
KENDIRI
ANDA telah menghampiri kejayaan. Sila cuba semua soalan dalam penilaian kendiri ini dan semak
jawapan anda pada maklumbalas yang disediakan. Jika ada masalah yang timbul, sila berbincang dengan
pensyarah anda. Selamat mencuba semoga BERJAYA!!!.
1.
Berikan definisi bagi sukatan terakhir terhadap kualiti sistem.
2
Apakah yang dimaksudkan dengan istilah ‘Regulasi’?
3
Lukiskan gambarajah blok bagi gelung angkubah tunggal bebas, gelung angkubah saling tindak
dan gelung angkubah berbilang.
4
Seorang budak perempuan pergi ke pasar hendak membeli bahan-bahan untuk memasak tomyam.
Bahan-bahan yang dibeli olehnya ialah daging, rempah tomyam dan sayur-sayuran. Lukiskan
gambarajah kaskad untuk menyediakan toyam berpandukankan bahan-bahan yang dibeli oleh
budak perempuan tersebut.
_______________________________________________________________________________________________
11. E4141
E4141 / UNIT 2 / 11
PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN
_______________________________________________________________________________
MAKLUM BALAS
KENDIRI
1. Sukatan terakhir ialah gelung proses berupaya mnegeluarkan keluaran atau output yang
mempunyai spesifikasi yang tetap dan memuaskan.
2. Regulasi ialah di mana nilai parameter tidak meningkat secara keterlaluan. Ia wujud
daripada sistem yang tidak stabil atau di sebabkan oleh kerosakan alat yang berlaku.
3
i. Gelung angkubah tunggal bebas
pembanding
masukan
E (s)
+
R(s)
G(s)
-
keluaran
C(s)
H(s)
ii. Gelung angkubah tunggal saling tindak
pembanding
masukan
R(s)
E (s)
+
G(s)
-
-
keluaran
C(s)
H1(s)
H2(s)
_______________________________________________________________________________________________
12. E4141
E4141 / UNIT 2 / 12
PENGENALAN KEPADA SISTEM KAWALAN
_______________________________________________________________________________
iii. Gelung angkubah berbilang
U(s)
masukan
R(s)
pembanding
+
-
+
G1(s)
keluaran
G2(s)
C(s)
H(s)
4.
masukan
R(s)
tomyam
daging
Rempah tomyam
Sayur-sayuran
_______________________________________________________________________________________________
C(s)