# Template Laporan Proyek Sistem Kendali PID pada Motor Listrik (Tugas Besar CLO 2 dan CLO 3)

**Mata Kuliah:** Sistem Kendali dan Mekanika (ACK3AB3)
**Dosen:** ANG, FCB, EWS/FUY* (*pilih yang sesuai*)
**Semester/Tahun:** Ganjil 2025/2026
**Kelas:** TK-47-0...

---

## Identitas Asesmen & Capaian Pembelajaran (OBE)

**Bentuk Asesmen:** Tugas Besar CLO2 dan Tugas Besar CLO3
**Metode:** *Project-Based Learning (PjBL)*
**Level 3 AI [*Editing*]**: AI hanya untuk perbaikan tulisan, tanpa konten baru. Lampirkan *prompt* dan hasil lengkap *generate* AI jika menggunakan AI, serta nama *tools* AI yang digunakan.

### Pemetaan *Program Learning Outcome* (CPL - Capaian Pembelajaran Lulusan) dan *Course Learning Outcome* (CPMK - Capaian Pembelajaran Mata Kuliah)
Laporan Tugas Besar ini mengukur ketercapaian dua PLO utama sesuai RPS untuk memvalidasi ketercapaian dua CLO:

* **[PLO-3]** Kemampuan menyusun rancangan komponen, sistem dan/atau proses pada bidang teknik komputer untuk memenuhi kebutuhan yang diharapkan di dalam batasan-batasan realistis.
* *Fokus:* Perancangan parameter kendali (*tuning*) dan analisis kestabilan sistem.
* **[CLO-2]:** Mampu menyusun rancangan dan menganalisis sistem kendali loop tertutup dari kondisi transien hingga steady state untuk mencapai kestabilan.
* *(Dinilai dari Laporan Bab 1, 2, dan 4: Desain, Pemodelan, dan Analisis Grafik)*
* **[PLO-6]** Kemampuan menerapkan metode, keterampilan dan piranti teknik modern yang diperlukan untuk praktek keteknikan dalam bidang teknik komputer.
* *Fokus:* Implementasi algoritma pada mikrokontroler dan penggunaan sensor/driver motor.
* **[CLO-3]:** Mampu menentukan dan menerapkan penggunaan kendali proporsional, integral, atau derivatif pada motor listrik untuk mencapai kestabilan.
* *(Dinilai dari Laporan Bab 3 dan Demonstrasi Alat: Implementasi Hardware & Tuning PID)*
---

**IDENTITAS KELOMPOK:**
* **Nama Kelompok:** ............................................................
* **Nama Mahasiswa 1 (NIM):** ............................................................
* **Nama Mahasiswa 2 (NIM):** ............................................................
* **Nama Mahasiswa 3 (NIM):** ............................................................
* **Nama Mahasiswa 4 (NIM):** ............................................................

---

## Daftar Isi
1. Pendahuluan
2. Desain dan Pemodelan Sistem
3. Implementasi dan Pengujian
4. Evaluasi dan Analisis Kinerja
5. Kesimpulan dan Saran
6. Lampiran/Dokumentasi

---

## 1. Pendahuluan

### 1.1 Latar Belakang
*(Jelaskan konteks masalah: Mengapa pengendalian motor ini diperlukan? Potensi aplikasinya di industri, robotika, atau kehidupan sehari-hari).*

### 1.2 Tujuan (*sesuaikan isinya dengan proyek kelompok*)
1. Merancang sistem kendali tertutup (*Closed Loop*) menggunakan metode PID.
2. Menganalisis respon transien sistem (*Rise time, Settling time, Overshoot*).
3. Menguji ketahanan (*robustness*) sistem terhadap gangguan eksternal.

### 1.3 Spesifikasi Desain (Target *Performance*)
*(Isi target ini SEBELUM melakukan tuning. Ini adalah acuan keberhasilan proyek).*

| Parameter Kinerja | Simbol | Target Nilai | Alasan/Justifikasi (Mengapa memilih angka ini?) |
| :--- | :---: | :--- | :--- |
| **Settling Time** | $T_s$ | < ... detik | *(Misal: Agar respons cepat)* |
| **Max. Overshoot** | $M_p$ | < ... % | *(Misal: Mencegah kerusakan)* |
| **Steady State Error** | $e_{ss}$ | ... % | *(Misal: Presisi tinggi)* |
| **Kriteria Kestabilan** | | 2% atau 5% | *(Misal: Toleransi differential gap)* |

---

## 2. Desain dan Pemodelan Sistem

### 2.1 Diagram Blok Sistem
*(Gambarkan Diagram Blok Closed-Loop lengkap. Tunjukkan: Setpoint, Error, Controller, Actuator, Plant, Sensor. Jelaskan diagram blok tersebut secara jelas!).*

### 2.2 Pemodelan Matematis (Theoretical Modeling)

Bagian ini bertujuan untuk menunjukkan landasan teori sistem kendali yang digunakan. Sertakan referensi dari buku, jurnal bereputasi, dan/atau *datasheet*.

**A. Model Algoritma Kontroler (PID)**
Tuliskan persamaan matematis kontroler PID yang diimplementasikan:
$$u(t) = K_p e(t) + K_i \int e(t) dt + K_d \frac{de(t)}{dt}$$
*(Jelaskan juga bentuk diskrit yang Anda gunakan dalam kode program mikrokontroler).*

**B. Metode Tuning Ziegler-Nichols (Z-N)**
Wajib memilih salah satu metode Z-N sebagai dasar penentuan parameter:

* **Tipe 1 (Osilasi Kontinu):** Berdasarkan $K_p$' dan $T_c$ saat sistem mulai berosilasi stabil.
* **Tipe 2 (Kurva Reaksi):** Berdasarkan parameter *delay* ($L$) dan konstanta waktu ($T$) dari respons *Open-Loop*.

**C. Model Plant (Motor)**
Pilih salah satu model di bawah ini sesuai dengan jenis motor yang Anda gunakan:

* **Opsi 1: Motor DC (*Speed Control*)**
Secara teoritis, motor DC didekati sebagai sistem **Orde 1**.
$$G(s) = \frac{\omega(s)}{V(s)} = \frac{K}{\tau s + 1}$$
*(yang mana output adalah Kecepatan Sudut $\omega$).*

* **Opsi 2: Motor Servo (Position Control)**
Sistem didekati sebagai **Integrator** atau **Orde 2** (jika ada osilasi mekanik).
$$G(s) = \frac{\theta(s)}{V(s)} \approx \frac{K}{s(\tau s + 1)}$$
*(yang mana output adalah Posisi Sudut $\theta$).*

* **Opsi 3: Motor Stepper (Closed Loop Position)**
Dalam mode kendali posisi dengan *encoder*, input kendali (Frekuensi Pulsa) diintegralkan menjadi posisi.
$$G(s) = \frac{\theta(s)}{f(s)} = \frac{K_{step}}{s}$$

### 2.3 Spesifikasi Perangkat Keras
* **Motor:** (Tipe, Tegangan, RPM/Torsi Max)
* **Driver:** (Tipe Driver, misal L298N/BTS7960)
* **Sensor:** (Tipe Sensor & Resolusi Encoder)
* **Kontroler:** (Jenis Mikrokontroler & Clock Speed)

---

## 3. Implementasi dan Pengujian

> **⚠️ Syarat data yang harus ada:**
> 1. **Analisis Komparatif:** **Minimal** **3 Variasi *Tuning*** (Misal: Hanya Proporsional vs PI vs PID Optimal).
> 2. **Uji Konsistensi (*Repeatability*):** Pada *tuning* terbaik, lakukan **minimal 5x percobaan** berulang untuk mendapatkan rata-rata dan standar deviasi.
> 3. **Uji Gangguan (*Disturbance*):** Minimal satu grafik yang menunjukkan respons sistem saat diberi beban atau gangguan tiba-tiba.
>
> *Catatan: Untuk poin 1 dan 2, lebih banyak lebih baik, karena akan semakin menghasilkan banyak data untuk dianalisis dan dibandingkan.*

### 3.1 Karakteristik Open-Loop (Linearitas Plant)

Lakukan pengujian respon motor **tanpa algoritma PID** (*Open Loop*) untuk melihat perilaku aslinya.
*(Pilih satu skenario di bawah ini sesuai jenis motor kelompok Anda)*:

* **Skenario A (Motor DC - Kecepatan):** Berikan PWM bertahap (0% s.d. 100%), catat RPM yang dihasilkan (*jika sulit menggunakan tachometer seperti yang digunakan saat asesmen praktik CLO 1, dapat menggunakan TCRT5000 atau Optocoupler Speed Sensor yang dihubungkan ke mikrokontroler*).
* **Skenario B (Servo/Stepper - Posisi):** Berikan perintah posisi bertahap (0$^\circ$, 30$^\circ$, ..., 180$^\circ$), catat sudut aktual yang terukur sensor (*dapat menggunakan busur derajat*).

**Grafik Karakteristik:**
Buatlah grafik hubungan *Input* vs *Output*:
* **Sumbu X (*Input*):** Nilai Perintah (Duty Cycle % **atau** Sudut Target **atau** Frekuensi).
* **Sumbu Y (*Output*):** Respon Terukur (RPM **atau** Sudut Aktual).

**Analisis:**
1. Apakah grafik membentuk garis lurus? (Semakin linear semakin mudah dikendalikan).
2. Pada *input* berapa motor baru mulai bergerak? (Misal: Di bawah PWM 15% motor diam).
3. Apakah ada titik ketika *input* dinaikkan tetapi *output* tidak bertambah lagi?

### 3.2 Analisis Perbandingan Respons (*Step Response*)
*(Tampilkan grafik perbandingan dari 3 skenario tuning atau lebih).*

**Tabel 1. Perbandingan Parameter Respons Transien**

| Skenario *Tuning* | Nilai *Gain* ($K_p, K_i, K_d$) | *Delay Time* ($T_d$)| *Rise Time* ($T_r$) | *Peak Time* ($T_p$) | *Settling Time* ($T_s$) | *Overshoot* (%) | *Steady State Error* |
| :--- | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
| #1 (Misal: Hanya P) | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... |
| #2 (Misal: Osilasi) | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... |
| #3 (PID Optimal) | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... |

### 3.3 Uji Konsistensi (Repeatability Test)
*(Ambil Skenario #3 (Optimal), jalankan 5 kali atau lebih dari posisi diam ke setpoint).*

**Tabel 2. Statistik Konsistensi Kinerja (Misal N=5)**

| Percobaan Ke- | *Settling Time* ($T_s$) | *Overshoot* (%) |
| :---: | :---: | :---: |
| 1 | ... | ... |
| 2 | ... | ... |
| ... | ... | ... |
| 5 | ... | ... |
| **Rata-rata ($\mu$)** | **...** | **...** |
| **Standar Deviasi ($\sigma$)** | **...** | **...** |

*(Nilai standar deviasi yang kecil menunjukkan sistem kelompok Anda reliabel, data valid, dan konsisten).*

### 3.4 Uji Gangguan (Disturbance Rejection)
*(Tampilkan grafik respons saat motor sedang stabil di setpoint, lalu beri gangguan fisik sesaat).*
* **Gambar:** *Screenshot* Serial Plotter saat gangguan terjadi.
* **Analisis:** Berapa detik waktu yang dibutuhkan sistem untuk kembali stabil (*Recovery Time*)?

---

## 4. Evaluasi dan Analisis Kinerja

### 4.1 Validasi Spesifikasi
*(Bandingkan **Rata-rata** hasil Tabel 2 dengan **Target** di Bab 1.3. Apakah tercapai?)*

### 4.2 Analisis Mendalam
*(Jawab dengan paragraf analisis kritis)*

1. **Analisis Pengaruh *Gain*:** Jelaskan secara spesifik bagaimana perubahan $K_p$, $K_i$, dan $K_d$ mempengaruhi bentuk grafik respons berdasarkan data percobaan kelompok Anda.
2. **Analisis Stabilitas:**
a. Berdasarkan Uji Gangguan (Bab 3.4), seberapa tangguh sistem kelompok Anda? Apakah terjadi osilasi berlebih saat beban dilepas?
b. Apakah metode *tuning* PID yang kelompok Anda gunakan sudah optimal untuk membuat sistem stabil dan mempertahankan kestabilannya?
4. **Trade-off Desain:** Apa yang kelompok Anda korbankan untuk mencapai kestabilan? (Misal: Respon jadi agak lambat demi menghilangkan *overshoot*).
5. **Evaluasi Hardware:**
a. Apakah ada batasan fisik (seperti driver motor atau resolusi sensor rendah) yang menghambat pencapaian target sesuai desain?
b. Apakah ada faktor mekanik (*gears, backlash*, gesekan) yang mengganggu hasil kendali?
---

## 5. Kesimpulan dan Saran

### 5.1 Kesimpulan
1. Sistem kendali PID **berhasil/tidak berhasil** diimplementasikan dengan parameter final: $K_p=..., K_i=..., K_d=...$.
2. Kinerja sistem mencapai $T_s = ...$ detik dan Overshoot $...\%$.
3. Tingkat konsistensi sistem ditunjukkan dengan standar deviasi sebesar ...

### 5.2 Saran Pengembangan
*(Saran untuk penelitian selanjutnya, misal: Implementasi Fuzzy-PID, penggunaan sensor yang lebih presisi, dll).*

---

## Lampiran
* **Kode Program Utama (Arduino/C++):** *(Lampirkan bagian loop kendali dan deklarasi variabel. Kode program lengkap unggah di Github. Pastikan dapat diakses oleh dosen).*
* **Tautan Video Demonstrasi:**
* **Dokumentasi Foto Alat:** *(Lampirkan juga foto/video saat kerja kelompok maupun individu. Pastikan foto wajah terlihat dengan pekerjaan yang sedang dilakukan. Usahakan foto candid, bukan swafoto. Mahasiswa yang tidak nampak dalam dokumentasi, dianggap tidak ikut berkontribusi).*

---

## Panduan Checklist Kelengkapan (Alat bantu saja untuk memastikan tidak ada yang terlewat. Sesuaikan dengan yang sebenarnya.)
- [ ] Target Spesifikasi (Bab 1.3) terisi jelas.
- [ ] Pemodelan Matematis ada (Bab 2.2).
- [ ] Grafik Open Loop (Linearitas) ada (Bab 3.1).
- [ ] Tabel Perbandingan minimal 3 variasi tuning ada (Bab 3.2).
- [ ] Tabel Statistik Repeatability (5x data) ada (Bab 3.3).
- [ ] Grafik Uji Gangguan ada (Bab 3.4).

## 6. Rubrik Penilaian dan Pembobotan
* **[PLO-3]** Kemampuan menyusun rancangan komponen, sistem dan/atau proses pada bidang teknik komputer untuk memenuhi kebutuhan yang diharapkan di dalam batasan-batasan realistis.
* **[CLO-2]:** Mampu menyusun rancangan dan menganalisis sistem kendali loop tertutup dari kondisi transien hingga steady state untuk mencapai kestabilan.

### A. RUBRIK TUGAS BESAR CLO 2 (*Design & Analysis*)
**Bobot:** 5% dari Nilai Akhir Mata Kuliah.

**Aspek 1: Desain Spesifikasi dan Pemodelan (40 Poin)**
| Level | Poin | Deskripsi Kriteria |
| :--- | :---: | :--- |
| **_Exemplary_** | **40** | Target spesifikasi ($T_s, M_p$) memiliki **alasan kuantitatif**. Diagram blok lengkap (*Closed-loop*) dan model matematis *Plant*, Z-N, atau PID dijelaskan dengan referensi yang benar. |
| **_Satisfactory_** | **30** | Diagram blok benar dan target spesifikasi ada. Alasan penetapan angka kurang kuat atau model matematis hanya bersifat umum. |
| **_Needs Improvement_** | **15** | Diagram blok tidak lengkap atau salah. Tidak ada target spesifikasi jelas, atau model matematis salah konsep. |
| **_Unsatisfactory_** | **0** | Tidak ada bab desain atau terindikasi plagiasi. |

**Aspek 2: Analisis Kritis Respon Transien (60 Poin)**
| Level | Poin | Deskripsi Kriteria |
| :--- | :---: | :--- |
| **_Exemplary_** | **60** | Analisis tajam menjelaskan **korelasi fisik** *gain* PID terhadap grafik ($T_d, T_r, T_p, M_p, T_s$). Menjelaskan *trade-off* desain dengan logis. |
| **_Satisfactory_** | **45** | Penjelasan benar secara teori namun bersifat **deskriptif** (hanya membaca grafik) tanpa analisis yang mendalam. |
| **_Needs Improvement_** | **25** | Analisis dangkal atau keliru. Kesimpulan bertentangan dengan data grafik. Hanya menyalin teori buku. |
| **_Unsatisfactory_** | **0** | Tidak ada analisis. |

---
---
* **[PLO-6]** Kemampuan menerapkan metode, keterampilan dan piranti teknik modern yang diperlukan untuk praktek keteknikan dalam bidang teknik komputer.
* **[CLO-3]:** Mampu menentukan dan menerapkan penggunaan kendali proporsional, integral, atau derivatif pada motor listrik untuk mencapai kestabilan.
---

### B. RUBRIK TUGAS BESAR CLO 3 (*Implementation & Tools*)
**Bobot:** 20% dari Nilai Akhir Mata Kuliah.

**Aspek 1: Metodologi *Tuning* dan Validitas Data (40 Poin)**
| Level | Poin | Deskripsi Kriteria |
| :--- | :---: | :--- |
| **_Exemplary_** | **40** | Ada grafik *Open-Loop*. Melakukan minimal **3 variasi *tuning***. Menyertakan bukti **Uji Repetisi (minimal 5x)** dengan standar deviasi kecil (data valid). |
| **_Satisfactory_** | **30** | Ada tuning PID dan alat jalan. Data perbandingan minim (<3) atau tidak ada uji repetisi (hanya sekali coba). |
| **_Needs Improvement_** | **15** | Metode tuning tidak jelas (*trial-error* acak). Grafik respon tidak jelas skalanya atau terlihat fiktif. |
| **_Unsatisfactory_** | **0** | Data fiktif atau tidak ada data. |

**Aspek 2: Kestabilan dan *Robustness* (30 Poin)**
| Level | Poin | Deskripsi Kriteria |
| :--- | :---: | :--- |
| **_Exemplary_** | **30** | Sistem stabil ($e_{ss} \approx 0$). Mampu ***Self-Recovery* (kembali stabil)** dengan cepat saat diberi gangguan fisik. Ada grafik bukti respon gangguan. |
| **_Satisfactory_** | **20** | Sistem stabil mencapai *setpoint*. Respon gangguan lambat atau berosilasi lama. Dokumentasi gangguan kurang jelas. |
| **_Needs Improvement_** | **10** | Sistem mencapai *setpoint*, tetapi tidak stabil (getar atau *drift*), gagal, atau berhenti saat diberi gangguan kecil. |
| **_Unsatisfactory_** | **0** | Alat tidak berfungsi. |

**Aspek 3: Demonstrasi Alat & Tanya Jawab (30 Poin) --> *Penilaian Individu***
| Level | Poin | Deskripsi Kriteria |
| :--- | :---: | :--- |
| **_Exemplary_** | **30** | Demo sempurna dan rapi. Mahasiswa menjawab pertanyaan teknis (seperti pemrograman dan rangkaian) dengan lancar dan paham secara mendetail. |
| **_Satisfactory_** | **20** | Demo ada kendala minor. Menjawab pertanyaan cukup baik meski ragu pada detail teknis. |
| **_Needs Improvement_** | **10** | Alat sering *error* saat demo. Mahasiswa bingung dengan alatnya sendiri (tidak menguasai). |
| **_Unsatisfactory_** | **0** | Tidak hadir demonstrasi dan presentasi. |

---