# PID DC Motor Position Controller

## Nama Kelompok
* Muhammad Hafizh Reyhan / 1103213072
* Sef Sofa Maulanaja / 1103213095
* Az - Zahra Chikal Erliandi / 1103213039
* Rizki Aprilia Rahman / 1103213007
* Ramadhan Joema Mutsu / 1103202023

## Daftar Isi
[TOC]

**[CLO 4]** Memiliki kemampuan untuk menganalisis sistem kendali loop tertutup pada kondisi transien dan steady state untuk melihat performansinya.
**[CLO5]** Memiliki kemampuan merancang sistem kendali motor DC.

## Pendahuluan
PID DC Motor Position Controller adalah sebuah sistem kontrol yang menggunakan metode PID (Proportional-Integral-Derivative) untuk mengontrol posisi motor DC. Sistem ini memanfaatkan feedback dari encoder untuk menentukan posisi motor dan menghitung error antara posisi yang diinginkan (setpoint) dan posisi aktual motor. Kemudian, sistem akan menghitung output kontrol yang terdiri dari tiga komponen yaitu proporsional, integral, dan diferensial, untuk mengontrol motor agar mencapai posisi yang diinginkan. Tujuan dari PID DC Motor Position Controller adalah untuk mengatur posisi motor DC agar sesuai dengan posisi yang diinginkan.

## Rancangan Sistem Kendali Loop Tertutup PID
* PID (Proportional-Integral-Derivative) adalah kontroler mekanisme umpan balik yang umum digunakan dalam berbagai aplikasi industri dan sistem pengendalian. P untuk nilai kesalahan saat ini. Kemudian I untuk nilai kesalahan sebelumnya. D untuk kemungkinan nilai kesalahan mendatang berdasarkan pada rate perubahan tiap waktu. Pada PID terdapat nilai KP, KI, dan KD. KP adalah konstanta proposional yang dimana KP digunakan sebagai Gain. Kemudian untuk KI merupakan konstanta integral yang dimana jika nilai KI sangat tinggi akan membuat steady-state error. Sedangkan KD adalah konstanta derivatife yang dimana nilai ini dapat mengurangi overshoot.
* Gear merupakan komponen dalam sebuah perangkat transmisi yang digunakan untuk mentransmisikan daya atau gerakan dari satu bagian mesin ke bagian lainnya. Mereka memiliki gigi yang saling mengunci dengan bagian bergerigi lainnya untuk mentransmisikan torsi dan kecepatan.
* Closed loop adalah sebuah sistem pengendalian otomatis di mana suatu operasi, proses, atau mekanisme diatur oleh umpan balik. Sistem ini menggunakan umpan balik untuk mempertahankan keadaan yang diinginkan atau set point tanpa intervensi manusia. Umpan balik ini memungkinkan sistem untuk secara otomatis menyesuaikan aksi kontrolnya berdasarkan perbedaan antara output yang diinginkan dan output aktual.


## Mekanik Motor DC
* Fungsi transfer pada PID DC Motor Position Controller yaitu hubungan antara posisi yang diinginkan (setpoint) dan posisi aktual motor DC sebagai fungsi waktu. Dimisalkan, jika θsp adalah posisi yang diinginkan dan θ adalah posisi aktual motor. Fungsi transfer pada PID DC Motor mengenai hubungan antara error, Tindakan control, dan perubahan waktu dalam system control PID untuk mengendalikan posisi Motor DC.
* Mekanisme daya pada PID DC Motor Position Controller menggunakan konversi sinyal kontrol dari PID Controller menjadi daya yang menggerakkan motor DC. Mekanisme daya ini memungkinkan PID DC Motor Position Controller untuk menghasilkan respons yang akurat dan cepat terhadap perubahan setpoint posisi. Untuk sesnsor posisi digunakan untuk mengukur posisi aktual motor DC dan akan memberikan umpan balik ke PID. Kemudian PID akan menghitung error antara posisi aktual motor dengan posisi yang diinginkan dan akan menghasilkan sinyal control. Sinyal control ini akan diteruskan ke motor DC untuk mendapatkan posisi yang diinginkan.

## Analisis Transient Respon
Transient response dari PID DC motor controller melibatkan evaluasi cara sistem bereaksi terhadap perubahan input pada motor DC. Dengan mempertimbangkan parameter PID seperti Kp, Ki, Kd, dan memahami konsep dasar Proportional, Integral, serta Derivative.
• Proportional Response, Dengan Kp = 7, output akan berubah secara proporsional terhadap selisih antara setpoint dan output aktual. Nilai yang relatif besar ini dapat menyebabkan respons yang responsif terhadap perubahan setpoint.
• Integral (I), Dengan Ki = 50, menunjukkan bahwa komponen integral akan mengkumulasi kesalahan steady state dan mendorong sistem untuk mencapai nilai setpoint. Hal tersebut dapat menghasilkan respon yang cepat terhadap perubahan dan mengurangi offset steady-state.
• Derivative (D), Kd = 0.01, dengan nilai yang rendah dapat membantu mengurangi overshoot serta osilasi dengan memberikan efek yang stabilisasi pada sistem.

Kombinasi Kp dan Ki yang tinggi dapat meningkatkan respons frekuensi sistem. Namun, efek Kd yang rendah dapat membatasi kemampuan sistem untuk menanggapi perubahan cepat. Pengaturan PID ini mungkin akan memberikan waktu pemulihan yang cepat karena pengaruh Kp dan Ki yang signifikan.


## Analisis Mekanika
### Pengukuran Mekanika Gear
untuk ukuran pitch diameter dengan circular pitch yaitu :
• Gear driven : 0.2 cm dengan Pc : 8
• Driven Gear 1 : 0.8 cm dengan Pc : 28
• Driven Gear 2 : 1.4 cm dengan Pc : 38

kemudian hitunglah jumlah gigi dari gear yaitu :
• Gear driver : 0.0785cm
• Driven gear 1: 0.0661cm
• Driven gear 2: 0.1571cm

Jika dibandingkan Gear driver dengan driven gear 2, Maka diperoleh rasio 38 (jumlah gigi driven gear)/ 8 (jumlah gigi driver), maka hasilnya yaitu Rasio gear = 4.75

* Posisikan gear yang kecil sebagai driver gear dan gear yang besar sebagai driven gear. Putar driver gear sebanyak 360°. maka derajat driven gear berputar yaitu :
360 / GR = 360 /4.75 , Maka driven gear berputar sebesar 75.79°

* Posisikan gear yang besar sebagai driver gear dan gear yang kecil sebagai driven gear. Putar driver gear sebanyak 360°. maka derajat driven gear berputar yaitu :
Rasio jika dibalik = 0.2105
360 / GR = 360 / 0.2105 , Maka driven gear berputar sebesar 1710.53°

### Analisis Kecepatan Motor Terhadap Beban
• Kecepatan : Ketika beban motor meningkat, maka kecepatan motor akan mengalami penurunan dikarenakan torsi ekstra yang diperlukan untuk mengatasi beban tambahan.
• CEMF : Ketika beban motor meningkat, maka CEMF akan mengalami penurunan dikarekan kecepatan motor yang menurun. Jika CEMF mengalami penurunan maka akan mempengaruhi respons dinamis motor.
• arus (current) : ketika beban motor meningkat, motor akan membutuhkan banyak arus agar menghasilkan torsi seusai yang dibutuhkan. Hal ini dikarenakan torsi pada motor DC berkaitan dengan arus yang mengalir.
• torsi : ketika beban motor meningkat akan menyebabkan peningkatan torsi. Motor harus memiliki torsi tambahan untuk mempertahankan posisi dengan setpoint yang diinginkan.

## Hasil dan Saran
* Hasil : Pada project kami ini, dari parameter yang kami buat dapat mencapai respon motor yang cepat terhadap perubahan posisi, sehingga motor dapat mencapai setpoint dengan overshoot dan osilasi yang minimum. PID Controller seharusnya mengoptimalkan penggunaan daya untuk mencapai perubahan posisi yang diinginkan.
* Saran yang kami berikan agar PID DC Motor Position controller dapat berjalan dengan baik yaitu harus menggunakan daya yang cukup besar, dikarenakan jika daya yang kita gunakan cukup sedikit akan mempengaruhi rangkaian tersbut. Rangkaian juga akan berpengaruh pada alat yang dimana jika terdapat kesalahan pada rangkaian sekecil apapun maka alat bisa tidak berjalan sama sekali.

## Referensi
* [PID](https://id.wikipedia.org/wiki/PID)
* [PID DC Motor Position Controller](https://electricdiylab.com/arduino-pid-dc-motor-position-control-close-loop-system/)

## Link Video Youtube
* [Video Presentasi Kelompok 3]

## Rubrik Penilaian

| Penilaian Indikator Ketercapaian CLO | Bobot |
| -------- | -------- |
| Mahasiswa mampu mengevaluasi dan optimasi sistem kendali PID (soal CLO 4). | 50 % |
| Mahasiswa mampu mendemonstrasikan sistem mekanisme transfer daya sederhana menggunakan gear dan motor DC (soal CLO 5) | 50% |

## Kriteria Nilai

| 65-80 | 50-65 | 80-100 | 40-50 | 0-40 |
| ----- | ----- | ------ | ----- | ---- |
| CLO 4 | | | | |
|Mampu menjelaskan konsep kendali umpan balik, merancang sistem kendali PID, hingga mengevaluasi dan optimasi sistem kendali PID. |Mampu menjelaskan konsep kendali umpan balik, merancang, dan mengevaluasi sistem kendali PID. |Mampu menjelaskan konsep kendali umpan balik dan merancang sistem kendali PID. |Mampu menjelaskan konsep kendali umpan balik dan PID, tetapi kesulitan dalam merancang dan mengevaluasi sistem kendali PID. |Kesulitan dalam menjelaskan konsep kendali umpan balik dan PID. |
| CLO 5 | | | | |
|Mampu mendapatkan fungsi transfer sistem dari mekanisme transfer daya, menganalisis hubungan antara torsi dan kecepatan motor, menjelaskan cara kerja dan karakteristik motor listrik, serta mendemonstrasikan sistem mekanisme transfer daya sederhana menggunakan gear dan motor DC. |Mampu mendapatkan fungsi transfer sistem dari mekanisme transfer daya, menganalisis hubungan antara torsi dan kecepatan motor, menjelaskan cara kerja dan karakteristik motor listrik, tetapi kesulitan dalam mendemonstrasikan sistem mekanisme transfer daya sederhana menggunakan gear dan motor DC. |Mampu mendapatkan fungsi transfer sistem dari mekanisme transfer daya, menganalisis hubungan antara torsi dan kecepatan motor, tetapi kesulitan dalam menjelaskan cara kerja dan karakteristik motor listrik. |Mampu mendapatkan fungsi transfer sistem dari mekanisme transfer daya dan menganalisis hubungan antara torsi dan kecepatan motor. |Tidak dapat menentukan satu langkah pun untuk menjelaskan mengenai mekanisme transfer daya. |