Pengantar Sistem Kendali

I

PENGANTAR SISTEM KENDALI 

Deskripsi : Bab ini memberikan gambaran secara umum mengenai sistem kendali, 
definisi-definisi, pengertian sistem kendali lingkar tertutup dan sistem kendali lingkar 
terbuka, pengelompokkan sistem kendali, prinsip-prinsip sistem kendali serta komponen-
komponen sistem kendali. 
Objektif : Memahami bab ini akan menjadi bekal yang penting untuk memahami sistem 
kendali secara keseluruhan 


1.1 Pendahuluan 

Sistem kendali merupakan bagian yang terintegrasi dari sistem kehidupan modern 
saat ini. Sebagai contoh : kendali suhu ruang, mesin cuci, robot, pesawat, dan lain 
sebagainya. Manusia bukan satu-satunya pembuat sistem kendali otomatis. Justru secara 
alami telah ada, baik di tubuh manusia itu sendiri maupun di alam semesta. Sebagai 
contoh: pankreas yang mengendalikan kadar gula dalam darah. Mekanisme berkeringat 
ketika kepanasan untuk mempertahankan suhu tubuh. Pergerakan mata saat melihat 
sesuatu. Peredaran seluruh benda di angkasa. Dengan sistem kendali memungkinkan 
variabel yang ingin dikendalikan dapat mencapai nilai yang diinginkan dengan mekanisme 
umpan balik dan pengendalian. Dengan sistem kendali memungkinkan adanya sistem yang 
stabil, akurat, dan tepat waktu. Sistem kendali dapat dirancang melakukan pengendalian 
secara otomatik. Di industri banyak dijumpai aplikasi sistem ini menggunakan 
‘Programmable Logic Controller’. 
Sistem kendali dapat dikatakan sebagai hubungan antara komponen yang membentuk 
sebuah konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan tanggapan sistem yang diharapkan. 
Jadi harus ada yang dikendalikan, yang merupakan suatu sistem fisis, yang biasa disebut 
dengan kendalian (plant). 
kendalian masukan keluaran

Masukan dan keluaran merupakan variabel atau besaran fisis. Keluaran merupakan hal 
yang dihasilkan oleh kendalian, artinya yang dikendalikan, sedangkan masukan adalah 
yang mempengaruhi kendalian, yang mengatur keluaran. Kedua dimensi masukan dan 
keluaran tidak harus sama. 

1.2 Definisi – Definisi 

Beberapa Definisi 
• Sistem : kombinasi beberapa komponen yang bekerja secara bersama-sama dan 
membentuk suatu tujuan tertentu. 
• Proses (alamiah) : suatu urutan operasi yang kontinu atau suatu perkembangan yang 
dicirikan oleh urutan perubahan secara perlahan yang terjadi tahap demi tahap 
dengan cara yang relatif tetap dan memberikan suatu hasil atau akhir. 
• Proses (artifisial) : operasi yang dilakukan secara berkesinambungan yang terdiri 
dari beberapa aksi yang dikendalikan atau pergerakan yang secara sistematik 
diarahkan pada suatu hasil atau akhir. 
• Plant : dapat berupa bagian suatu peralatan yang berfungsi secara bersama-sama 
untuk membentuk suatu operasi tertentu. 
• Gangguan : suatu sinyal yang cenderung mempengaruhi (secara acak) nilai output 
suatu sistem: gangguan internal dan eksternal. 
• Sistem kendali umpan balik (feedback control system) : sistem kendali yang 
mempunyai elemen umpan balik, yang berfungsi untuk mengamati keluaran yang 
terjadi untuk dibandingkan dengan masukannya (yang diinginkan). Sistem kendali 
kadang dibedakan menjadi dua kelas. Jika tujuan sistem kendali untuk 
mempertahankan variabel fisik pada beberapa nilai yang konstan dengan adanya 
gangguan-gangguan, disebut sebagai pengatur (automatic regulating system). 
Contohnya adalah sistem kendali suhu dan lain-lain. Jenis yang kedua adalah sistem 
kendali posisi atau servo mekanisme (servomechanism), yaitu sistem yang 
digunakan untuk mengendalikan posisi atau pergerakan mekanis, seringkali 
digunakan untuk menggambarkan sistem kendali dengan variabel fisik yang harus 
mengikuti atau melacak, dalam fungsi waktu yang diinginkan. Contohnya adalah 
gerakan lengan robot dan lain-lain. 
• Sistem kendali proses (process control system) : sistem kendali yang umum 
digunakan pada industri, seperti untuk mengendalikan temperatur, tekanan, aliran, 
tinggi muka cairan dan lain-lain. 
• Sistem kendali lingkar terbuka (open loop system) : sistem kendali dimana tidak 
terdapat elemen yang mengamati keluaran yang terjadi untuk dibandingkan dengan 
masukannya (yang diinginkan), meskipun menggunakan sebuah pengendali 
(controller) untuk memperoleh tanggapan yang diinginkan. 
• Sistem kendali lingkar tertutup (closed loop system): sebutan lain dari sistem 
kendali dengan umpan balik. 

1.3 Sistem Lingkar Terbuka VS Sistem Lingkar Tertutup 

Sistem kendali lingkar terbuka menggunakan actuator (actuating device) secara 
langsung untuk mengendalikan proses tanpa melalui umpan balik. 
Contoh : Sistem kendali suhu ruang 
Misalkan di daerah dingin, diinginkan mengatur suhu ruangan dengan menggunakan 
pemanas (heater). Pemanas dapat dibuat dari suatu rangkaian listrik yang berintikan 
adanya resistor R. Bila resistor R dialiri arus listrik, akan terjadi disipasi daya 

                                                                    

menghangatkan ruangan r. 

Terlihat bahwa keluaran tidak mempengaruhi masukan. Sistem ini disebut sistem kendali 
lingkar terbuka. 
Sistem kendali lingkar tertutup menggunakan pengukuran keluaran (actual 
response), yang dijadikan umpan balik untuk dibandingkan dengan nilai referensi (desired 
response), sehingga menghasilkan galat. Dengan galat inilah pengendali dapat memberikan 
sinyal kendali agar keluaran proses mencapai kondisi yang diinginkan. Dengan contoh 
yang sama pada sistem lingkar terbuka ditambahkan saklar S yang akan membatasi aliran 
listrik I. Bila suhu ruangan lebih kecil atau sama dengan suhu yang diinginkan maka saklar 
harus dalam keadaan tertutup, sehingga arus mengalir dan ruangan menghangat. Bila suhu 
ruangan lebih besar dari suhu yang diinginkan, maka saklar S harus dibuka untuk 
memutuskan aliran arus listrik, sehingga ruangan tidak bertambah panas. Untuk itu 
diperlukan seorang operator yang senantiasa mengamati penunjukkan thermometer T. 
Operator ini berfungsi sebagai elemen umpan balik dan juga sebagai error detector
(bersama-sama dengan saklar S). 

Operator berfungsi mengamati keluaran, lalu mengevaluasi (membandingkan 
keluaran dan masukannya) dan membangkitkan sinyal penggerak yang akan 
menggerakkan sistem sehingga keluaran seperti yang diinginkan. Terlihat bahwa keluaran 
mempengaruhi masukan (melalui operator). Sistem ini disebut sistem kendali lingkar 
tertutup. Beberapa istilah yang sering dipakai sebagai berikut. 
a. Keluaran sistem merupakan variabel yang diatur (controlled variable). 
b. Masukan sistem terdiri dari
         o Masukan komando (command input) = masukan informatif = masukan fiktif, 
         o Masukan referensi = masukan fisis bersama-sama dengan sinyal umpan balik 
c. Sinyal galat merupakan masukan dari pengendali (controller). 
d. Masukan kendalian dihasilkan oleh pengendali. 
e. Elemen umpan balik mengamati keluaran dan mengumpanbalikkan ke masukan, 
yaitu dengan adanya sinyal umpan balik. 

Bila hanya saklar S yang dipasang, maka masih diperlukan seorang operator yang 
senantiasa harus mengamati penunjukan termometer. Sistem ini meskipun sudah 
merupakan sistem kendali lingkar tertutup tetapi masih manual. Dengan menambahkan 
sebuah saklar otomatis (saklar bimetal, Sb) yang telah dikalibrasi sesuai dengan suhu yang 
diinginkan maka bila suhu ruangan lebih kecil atau sama dengan yang diinginkan maka 
saklar Sb dalam keadaan tertutup dan arus listrik mengalir memanaskan ruangan sedangkan 
bila suhu ruangan lebih besar dari suhu yang diinginkan maka saklar Sb akan terbuka dan 
arus listrik terputus. Sistem kendali lingkar tertutup ini sudah bekerja secara otomatis. 

Lihat Gambar 1.4 berikut 

1.4 Pengelompokan Sistem Kendali 

Secara umum sistem kendali dapat dikelompokkan sebagai berikut 

1.4.1 Dengan Manual dan Otomatis 

Pengendalian secara manual adalah pengendalian yang dilakukan oleh manusia yang 
bertindak sebagai operator sedangkan pengendalian secara otomatis adalah pengendalian 
yang dilakukan oleh mesin-mesin/peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya 
dibawah pengawasan manusia. Contoh pengendalian secara manual banyak ditemukan 
dalam kehidupan sehari-hari seperti pada pengaturan suara radio, televisi, pengaturan 
cahaya layar televisi, pengaturan aliran air melalui kran dan lain-lain sedangkan 
pengendalian otomatis banyak ditemui dalam proses industri, pengendalian pesawat 
terbang, pembangkitan tenaga listrik dan lain-lain.

1.4.2 Jaringan Terbuka dan Jaringan Tertutup 

Sistem kendali dengan jaringan tertutup adalah sistem pengendalian dimana besaran 
keluaran memberikan efek terhadap besaran masukan sehingga besaran yang dikendalikan 
dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan melalui alat pencatat. Selanjutnya 
perbedaan harga yang terjadi antara besaran yang dikendalikan dan penunjukkan alat 
pencatat digunakan sebagai koreksi pada gilirannya akan merupakan sasaran pengendalian. 
Sistem kendali dengan jaringan terbuka adalah sistem pengendalian dimana keluaran tidak 
memberikan efek terhadap besaran masukan sehingga variabel yang dikendalikan tidak 
dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan. 

Aplikasi sistem jaringan terbuka dan tertutup ditemui dalam kehidupan sehari-hari 
sebagai berikut : jika seseorang mengendarai mobil maka jalur kecepatan beserta 
percepatan kendaraan tersebut dapat ditentukan dan dikendalikan oleh pengendara dengan 
cara mengamati lalu kondisi lalu lintas dan mengendalikan setir, rem dan alat-alat 
pengendali lainnya. Jika pengendara ingin memelihara kecepatan pada suatu harga yang 
konstan (sebagai keluaran) maka pengendara dapat mengaturnya melalui pedal percepatan 
(gas) dan harga ini secara tepat dapat diperoleh dengan mengamati penunjukkan 
spedometer. Dengan mengamat besarnya keluaran tersebut setiap saat berarti akan 
diberikan diberikan suatu informasi terhadap masukan (dalam hal ini pengendara dan pedal 
gas) sehingga jika terjadi penyimpangan terhadap kecepatan, pengendara dapat 
mengendalikannya kembali ke harga seharusnya. Contoh tersebut merupakan contoh 
sistem kendali dengan jaringan tertutup dan akan berubah menjadi sistem kendali dengan 
jaringan terbuka jika kendaraan tersebut tidak dilengkapi dengan speedometer. 

1.4.3 Kontinu (analog) dan diskontinu (diskrit) 

a. Untuk pengendalian sistem kendali jenis kontinu (analog) ini dapat dibagi menjadi 
beberapa bagian yaitu 
o Proporsional. Pada pengendalian proporsional ini dimana keluaran sebanding 
o Integral. Pada pengendalian integral ini dimana keluaran selalu berubah-ubah 
o Differensial. Pengendalian integral jarang dipakai secara tersendiri tetapi 
dengan penyimpangan. Contohnya pengendalian uap melalui katup, 
pengendalian transmiter tekanan dan lain-lain 
selama terjadi deviasi dan kecepatan perubahan keluaran tersebut sebanding 
dengan penyimpangan. Contohnya pengendalian level cairan dalam tangki, 
pengendalian sistem tekanan dan lain-lain 
digabungkan dengan jenis proporsional untuk menghilangkan keragu-raguan 
jika jenis proporsional ini memerlukan karakteristik yang stabil. 

b. Untuk pengendalian sistem kendali jenis diskontinu (diskrit) dapat dibagi menjadi 
beberapa bagian : 
o Pengendalian dengan dua posisi. Contohnya relai, termostat, level, saklar ON-
OFF dan lain-lain. 
o Pengendalian dengan posisi ganda. Contohnya saklar pemilih (selector switch). 
Keuntungannya cenderung mengurangi osilasi 
o Pengendalian Floating. Posisi yang relatif tidak terbatas, dalam jenis ini, 
pemindahan energi dapat dilakukan melalui salah satu daripada beberapa 
kemungkinan yang ada. 

1.4.4 Servo dan Regulator 

Regulator adalah bentuk lain daripada servo. Istilah ini digunakan untuk 
menunjukkan sistem dalam keadaan mantap yang konstan untuk sinyal masukan yang 
konstan. Perbedaan utama adalah bahwa pada regulator diberikan sinyaltambahan 
sehingga akan menghasilkan keluaran yang berbeda dengan servo. Istilah regulator 
diperoleh dari pemakaian mula-mula yaitu sebagai pengendali kecepatan dan tegangan. 
Pada servo diinginkan : 

sedangkan pada regulator diinginkan 

sedangkan pada regulator efek gangguan ini perlu dikompensasi agar 

harga keluaran tetap sama dengan masukan. Dari persamaan di atas 

sehingga akan diperoleh adalah

atau 

1.5 Prinsip-Prinsip Disain Sistem Kendali 

Persyaratan umum sistem kendali. Setiap sistem kendali harus bersifat stabil. Ini

merupakan persyaratan utama. Di samping kestabilan mutlak, suatu sistem kendali harus 
mempuyai kestabilan relatif yang layak. Suatu sistem kendali juga harus mampu 
memperkecil kesalahan sampai nol atau sampai pada suatu harga yang dapat ditoleransi. 

Persoalan dasar dalam disain sistem kendali. Pada kondisi praktis, selalu ada 

beberapa gangguan yang bekerja pada plant. Gangguan ini mungkin berasal dari luar atau 
dari dalam mungkin bersifat acak dan mungkin pula dapat diramalkan. Kendalian harus 
memperhitungkan setiap gangguan yang akan mempengaruhi variabel keluaran. 

Analisis. Analisis sistem kendali adalah penelitian pada kondisi tertentu dimana 

performansi sistem yang model matematiknya diketahui. 

Disain. Disain sistem kendali adalah proses pencarian suatu sistem yang dapat 

menyelesaikan tugas yang diberikan. Pada umumnya prosedur disain tidak diperoleh 
secara langsung tetapi memerlukan metoda coba-coba 

Sintesis. Sintesis adalah mencari suatu sistem dengan prosedur langsung yang akan 

bekerja menurut cara tertentu. Biasanya prosedur semacam ini bersifat matematis dari awal 
sampai akhir proses disain. 

Pendekatan dasar dalam disain sistem kendali. Pendekatan dasar dalam disain 

setiap sistem kendali praktis perlu melibatkan metoda coba-coba. Sintesis sistem kendali 
linier secara teoritis dapat dilakukan dan secara matematis, desainer dapat menentukan 
komponen-komponen yang diperlukan untuk mencapai sasaran yang diberikan. Meskipun 
demikian, dalam praktek mungkin sistem dibatasi oleh beberapa kendala atau sifat non-
linier. Di samping itu, karakteristik komponen mungkin tidak dapat diketahui dengan tepat. 
Jadi selalu diperlukan prosedur coba-coba. 

1.6 Komponen-Komponen Sistem Kendali 

Sesuai dengan fungsi pengendalian secara menyeluruh maka komponen-komponen 
sistem pengendalian dibagi dalam 4 bahagian yaitu 

a. Sensor dan Transduser 

Sensor digunakan sebagai elemen yang langsung mengadakan kontak dengan yang 
diukur sedangkan transduser berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang diukur menjadi 
besaran fisis lainnya. Pada umumnya adalah mengubah besaran-besaran fisis menjadi 
besaran listrik seperti tekanan, temperatur, aliran, posisi dan lain-lain 

b. Error Detector 

Mengukur error (kesalahan) yang terjadi antara keluaran aktual dan keluaran yang 
diingini. 

c. Penggerak 

Alat ini berfungsi untuk mengendalikan aliran energi ke sistem yang dikendalikan. 
Alat ini disebut juga elemen pengendali akhir misalnya motor listrik, katup pengendali, 
pompa, silinder hidraulik dan lain-lain. Elemen keluaran ini harus mempuyai kemampuan 
untuk menggerakkan beban ke suatu harga yang diinginkan. 

d. Penguat 

Penguat ini terbagi atas 2 bahagian yaitu penguat daya dan penguat tegangan. 
Penguat daya dibutuhkan karena hampir dalam semua kejadian daya dari “error detector”
tidak cukup kuat untuk menggerakkan elemen keluaran sedangkan penguat tegangan 
biasanya banyak terdapat pada op-amp. Rangkaian ini dapat melakukan operasi-operasi 
matematis seperti penjumlahan, integrasi, differensiasi dan lainnya. 

 1.7 Rangkuman 

Sistem kendali telah memegang peranan yang sangat penting dalam perkembangan 
ilmu dan teknologi. Peranan sistem kendali meliputi semua bidang kehidupan. Dalam 
peralatan, misalnya proses pada industri pesawat terbang, peluru kendali, pesawat ruang 
angkasa, dan lain-lain. Sedangkan dalam bidang non teknis meliputi bidang biologi, 
ekonomi, sosial, kedokteran, dan lain-lain. Sistem kendali yang semakin berkembang dapat 
meningkatkan kinerja sistem, kualitas produksi, dan menekan biaya produksi. Sistem 
kendali dapat dikatakan sebagai hubungan antara komponen yang membentuk sebuah 
konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan tanggapan sistem yang diharapkan. Jadi harus 
ada yang dikendalikan, yang merupakan suatu sistem fisis, yang biasa disebut dengan 
kendalian. Masukan dan keluaran merupakan variabel atau besaran fisis. Keluaran 
merupakan hal yang dihasilkan oleh kendalian, artinya yang dikendalikan, sedangkan 
masukan adalah yang mempengaruhi kendalian, yang mengatur keluaran. Kedua dimensi 
masukan dan keluaran tidak harus sama.