Teknik Kendali 1: latihan soal dan soal ujian

Mata kuliah pertama tentang kendali umpan balik: transformasi Laplace dan fungsi alih, diagram blok, respons transien, kestabilan dengan kriteria Routh–Hurwitz dan tempat kedudukan akar, galat keadaan tunak, kendali PID, dan respons frekuensi. Sebagian besar soal ujian bermula dari sebuah fungsi alih dan menanyakan kutub, penguatan, atau spesifikasi.

Paket kilat (PDF)Lembar rumus, langkah-langkah metode, dan soal latihan dengan pembahasan lengkap, siap dicetak.

Topik dalam mata kuliah ini

  1. Transformasi Laplacepasangan tabel dan teorema nilai · transformasi balik dengan pecahan parsial · PD dan fungsi alihhitungan
  2. Diagram blokseri, paralel, dan umpan balik · fungsi alih loop tertutup dan galat · gangguan, kestabilan, dan kutubhitungan
  3. Respons langkahsistem orde satu · parameter orde dua · sistem fisik dan perancanganhitungan
  4. Kestabilan: Routh–Hurwitz & tempat kedudukan akarTabel Routh dan jumlah kutub · rentang K untuk kestabilan · tempat kedudukan akarhitungan
  5. Galat keadaan tunak & kendali PIDtipe sistem dan konstanta galat · galat keadaan tunak dan penguatan · Desain P, PI, dan PDhitungan
  6. Plot Bode dan marginfilter dan asimtot · besar dan fasa · margin kestabilanhitungan

Tips ujian untuk Teknik Kendali 1

  • Tulislah dulu polinomial karakteristik loop tertutup: kestabilan, redaman, dan tempat kedudukan akar semuanya berasal darinya.
  • Hitung kutub di s = 0 sebelum menghitung galat keadaan tunak: tipe sistem menunjukkan galat mana yang terhingga.
  • Bandingkan penyebut orde dua dengan s² + 2ζωₙs + ωₙ² untuk membaca rasio redaman dan frekuensi alami.

Contoh dengan pembahasan

Transformasi LaplaceMudah
t (s)f(t)f(∞) = ?

Sebuah sinyal f(t) memiliki transformasi Laplace F(s) = 28/(s(s² + 2s + 23)). Gunakan teorema nilai akhir untuk mencari nilai f(∞) yang dicapai f(t) pada akhirnya.

F(s) = 28/(s(s² + 2s + 23))

Tentukan f(∞)

Tampilkan petunjuk
  1. Teorema nilai akhir: f(∞) = lim s·F(s) untuk s → 0.
  2. Periksa dulu bahwa semua kutub s·F(s) berada di setengah bidang kiri, sehingga f(t) benar-benar menuju nilai tetap.
  3. s·F(s) = 28/(s² + 2s + 23).
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Transformasi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt mengubah turunan menjadi perkalian dengan s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pasangan baku: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), dan pergeseran s → s + σ mengalikan fungsi waktu dengan e−σt. Untuk membalik F(s) rasional, uraikan menjadi pecahan parsial: residu sebuah kutub tunggal p adalah A = [(s − p)·F(s)] pada s = p. Teorema nilai akhir: f(∞) = lims→0 s·F(s), hanya berlaku jika semua kutub s·F(s) berada di setengah bidang kiri. Teorema nilai awal: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Periksa bahwa teorema berlaku

Teorema ini hanya berlaku jika f(t) menuju nilai tetap; kutub pada sumbu imajiner atau di setengah bidang kanan akan memberi jawaban yang salah.

Kutub s·F(s): s² + 2s + 23 = 0, semuanya di setengah bidang kiri.

Nilai akhir

f(∞) = lims→0 s·F(s) = lims→0 28/(s² + 2s + 23) = 28/23 = 1,217

Jawaban

f(∞) = 1,217
Diagram blokSedang
R(s)+1(s + 3)(s + 2)(s + 4)G(s)C(s)−

Loop umpan balik negatif satuan memiliki G(s) = 1(s + 3)/((s + 2)(s + 4)). Masukan langkah berukuran 2 diberikan pada referensi. Tentukan galat keadaan tunak ess.

G(s) = 1(s + 3)/((s + 2)(s + 4))R = 2

Tentukan ess

Tampilkan petunjuk
  1. Konstanta galat posisi Kₚ = G(0).
  2. Galat keadaan tunak untuk langkah berukuran A: A/(1 + Kₚ).
  3. Kₚ = 1·3/(2·4) = 0,375.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Aljabar diagram blok: blok yang seri dikalikan (G₁·G₂), blok yang paralel dijumlahkan (G₁ + G₂), dan loop dengan lintasan maju G dan lintasan umpan balik H direduksi menjadi T = G/(1 + G·H) untuk umpan balik negatif dan G/(1 − G·H) untuk umpan balik positif. Reduksi loop dalam terlebih dahulu, lalu bekerja ke luar. Kutub loop tertutup adalah akar persamaan karakteristik 1 + G(s)H(s) = 0. Untuk loop yang stabil, masukan langkah berukuran A memberi keluaran keadaan tunak A·T(0); dengan umpan balik satuan, galat keadaan tunak terhadap langkah adalah A/(1 + Kp) dengan Kp = G(0).

Konstanta galat posisi

Kₚ = G(0) = 1·3/(2·4) = 0,375

Galat keadaan tunak

ess = A/(1 + Kₚ) = 2/(1 + 0,375) = 1,455

Jawaban

ess = 1,455

Cara kerja latihan

  • “Latih mata kuliah ini” mencampur soal dari semua topiknya, seperti ujian sungguhan.
  • Setiap soal memakai nilai baru, sehingga Anda mempelajari metodenya, bukan menghafal jawabannya.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil terlebih dahulu, dan penjelasan lengkap hanya jika Anda membutuhkannya.
  • Ujian simulasi memiliki batas waktu dan tanpa petunjuk, dan di akhir Anda mendapat skor serta tinjauan lengkap.

Kalkulator untuk mata kuliah ini

Mata kuliah terkait