Sistem Elektronik dan Sistem Kontrol Elektronika
Sistem Elektronik adalah interkoneksi fisik komponen, atau bagian, yang mengumpulkan berbagai jumlah informasi secara bersamaan. Ini dilakukan dengan bantuan perangkat input seperti sensor, yang merespon dengan cara tertentu terhadap informasi ini dan kemudian menggunakan energi listrik dalam bentuk aksi output untuk mengontrol proses fisik atau melakukan beberapa jenis operasi matematika pada sinyal.
Tetapi sistem kontrol elektronik juga dapat dianggap sebagai proses yang mengubah satu sinyal menjadi sinyal lain sehingga memberikan respons sistem yang diinginkan. Kemudian kita dapat mengatakan bahwa sistem elektronik sederhana terdiri dari input, proses, dan output dengan variabel input ke sistem dan variabel output dari sistem keduanya adalah sinyal.
Ada banyak cara untuk merepresentasikan suatu sistem, misalnya: secara matematis, deskriptif, gambar, atau skematis. Sistem elektronik umumnya direpresentasikan secara skematis sebagai serangkaian blok dan sinyal yang saling berhubungan dengan setiap blok memiliki set input dan output sendiri.
Akibatnya, bahkan sistem kontrol elektronik yang paling rumit pun dapat direpresentasikan dengan kombinasi blok sederhana, dengan setiap blok berisi atau mewakili komponen individual atau sub-sistem lengkap. Representasi dari sistem elektronik atau sistem kontrol proses sebagai sejumlah blok atau kotak yang saling berhubungan dikenal sebagai "representasi diagram blok".
Sistem Elektronik memiliki Input dan Output dengan output yang dihasilkan oleh pemrosesan input. Juga, sinyal input dapat menyebabkan proses berubah atau itu sendiri dapat menyebabkan operasi sistem berubah. Oleh karena itu input (s) ke sistem adalah "penyebab" dari perubahan, sedangkan tindakan yang dihasilkan yang terjadi pada output sistem karena penyebab ini hadir disebut "efek", dengan efek menjadi konsekuensi dari penyebabnya.
Dengan kata lain, sistem elektronik dapat digolongkan sebagai "sebab akibat" di alam karena ada hubungan langsung antara input dan outputnya. Analisis sistem elektronik dan teori kontrol proses umumnya didasarkan pada analisis Sebab dan Akibat ini.
Jadi misalnya dalam sistem audio, mikrofon (perangkat input) menyebabkan gelombang suara diubah menjadi sinyal listrik agar amplifier menguatkan (suatu proses), dan pengeras suara (perangkat output) menghasilkan gelombang suara sebagai efek didorong oleh penguat sinyal listrik.
Tetapi sistem elektronik tidak perlu operasi yang sederhana atau tunggal. Ini juga bisa menjadi interkoneksi dari beberapa sub-sistem yang semuanya bekerja bersama dalam sistem keseluruhan yang sama.
Sistem audio kami dapat misalnya, melibatkan koneksi pemutar CD, atau pemutar DVD, pemutar MP3, atau penerima radio yang semuanya merupakan beberapa input ke amplifier yang sama yang pada gilirannya mendorong satu atau lebih set stereo atau tipe home theatre surround speaker.
Tetapi sistem elektronik tidak bisa hanya kumpulan input dan output, itu harus "melakukan sesuatu", bahkan jika itu hanya untuk memantau sakelar atau untuk menyalakan "ON" lampu. Seperti yang kita tahu bahwa sensor adalah perangkat input yang mendeteksi atau mengubah pengukuran dunia nyata menjadi sinyal elektronik yang selanjunya bisa diproses. Sinyal-sinyal listrik ini bisa dalam bentuk tegangan atau arus dalam suatu rangkaian. Perangkat lawan atau output disebut Aktuator, yang mengubah sinyal yang diproses menjadi beberapa operasi atau aksi, biasanya dalam bentuk gerakan mekanis.
Tapi sinyal kontinu-waktu juga dapat bervariasi dalam besarnya atau periodik di alam dengan jangka waktu T. Akibatnya, sistem elektronik waktu kontinu cenderung menjadi sistem analog murni yang menghasilkan operasi linier dengan sinyal input dan output yang dirujuk selama periode waktu tertentu.
Misalnya, suhu ruangan dapat digolongkan sebagai sinyal waktu kontinu yang dapat diukur antara dua nilai atau titik setel, misalnya dari dingin ke panas atau dari Senin hingga Jumat. Kita bisa mewakili sinyal waktu kontinu dengan cara memakai variabel independen untuk waktu t, dan di mana x(t) disini mewakili sinyal input dan y(t) disini mewakili sinyal output selama periode waktu t.
Secara umum, sebagian besar sinyal yang ada di dunia fisik yang dapat kita gunakan cenderung merupakan sinyal waktu kontinu. Misalnya, tegangan, arus, suhu, tekanan, kecepatan, dll.
Di sisi lain, sistem waktu-diskrit adalah sistem di mana sinyal input tidak kontinu melainkan urutan atau serangkaian nilai sinyal yang ditentukan dalam titik waktu "diskrit". Ini menghasilkan output waktu-diskrit yang umumnya direpresentasikan sebagai urutan nilai atau angka.
Umumnya sinyal diskrit ditentukan hanya pada interval diskrit, nilai atau titik yang berjarak sama dalam waktu. Jadi misalnya, suhu kamar diukur pada jam 1 siang, jam 2 siang, jam 3 sore dan jam 4 sore tanpa memperhatikan suhu kamar aktual di antara titik-titik ini di katakanlah, 1:30 siang atau pada 2:45 siang.
Namun, sinyal waktu kontinu, x(t) dapat direpresentasikan sebagai himpunan sinyal diskrit hanya pada interval diskrit atau "momen dalam waktu". Sinyal diskrit tidak diukur terhadap waktu, melainkan diplot pada interval waktu diskrit, di mana n adalah interval pengambilan sampel. Akibatnya sinyal waktu diskrit biasanya dilambangkan sebagai x(n) mewakili input dan y(n) mewakili output.
Kemudian kita dapat mewakili sinyal input dan output dari suatu sistem sebagai x dan y masing-masing dengan sinyal, atau sinyal itu sendiri diwakili oleh variabel, t, yang biasanya merupakan waktu untuk sistem kontinu dan variabel n, yang mewakili nilai integer untuk sistem diskrit seperti yang ditunjukkan.
Banyak sistem nyata yang lebih besar dibangun menggunakan interkoneksi dari beberapa sub-sistem dan dengan menggunakan diagram blok untuk mewakili setiap subsistem, kita dapat membangun representasi grafis dari seluruh sistem yang dianalisis.
Ketika subsistem digabungkan untuk membentuk rangkaian seri, output keseluruhan pada y(t) akan setara dengan perkalian dari sinyal input x(t) seperti yang ditunjukkan ketika subsistem tersebut mengalir bersama.
Untuk sistem waktu kontinu seri yang terhubung, sinyal output y(t) dari subsistem pertama, "A" menjadi sinyal input dari subsistem kedua, "B" yang outputnya menjadi input dari subsistem ketiga, "C" dan seterusnya melalui rantai seri memberi A x B x C, dll.
Kemudian sinyal input asli diturunkan melalui sistem seri terkoneksi, jadi untuk dua subsistem terhubung seri, output tunggal ekuivalen akan sama dengan perkalian sistem, yaitu, y(t) = G1(s) x G2(s). Di mana G merupakan fungsi transfer dari subsistem.
Perhatikan bahwa istilah "Fungsi Transfer" dari suatu sistem merujuk dan didefinisikan sebagai hubungan matematis antara input dan output sistem, atau output/input dan karenanya menggambarkan perilaku sistem.
Juga, untuk sistem seri terkoneksi, urutan di mana operasi seri dilakukan tidak masalah sehubungan dengan sinyal input dan output sebagai: G1(s) x G2(s) sama dengan G2(s) x G1(s). Contoh dari rangkaian terhubung seri sederhana bisa menjadi satu mikrofon yang memberi penguat diikuti oleh speaker.
Untuk sistem waktu kontinu terhubung paralel, setiap subsistem menerima sinyal input yang sama, dan output masing-masing dijumlahkan bersama untuk menghasilkan output keseluruhan, y (t). Kemudian untuk dua subsistem yang terhubung paralel, output tunggal yang setara akan menjadi jumlah dari dua input individual, yaitu, y (t) = G1(s) + G2(s).
Contoh dari rangkaian terhubung paralel sederhana dapat berupa beberapa mikrofon yang dimasukkan ke dalam meja pencampur yang pada gilirannya mengumpankan sistem amplifier dan speaker.
Hasilnya adalah bahwa output sistem secara terus-menerus mengubah atau memperbarui inputnya dengan tujuan mengubah respons suatu sistem untuk meningkatkan stabilitas. Sistem umpan balik juga biasa disebut sebagai "Sistem Loop Tertutup" seperti yang ditunjukkan.
Sistem umpan balik banyak digunakan dalam sebagian besar desain sistem elektronik praktis untuk membantu menstabilkan sistem dan meningkatkan kontrolnya. Jika loop umpan balik mengurangi nilai sinyal asli, loop umpan balik dikenal sebagai "umpan balik negatif". Jika loop umpan balik menambah nilai sinyal asli, loop umpan balik dikenal sebagai "umpan balik positif".
Contoh dari sistem umpan balik sederhana bisa menjadi sistem pemanas yang dikendalikan secara termostatis di rumah. Jika rumah terlalu panas, putaran umpan balik akan mengganti "OFF" sistem pemanas untuk membuatnya lebih dingin. Jika rumah terlalu dingin, putaran umpan balik akan mengaktifkan "ON" sistem pemanas untuk membuatnya lebih hangat. Dalam hal ini, sistem terdiri dari sistem pemanas, suhu udara, dan loop umpan balik yang dikontrol secara termostatis.
Setiap subsistem dapat direpresentasikan sebagai blok sederhana dengan input dan output seperti yang ditunjukkan. Secara umum, input ditetapkan sebagai: θi dan output sebagai: θo. Rasio output lebih dari input mewakili gain, ( G ) dari subsistem dan karenanya didefinisikan sebagai: G = θo/θi
Dalam hal ini, G mewakili Fungsi Transfer dari sistem atau subsistem. Ketika membahas sistem elektronik dalam hal fungsi transfernya, operator kompleks, s digunakan, maka persamaan untuk gain ditulis ulang sebagai: G(s) = θo(s)/θi(s)
Blok diagram tidak harus mewakili sistem tunggal yang sederhana tetapi dapat mewakili sistem yang sangat kompleks yang dibuat dari banyak subsistem yang saling berhubungan. Subsistem ini dapat dihubungkan bersama dalam seri, paralel atau kombinasi keduanya tergantung pada aliran sinyal.
Kita juga telah melihat bahwa sinyal dan sistem elektronik dapat bersifat kontinu atau diskrit dan dapat analog, digital atau keduanya. Loop Umpan-balik dapat digunakan digunakan untuk meningkatkan atau mengurangi kinerja sistem tertentu dengan memberikan stabilitas dan kontrol yang lebih baik. Kontrol adalah proses membuat variabel sistem mematuhi nilai tertentu, yang disebut nilai referensi.
Dalam tutorial berikutnya tentang Sistem Elektronik, kita akan melihat jenis sistem kontrol elektronik yang disebut Sistem Loop Terbuka yang menghasilkan sinyal output, y(t) berdasarkan nilai input saat ini dan dengan demikian tidak memonitor outputnya atau membuat penyesuaian berdasarkan kondisi outputnya.
Tetapi sistem kontrol elektronik juga dapat dianggap sebagai proses yang mengubah satu sinyal menjadi sinyal lain sehingga memberikan respons sistem yang diinginkan. Kemudian kita dapat mengatakan bahwa sistem elektronik sederhana terdiri dari input, proses, dan output dengan variabel input ke sistem dan variabel output dari sistem keduanya adalah sinyal.
Ada banyak cara untuk merepresentasikan suatu sistem, misalnya: secara matematis, deskriptif, gambar, atau skematis. Sistem elektronik umumnya direpresentasikan secara skematis sebagai serangkaian blok dan sinyal yang saling berhubungan dengan setiap blok memiliki set input dan output sendiri.
Akibatnya, bahkan sistem kontrol elektronik yang paling rumit pun dapat direpresentasikan dengan kombinasi blok sederhana, dengan setiap blok berisi atau mewakili komponen individual atau sub-sistem lengkap. Representasi dari sistem elektronik atau sistem kontrol proses sebagai sejumlah blok atau kotak yang saling berhubungan dikenal sebagai "representasi diagram blok".
Representasi Blok Diagram Sistem Elektronik Sederhana
Sistem Elektronik memiliki Input dan Output dengan output yang dihasilkan oleh pemrosesan input. Juga, sinyal input dapat menyebabkan proses berubah atau itu sendiri dapat menyebabkan operasi sistem berubah. Oleh karena itu input (s) ke sistem adalah "penyebab" dari perubahan, sedangkan tindakan yang dihasilkan yang terjadi pada output sistem karena penyebab ini hadir disebut "efek", dengan efek menjadi konsekuensi dari penyebabnya.
Dengan kata lain, sistem elektronik dapat digolongkan sebagai "sebab akibat" di alam karena ada hubungan langsung antara input dan outputnya. Analisis sistem elektronik dan teori kontrol proses umumnya didasarkan pada analisis Sebab dan Akibat ini.
Jadi misalnya dalam sistem audio, mikrofon (perangkat input) menyebabkan gelombang suara diubah menjadi sinyal listrik agar amplifier menguatkan (suatu proses), dan pengeras suara (perangkat output) menghasilkan gelombang suara sebagai efek didorong oleh penguat sinyal listrik.
Tetapi sistem elektronik tidak perlu operasi yang sederhana atau tunggal. Ini juga bisa menjadi interkoneksi dari beberapa sub-sistem yang semuanya bekerja bersama dalam sistem keseluruhan yang sama.
Sistem audio kami dapat misalnya, melibatkan koneksi pemutar CD, atau pemutar DVD, pemutar MP3, atau penerima radio yang semuanya merupakan beberapa input ke amplifier yang sama yang pada gilirannya mendorong satu atau lebih set stereo atau tipe home theatre surround speaker.
Tetapi sistem elektronik tidak bisa hanya kumpulan input dan output, itu harus "melakukan sesuatu", bahkan jika itu hanya untuk memantau sakelar atau untuk menyalakan "ON" lampu. Seperti yang kita tahu bahwa sensor adalah perangkat input yang mendeteksi atau mengubah pengukuran dunia nyata menjadi sinyal elektronik yang selanjunya bisa diproses. Sinyal-sinyal listrik ini bisa dalam bentuk tegangan atau arus dalam suatu rangkaian. Perangkat lawan atau output disebut Aktuator, yang mengubah sinyal yang diproses menjadi beberapa operasi atau aksi, biasanya dalam bentuk gerakan mekanis.
Jenis Sistem Elektronik
Sistem elektronik beroperasi pada sinyal waktu kontinu (CT) atau sinyal waktu diskrit (DT). Sistem waktu kontinu adalah sistem di mana sinyal input didefinisikan di sepanjang kontinu waktu, seperti sinyal analog yang “terus” dari waktu ke waktu menghasilkan sinyal waktu kontinu.Tapi sinyal kontinu-waktu juga dapat bervariasi dalam besarnya atau periodik di alam dengan jangka waktu T. Akibatnya, sistem elektronik waktu kontinu cenderung menjadi sistem analog murni yang menghasilkan operasi linier dengan sinyal input dan output yang dirujuk selama periode waktu tertentu.
Secara umum, sebagian besar sinyal yang ada di dunia fisik yang dapat kita gunakan cenderung merupakan sinyal waktu kontinu. Misalnya, tegangan, arus, suhu, tekanan, kecepatan, dll.
Di sisi lain, sistem waktu-diskrit adalah sistem di mana sinyal input tidak kontinu melainkan urutan atau serangkaian nilai sinyal yang ditentukan dalam titik waktu "diskrit". Ini menghasilkan output waktu-diskrit yang umumnya direpresentasikan sebagai urutan nilai atau angka.
Umumnya sinyal diskrit ditentukan hanya pada interval diskrit, nilai atau titik yang berjarak sama dalam waktu. Jadi misalnya, suhu kamar diukur pada jam 1 siang, jam 2 siang, jam 3 sore dan jam 4 sore tanpa memperhatikan suhu kamar aktual di antara titik-titik ini di katakanlah, 1:30 siang atau pada 2:45 siang.
Kemudian kita dapat mewakili sinyal input dan output dari suatu sistem sebagai x dan y masing-masing dengan sinyal, atau sinyal itu sendiri diwakili oleh variabel, t, yang biasanya merupakan waktu untuk sistem kontinu dan variabel n, yang mewakili nilai integer untuk sistem diskrit seperti yang ditunjukkan.
Sistem waktu-kontinu dan Waktu-diskrit
Interkoneksi Sistem Elektronik
Interkoneksi salah satu aspek sederhana dari sistem elektronik dan representasi blok-diagram yaitu mereka bisa dihubungkan bersama dalam kombinasi paralel atau seri untuk menghasilkan sistem elektronik yang jauh lebih besar.Banyak sistem nyata yang lebih besar dibangun menggunakan interkoneksi dari beberapa sub-sistem dan dengan menggunakan diagram blok untuk mewakili setiap subsistem, kita dapat membangun representasi grafis dari seluruh sistem yang dianalisis.
Ketika subsistem digabungkan untuk membentuk rangkaian seri, output keseluruhan pada y(t) akan setara dengan perkalian dari sinyal input x(t) seperti yang ditunjukkan ketika subsistem tersebut mengalir bersama.
Sistem Elektronik Terhubung Seri
Untuk sistem waktu kontinu seri yang terhubung, sinyal output y(t) dari subsistem pertama, "A" menjadi sinyal input dari subsistem kedua, "B" yang outputnya menjadi input dari subsistem ketiga, "C" dan seterusnya melalui rantai seri memberi A x B x C, dll.
Kemudian sinyal input asli diturunkan melalui sistem seri terkoneksi, jadi untuk dua subsistem terhubung seri, output tunggal ekuivalen akan sama dengan perkalian sistem, yaitu, y(t) = G1(s) x G2(s). Di mana G merupakan fungsi transfer dari subsistem.
Perhatikan bahwa istilah "Fungsi Transfer" dari suatu sistem merujuk dan didefinisikan sebagai hubungan matematis antara input dan output sistem, atau output/input dan karenanya menggambarkan perilaku sistem.
Juga, untuk sistem seri terkoneksi, urutan di mana operasi seri dilakukan tidak masalah sehubungan dengan sinyal input dan output sebagai: G1(s) x G2(s) sama dengan G2(s) x G1(s). Contoh dari rangkaian terhubung seri sederhana bisa menjadi satu mikrofon yang memberi penguat diikuti oleh speaker.
Sistem Elektronik Terhubung Paralel
Untuk sistem waktu kontinu terhubung paralel, setiap subsistem menerima sinyal input yang sama, dan output masing-masing dijumlahkan bersama untuk menghasilkan output keseluruhan, y (t). Kemudian untuk dua subsistem yang terhubung paralel, output tunggal yang setara akan menjadi jumlah dari dua input individual, yaitu, y (t) = G1(s) + G2(s).
Contoh dari rangkaian terhubung paralel sederhana dapat berupa beberapa mikrofon yang dimasukkan ke dalam meja pencampur yang pada gilirannya mengumpankan sistem amplifier dan speaker.
Sistem Umpan Balik (feedback) Elektronik
Interkoneksi penting lainnya dari sistem yang digunakan secara luas dalam sistem kontrol, adalah "konfigurasi umpan balik". Dalam sistem umpan balik, sebagian kecil dari sinyal output adalah "umpan balik" dan ditambahkan atau dikurangkan dari sinyal input asli.Hasilnya adalah bahwa output sistem secara terus-menerus mengubah atau memperbarui inputnya dengan tujuan mengubah respons suatu sistem untuk meningkatkan stabilitas. Sistem umpan balik juga biasa disebut sebagai "Sistem Loop Tertutup" seperti yang ditunjukkan.
Sistem Umpan Balik (feedback) Loop Tertutup
Sistem umpan balik banyak digunakan dalam sebagian besar desain sistem elektronik praktis untuk membantu menstabilkan sistem dan meningkatkan kontrolnya. Jika loop umpan balik mengurangi nilai sinyal asli, loop umpan balik dikenal sebagai "umpan balik negatif". Jika loop umpan balik menambah nilai sinyal asli, loop umpan balik dikenal sebagai "umpan balik positif".
Contoh dari sistem umpan balik sederhana bisa menjadi sistem pemanas yang dikendalikan secara termostatis di rumah. Jika rumah terlalu panas, putaran umpan balik akan mengganti "OFF" sistem pemanas untuk membuatnya lebih dingin. Jika rumah terlalu dingin, putaran umpan balik akan mengaktifkan "ON" sistem pemanas untuk membuatnya lebih hangat. Dalam hal ini, sistem terdiri dari sistem pemanas, suhu udara, dan loop umpan balik yang dikontrol secara termostatis.
Fungsi Transfer Sistem Elektronik
Dalam hal ini, G mewakili Fungsi Transfer dari sistem atau subsistem. Ketika membahas sistem elektronik dalam hal fungsi transfernya, operator kompleks, s digunakan, maka persamaan untuk gain ditulis ulang sebagai: G(s) = θo(s)/θi(s)
Ringkasan Sistem Elektronik
Kita telah melihat bahwa Sistem Elektronik sederhana terdiri dari input, proses, output, dan kemungkinan umpan balik (feedback). Sistem elektronik dapat direpresentasikan menggunakan diagram blok yang saling berhubungan di mana garis antara setiap blok atau subsistem mewakili aliran dan arah sinyal melalui sistem.Blok diagram tidak harus mewakili sistem tunggal yang sederhana tetapi dapat mewakili sistem yang sangat kompleks yang dibuat dari banyak subsistem yang saling berhubungan. Subsistem ini dapat dihubungkan bersama dalam seri, paralel atau kombinasi keduanya tergantung pada aliran sinyal.
Kita juga telah melihat bahwa sinyal dan sistem elektronik dapat bersifat kontinu atau diskrit dan dapat analog, digital atau keduanya. Loop Umpan-balik dapat digunakan digunakan untuk meningkatkan atau mengurangi kinerja sistem tertentu dengan memberikan stabilitas dan kontrol yang lebih baik. Kontrol adalah proses membuat variabel sistem mematuhi nilai tertentu, yang disebut nilai referensi.
Dalam tutorial berikutnya tentang Sistem Elektronik, kita akan melihat jenis sistem kontrol elektronik yang disebut Sistem Loop Terbuka yang menghasilkan sinyal output, y(t) berdasarkan nilai input saat ini dan dengan demikian tidak memonitor outputnya atau membuat penyesuaian berdasarkan kondisi outputnya.