Tag

, ,

Mengulang sedikit apa yang telah dibahas pada postingan sebelumnya, bahwa untuk menggerakkan sebuah mobile robot menggunakan motor DC, kita membutuhkan dua pengontrolan, yaitu :
1. Kontrol motor dua arah
2. Kontrol kecepatan

Setelah membahas bagaimana cara agar motor bisa berputar searah jarum jam dan pada kesempatan yang lain bisa pula sebaliknya (berlawanan arah jarum jam) dengan menggunakan H-Bridge driver. Sekarang tiba saatnya menjawab pertanyaan kedua, bagaimana agar kecepatan mobile robot tersebut bisa dikontrol.

Persis ketika kita melihat balapan motor. Si pembalap akan memacu gasnya sampai optimal ketika melewati track yang lurus, dan sedikit mengurangi kecepatannya untuk melakukan manuver ketika melewati lintasan yang berliku. Pasti terbayangkan, jika pada track yang lurus maupun berbelok kecepatannya selalu konstan, apalagi dengan kecepatan maximum? Tentu akan terpelanting.

Hal itu jika diaplikasikan pada robot balapan, seperti lomba robot line follower. Dan tentunya masih banyak aplikasi robot lain yang memerlukan pengontrolan kecepatan, seperti bagaimana untuk menjaga ketinggian pada flyer robot, menjaga keseimbangan, membelokkan robot dengan defferential wheel, menendang objek pada robot soccer dan lain sebagainya.

Itu keperluan itu, kita membutuhkan sebuah teknik yang disebut dengan Pulse Width Modulation (PWM). Secara umum PWM adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal atau tegangan yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, yang akan digunakan untuk mentransfer data pada telekomunikasi ataupun mengatur tegangan sumber yang konstan untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Penggunaan PWM sangat banyak, mulai dari pemodulasian data untuk telekomunikasi, pengontrolan daya atau tegangan yang masuk ke beban, regulator tegangan, audio effect dan penguatan, serta aplikasi-aplikasi lainnya.

Terlihat pada gambar, bahwa sinyal PWM adalah sinyal digital yang amplitudonya tetap, namun lebar pulsa yang aktif (duty cycle) per periodenya dapat diubah-ubah. Dimana periodenya adalah waktu pulsa high (1) Ton ditambah waktu pulsa low (0) Toff.

Duty cycle adalah lamanya pulsa high (1) Ton dalam satu perioda. Jika f(t) adalah sinyal PWM, maka besar duty cycle-nya adalah :

atau bisa ditulis dengan :

Sehingga

Grafik dibawah ini, menggambarkan beberapa PWM dalam duty cycle yang berbeda.

Pada grafik PWM teratas terlihat bahwa sinyal high per periodenya, sangat kecil (hanya 10%). Pada grafik PWM ditengah terlihat sinyal high-nya hampir sama dengan sinyal low (50%). Dan pada gambar paling bawah terlihat bahwa sinyal high-nya lebih besar dari sinyal low-nya (90%).

Maka jika dimisalkan tegangan input yang melalui rangkaian tersebut sebesar 10 V. Maka jika digunakan PWM teratas, nilai tegangan output rata-ratanya sebesar 1 V (10% dari Vsource), jika digunakan PWM yang tengah, maka tegangan output rata-ratanya sebesar 5V (50%). Begitu pula jika menggunakan PWM yang paling bawah, maka tegangan output rata-ratanya sebesar 9V (90%).

Bagaimana cara mendapatkan sinyal PWM?


Untuk mendapatkan sinyal PWM dari input berupa sinyal analog, dapat dilakukan dengan membentuk gelombang gigi gergaji atau sinyal segitiga yang diteruskan ke komparator bersama sinyal aslinya. (Namun berbahagialah bagi para pengguna mikrokontroler, sebab pada beberapa tipe mikrokontroler telah tersedia fasilitas pembangkit PWM. Jadi tidak perlu bingung-bingung lagi)

Jika digambarkan dalam bentuk sinyal, maka terlihat seperti dibawah ini :

Dimana sinyal input analog (berwarna hijau) dimodulasikan dengan sinyal gigi gergaji (berwarna biru), sehingga didapatkan sinyal PWM seperti gambar dibawahnya (berwarna merah). Jadi.. jika kita ingin mengatur kecepatan putar motor DC, membuat dimmer LED, atau pengontrolan lain yang intinya, bagaimana cara untuk mengontrol daya yang diberikan ke beban, dengan menggunakan sumber yang konstan? Jawabannya adalah PWM.

Khusus untuk penerapan PWM pada mobile robot, ada point yang tidak kalah penting untuk diperhatikan, bahwa keluaran dari PWM tersebut tidaklah linear. Misalnya motor beroperasi pada 1200 rpm (tanpa beban). Jika diberikan ratio PWM sebasar 100%, maka motor tersebut akan berputar 1200 rpm, namun ketika kita ingin motor berputar pada 600 rpm. Maka kita memberikan ratio PWM sebesar 50%, meskipun pada kenyataannya 600 rpm dapat dicapai ketika ratio PWM mencapai 30%.

Hal kedua adalah perhitungan friction dan besarnya beban pada motor. Dengan besar ration PWM yang sama, bisa jadi memberikan kecepatan yang berbeda ketika motor berputar tanpa beban dengan motor yang telah dirakit bersama rangka robot yang tentunya menambah besar massa dan gaya netralnya.

Nah… bagaimana caranya kita memastikan motor berputar pada kecepatan yang tepat kita inginkan, dengan kondisi apapun?

Kapan-kapan kita akan kembali mengulasnya! (yang jelas kata kuncinya adalah : Close Loop System)

sumber:
Embedded Robotics – Thomas Braunl
Build Your Own Combat Robot – Pete Miles
http://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-width_modulation
http://www.powerdesigners.com/InfoWeb/design_center/articles/PWM/pwm.shtm
http://www.netrino.com/Embedded-Systems/How-To/PWM-Pulse-Width-Modulation
http://www.8051projects.net/pulse-width-modulation/introduction.php