Surabaya, November 2024 – Di dalam kehidupan sehari-hari, banyak teknologi yang kita gunakan tanpa menyadari keberadaan sistem kendali yang bekerja di baliknya. Dari mesin cuci di rumah hingga kendaraan otonom, sistem kendali berperan penting dalam memastikan perangkat bekerja dengan efisien, aman, dan sesuai dengan tujuan yang diharapkan. Artikel ini akan membahas pengertian sistem kendali, prinsip kerjanya, serta contoh penerapannya dalam kehidupan nyata.
Sebelum mengarah pada pembahasan yang lebih dalam. Mari kita tengok sekilas mengenai sejarah sistem kendali.
Era Awal: Prinsip Mekanika dan Hidrolik
Sejarah sistem kendali bermula sejak zaman kuno, ketika manusia mulai mencari cara untuk mengendalikan proses secara mekanis. Salah satu contoh awal adalah penggunaan kincir angin dan kincir air untuk menggiling biji-bijian atau memompa air. Pada abad ke-3 SM, ahli matematika Yunani Ktesibios menciptakan jam air (clepsydra) yang menggunakan sistem pengaturan aliran air untuk menjaga waktu tetap konsisten.
Revolusi Industri: Munculnya Sistem Kendali Mekanik
Pada abad ke-18, Revolusi Industri mendorong perkembangan sistem kendali mekanik untuk kebutuhan manufaktur. Salah satu pencapaian penting adalah governor sentrifugal, yang ditemukan oleh James Watt pada 1788 untuk mengatur kecepatan mesin uap. Alat ini merupakan sistem kendali otomatis sederhana yang menjaga kecepatan mesin tetap stabil dengan cara menyesuaikan pasokan uap.
Abad ke-19: Teori Matematika dan Kontrol
Pada abad ke-19, konsep sistem kendali mulai diformulasikan secara ilmiah. Insinyur dan matematikawan seperti James Clerk Maxwell (1868) mengembangkan teori kontrol berdasarkan analisis matematika. Maxwell memformulasikan persamaan diferensial untuk menggambarkan dinamika sistem mekanis, memberikan dasar bagi pengembangan sistem kendali modern.
Abad ke-20: Elektronik dan Kendali Otomatis
Kemajuan teknologi elektronik di awal abad ke-20 membuka jalan bagi sistem kendali yang lebih kompleks. Pada 1927, Harold S. Black menemukan negative feedback amplifier, yang menjadi dasar sistem kendali tertutup modern. Penemuan ini merevolusi industri komunikasi dan elektronik.
Pada periode yang sama, ilmu kontrol formal mulai terbentuk dengan publikasi teori kendali klasik oleh Norbert Wiener. Konsep Cybernetics yang diperkenalkan Wiener pada 1948 menjadi titik awal penggabungan antara kendali otomatis, biologi, dan komunikasi.
Era Komputer: Kendali Digital dan Sistem Cerdas
Pada pertengahan abad ke-20, pengenalan komputer digital mengubah cara sistem kendali dirancang dan diimplementasikan. Kendali digital memungkinkan perhitungan yang lebih cepat dan akurat, serta memungkinkan simulasi sistem yang kompleks.
Pada 1960-an, muncul teori kendali modern, seperti state-space control, yang memperluas kemampuan untuk mengendalikan sistem dinamis multi-input dan multi-output. Seiring berkembangnya kecerdasan buatan (AI), sistem kendali semakin cerdas, memungkinkan penerapan pada robotika, kendaraan otonom, dan sistem prediktif.
Era Modern: Kendali Berbasis IoT dan AI
Saat ini, sistem kendali telah berevolusi menjadi bagian dari Internet of Things (IoT) dan kecerdasan buatan. Teknologi ini memungkinkan perangkat saling terhubung untuk berbagi data dan bekerja secara otomatis tanpa intervensi manusia. Contoh modernnya termasuk rumah pintar, kendaraan listrik otonom, dan sistem kendali canggih dalam industri manufaktur berbasis Industry 4.0.
Nah dari sejarah di atas, sistem kendali dapat diartikan sebagai sebuah mekanisme atau perangkat yang dirancang untuk mengatur, mengontrol, dan mengelola proses tertentu agar hasil akhirnya sesuai dengan yang diinginkan. Sistem ini bekerja dengan menerima input, memproses informasi, dan menghasilkan output yang mengendalikan proses tersebut.
Sederhananya, sistem kendali bertugas untuk memastikan sesuatu berjalan sesuai target, baik secara otomatis maupun semi-otomatis. Contohnya, pada AC (air conditioner), sistem kendali bertugas menjaga suhu ruangan tetap stabil sesuai pengaturan pengguna.
Dua Bentuk Dasar Sistem Kendali
Ada dua bentuk dasar dari sistem kendali yakni sistem kendali terbuka serta sistem kendali tertutup. Berikut penjelasannya lebih lanjut:
1. Sistem Kendali Terbuka (Open-Loop Control System):
Sistem kendali terbuka adalah sistem yang menggunakan masukan berbasis pengalaman untuk menghasilkan keluaran sesuai yang diinginkan. Namun, keluaran tersebut tidak dapat diubah jika terjadi kondisi yang tidak diinginkan. Sistem ini terdiri dari beberapa subsistem, yaitu elemen kendali, elemen pengoreksi, dan proses.
Elemen kendali berfungsi sebagai masukan sistem yang menentukan tindakan yang akan dilakukan oleh sistem kendali. Elemen pengoreksi bertugas memberikan respon terhadap masukan dari elemen kendali, dengan tujuan menyesuaikan atau mengubah nilai acuan pengendalian. Sementara itu, proses adalah bagian dari sistem yang mengatur perubah yang dapat dikendalikan.
2. Sistem Kendali Tertutup (Closed-Loop Control System):
Sistem kendali tertutup adalah sistem yang menggunakan umpan balik berupa sinyal dari keluaran ke masukan untuk mengubah masukan tersebut. Sistem ini mampu mempertahankan keluaran dalam kondisi stabil meskipun ada beberapa perubahan kondisi yang terjadi. Sistem kendali tertutup terdiri dari beberapa subsistem, yaitu elemen pembanding, elemen kendali, elemen pengoreksi, proses, dan elemen pengukuran.
Elemen pembanding berfungsi membandingkan nilai acuan peubah yang dikendalikan dengan nilai aktual yang tercapai, sehingga menghasilkan sinyal galat yang menunjukkan selisih antara keduanya. Elemen kendali menentukan langkah untuk mengatasi galat tersebut dengan menggunakan elemen gabungan dari elemen pengoreksi.
Elemen pengoreksi, yang sering disebut aktuator, berperan menciptakan perubahan dalam proses untuk menghilangkan galat. Elemen proses adalah bagian sistem yang mengendalikan suatu peubah tertentu. Sementara itu, elemen pengukuran bertugas menghasilkan sinyal yang sesuai dengan kondisi peubah yang dikendalikan, serta memberikan umpan balik ke elemen pembanding untuk membantu menentukan langkah penanggulangan jika terjadi galat.
Komponen Utama Sistem Kendali
Sistem kendali biasanya terdiri dari:
– Sensor: Mengukur variabel seperti suhu, tekanan, atau kecepatan.
– Pengendali (Controller): Mengolah data dari sensor dan menentukan tindakan yang diperlukan.
– Aktuator: Melaksanakan tindakan yang ditentukan oleh pengendali, seperti menggerakkan motor atau membuka katup.
– Proses: Objek atau sistem yang dikendalikan.
Contoh Aplikasi Sistem Kendali
Berikut adalah beberapa contoh penerapan sistem kendali dalam kehidupan sehari-hari:
1. Sistem Kendali pada Robotik
Robot menggunakan sistem kendali untuk menjalankan tugas seperti mengangkat barang, bergerak, atau menyusun objek. Sistem ini sering melibatkan sensor canggih dan algoritma yang kompleks.
2. Sistem Kendali Otomatis pada Kendaraan
Fitur seperti cruise control, rem anti-lock (ABS), dan sistem parkir otomatis adalah contoh penggunaan sistem kendali tertutup dalam kendaraan modern.
3. Pengelolaan Produksi di Industri
Dalam pabrik, sistem kendali digunakan untuk mengatur mesin agar bekerja sesuai dengan parameter tertentu, seperti kecepatan produksi atau suhu dalam proses pembuatan.
4. Pengaturan Suhu dalam Perangkat Rumah Tangga
Alat seperti oven, kulkas, dan AC memanfaatkan sistem kendali untuk menjaga suhu optimal sesuai kebutuhan pengguna.
5. Pengendalian Lalu Lintas
Lampu lalu lintas pintar menggunakan sensor untuk mendeteksi volume kendaraan dan mengatur durasi lampu hijau atau merah secara dinamis.
Seiring dengan perkembangan teknologi, sistem kendali akan terus mengalami kemajuan, menghadirkan solusi yang semakin cerdas untuk tantangan kehidupan sehari-hari. Jadi, apakah kamu tertarik untuk mendalami bidang ini dan menjadi bagian dari revolusi teknologi berikutnya?
Di Telkom University Surabaya, sistem kendali menjadi salah satu mata kuliah unggul dalam program studi teknik elektro. Ingin tahu apalagi yang dipelajari oleh program studi teknik elektro atau bahkan program studi-program studi lainnya di Telkom University Surabaya? Cek DISINI sekarang juga!
Penulis: Fujiyama / Foto: Pexels