Pemodelan Dinamis Motor DC Maxon 110848: Analisis Fungsi Alih dan Respon Transien untuk Sistem Kontrol

Abstract

Motor DC Maxon 110848 yang umum dipakai dalam aplikasi presisi seperti robotika dan perangkat medis menghadapi tantangan besar dalam pemodelan dinamiknya, di mana Ziegler et al. (2020) menyatakan "Efek nonlinier dari gesekan dan inersia pada motor DC kecil secara signifikan mengurangi akurasi model orde pertama". Penelitian ini menciptakan model matematis yang memanfaatkan fungsi alih orde 1 dan 2 dengan memperhatikan parameter elektromekanis penting seperti resistansi armatur (1,17 Ω), induktansi (0,13 mH), serta konstanta torsi (17 mNm/A). Simulasi MATLAB memperlihatkan keunggulan model orde 2 yang sejalan dengan penemuan Schröder et al. (2021) bahwa "Transfer fungsi orde kedua dengan pertimbangan induktansi memberikan setidaknya 30% akurasi lebih baik dalam memprediksi dinamika frekuensi tinggi", dengan waktu settling 2,25 detik dan overshoot 68,4% dalam kondisi open-loop. Pelaksanaan kontroler PID terbukti mampu meningkatkan kinerja sistem secara signifikan, menurunkan overshoot hingga 10% dan memperbaiki stabilitas, seperti yang dinyatakan oleh Åström (2022) bahwa "Kontroler PID yang disetel dengan baik dapat mengurangi overshoot hingga 80% sambil menjaga stabilitas sistem". Penelitian ini juga menunjukkan signifikansi mempertimbangkan dampak induktansi dan inersia dalam pemodelan motor DC, terutama untuk aplikasi presisi seperti yang diungkapkan Huang (2023) dalam konteks robotika medis: "Pengendalian motor presisi sangat penting untuk aplikasi yang mengutamakan keselamatan seperti robotika bedah". Hasil penelitian memberikan sumbangan signifikan dalam pengembangan sistem kontrol untuk motor DC presisi melalui pemodelan dinamis yang lebih tepat dan perancangan kontroler PID yang teroptimalisasi, dengan potensi aplikasi di berbagai sektor industri dan medis yang memerlukan ketelitian tinggi dan reaksi dinamis yang cepat. Analisis perbandingan antara model orde 1 dan orde 2 serta saran untuk desain kontroler yang diperoleh dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan penting bagi pengembangan sistem kontrol motor DC di waktu mendatang.