Perancanga Digital Twin dan Pengendali untuk Kompensasi Kebocoran Internal pada Sistem Swing Excavator

Nurhuda Yulianto, Ir. Irfan Bahiuddin, S.T., M.Phil., Ph.D., IPM, ASEAN Eng.

2026 | Tugas Akhir | D4 TEKNIK PENGELOLAAN DAN PERAWATAN ALAT BERAT

Sistem swing pada excavator kelas 20 ton memegang peranan vital dalam siklus operasional pemindahan material. Namun, sistem hidrolik ini kerap menghadapi tantangan berupa degradasi komponen, khususnya kebocoran internal (internal leakage) pada motor swing akibat keausan komponen, yang mengakibatkan penurunan debit fluida dan degradasi kecepatan putar (speed droop). Penelitian ini bertujuan untuk membangun model Digital Twin dari sistem hidraulik axial piston pump dan motor swing menggunakan MATLAB/Simscape, serta merancang sistem pengendali PID (Proportional-Integral Derivative) untuk mengompensasi dampak kebocoran internal tersebut guna memulihkan performa kecepatan operasional. Gangguan kebocoran internal diinduksi melalui pemasangan katup bypass paralel pada subsistem motor swing.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa model Digital Twin yang dibangun mampu merepresentasikan sistem fisik nyata dengan kecepatan swing yang dihasilkan sebesar 12.4 RPM pada kondisi normal. Implementasi pengendali PID terbukti efektif dalam mengompensasi kebocoran internal pada berbagai tingkat gangguan. Pada tingkat kebocoran sebesar 26 × 10?4 m. Sistem kendali PID berhasil memangkas settling time secara signifikan dari 4.397 detik menjadi 2.661 detik, meredam maximum overshoot secara drastis dari 8.18% menjadi 0.75%, serta mempercepat rise time menjadi 1.3337 detik. Sementara itu, pada kebocoran internal sebesar 50 × 10?4 m, pengendali PID mampu memangkas settling time dari 4.3734 detik menjadi 2.6127 detik, meredam maximum overshoot dari 7.83% menjadi 0.63%, serta mempercepat rise time menjadi 1.289 detik. Integrasi model Digital Twin dan kendali PID ini menegaskan potensi optimalisasi pemeliharaan prediktif dan kemampuan kompensasi mandiri pada sistem hidraulik alat berat.

The swing system of the 20-ton excavator plays a vital role in the operational cycle of material handling. However, this hydraulic system frequently encounters component degradation, specifically internal leakage within the swing motor due to component wear, leading to a reduction in fluid flow and a drop in rotational speed. This study aims to develop a Digital Twin model of the axial piston pump and swing motor hydraulic system using MATLAB/Sismcape, and to design a Proportional-Integral-Derivative (PID) control system to performance. The internal leakage fault was induced through a parallel bypass valve installation on the swing motor subsystem.

The results demonstrate that the developed Digital Twin model represents the physical system accurately, achieving a swing speed of 12.4 RPM under normal conditions. The implementation of the PID controller proved highly effective in compensating for internal leakage across various fault levels. At a leakage of 26 × 10?4 m, the PID control system successfully reduced the settling time significantly from 4.397 seconds to 2.661 seconds, drastically suppressed the maximum overshoot from 8.18% to 0.75%, and accelerated the rise time to 1.3337 seconds. Meanwhile, at a leakage of 50 × 10?4 m, the PID controller shortened the settling time from 4.3734 seconds to 2.6127 seconds, reduced the maximum overshoot from 7.83% to 0.63%, and accelerated the rise time to 1.289 seconds. The integration of the Digital Twin model and PID control underscores the potential for optimized predictive maintenance and self-compensation capabilities in heavy equipment hydraulic systems. 

Kata Kunci : Digital Twin, Sistem Swing Excavator, Kompensasi Kebocoran Internal, Pengendali