• Tidak ada hasil yang ditemukan

Implementasi Kontroller Adaptive Fuzzy Pada Pengaturan Level Coupled Tank

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "Implementasi Kontroller Adaptive Fuzzy Pada Pengaturan Level Coupled Tank"

Copied!
7
0
0

Teks penuh

(1)

JEECAE Vol.2, No.1, Mei 2017

Implementasi Kontroller Adaptive Fuzzy Pada Pengaturan

Level Coupled Tank

Mohammad Erik Echsony

Politeknik Negeri Madiun Madiun, Indonesia e-mail: erik_sony@pnm.ac.id

Dirvi Eko Juliando S Politeknik Negeri Madiun

Madiun, Indonesia e-mail: dirvi@pnm.ac.id Abstrak:- Permasalahan pada Coupled Tank adalah

munculnya ganguan pada flow yang menyuplai tangki akan membuat respon tidak stabil, sehingga interaksi silang antar masing-masing input dan outputnya. Fuzzy Logic

Control (FLC) memiliki keunggulan tersendiri yaitu

efektif dalam menghadapi sistem non-linier yang kompleks. Kontrol Artificial Intelligence (AI) berbasis dirancang untuk kombinasi dari PI dan FL. Kontrol Fuzzy

PI Auto tuning memiliki kemampuan untuk

mempertahankan nilai respon steady state dari ganguan.Metodologi Fuzzy PI adalah pilihan yang menarik ketika formulasi dalam metode yang diusulkan untuk proses Coupled tank. kontrol Fuzzy PI memiliki kemampuan untuk mempertahankan nilai respon steady state dari ganguan. Pada penelitian ini menggunakan decoupling pada proses interaksi silang pada masing-masing tanki. Coupled Tank pada sistem TITO dapat mengubah fungsi transfer menjadi SISO, sehingga dapat meminimalkan pengaruh berinteraksi. Cara merancang pemodelan yang tepat ialah dengan memperhatikan state yang ada pada plant tersebut, sehingga model kontrol yang diingkinkan dapat mengatasi non linearity dari sistem TITO. Metode Fuzzy PI dengan Decoupling di harapkan memiliki nilai percent overshoot dan settling time lebih baik.

Kata Kunci: - Coupled Tanks, Sistem TITO, PI, decoupling. I. PENDAHULUAN

Dalam proses industri banyak yang menggunakan tangki horizontal untuk penampung minyak atau cairan kimia. Kontrol level digunakan untuk menjaga titik set level terhadap nilai yang diberikan sehingga mampu menerima nilai-nilai setpoint secara dinamis. Pada proses industri fluida salah satu permasalahan yang sering terjadi adalah kontrol level Coupled Tank [1].

Umumnya, terdapat dua metode dalam merancang kontroler untuk proses TITO. Pertama, metode modern, menggunakan kontroler terpusat/tunggal dan kedua, metode klasik, menggunakan kontroler terdesentralisasi. Kendala dalam kontrol level Coupled Tank adalah munculnya ganguan pada flow

yang menyuplai tangki akan membuat respon tidak stabil sehingga diperlukan metode kontrol yang tepat. Permasalahan yang sering

dihadapi adalah sistem kontrol ini membutuhkan pengetahuan lebih kompleks tentang parameterparameter

sistem yang berkaitan. Permasalahannya akan bertambah rumit jika digunakan untuk sistem yang kompleks [2]. Characteristic Ratio Assigment (CRA) merupakan metode penyelesaian permasalahan pada plant Two Input Two Output (TITO) dengan menggunakan pole placement didefinisikan parameter persamaan karakteristik.

Metode ini memungkinkan dapat menyesuaikan kecepatan respon dan damping ratio hanya dengan mengunakan satu parameter. Untuk menjadikan plant menjadi Coupled Input Coupled Output (SISO),digunakan metode Decoupling agar pengaruh input kedua tank dapat direduksi CRA menghasilkan respon yang lebih baik dari pada dengan kontrol PID [3]. Elemen kontrol PI secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem dan menghilangkan offset [4].

II.METODOLOGI

A. Pemodelan Coupled Tank

Coupled Tanks tersusun dari dua buah tangki yang dihubungkan oleh sebuah pipa atau lubang saluran. Level cairan pada tangki pertama ditunjukkan sebagai H1 dan H2 adalah level tangki kedua. Bila input kontrol adalah flow Q1, maka variable yang akan dikontrol adalah kedua level H1 dan H2, dengan disturbance yang disebabkan oleh variasi flow pada valve A, valve B. Disini akan timbul sustu sistem dengan dua tangki saling berinteraksi [5].

Sistem Coupled Tanks dapat dikonfigurasi sebagai sistem SISO atau sebagai Sistem TITO melalui manipulasi pompa input dan sectional daerah valve. Mengingat keseimbangan massa, persamaan dinamis dari masing-masing tangki diformulakan [6].

(2)

Gambar 1 Sistem Coupled tanks 03 01 1 1 1

Q

Q

Q

dt

dH

A

i

(1) 03 02 2 2 2

Q

Q

Q

dt

dH

A

i

(2) 1 1 1 0 1 01

s

.

a

2

g

.

H

.

H

Q

(3) 2 2 2 0 2 02

s

.

a

2

g

.

H

.

H

Q

(4) 2 1 3 2 1 0 1 03

s

.

a

2

g

.

H

H

.

H

H

Q

(5) Dengan menggunakan nilai dari persamaan (3) sampai (5) kedalam persamaan (1) dan (2) di peroleh persamaan nonlinear yang menggambarkan dinamika multi-input dan multi-output sistem berasal:

2 1 3 1 1 1 1 1

Q

.

H

.

H

H

dt

dH

A

i

(6) 2 1 3 2 2 2 2 2

Q

.

H

.

H

H

dt

dH

A

i

(7)

Model linearisasi Two Input-Two Output (TITO).

2 1 3 1 1 1

Q

.

H

H

dt

dH

A

i

(8) 2 1 3 2 2 2 2

.

H

.

H

H

dt

dH

A

(9)

B. Diagram Blok Sytem TITO

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

2 1 22 21 12 11 2 1

s

U

s

U

s

G

s

G

s

G

s

G

s

H

s

H

(10)

Dalam bentuk konfigurasi Decoupler dengan sistem TITO ditunjukkan pada gambar 3 berikut:

Gambar 2. Konfigurasi sistem TITO

                          x x x x x x x T T T T T T s T T T T T T T T T s T T T T s A k s G 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 2 1 11 1 1 1 2 ) (                           x x x x x x x T T T T T T s T T T T T T T T T s T T T T s A k s G 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 2 1 11 1 1 1 2 ) (                    x x x x x x T T T T T T s T T T T T T T T T s T A k s G 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 12 1 1 1 2 1 . ) (                    x x x x x x T T T T T T s T T T T T T T T T s T A k s G 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 21 1 1 1 2 1 . ) (                           x x x x x x x T T T T T T s T T T T T T T T T s T T T T s A k s G 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 22 1 1 1 2 ) ( 11 Keterangan : A = luas penampang tangki 1 dan tangki 2 (cm2).

a = luas penampang dari lubang outlet tangki 1 dan tangki 2

dan luas penampang pipa disambung antara tangki 1 dan tangki 2 (cm2). β1 = rasio bukaan katup (valve) pada lubang

keluaran tangki 1.β2 = rasio bukaan katup (valve) pada lubang

keluaran tangki 2. βx = rasio antara valve tangki 1 dan tangki

2.

h

1

, h

2 = kondisi steady stete tingkat tangki 1 dan tangki 2.

T

1= konstanta waktu dari tangki 1 (second)

T

2 = konstanta waktu dari tangki 2 (second)

T

x = waktu konstan

antara tangki 1 dan tangki 2 (second)

g

= gravitasi (cm/s2) 2

1

, k

k

= penguatan (gain) pompa 1 dan 2 (cm3/V.s) Tabel 1 Nilai parameter Plant

200 )

( 2

cm A

(3)

1.2661 1 1 1

Tabel 2 Titik kerja dari plant

(V) 5 (V) 5 (x10%Range) 2.749 (x10%Range) 3.262 (cm3/V.s) 5 (cm3/V.s) 5.52

Dengan mensubtitusikan nilai parameter dan titik kerja ini ke persamaan (3.3) di dapatkan matriks transfer

function berikut.

000383

.

0

0553

.

0

000683

.

0

0250

.

0

2 11

s

s

s

G

000383

.

0

0553

.

0

00054

.

0

2 12

s

s

G

000383

.

0

0553

.

0

00049

.

0

2 21

s

s

G

000383

.

0

0553

.

0

000773

.

0

0276

.

0

2 22

s

s

s

G

(12) C. Kontroler Fuzzy PI Autotuning

Proses dikendalikan dengan kontroler PI dan fuzzy

logic bertugas mengatur parameter kontroler PI (tuning). Hal

ini ditunjukkan pada Gambar 3

Gambar 3 Diagram blok pengaturan tertutup dengan kontroler fuzzy-PI

Istilah variabel PI (pada gambar 3) memiliki makna kontroler PI yang parameternya (

K

p dan

K

i) dapat diubah. Fuzzy logic menerima dua input (sinyal error dan diffrential

error

de

(

t

)

/

dt

dan menghasilkan dua output (∆

K

p dan ∆

i

K

). Kontroler PI dibangun dengan persamaan kontinyu:

dt

t

e

K

t

e

K

t

u

(

)

p

.

(

)

i

(

)

13 p p p

K

K

K

'

14 i i i

K

K

K

'

15

di mana nilai

K

pdan

K

i selalu update, nilai ∆

K

p dan ∆

K

i diperoleh dari logika fuzzy

K

p’ dan

K

i’ adalah

p

K

dan

K

i sebelum waktu ke -t.

C.1 FUZZIFIKASI

Fuzzifikasi adalah mentransformasi nilai input ke dalam nilai linguistik. Terdapat dua variabel input, yaitu

error

e

(t

)

dan differential error

de

(

t

)

/

dt

. Masing-masing

variabel input dipetakan ke dalam lima variabel linguistic

dengan fungsi keanggotaan (Membership Function) Triangle, yaitu Negative Big (NB), Negative Small (NS), Zero (Z),

Positive Small (PS), dan Positive Big (PB). Membernship Function (MF) untuk variabel input dan output dapat dilihat

Gambar 4

Gambar 4 Model membership function untuk input error

)

(t

e

Membership function

de

(

t

)

/

dt

didapatkan dari menganalisis parameter respon. Membership function

dt

t

de

(

)

/

memiliki bentuk yang sama dengan membership

function error, hal ini dapat ditunjukkan Gambar 5

)

(

cm

2

a

1

2

x

1

u

2

u

1

h

2

h

1

k

2

k

(4)

Gambar 5 Model membership function diffrential error

dt

t

de

(

)

/

Model membership function

K

p dapat ditunjukkan Gambar 6 dibawah ini

Gambar 6 Model membership function output

K

p

sedangkan model membership function

K

i dapat ditunjukkan Gambar 7 dibawah ini

Gambar 7 Model membership function output

K

i

C.2. Rule Base

Setiap aturan terjadi proses implikasi yang memetakan derajat keanggotaan dari proses fuzifikasi ke sebuah fuzzy set yang merupakan hasil dari proses implikasi. Rule base untuk membership

function output Kp dan Ki menggunakan aturan seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 3.

Tabel 3 Rule Base Fuzzy untuk output Kp.

de/dt NB NS Z PS PB error (e) NB Z Z PS PS PB NS N Z Z PS PS Z N Z Z Z N PS PS PS Z Z N PB PB PS PS Z Z

Tabel 4 Rule Base Fuzzy untuk output

K

i de/dt NB NS Z PS PB error (e) NB Z Z PS PS PB NS N Z Z PS PS Z N Z Z Z N PS PS PS Z Z N PB PB PS PS Z Z D. Perancangan Kontroler

Berdasarkan proses identifikasi secara offline diperoleh persamaan transfer function masing – masing G11, G12, G21 dan G22. Setelah itu, disusun mekanisme decoupling D12 dan D21 untuk menghilangkan pengaruh dari G12 dan G21. Selanjutnya diuji secara open loop dengan sinyal step

pada masing - masing keluaran level tangki yang diinginkan. Hasil dari pengujian ini akan digunakan untuk perancangan kontroler PI dengan menggunakan metode analitis.

- Level Tanki 1

- Level Tanki 2

III. HASIL DAN ANALISIS

Pada simulasi perancangan kontroler PI ini digunakan perbandingan yaitu dengan menggunakan metode decoupling dan tidak menggunakan decoupling. Perbandingan ini diterapkan untuk mengetahui perbedaan respon diantara keduanya. Sebagai nilai referensi level pada masing – masing tanki akan diberikan secara berubah sesuai dengan waktu.

(5)

Kondisi Settling Time (second) Tanki 1 Tanki 2 Kontrol PI with Decoupling 64 77 Kontrol PI non Decoupling 118 143 Time t= 0s t= 100s t=300s t=400s t=600s

r

1 2 3 0 4 0

r

2 4 0 5 0 6

Tabel 5. Perubahan Referensi

Time T =0 s T =300s T =600s T =900s

Tanki 1 2 4 6 9

Tanki 2 2 3 5 10

Hasil Simulasi

Dalam hasil simulasi kontroler PI tanpa menggunakan

decoupling di lihat pada gambar 8.

Gambar 8 Hasil Simulasi Kontroler PI without Decoupling

Hasil simulasi kontroler PI with decoupling dapat di lihat pada gambar 9

Gambar 10 Hasil Simulasi Kontroler PI with Decoupling

Perbedaan hasil respon dari simulasi diantara kedua kondisi tersebut dapat dituangkan dalam tabel 4 berikut.

Tabel 4. Perbandingan Hasil Respon

Berdasarkan hasil di atas, maka penggunaan metode

decoupling untuk mereduksi interaksi level antara tanki 1

dan tanki 2 mempunyai hasil respon yang lebih baik dari pada without decoupling.

Tabel 5. Set point

Pada gambar 7,8 ,9a dan 9b digunakan set point pada tabel 5. Dimana,

r

1

(t)

dan

r

2

(t)

adalah sinyal tegangan listrik (dalam stauan Volt) yang mewakili ketinggian air yang diinginkan pada tangki 1 dan tangki 2. Sedangkan pada

h

1

(t)

dan

h

2

(t)

adalah sinyal tegangan listrik (dalam stauan Volt) yang mewakili ketinggian air yang diukur (Realisasi) Pada tangka 1 dan tangka 2

Gambar 11. Respon close loop with decoupling Pada gambar 7 dapat di analisa bahwa disaaat respon close loop dengan decoupling Pada saat t=100s r1(t) = 2V, dan r2(t)= 4 V yang diinginkan, masing-masing nilai responnya masih di bawah nilai respon yang diinginkan artinya level air dalam tanki masih kurang penuh.

(6)

Gambar 12. Respon Kontrol 2DOF-PI

Gambar 13.Respon Kontrol Fuzzy PI Auto tuning with decoupling

Pada gambar 13 di analisa bahwa kontrol Fuzzy PI

Auto-tuning dengan decoupling sangat memberikan pengaruh

terhadap kestabilan pada Coupled-Tank sehingga level yang diukur dan di realisasikan sangat cepat respon kerjanya dan

fuzzy mampu mempengaruhi nilai PI dengan cara meng-auto tuning-kannya.

Gambar 14.Respon Transient sistem control

Pada gambar 14 di analisa bahwa kontrol Fuzzy PI Auto-tuning dengan decoupling sangat baik respon

transient karena overshot terjadi pada awalnya saja, dan

selanjutnya dapat meruduksi overshot pada fase gelombang berikutnya.

Tabel 6. Respon Transient sistem kontrol pada 500 s

t s (se) P.O Fuzzy PI auto tuning with

decoupling tangki 1

24 30

Fuzzy PI auto tuning with decoupling tangki 2

26 29

IV. KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian yang dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa ;

1. Penggunaan kontroler PI pada tanki 1dengan nilai parameter Kp = 0. 7229, Ki = 0. 00915 dan tanki 2 dengan nilai parameter Kp = 0. 831, Ki = 0. 0104 melalui mekanisme simulasi dapat memperoleh respon yang sesuai dengan nilai referensi.

2. Pada penggunaan kontroler tersebut hanya memmpunyai maximum overshoot (Mp%) masing - masing tangki hanya <50%, (keadaan Stabil). 3. Pada penggunaan kontroler Fuzzy PI Auto-tuning

dengan menghasilkan nilai settling time (ts) yang lebih baik dan cepat dari pada tanpa decoupling .

4. Penggunaan Fuzzy PI Auto-tuning sangat baik karena

overshot terjadi pada awalnya saja, dan selanjutnya

dapat meruduksi overshot pada fase berikutnya. 5. Penggunaan decoupling sangat baik di pakai pada saat

Plant TITO dan MIMO.

6. Metodelogi yang digunakan masih bisa dikembangkan bagi penelitian berikutnya, seperti kontrol,neural fuzzy, dengan teknik CRA, MRAC,MPC,

Decentralized FLC.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Satean, T. Santi, W. (2006), “Level Control in Horizontal Tank by Fuzzy Logic Controller”,

SICE-ICASE International Joint Conference,2491-2494.

[2] Wahyudi, Iwan, S. Eduward, T. (2008), “Tuning Parameter Kontrol Proporsional - Integral Menggunakan Sugeno Fuzzy Inference System,”

Transmisi, Jurnal Teknik Elektro, Jilid 10, Nomor 2,

hal. 97-102.

[3] Maruthai, S. Gunna, J.S. Ranganayhan, R.H. (2009), “Integrated Fuzzy Logic Based Intelligent Control of Three Tank System”, Serbian Journal of Electrical

(7)

[4] Arjin, N. Theeerachai, W. (2007), “Design of Decoupled Controller for TITO System using Characteristic Ratio Assignment”, International

Conference on Control Automation and Systems,

957-962.

[5] Abdulhakim, K. Ercument, K. (2008), “Performance Analysis of PM Synchronous Motors Using Fuzzy Logic And Self Tuning Fuzzy PI Speed Controls", The

Arabian journals for science and engineering, Vol. 33,

No. 1B, 153-177.

[6] Suparoek, K. Vittaya, T. (2010), “Design of PI Controller Using MRAC Techniques for Coupled-Tanks Process”, International Conference on Controls,

Automation and System, 485-490.

[7] Chatchaval, P. Tianchai, S. (2009), “Decentralized Fuzzy Logic Controller for TITO Coupled Tanks Process”, CROS-SICE International Joint Conference, 2862-2866.

[8] Tianchai, S. Arjin, N. (2007), “Design 2-DOF PI Controller with Decoupling for Coupled-Tank Process”, International Conference on Control

Automation and Systems,339-344.

[9] Laubwald, I. (1998), Coupled Tank system 1, England: Visiting-Scientist, Control System Principles.

[10] Muhammad, U.K. Muhammad, B.K. (2009), “Liquid level Control of Nonliear Coupled Tanks system using Linear Model Predictive Control”, Proceeding of

IEEE, International Conference on Control Aplications,1-5.

Gambar

Gambar 1 Sistem Coupled  tanks     0301111QQQdtAdHi                                         (1) 0302222QQQ dtA dH  i                                (2) 1110101s.a2g.H.HQ                    (3) 2220202s.a2g.H.HQ                    (4) 213210103s
Gambar 3 Diagram blok pengaturan tertutup dengan  kontroler fuzzy-PI
Tabel 3  Rule  Base  Fuzzy untuk output Kp.
Gambar 8 Hasil Simulasi Kontroler PI without  Decoupling
+2

Referensi

Dokumen terkait

Hasil dari Praktek Kerja Lapang Teknik Pemeliharaan Induk Kerapu Sunu (Plectropomus leopardus) Pada Bak Beton Di Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Budidaya Laut

[r]

Sebagaimana yang telah digambarkan pada bagan alur analisa dan perancangan, maka dalam menganalisa dan merancang Aplikasi Sistem Pakar untuk mengukur tingkat akurasi

Selain itu, penelitian yang dilakukan oleh Frieda Wijayanti dari Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang tentang 10 Dwi Septiani, dkk.,

Creativity  Guru dan peserta didik membuat kesimpulan tentang hal-hal yang yang telah dipelajari terkait topik dan pengertian teks Analytical Exposition, social

Anggota yang menyatakan sering melakukan pembelian di unit usaha toko Koperasi Civitas Akademika Unesa sebanyak 79 anggota atau sebesar 71%. Anggota tersebut sering

Perpindahan kalor yang terjadi dalam pipa dan tabung yang di pengaruhi oleh persamaan nilai konveksi-paksa, karena adanya pencarian nilai dan jenis aliran yang

Segera setelah anda subscribe ke milis puterakembara dan menerima email address puterakembara.net maka anda harus memakai email puterakembara untuk posting ke milis