Makalah Seminar Tugas Akhir

Transkripsi

1 Makalah Seminar Tugas Akhir Tuning Parameter Proorsional Integral dengan FL (Fuzzy Logic) untuk Pengaturan Level Air Berbasis Mikrokontroler Atmega 8535 Eduward Tigor H.L [1], Wahyudi, S.T, M.T [2], Iwan Setiawan, S.T, M.T [2] Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Dionegoro Jln. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia Abstrak Metode kontrol PI (Proorsional-Integral) meruakan sebuah metode kontrol yang banyak diterakan di bidang industri samai saat ini. ontroler ini memiliki arameter-arameter engontrol, yaitu konstanta roorsional () dan konstanta integral (i). Pada metode PI konvensional, kedua arameter tersebut diturunkan dari erhitungan matematis. esulitan enalaan arameter-arameter tersebut akan ditemui bila lant yang dikendalikan adalah sistem dengan orde tinggi. Maka dari itu, dierlukan suatu metode enala PI yang lebih baik dan daat diterakan dalam sistem orde tinggi. Metode enalaan PI dengan logika fuzzy daat dilakukan secara otomatis tana melakukan emodelan sistem. Pada metode ini nilai dan i ditentukan berdasarkan sejumlah aturan-aturan yang ditetakan oleh Logika fuzzy. Inut fuzzy berua error dan delta error. Plant engendalian level ketinggian cairan menggunakan mikrokontroler ATmega8535 sebagai kontroler dan oma sebagai aktuator. Pada engujian didaatkan hasil enalaan arameter PI yang mamu menghasilkan tanggaan keluaran dengan rise time yang ceat, selisih tunak yang kecil, overshoot yang sangat kecil, dan ketika sistem diberi gangguan, tanggaan keluaran akan teta terjaga dalam kestabilan. ata kunci : PI (Proorsional-Integral), metode Penalaan PI dengan logika fuzzy, Mikrokontroler ATmega I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dewasa ini teknologi industri terus berkembang dalam berbagai asek salah satunya dibidang teknologi sistem kendali. Sangat dibutuhkan sistem kendali yang baik untuk daat menunjang berjalannya roses industri dengan maksud meningkatkan efisiensi dalam roses roduksi. Sebagai contoh, otomatisasi dalam bidang industri yaitu roses engaturan level cairan, engisian atau embuangan cairan dalam tangki. endala yang muncul ketika level cairan dalam tangki enamung tidak diketahui, sehingga sering terjadi keadaan tangki yang melua atau kosong dikarenakan kurangnya engawasan terhada tangki enamung, sedangkan ermasalahan dalam roses industri kimia yaitu roses emisahan cairan (destilasi) yang membutuhkan engaturan level cairan didalam destilator, sering terjadi erubahan (deviasi) laju aliran masukan yang disebabkan erubahan tekanan aliran inlet atau juga disebabkan oleh adanya gaya gesek ada ia saluran maka akan mengakibatkan erubahan debit masukan yang membuat level cairan dalam tangki menjadi tidak stabil. Pada industri-industri banyak digunakan kendali konvensional seerti PID dan PI namun kendalanya adalah sistem kendali secara konvensional ini membutuhkan engetahuan tentang arameter-arameter sistem terlebih dahulu, selain itu untuk sistem yang komleks terdaat kendala dalam menentukan arameterarameter yang sesuai agar mendaatkan reson keluaran yang stabil. Logika Fuzzy daat digunakan untuk menala arameter-arameter kendali konvensional seerti kendali PI, logika Fuzzy menerakan suatu sistem kemamuan manusia untuk mengendalikan sesuatu, yaitu dalam bentuk aturan-aturan Jika Maka ( If Then Rules), sehingga roses engendalian akan mengikuti endekatan secara linguistik. Pada tugas akhir ini dirancang suatu sistem engendalian level cairan dengan memanfaatkan mikrokontroler ATmega 8535 sebagai kontroler, dan logika Fuzzy sebagai metode enala konstanta kendali PI dengan tujuan mendaatkan reson sistem yang baik yaitu rise time yang ceat dan overshoot yang minimal. 1.2 Tujuan Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah enalaan konstanta kendali PI menggunakan logika Fuzzy berbasis mikrokontroler ATmega 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP 2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro UNDIP 1

2 8535 untuk mengatur ketinggian cairan ada tangki enamung. 1.3 Pembatasan Masalah Pembatasan masalah ada tugas akhir ini sebagai berikut : 1. Plant yang diuji adalah enamungan cairan dengan bentuk selinder. 2. Aksi engontrolan PI mengaktifkan kendali tegangan AC yang digunakan untuk menggerakkan oma. 3. Penalaan dengan sistem engendali Fuzzy metode Sugeno, fungsi keanggotaan masukan himunan Fuzzy adalah segitiga dan traesium, metode engambilan keutusan menggunakan fungsi imlikasi MIN dengan agregator MAX, dan defuzzifikasi menggunakan metode rata-rata terbobot (weighted average). 4. Pengujian dilakukan ada erubahan referensi ketinggian dan emberian gangguan. 5. Sensor PING digunakan untuk mengetahui ketinggian cairan. 6. Mikrokontroler ATmega 8535 digunakan sebagai kontroler, sedangkan digunakan PC (Personal Comuter) sebagai monitoring. 7. Bahasa emograman yang digunakan ada mikrokontroler adalah dengan menggunakan bahasa C dan delhi 6.0 digunakan dalam roses monitoring. Dalam Tugas Akhir ini emograman monitoring tidak dibahas. II. DASAR TEORI 2.1 endali PI (Proorsional-Integral) [2] Gabungan aksi kontrol roorsional dan aksi kontrol integral membentuk aksi kontrol roorsional lus integral ( controller PI ). Gabungan aksi ini memunyai keunggulan dibandingkan dengan masing-masing kontrol yang menyusunnya. eunggulan utamanya adalah dierolehnya keuntungan dari masing-masing aksi kontrol dan kekurangan dari aksi kontrol yang satu daat diatasi dengan aksi kontrol yang lain. Dengan kata lain elemen-elemen controller P dan I secara keseluruhan bertujuan untuk memerceat reaksi sebuah sistem dan menghilangkan offset. Untuk daat mengimlementasikan sistem kendali PI ada komuter, PI harus diubah ke dalam ersamaan diskrit. Gambar 1 adalah blok sistem aksi kontrol PI. Gambar 1 Blok Sistem Aksi ontrol Proorsionnal- Inregral. Pengolahan arameter-arameter PI menjadi konstanta-konstanta engendalian secara diskrit sesuai dengan enjelasan erhitungan berikut. Berdasarkan Persamaan 1 dan dengan menggunakan Transformasi Lalace, didaatkan ersamaan PI dalam kawasan s sebagai berikut. co( s) = E() s + E() s T s sco i ( s) = se() s E() s (1) + T i Persamaan 2.1 diubah kembali ke kawasan waktu, sehingga menjadi : dco( de( = + e() t (2) dt dt Ti Persamaan 2 diubah ke dalam bentuk diskrit, digunakan Persamaan backward difference, di mana : dy ( y( k) y( k 1) = dan dt T 2 d y( y( k) 2y( k 1) + y( k 2) = 2 2 dt T sehingga Persamaan (2) menjadi: co( k) co( k 1) e( k) e( k 1) = e( k) T + T Ti T e k T ( k 1) = [ e( k) e( k )] ( ) co( k) co 1 + T co( k) = co k Ti ( k 1) + + e( k) [ ] e( 1) i (3) Persamaan 3 menunjukkan ersamaan engendali PI dalam bentuk diskrit, dari Persamaan 3 daat diketahui bahwa engendali PI menggunakan konstanta-konstanta engendalian sebagai berikut : co ( k) = co( k 1) + 2e( k) 3e( k 1) (4) dengan 2 = ( + 1 ) T 1 = Ti (5) 3 = (6) 2.2 Sistem Logika Fuzzy [11] Fuzzy berarti samar, kabur atau tidak jelas. Fuzzy adalah istilah yang diakai oleh Lotfi A Zadeh ada bulan Juli 1964 untuk menyatakan kelomok / himunan yang daat dibedakan dengan himunan lain berdasarkan derajat keanggotaan dengan batasan yang tidak begitu jelas (samar), tidak seerti himunan klasik yang 2

3 membedakan keanggotaan himunan menjadi dua, himunan anggota atau bukan anggota. Gambar 2 menunjukkan mekanisme kendali logika Fuzy. dalam bentuk himunan-himunan Fuzzy keluaran dengan fungsi keanggotaan untuk mendaatkan kembali bentuk tegasnya (cris). Gambar 4 menunjukkan roses engambilan keutusan metode sugeno. Gambar 2 Mekanisme kendali logika Fuzzy kalang tertutu. endali logika Fuzzy dilakukan dalam tiga taha, yaitu fuzzifikasi, evaluasi aturan dan defuzzifikasi. omonen Fuzifikasi berfungsi untuk memetakan masukan data tegas ke dalam himunan Fuzzy menjadi nilai Fuzzy dari beberaa variabel linguistik masukan. Gambar 3 menunjukkan roses Fuzzyfikasi Gambar 4 Proses engambilan keutusan metode Sugeno. 2.3 Metode Fuzzy Multiterm Controllers [8] Pada metode Fuzzy Multiterm Controllers, logika Fuzzy akan diergunakan untuk menala atau mengadatasi sebuah kontroler multiterm seerti kontroler PD, PI atau PID seerti yang terlihat ada Gambar 5. Gambar 3 Proses Fuzzyfikasi. Basis engetahuan berisi engetahuan sistem kendali sebagai edoman evaluasi keadaan sistem untuk mendaatkan keluaran kendali sesuai yang diinginkan erancang. Basis engetahuan terdiri dari basis data dan basis aturan Fuzzy. 1. Basis Data Basis data meruakan komonen untuk mendefinisikan himunan Fuzzy dari masukan dan keluaran. 2. Basis Aturan Fuzzy Basis Aturan Fuzzy meruakan kumulan ernyataan aturan IF THEN yang didasarkan keada engetahuan akar. Metode yang digunakan dalam enentuan basis aturan Fuzzy adalah menggunakan metode trial and error. Logika engambilan keutusan disusun dengan cara menuliskan aturan yang menghubungkan antara masukan dan keluaran sistem Fuzzy. Aturan ini dieksresikan dalam kalimat: jika <masukan> maka <keluaran>. Metode ini memunyai bentuk aturan seerti ersamaan 7 IF x is A and y is B then z = k (7) Defuzzifikasi daat didefinisikan sebagai roses engubahan besaran Fuzzy yang disajikan 3 Gambar 5 ontroler PI yang diadatasi oleh fuzzy sebagai tuning. ontroler PI daat direresentasikan oleh salah satu dari dua bentuk berikut yaitu 1. Bentuk ontinyu : co ( =. e( + i e( dt 2. Bentuk Diskrit : co( k) =. e( k) + its n i= 1 e( i) Dimana dan i masing-masing adalah konstanta Proorsional, dan konstanta Intergral, Nilai Ti = /i, sering dikenal sebagai konstanta waktu integral, e(k) = e(k)-e(k-1), Ts adalah eriode samling dan n adalah jumlah samel data. Pendekatan dasar dalam mengadatasi kontroler multiterm (kontroler PI) dengan menggunakan logika Fuzzy adalah dengan merencanakan suervisory rules dari Fuzzy tersebut dengan aturan (rule) ersamaan 8 : IF e(k) is Ai and Δe(k) is Bi, THEN is Ci and i is Di (8) Ai, Bi, Ci, dan Di adalah variabel linguistik dari rule ke-i (i = 1, 2,, m) yang daat direresentasikan dengan fungsi

4 keanggotaan tertentu. 2.4 Model ontrol Proses Level Fluida [3] Model kontrol dieroleh dari suatu roses level fluida daat dilakukan dengan menerakan hukum kesetimbangan massa yaitu: Laju akumulasi massa = Laju massa yang masuk - Laju massa yang keluar. Gambar 6 meruakan model kontrol roses fluida. d ( ρah( ) = ρq in ρqout dt (9) Dimana : q in = Perubahan laju aliran fluida inut sekitar nilai nominalnya (m 3 /de. q out = Perubahan laju aliran fluida outut sekitar nilai nominalnya (m 3 /de. ρ = densitas (kg/m 3 ). A = Luas enamang tanki (m 2 ). H = Perubahan ketinggian fkuida dalam tanki (m). simulator rogram, emulator dalam rangkaian, dan kit evaluasi. onfigurasi in terlihat ada Gambar 7. Gambar 7 onfigurasi in ATmega Mikrokontroller AVR ATMega 8535 memiliki ruang engalamatan memori data dan memori rogram terisah. Memori rogram yang terletak dalam Flash PEROM tersusun dalam word atau 2 byte karena setia instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32-bit. Selain itu, mikrokontroller ini memiliki 4ByteXl6-bit Flash PEROM dan memiliki 12-bit Program Counter (PC) sehingga mamu mengalamati isi Flash. Gambar 6 Model kontrol roses level fluida. Penurunan rumus : qout = out. h( (10) out = konstanta roorsionalitas yang harganya tergantung ada bukaan valve beban. Diasumsikan aliran inut linear, maka erubahan debit fluida inut akan roorsional terhada besar erubahan sinyal kontrol (co) enggerak. qin = in. co (11) Subtitusikan ersamaan 10 dan ersamaan 11 ada ersamaan 9 dengan melakukan sedikit enyederhanaan, maka dieroleh ersamaan diferensial linear. Adh( in = h( + co( outdt out (12) Atau daat ditulis dalam bentuk umum. dh( h ( s) T = h( +. co( = dt co( s) Ts Mikrokontroler AVR ATmega 8535 [9] Mikrokontroler AVR ATmega 8535 telah didukung enuh dengan rogram dan sarana engembangan seerti: komiler-komiler C, 2.6 Sensor Ultrasonik [9] Sensor yang digunakan ada Tugas Akhir ini meruakan sebuah sensor ultrasonik buatan Parallax (Sensor PING Ultrasonik Range Finder). Bentuk visual sensor yang digunakan dalam Tugas Akhir ini ditunjukkan ada Gambar 8. Sensor PING ini daat mengukur tinggi muka cairan. Gambar 8 Sensor PING Ultrasonik Range Finder. Berdasarkan datasheet, modul PING TM ini daat digunakan untuk mengukur benda sejauh 3 cm samai 300 cm. Pada sistem kendali ini, rentang level yang digunakan adalah 5 cm samai 40 cm. Sensor PING mendeteksi ketinggian elamung dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik (40 Hz) selama waktu emancaran (200 μs) kemudian mendeteksi antulannya. Gambar 9 menunjukkan timing diagram dari sensor PING. 4

5 gelombang sinus AC 220 volt saat melewati titik tegangan nol. Seberangan titik nol yang dideteksi adalah eralihan dari ositif menuju negatif dan eralihan dari negatif menuju ositif. Seberanganseberangan titik nol ini meruakan acuan yang digunakan sebagai awal emberian nilai waktu tunda untuk emicuan triac. Rangkaian zero crossing detector ditunjukkan ada Gambar 12. Gambar 9 Timing Diagram Sensor PING Ultrasonik Range Finder. Waktu temuh gelombang ultrasonik untuk ditunjukkan ada Gambar 10. Maka level yang diukur daat dirumuskan sebagai berikut : level = 45 - t IN sx344m / s meter 2 Gambar 10 Ilustrasi cara kerja sensor PING. 2.7 TRIAC [10] Pengendalian fasa ada engontrol tegangan AC, umumnya digunakan bidirectional triode thyristor atau yang biasa dikenal sebagai triac. Triac daat bersifat konduktif dalam dua arah, triac daat diangga sebagai dua buah thyristor tersambung secara antiaralel dengan koneksi gerbang seerti ditunjukkan ada Gambar 11b. Triac meruakan komonen bidirectional, terminalnya tidak daat ditentukan sebagai anode/katode. oneksi-koneksinya diberi nama main terminal 1 (MT1), main terminal 2 (MT2) dan gate atau gerbang (G). Simbol untuk triac ditunjukkan ada Gambar 11a. (a) Simbol Triac. (b) Rangkaian ekivalen triac. Gambar 11 omonen triac. 2.8 Zero Crossing Detector [14] Penentuan waktu tunda dengan teat agar mendaatkan hasil engaturan daya yang akurat, mikrokontroler harus mengetahui saat titik nol (zero crossing). Zero crossing detector adalah rangkaian yang digunakan untuk mendeteksi Gambar 12 Rangkaian zero crossing detector. 2.9 endali tegangan AC [11] Rangkaian engendali tegangan AC meruakan rangkaian untuk engendali tegangan AC gelombang enuh satu fasa seerti ditunjukkan ada Gambar omonen utama ada rangkaian ini adalah triac BT 139. Triac berhubungan langsung dengan beban yaitu oma dan tegangan jala-jala listrik 220 volt. Triac BT 139 memunyai nilai arus rms maksimal sebesar 16 A dan tegangan maksimal sebesar 800 VAC. Pada erancangan ini sinyal kontrol untuk emicuan triac adalah berasal dari mikrokontroler yang memunyai level tegangan rendah. Sebagai engaman agar tidak membahayakan bagian yang memunyai level tegangan rendah (bagian engontrol), maka digunakan IC MOC 3021 untuk mengkoel triac dengan bagian engontrolnya. IC MOC 3021 meruakan otoisolator dengan triac outut. MOC 3021 terdiri dari 2 komonen utama, yaitu LED dan hotodiac. LED berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi cahaya. LED akan memancarkan cahaya berua ulsa-ulsa yang meruakan refleksi dari tegangan yang berbentuk kotak (high dan low) yang berasal dari mikrokontroler untuk mengendalikan oma. Sinyal kotak ini akan diubah oleh LED menjadi sederetan ulsa dalam bentuk cahaya. Photodiac berfungsi sebagai enerima dari cahaya keluaran LED, Photodiac akan mengubahnya menjadi energi listrik yang akan mengendalikan triac akibatnya triac BT139 akan tericu sehingga oma (um) akan teraliri arus listrik. Diaturnya waktu emberian sinyal emicuan maka besarnya tegangan yang diterima oma juga akan bervariasi. euntungan enggunaan rangkaian ini adalah lebih terjaminnya keamanan rangkaian engendali dari engaruh jala-jala listrik. Hal ini disebabkan terisahnya aliran arus antara beban dengan 5

6 rangkaian engendali oleh enggandeng cahaya didalam MOC3021. Gambar 2.13 Rangkaian engontrol tegangan AC Reson Sistem [11] Tanggaan transien suatu sistem kontrol secara raktek selalu menunjukkan osilasi teredam sebelum mencaai keadaan tunaknya, dalam menggolongkan karakteristik tanggaan transien suatu sistem kontrol terhada sinyal masukan, umumnya dikelomokkan seerti ditunjukkan ada Gambar 14. diberikan. Nilai overshoot dihitung dalam ersen lonjakan maksimum yang didefinisikan : Cmaks Creference Overshoot = x100% Creference Rasio Redaman (Decay Ratio) adalah nilai erbandingan antara overshoot kedua dengan overshoot ertama yang didefinisikan sebagai berikut : Decay Ratio = III. A3 A1 PERANCANGAN 3.1 Perancangan Perangkat eras Blok rancangan erangkat keras sistem engaturan level cairan ada Tugas Akhir ini daat dilihat ada Gambar 15. Perancangan erangkat keras meliuti mikrokontroler sebagai engendali, kendali tegangan AC sebagai engaturan tegangan inut oma, oma sebagai enggerak, unit masukan, erancangan dislay. Gambar 14 urva reson transien sistem kontrol. Waktu Reson (Dead Time) adalah waktu yang dierlukan oleh sistem untuk memberikan reson terhada sinyal masukan yang diberikan. Waktu Tunda (Delay Time)adalah waktu yang dierlukan oleh suatu sistem kontrol untuk mencaai setengah dari nilai referensi yang telah ditetakan sebelumnya. Waktu Naik (Rise Time) adalah waktu yang dierlukan oleh suatu sistem kontrol untuk mencaai nilai referensi yang telah ditetakan sebelumnya. Waktu Puncak (Peak Time) adalah waktu yang dierlukan oleh suatu sistem kontrol untuk mencaai uncak ertama overshoot. Waktu Stabil (Steady State Time)adalah waktu yang dierlukan oleh suatu sistem kontrol untuk mencaai kondisi tunaknya (steady state). Offset biasanya digunakan toleransi sekitar ± 5% dari nilai referensi yang telah ditetakan. Offset = 0, 05 referensi Lonjakan (Overshoo adalah amlitudo (lonjakan) yang diberikan suatu sistem kontrol terhada referensi (set oin yang Gambar 15 Blok diagram sistem Sistem Minimum AVR ATMega 8535 Sistem mikrokontroler digunakan sebagai unit kendali utama yang didalamnya berisi rogram untuk mengendalikan roses engaturan oma (um), termasuk engesetan arameter, engaturan tamilan LCD, engaturan data serial dan clock inut sensor PING, kendali PI dan enalaan dengan logika Fuzzy serta mengatur aliran data komunikasi serial melalui RS232 dengan komuter untuk roses monitoring. Secara umum, alokasi enggunaan ort ada rangkaian ATmega 8535 dilihat ada Gambar 16. 6

7 erangkat lunak yang akan mengatur keseluruhan oerasi yang melibatkan fungsi-fungsi endukung. Fungsi-fungsi endukung akan melakukan kerja khusus sesuai kebutuhan dari rogram utama. Diagram alir rogram utama daat dilihat ada Gambar 17. Gambar 16 Alokasi ort ada sistem minimum mikrokontroler ATmega Perancangan Perangkat Lunak (Software) Pemrograman mikrokontroler ATmega 8535 daat dilakukan dengan menggunakan bahasa assembly dan C. Perancangan erangkat lunak Tugas Akhir ini digunakan bahasa C dengan komiler CodevisionAVR versi Pemilihan bahasa C dikarenakan kemudahan, kesederhanaan, serta fleksibilitas emrograman karena selain erintah-erintah dalam bahasa C daat ula disisikan bahasa assembly yang disebut dengan inline assembly. Penggunaan komiler CodevisionAVR berdasarkan ertimbangan bahwa CodevisionAVR meruakan cross-comiler C yang memiliki ustaka khusus (library) di saming ustaka C standar untuk beberaa alikasi yang memudahkan emrograman mikrokontroler, mudah dielajari, memiliki terminal komunikasi antara mikrokontroler dengan PC, serta memiliki kemamuan untuk membuat rogram inisialisasi mikrokontroler melalui embangkit rogram otomatis (Automatic Program Generator). Program monitoring untuk menamilkan reson sistem ke komuter digunakan rogram borland delhi 6.0. Secara umum erancangan erangkat lunak ada mikrokontroler ATmega 8535 terdiri atas : Perancangan Program Utama. Program Fuzzy sebagai tuning kendali PI. Program kendali PI Program Utama Perancangan erangkat lunak rogram utama ini secara garis besar bertujuan untuk mengatur kerja sistem seerti inisialisasi register I/O dan variabel, scanning keyad, memilih kontroler, seting arameter, embacaan hasil sensor, roses engaturan sinyal kontrol roses enghitungan sinyal error dan delta error. Program utama bereran sebagai jantung Gambar 17 Diagram Alir Program Utama Program Fuzzy Sebagai Tuning endali PI. Program kendali Fuzzy terdiri atas Fuzzifikasi, evaluasi aturan, mekanisme engambilan keutusan, dan deffuzifikasi. eluaran ada roses defuzzifikasi meruakan hasil dari roses sistem Fuzzy secara keseluruhan. Blok diagram rogram Fuzzy sebagai tuning kendali PI dierlihatkan ada Gambar 18. Gambar 18 Diagram blok utama sistem Fuzzy. A. Fuzzifikasi Tahaan awal roses Fuzzifikasi adalah menentukan arameter-arameter fungsi keanggotaan ada setia himunan Fuzzy masukan. Pada emrograman Fuzzifikasi ini 7

8 digunakan arameter fungsi keanggotaan masukan berua error dan d_error. Derajat keanggotaan bernilai antara 0 dan 1, sedangkan dalam emrograman tuning dengan logika Fuzzy ini, nilai derajat keanggotaan dinormalisasi ke dalam nilai 0 hingga 200 dengan tujuan menghemat memori flash ada mikrokontroler. Seluruh roses erancangan kendali logika Fuzzy dilakukan dengan menggunakan mikrokontroler ATmega 8535, sehingga seluruh arameter fungsi keanggotaan error dan d_error ada gambar di atas dinormalisasi ke dalam bahasa emrograman C yang daat dilihat ada Gambar 19 dan Gambar 20. Tabel 1 Basis Aturan tuning PI denganlogika Fuzzy untuk onstanta. D_Error Error NB N Z P PB NB B B B B B N S S S Z S S S S S P S S S PB B B B B B Tabel 2 Basis Aturan tuning PI denganlogika Fuzzy untuk onstanta i. D_Error NB N Z P PB Error NB B B B B B N S S S Z S S S S S Gambar 19 Fungsi keanggotaan error level. P S S S PB B B B B B Metode engambilan keutusan (inferensi) yang digunakan dalam emrograman ini adalah metode Max-Min. Setelah semua aturan fuzzy dieksekusi, dilakukan roses agregasi dengan mengambil nilai maksimal dari masing masing fungsi keanggotaan variabel keluaran. Gambar 20 Fungsi keanggotaan d_error level. B. Evaluasi aturan Tahaan kedua dalam Fuzzy Inference System adalah evaluasi aturan. Tujuan dari evaluasi aturan ini adalah menentukan derajat keanggotaan dari keluaran Fuzzy. Himunan Fuzzy keluaran yang digunakan dalam erancangan tuning arameter PI adalah singleton.sebelum melakukan evaluasi aturan terlebih dahulu ditetakan basis aturan. Basis aturan meruakan keseluruhan aturan dari kombinasi dua masukan yang mungkin. Secara lengka, jumlah kombinasi yang mungkin dari dua himunan Fuzzy masukan dengan masingmasing lima fungsi keanggotaan adalah dua uluh lima aturan. Basis aturan yang dibuat berdasarkan tingkah laku lant yang diinginkan. eluaran Fuzzy akan menentukan nilai konstanta PI. Dua uluh lima aturan yang digunakan terlihat ada Tabel 1 dan Tabel 2. C. Defuzzifikasi Taha terakhir dari inferensi Fuzzy adalah defuzzifikasi. Defuzzifikasi meruakan kebalikan dari roses Fuzzifikasi, yaitu mengubah himunan Fuzzy keluaran menjadi keluaran tegas (cris). Pengubahan ini dierlukan karena konstanta kendali PI hanya mengenal nilai tegas sebagai variabel arameter.perancangan ini, menggunakan sebuah himunan Fuzzy keluaran dengan fungsi keanggotaannya berua singleton, seerti tamak ada Gambar 21 dan Gambar 22. Derajat eanggotaan (Membershi Function) S S Fungsi eanggotaan eluaran Gambar 21 Fungsi keanggotaan keluaran konstanta. B 8

9 Dari Tabel 3 terlihat bahwa sensor PING memilikai error sebesar cm. Gambar 22 Fungsi keanggotaan keluaran konstanta i. Nilai tegas (cris) keluaran dieroleh dari himunan-himunan Fuzzy keluaran dengan menggunakan metode rata-rata terbobot Program endali PI. Pada tugas akhir ini digunakan kendali PI untuk mendaatkan tinggi muka cairan yang diinginkan. Nilai konstanta dan i dieroleh dari Sistem Fuzzy sebagai enala. Perhitungan dengan algoritma PI dimulai dengan menghitung error antara setoint level dengan level sebenarnya. Error digunakan sebagai masukan ada kendali PI. Diagram alir roses engontrolan dengan menggunakan algoritma kendali PI digital ditunjukkan dalam Gambar Pengujian Rangkain endali Tegangan AC Pengamatan dilakukan dengan osilosko terhada gelombang icu dari mikrokontroler dan keluaran engendali tegangan AC yang diberikan ke beban berdasarkan engaturan sinyal kontrol. Hasil engujiannya terlihat ada Gambar 24, Gambar 25, dan Gambar 26. Gambar 24. Sinyal icu dan tegangan beban untuk Co = 0%. Gambar 23 Diagram alir algoritma PI Gambar 25. Sinyal icu dan tegangan beban untuk Co =80%. IV. PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Pengujian Perangkat eras Pengujian Sensor PING Pengujian sensor PING dilakukan dengan mengukur level ada lant terhada level setoint. Pembacaan sensor dibatasi ada level 5 cm 40 cm dan benda yang akan diukur berua benda adat sebagai elamung yang mendeteksi level ketinggian cairan. Data hasil engukuran yang dilakukan adalah sebagai berikut. Tabel 3 Hasil erbandingan level terukur dengan embacaan sensor PING TM. No Level terukur (cm) Sensor PING Gambar 26. Sinyal icu, tegangan beban untuk Co= 100%. etiga bentuk gambar gelombang tegangan ada beban yang diuji, daat diketahui bahwa semakin besar sinyal kontrol yang diberikan ke emicuan (TCNT0), maka tegangan AC yang diberikan ke beban untuk tia fasenya (fase ositif dan fase negative)

10 akan semakin besar, yang berarti bahwa tegangan listrik yang diberikan ke beban akan semakin besar. Pengujian juga dilakukan dengan cara mengukur tegangan sinyal icu dari mikrokontroler ind.3 (TCNT0) dan tegangan keluaran dari rangkaian engendali tegangan AC dengan fariasi berdasarkan sinyal kontrol yang diberikan ke emicu. Data hasil engukuran daat dilihat ada Tabel 4. Table 4 Data engujian tegangan sinyal icu dan kendali tegangan AC. Nilai Tegangan Nilai No kontrol ke beban TCNT0 (%) (Vol (94h) (9Fh) (A9h) (B4h) (BFh) (C9h) (D4h) (DFh) (Eah) (F4h) (FFh) Pengujian Perangkat Lunak Pengujian Pemrograman Sistem Logika Fuzzy Pengujian emrograman kendali logika Fuzzy dilakukan dalam tiga taha, yaitu engujian emrograman Fuzzifikasi, engujian emrograman evaluasi aturan dan engujian emrograman defuzzifikasi. A. Pengujian Pemrograman Fuzzifikasi Pengujian emrograman Fuzzifikasi bertujuan untuk mengetahui derajat keanggotaan tia-tia fungsi keanggotaan masukan setelah subrutin rogram Fuzzifikasi dijalankan. Sebagai contoh Pada Gambar 27 akan dicari derajat keanggotaan dari suatu masukan yaitu error = 6 cm. Gambar 27 Fuzzifikasi dengan masukan error = 6 cm. Derajat keanggotaan daat ditentukan sebagai berikut : Err = ((e1_L*30.000)/(30)) = (6*30.000)/(30) = Error_Z = ( )/50 = 80 Error_P = ( )/50 = 120 Langkah selanjutnya yaitu menguji rogram Fuzzifikasi dengan melihat hasil keluaran Error_P dan Error_Z ada dislay LCD. Hasil eksekusi rogram memerlihatkan nilai yang sama dengan hasil Fuzzifikasi secara erhitungan lihat Gambar 28. Gambar 28 Hasil engujian rogram Fuzzifikasi dengan masukan error = 6 cm. Dari hasil eksekusi rogram didaatkan nilai yang sama dengan hasil fuzzifikasi secara erhitungan. B. Pengujian Pemrograman Evaluasi Aturan Pengujian emrograman evaluasi aturan bertujuan untuk mengetahui nilai keluaran Fuzzy setelah subrutin rogram evaluasi aturan dijalankan. Sebagai contoh akan dicari hasil keluaran dari suatu masukan yaitu error = -10 cm, d_error = 4 cm, fungsi keanggotaan dierlihatkan ada Gambar 29 dan Gambar 30. Gambar 29 Masukan Error = -10 cm. 10

11 Gambar 30 Masukan D_Error = 4 cm. Derajat keanggotaan daat ditentukan sebagai berikut : Err = ((e1_L*30.000)/(reff/2)) = ((-10)*30.000)/(60/2) = Error_NB = ( err)/50 = ( )/50 = 0 Error_N = ( )/50 = 200 Error_Z = 0 D_Err = (d_error_L*15.000)/(reff/4) = (4*15.000)/15 = D_Error_Z= ( d_err)/25 = ( )/25 = 40 D_Error_P= (d_err )/25 = ( )/25 = 160 Dengan menggunakan metode Imlikasi Min: Gambar 32 Pengujian evaluasi aturan konstanta i. Dengan engujian evaluasi aturan di atas, maka daat dihitung nilai cris yaitu : - Nilai engujian evaluasi aturan. V 1 = (0 x 60) + (40 x 50) + (0 x 44) + (0 x 60) + (160 x 50) + (0 x 44) = Nilai engujian evaluasi aturan i. V 2 = (0 x 10) + (40 x 7) + (0 x 5) + (0 x 10) + (160 x 7) + (0 x 5) = 1400 Langkah selanjutnya yaitu menguji rogram evaluasi aturan dengan melihat hasil keluaran ada dislay LCD terlihat ada Gambar 33. Gambar 31 Pengujian evaluasi aturan konstanta. Gambar 33 Tamilan hasil imlikasi dan evaluasi aturan ada LCD. C. Pengujian Pemrograman Fuzzy Reasoning Pengujian rogram ini bertujuan untuk mendaatkan nilai cris arameter kendali PI hasil eksekusi rogram mauun secara erhitungan. Sebagai contoh akan dicari hasil keluaran dari suatu masukan yaitu error = -10 cm, d_error = 4 cm. Cris outut = [( Fuzzy Outut i ) ( Posisi singleton di X axisi )] i ( Fuzzy Outut i ) = (0 x 60) + (40 x 50) + (0 x 44) + (0 x 60) + (160 x 50) + (0 x 44) = 50 i = (0 x 10 ) + (40 x 7) + (0 x 5) + (0 x 10) + (160 x 7) + (0 x 5) i = 7 Langkah selanjutnya menguji rogram ini dengan melihat hasil keluaran ada dislay LCD ada Gambar 34 hasil eksekusi rogram 11

12 didaatkan nilai yang sama dengan hasil secara erhitungan. Gambar 34 Tamilan Hasil Defuzzifikasi ada LCD Pengujian Program endali PI. Pengujian rogram endali PI bertujuan untuk mengetahui nilai sinyal kontrol hasil eksekusi rogram. contoh erhitungan : error = 5, error1 = 0, = 46, i = 6, Ts = 0.1, Co1 = 0 Ti = 46/6 = = 46 x 0.1/7.67= 0.6 2= = = 46 Co = x 5 46 x 0 = 233 Untuk Co > 100, maka Co = 100 % Untuk Co < 0, maka Co = 0 % Tabel 5 Hasil erhitungan rogram nilai Co,, i terhada error dan error1. No Error (cm) Error1 (cm) i Co ,80 6, ,00 6, ,20 5,50 46, ,60 5, ,00 5, Pengujian Reson Sistem dengan PC. A. Reson sistem kendali level tana gangguan. Tanggaan engendalian sistem level tana gangguan dengan memberikan nilai referensi level yang berbeda yaitu 15 Cm, 20 Cm, dan 25 Cm. Reson sistem daat dilihat ada Gambar 35, Gambar 36, dan Gambar 37. Gambar 35 Tanggaan sistem kendali level tana gangguan dengan referensi 15 Cm. 12 Gambar 36 Tanggaan sistem kendali level tana gangguan dengan referensi 20 Cm. Gambar 37 Tanggaan sistem kendali level tana gangguan dengan referensi 25 Cm. Gambar 35 adalah grafik reson kendali level dengan referensi 15 Cm. Reson sistem stabil tidak terjadi kesalahan keadaan tunak, setelah detik ke 100 engujian dihentikan. Waktu tunda (t d ) yang dierlukan adalah 1 detik, waktu naik (t r ) 8 detik. Gambar 36 adalah grafik reson kendali level dengan referensi 20 Cm. Reson sistem stabil tidak terjadi kesalahan keadaan tunak, setelah detik ke 100 engujian dihentikan. Waktu tunda (t d ) yang dierlukan adalah 1 detik, waktu naik (t r ) 15 detik. Gambar 37 adalah grafik reson kendali level dengan referensi 25 Cm. Reson sistem stabil tidak terjadi kesalahan keadaan tunak, setelah detik ke 100 engujian dihentikan. Waktu tunda (t d ) yang dierlukan adalah 1 detik, waktu naik (t r ) 24 detik. etiga hasil engujian sistem kendali level tana gangguan daat disimulkan bahwa semakin besar referensi level yang diberikan, maka waktu yang dierlukan untuk mencaai keadaan stabil akan semakin lama, dengan level awal yang sama. endali PI dengan enalaan logika Fuzzy ada sistem tana gangguan yang diuji sudah bekerja secara otimal, dimana semua reson sistem untuk referensi yang berbeda daat mencaai keadaan stabil. B. Reson sistem endali Level terhada gangguan. Pengujian terhada engaruh gangguan ada sistem kendali level dilakukan dengan dua variasi, yaitu engujian engaruh gangguan sesaat ada sistem dan engaruh gangguan kontinyu. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kemamuan atau untuk kerja kendali PI dengan enalaan logika Fuzzy terhada gangguan luar.

13 Pengaruh gangguan sesaat ada sistem kendali level dengan variasi emberian referensi level dilakukan dengan cara memberikan tambahan aliran ada bagian inlet lant. Pemberian gangguan dilakukan ketika mencaai keadaan stabil, sesuai dengan referensinya. Pemberian gangguan sesaat dilakukan selama 10 sekon setelah itu aliran inlet dihentikan. Gangguan dilakukan ada referensi 15 cm, 20 cm, dan 23 cm. Hasil engujian reson sitem ditunjukkan ada Gambar 38. Gambar 38 Tanggaan sistem kendali level dengan gangguan sesaat dengan referensi 15, 20, dan 23 cm. naik samai range 1-2 cm. Setelah itu aliran inlet dihentikan, dan waktu emulihan menuju kestabilan selama 20 detik setelah terjadi lonjakan. 3. Pada engujian dengan gangguan kontinyu, diberikan erubahan debit ada sisi inlet, reson keluaran mengalami offset keadaan tunak sebesar 0,1 cm. 4. Penalaan konstanta PI dengan logika Fuzzy akan terus mengalami erubahan konstanta sesuai dengan erubahan nilai error dan delta error. 5.2 Saran Untuk engembangan sistem lebih lanjut, maka ada beberaa saran yang daat dilakukan yaitu sebagai berikut: 1. Daat dilakukan erancangan kembali enalaan konstanta PI dengan logika Fuzzy, dengan basis aturan mauun fungsi keanggotaan (masukan/keluaran) yang berbeda untuk memeroleh reson sistem yang lebih baik dan memuaskan. 2. Daat dilakukan engendalaian level cairan dengan metode gain schedulling, adatif STR (Self Tuning Regulator), dan Jaringan saraf tiruan. DAFTAR PUSTAA Gambar 39 Tanggaan sistem kendali level dengan gangguan kontinyu dengan referensi 15cm, 20cm, dan 23 cm. V. PENUTUP 5.1 esimulan Berdasarkan hasil engujian dan analisa yang dilakukan didaatkan hal-hal enting sebagai berikut: 1. Pada engujian dengan nilai referensi teta, mamu menghasilkan reson yang baik yaitu rise time yang ceat dan overshoot yang sangat kecil, untuk referensi 15 cm menghasilkan waktu tunda (t d ) yang dierlukan adalah 1 detik, waktu naik (t r ) 8 detik, untuk referensi 20 cm menghasilkan waktu tunda (t d ) yang dierlukan adalah 1 detik, waktu naik (t r ) 15 detik, untuk referensi 25 cm menghasilkan waktu tunda (t d ) yang dierlukan adalah 1 detik, waktu naik (t r ) 25 detik dari ketinggian awal 10 cm. 2. Pada engujian dengan gangguan sesaat, ada referensi 15 cm, 20 cm, dan 23 cm, gangguan diberikan dengan memberikan aliran inlet, selama 10 detik level sistem berangsur-angsur (1) Astrom, John and Bjorn Wittenmark, Adative Control Second Edition, Addison-Wesley Publishing Comany Inc, (2) Benjamin C. uo, Automatic Control System Sixth Edition, Prentice-Hall, New Jersey, (3) Brosilow, Coleman and Babu Joseh, Techniques of Model-Based Control, Prentice Hall International Series, New Jersey, (4) Budiharto Widodo, Panduan Praktikum Mikrokontroler AVR ATmega16, PT Elex Media omutindo, Jakarta, (5) Gunterus, Frans, Falsafah Dasar: Sistem Pengendalian Proses, PT Elex Media omutindo, Jakarta, (6) Heryanto, M. Ary dan Wisnu Adi P, Pemrograman Bahasa C Untuk Mikrokontroler AT MEGA 8535, Penerbit Andi, Yogyakarta, (7) Indra, Bakhtiar, Tugas Akhir: Pengendali Poma dan Monitoring etinggian Air Jarak Jauh Menggunakan omuter dan Mikrokontroler AT89S51, Diloma III Instrumentasi dan Elektronika, Universitas Dionegoro, Semarang. (8) Jamshidi, Mohammad, Alication of Fuzzy Logic, Prentice-Hall International Inc, New Jersey,

14 (9) urniawan, David, ontrol Mobile Robot Penjejak Objek Bergerak Berbasis Logika Fuzzy, Teknik Elektro, Universitas Dionegoro, Semarang. (10) Malvino. Prinsi Prinsi Elektronika. Jakarta : Erlangga, (11) Mashuri, Ahmad, Perancangan Sistem Pengendalian Suhu Dan Akuisisi Data Tingkat elembaban Pada Mesin Pengering ertas Berbasis endali Logika Fuzzy, Teknik Elektro, Universitas Dionegoro, Semarang. (12) Ogata, atsuhiko, Teknik ontrol Automatik Jilid 1, diterjemahkan oleh Edi Leksono, Erlangga, Jakarta, (13) Ogata, atsuhiko, Teknik ontrol Automatik Jilid 2, diterjemahkan oleh Edi Leksono, Erlangga, Jakarta, (14) Syahadi, Mohamad, Skrisi : Alikasi ontrol Proorsional Integral Berbasis Mikrokontroler Atmega 8535 Untuk Pengaturan Suhu Pada Alat Pengering ertas, Teknik Elektro, Universitas Dionegoro, Semarang. (15) Wardhana L, Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535 Simulasi, Hardware, dan Alikasi, Penerbit Andi, Yogyakarta, (16) , ATmega8535 Data Sheet, htt:// (17) , PING))) Ultrasonic Distance Sensor Data Sheet, htt:// Eduward Tigor H.L (L2F ) Lahir di Pomalaa, 7 Juni Saat ini sedang melanjutkan studi endidikan strata I di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Dionegoro onsentrasi ontrol. Mengetahui dan mengesahkan, Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Wahyudi, ST, MT NIP Tanggal: Iwan Setiawan, ST, MT NIP Tanggal: 14