IMPLEMENTASI ADAPTIVE SWITCHING FUZZY LOGIC CONTROLER SEBAGAI PENGENDALI LEVEL AIR PADA TIGA BEJANA BERINTERAKSI

Transkripsi

1 IMPLEMENTASI ADAPTIVE SWITCHING FUZZY LOGIC CONTROLER SEBAGAI PENGENDALI LEVEL AIR PADA TIGA BEJANA BERINTERAKSI Satryo Budi Utomo ), Rusdhianto ), Katjuk Astrowulan ) ) Fakultas Teknik,Jurusan Teknik Elektro, Universitas Jember Kampus Tegalboto Jember satryo.budiutomo@yahoo.com ) )Fakultas Teknik Industri,Jurusan Sistem Pengaturan ITS Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya Abstrak- Three Tank merupakan tiga bejana yang saling berintraksi. Dengan adanya perubahan beban menyebabkan perubahan level pada masing-masing bejana. Untuk meredam osilasi dibutuhkan sebuah kontrol MIMO mengguanakan algoritma Adaptive Fuzzy Controler. Error pada masing masing bejana merupakan sinyal masukan kontroler. Mekanisme proses adaptasi kontroler berupa perubahan fungsi keanggotaan output untuk menentukan sinyal keluaran berupa kondisi On-off valve. Hasil implementasi menunjukkan bahwa Adaptive Fuzzy Controler mampu memperbaiki respon ketika terjadi perubahan beban dan meredam osilasi dengan range error - hingga.. DESKRIPSI SISTEM THREE TANK. Sistem Three Tank [] Three tank system adalah suatu tiga buah bejana yang saling berhubungan. Pada sistem three tank ini merupakan sistem yang banyak dijumpai didalam industri minuman, dan indutri bahan bahan kimia. Skema three tank ini mengacu pada rancangan sebelumya []. Gambar konsep sistem dapat dilihat pada gambar. Kata kunci : Three Tank, kontroler adaptive fuzzy, MIMO. PENDAHULUAN Three tank system adalah suatu tiga bejana yang saling berhubungan antara bejana satu dengan bejana yang lainnya. Bejana air banyak sekali digunakan pada industri industri besar, antara lain proses pencampuran minuman, proses penyaringan air, dan proses pengolahan bahan bahan kimia. Prinsip pengendalian level adalah menjaga air pada level tertentu. Untuk mengatur ketinggian air tersebut salah satu tekniknya adalah mengatur kecepatan pompa air sehingga menyebabkan debit air (Qin ) berubah ubah. Pada pemodelan sistem tersebut variabel yang dikontrol berupa dua buah valve yang bergerak dengan dua keadaan on dan off (switching) untuk menjaga level air dengan ketinggian tertentu pada masing masing bejana. Kontroler yang digunakan adalah Adaptive Fuzzy karena telah terbukti handal. [],[7]. Penelitian bertujuan untuk menjaga level air yang mempunyai ketinggian yang berbeda pada three tank, dan ketika diberikan gangguan sistem diharapkan stabil dengan waktu yang sangat cepat. Gambar. Konsep Sistem Three Tank. Desain Kontrol Adaptive Fuzzy Sistem fuzzy tersebut dibangun dengan asumsi bahwa aturan-aturan fuzzy-nya sudah ada, sedangkan parameter-parameter fungsi keanggotaan dapat dicari dengan teknik optimasi seperti pada gambar. Gambar. Diagram Blok Adaptive Fuzzy

2 Masukan fuzzy ada tiga yaitu error level pada Tangki, error level pada Tangki, dan error level pada tangki. Keluaran fuzzy ada tiga diantaranya switching valve (R), switching valve (R) switching valve (R). Sistem ini menggunakan algoritma fuzzy metode Sugeno. Gambar. Fuzzy Metode Sugeno Pada masing-masing tangki memiliki tiga buah membership yaitu: negative, zero, dan positive. Membership negative memiliki range - hingga. Membership zero memiliki range - hingga. Membership positive memiliki range hingga. a.aturan untuk menghasilkan sinyal U Tabel. Aturan untuk sinyal U error P Z N error P buka buka tutup Z buka buka tutup N buka buka tutup b.aturan untuk menghasilkan sinyal U Tabel. Aturan untuk sinyal U error P Z N error P buka buka tutup Z buka buka tutup N buka buka tutup c.aturan untuk menghasilkan sinyal U Tabel. Aturan untuk sinyal U error P Z N error P on on off Z on on off N on on off Gambar. Himpunan Input Fuzzy Fuzzyfication adalah proses perubahan nilai sebenarnya ke dalam nilai fuzzy. Nilai fuzzy memiliki range. Melalui fungsi keanggotaan yang telah disusun maka dari nilai masukan fuzzy menjadi informasi fuzzy yang berguna dalam pengolahan secara fuzzy pula. Tabel. Nilai Fuzifikasi err P Z N Dalam perancangan tiga buah tangki berinteraksi dengan sistem MIMO maka kontroler mengeluarkan sinyal U, U dan U. (Skema sistem dapat dilihat pada gambar ). Mekanisme penyusunan aturan fuzzy untuk menjaga level air pada bejana berinteraksi adalah Tahap selanjutnya adalah proses Defuzification dalam perancangan pengendalian level ini proses defuzification adalah jumlah (On-Off Valve) yang terjadi dalam kurun waktu. Teknik reasoning yang digunakan untuk menentukan kuat penyulutan α (fire strength) dalam penelitian ini digunakan metode MIN. Sedangkan teknik defuzifikasi yang digunakan adalah rerata maksimum (Mean of Minimum /MOM). Adaptasi terhadap fungsi keanggotaan Output dilakukan dengan penalaan terhadap fungsi keanggotaannya, atau berupa pergeseran pusat dari setiap himpunan keanggotaan. Tujuan dari adaptasi ini adalah untuk mempercepat rise tanggapan pada keadaan transiennya menuju ke keadaaan steady state, juga diharapkan untuk memperbaiki kinerja sistem fuzzy. Adaptasi dilakukan dengan algoritma fuzzy pula dengan komponen masukan yaitu error tangki terhadap error tangki lainnya. Keluaran berupa perubahan nilai pusat himpunan keanggotaan dengan fungsi keanggotaan singleton.

3 Karakteristik ADC level (cm) volt Gambar. Grafik Hubungan Tegangan dengan Level Air.. Rangkaian Driver Elektrik Rangkaian driver valve elektrik terdiri dari rangkaian penerima sensor cahaya dan relay. Sensor cahaya ini bertujuan memberikan sistem proteksi antara Mikrokontroler ketika Valve elektrik bekerja (Switching)dengan waktu yang cepat. Gambar. Arsitektur Fuzzy Learning. HASIL DAN PEMBAHASAN. Rangkaian Sensor Level Air Rangkaian sensor level air berfungsi mengontrol level air dalam sebuah tangki penampungan. Untuk mengontrol level air dalam tangki penampungan dapat menggunakan sebuah pelampung, masing-masing dari pelampung tersebut menentukan batas nilai level air. Rangkaian sensor level air dirancang menggunakan rangkaian dasar antara lain potensio, rangkaian ADC. Prinsip dasar sensor level air adalah setiap perubahan nilai resistansi akan menimbulkan tegangan yang berbeda beda. Tegangan yang berubah akan di olah oleh rangkaian ADC (Analog to Digital Converter) menjadi data biner atau hex. Data pengujian rangkaian sensor level air dapat dilihat pada tabel. Tabel. Data Pengujian Sensor Ketinggian No Vin ADC(volt) Level (cm) Tabel. Pengujian Driver Valve elektrik NO Pengujian Vout (volt) Rangkaian Sensor penerima Cahaya ketika:, a.diberi sinar. b.tidak diberi sinar.. Pengujian Respon Kontroler.. Respon plant beban penuh Kondisi LED Mati Hidup Pada pengujian ini kondisi awal plant adalah tanpa air/ kosong. Tangki memiliki set point cm, tangki memiliki setpoint cm, dan tangki memiliki setpoint. cm. Plant selanjutnya diisi air dengan kondisi berbeban penuh. Dari pengujian ini menunjukkan bahwa kontroler mempu mencapai setpoint dengan waktu yang berbeda pada masingmasing tangki. level tangki Gambar. Respon Tangki dengan setpoint cm. Tampak pada gambar respon tangki mampu mencapai setpoint dengan rise sebesar sekon ( iterasi x ms) dan settling sebesar sekon ( iterasi x ms).

4 level tangki Gambar 7. Respon Tangki dengan setpoint cm Pada gambar 7 menunjukkan bahwa respon pada tangki mampu mencapai setpoint dengan rise, sekon ( iterasi x ms) dan settling 7 sekon. (7 iterasi x ms). level tangki Gambar. Respon Tangki dengan setpoint. cm. Pada gambar menunjukkan bahwa respon pada tangki mampu mencapai setpoint dengan rise sekon( iterasi x ms) dan settling 9 sekon. (9 iterasi x ms). Grafik error pada masing masing tangki dapat dilihat pada gambar 9. level (cm) Respon tangki (s) Gambar. Respon Tangki dan ber beban penuh Pada Gambar menunjukkan bahwa kontroler mampu menjaga level air pada tangki ketika beban penuh diberikan pada iterasi ke. Level (cm) Tangki (s) Gambar. Respon Tangki dan berbeban penuh Selanjutnya Gambar menunjukkan bahwa level air dengan setpoint cm tetap terjaga ketika gangguan iterasi ke. error Gambar 9. Error... Respon Plant ketika diberi beban penuh Pada pengujian ini, kondisi awal dari plant adalah kondisi steady state pada masing masing tangki, dan tanpa beban..setpoint pada tangki sebesar cm, setpoint pada tangki sebesar cm, sedangkan setpoint pada tangki sebesar. cm. Pemberian beban penuh (gangguan) dilakukan ketika respon dari plant sudah mencapai setpoint. Hal ini untuk mengetahui kinerja kontroler dalam memperbaiki respon mencapai steady state. Gambar. Respon Tangki dan berbeban penuh Selanjutnya Gambar menunjukkan bahwa level air pada tangki mengalami osilasi ketika diberi gangguan (beban penuh). Akan tetapi kontroler mampu mengembalikan level air mencapai setpoint dengan waktu 9.7 sekon. (97 iterasi x ms)... Respon Plant ketika beban berubah Pada pengujian ini, kondisi awal dari plant adalah kondisi steady state pada masing masing tangki, dan tanpa beban.. Setpoint pada tangki sebesar cm, setpoint pada tangki sebesar cm, sedangkan setpoint pada tangki sebesar cm, tangki mengalami perubahan setpoint sebesar, cm. Dalam pengujian ini plant diberi beban penuh dan kemudian beban tersebut berubah menjadi ¾ beban awal. Hal ini untuk mengetahui kinerja kontroler

5 dalam memperbaiki respon mencapai steady state ketika plant menghadapi beban yang berubah.. Namun kontroler mampu memperbaiki respon dengan waktu 7, sekon Dari beberapa pengujian dengan proses perubahan setpoint dan perubahan beban menunjukkan bahwa kontroler dapat bekerja dengan baik.. KESIMPULAN Gambar. Respon Tangki dan ber beban berubah. Pada Gambar menunjukkan bahwa respon mengalami osilasi ketika diberikan beban penuh pada iterasi. dan kontroler mampu memperbaiki respon pada iterasi. Kontroler membutuhkan waktu sebesar, sekon. Kemudian beban berubah pada iterasi, namun kontroler mampu memperbaiki respon kembali di iterasi. dengan waktu sebesar sekon. Gambar. Respon Tangki dan beban berubah. Pada gambar menunjukkan bahwa perubahan beban juga mempengaruhi level pada tangki. Hal ini terlihat pada iterasi osilasi terjadi hingga iterasi. Kontroler mampu memperbaiki respon kembali dengan waktu sebesar sekon.. Kontrol adaptive fuzzy MIMO mampu mememperkecil osilasi level pada masing masing tangki.. Dengan pengaturan fungsi keanggotaan keluaran fuzzy dapat membantu menjaga level dari gangguan dengan waktu kurang dari sekon.. Dengan metode swicthing valve mampu menjaga error antara -. sampai,. DAFTAR REFERENSI [ ] Jian Wu, A Hybrid Control System Design and Implementation for a Three TankTestbed, IEEE. [ ] Kaminskas. Adaptive Fuzzy Control Of Nonlinear Plant With Changing Dynamics.,, Informatica,, Vol., No., [ ] Kaminskas. Learning Fuzzy Control Of Nonlinear Processes., Informatica,. Vol., No., 7. [] Kuswadi,Son, Sistem Kendali Cerdas 7.Andi: Jakarta [] Ogata, Modern Control System.99.USA. [] Suresh,srinivan, Integrated Fuzzy Logic Based Intelligent Control of Three Tank System.9. serbian journal of electrical engineering. [7] Tunyasrirut, Satean. Level Control In HorizontalTank By Fuzzy-Pid Cascade Controller,World Academy of Science, Engineering and Technology 7. Gambar. Respon Tangki dan beban berubah. Pada gambar dapat dilihat bahwa perubahan beban sangat mempengaruhi level air pada tangki.osilasi terjadi pada iterasi hingga iterasi