Sistem Pengendalian Level pada Coupled Tank menggunakan Static Sliding Mode Controller

Transkripsi

1 Seminar Naional enologi Informai, Komuniai dan Induri SNIKI 9 ISSN Prined : Faula Sain dan enologi, UIN Sulan Syarif Kaim Riau ISSN Online : Peanbaru, 8-9 Mei 07 Siem Pengendalian Level pada Coupled an menggunaan Sai Sliding Mode Conroller Dian Muryia eni Elero, Faula Sain dan enologi, Univeria Ilam Negeri Sulan Syarif Kaim Riau Jl. Soebrana No. 55 Peanbaru, dmuryia@uin-ua.a.id bra Coupled an merupaan iem yang erdiri dari dua angi yang aling erubung dan memilii inerai ilang anara mauan dan eluaran. Ole ebab iu pengendalian flow pada oupled an diperluan eingga level menjadi abil. Pengendali yang dipili adala Sai Sliding Mode Conroller SSMC. Peranangan SSMC didaari arena eooannya dalam menjaga eabilan iem yang dijamin dengan eabilan lyapunov. Meode yang digunaan adala eperimen dalam penenuan η dalam peranangan SSMC, emudian diimulaian unu melia repon yang diailan. Berdaaran ail analia, repon eluaran level pada oupled an menggunaan SSMC menunjuan performani yang bai. erbui dengan erapainya e poin pada edua angi, dengan nilai τ ebear 0.45 pada angi perama dan 0,4 unu angi edua, error yang minimum yaiu 0 di edua angi, dan eabilan lyapunov erpenui. Kaa uni: Coupled an, level, ai liding mode onroller. bra Coupled an are yem oniing of wo ineronneed an and ave ro-ineraion beween inpu and oupu. erefore, e flow onrol in e oupled an i required o a e level beome able. e eleed onroller i e Sai Sliding Mode Conroller SSMC. e deign of SSMC i baed on i robune in mainaining e abiliy of e yem wi i eured by lyapunov abiliy. e meod ued i an eperimen in deermining e η in deigning SSMC, en imulaed o ee e repone generaed. Baed on e reul of e analyi, oupu repone level on e oupled an uing SSMC owed good performane. I i proved by e aievemen of e poin on bo an, wi τ value of 0.45 a fir an and 0.4 for eond an, minimum error = 0 in bo an, and abiliy of lyapunov fulfilled. Keyword: Coupled an, level, ai liding mode onroller.. Pendauluan Pengendalian level pada oupled an berganung pada aliran flow pada angi au dan angi dua, arena pada oupled an memilii ineronei anara mauan dan eluaran [] []. Beberapa peneliian yang ela dilauan unu mengendalian level pada oupled an anara lain ; peneliian yang dilauan ole Leonardu Hara yag mengendalian level pada oupled an menggunaan Fuzzy-PI. Pada peneliian ini, jumla memberip funion pada logia fuzzy anga berpengaru pada repon plan. Semain banya jumla memberip funion, maa aan emain uli unu menenuan benu rule bae yang epa. Hal ini diperliaan eia rule bae dengan 3 memberip funion, diperluan wau 50,5 dei unu menapai epoin dan 76,3 dei pada rule bae dengan 5 memberip funion.[] Pada peneliian M. Sadli, iem oupled an diendalian menggunaan pengendali PI. Fou peneliian adala membandingan pengendali PI menggunaan eni deoupling dan anpa deoupling. Hail peneliian ini menyaaan bawa pengendali PI dengan eni deoupling memilii repon ranien yang lebi bai. Pengendali PI dengan deoupling memilii eling ime 38 dei dengan maimum overoo 0 % pada edua angi dan eling ime pengendali PI anpa deoupling memilii nilai ebear 78 dei dengan maimum overoo ebear 0, % pada edua angi []. Pada peneliian yang dilauan Qomarudin pengendalian level dilauan dengan pengendali PI DOF Degree Of Freedom deoupling dan pengendali PI dengan logia fuzzy berfungi ebagai pengaur parameer pengendali PI. Dari ail imulai, dapa diamai bawa pengendali PI DOF mengailan overoo di eiap perubaan epoin dan pengendali PI dengan logia fuzzy anya mengailan overoo di epoin perama dan ida mengailan overoo pada epoin beriunya [3].Berdaaran peneliian erai iem oupled an mai membuuan pengendali yang andal dan berperforma inggi yang mampu membua repon level memilii performani yang bai. Performani yang bai dinilai dari penapaian epoin, wau penapaian repon ime yang epa, dan eabilan yang robu[4]. Pengendali yang dipili adala SSMC, arena SSMC erenal aan eooannya dalam mengaai gangguan. Pemilian pengendali juga didaari pada eabilan 337

2 Seminar Naional enologi Informai, Komuniai dan Induri SNIKI 9 ISSN Prined : Faula Sain dan enologi, UIN Sulan Syarif Kaim Riau ISSN Online : Peanbaru, 8-9 Mei pengendali, dan dapa dijamin dengan rieria eabilan lyapunov [loine]. Dimana dalam peranangannya nilai n pada SSMC aru diaur menjadi poif defini.[5][6][7]. Meodologi Peneliian Meode Peneliian dimulai dengan udi lieraur, validai model maemai iem oupled an, emudian dilanjuan dengan peranangan pengendali SSMC, langa elanjunya adala menimulaian model maemai iem berama ail ranangan pengendali, dan dianalia ail dan pembaaan.. Pengujian Pemodelan Maemai Siem Coupled an Coupled an adala dua bua angi yang aling erubung dan memilii inerai ilang anara mauan dan eluaran. Level airan pada angi perama dinyaaan ebagai dan level airan pada angi edua adala. Bila inpu endali adala laju flow Q dan Q, maa variable yang aan diendali adala edua level dan. Hal ini menimbulan uau iem dengan dua angi yang aling berinerai [] [] [3] ambar Siem Coupled an [] [] [3] Pengendalian level pada angi :.. Pengendalian level pada angi :... emudian diranformaian dalam benu Mari ranfer Funion eperi beriu:...3 Dimana : g g Q d d g g Q d d Q Q..

3 Seminar Naional enologi Informai, Komuniai dan Induri SNIKI 9 ISSN Prined : Faula Sain dan enologi, UIN Sulan Syarif Kaim Riau ISSN Online : Peanbaru, 8-9 Mei 07 a,, g a g a g Keerangan: : lua penampang angi dan m α : lua penampang lubang eluaran angi dan dan aluran pengubung angi dan m : raio buaan aup valve pada lubang eluaran angi dan, : raio valve anara angi dan : einggian air eady ae pada angi dan g : graviai m/, : penguaan gain pompa dan m 3 /V., : einggian air pada angi dan dan : onana wau pada angi dan : onana wau anara dan Dengan nilai parameer diunjuan pada abel abel nilai parameer plan [] [] [3] Variabel Nilai m 66.5 α m u V u V 0% range 0% range m 3 /V m 3 /V Dengan menubiuian nilai parameer e peramaan di aa maa aan didapaan ranfer Funion eperi yang di bawa ini : Dengan menggunaan ranfer Funion di aa maa dapa dienuan formulai Deoupling dari Coupled an ebagai beriu: d

4 Seminar Naional enologi Informai, Komuniai dan Induri SNIKI 9 ISSN Prined : Faula Sain dan enologi, UIN Sulan Syarif Kaim Riau ISSN Online : Peanbaru, 8-9 Mei 07 d Peranangan Pengendali Sai Sliding Mode Conrol [5] [6] [7] ranfer Funion dari deoupling yang diunjuan pada peramaan 8 dan 9 aan dimialan menjadi ranfer funion dimana oefiien numeraor dan denumeraor dimialan menjadi variabel yang bernilai eap. Maa ranfer funion plan menjadi: dan a b a b Mialan : a = , a = b = , b = = , = Kemudian direpreenaian dalam benu peramaan diferenial dengan aumi bawa emua nilai awal adala nol, maa peramaannya dapa diuli ebagai beriu: a b u...0 Kemudian, ambil inyal error ebagai variabel ae: e, e, e Peramaan unu inyal error adala: e r r.. Karena epoin eap permaalaan referene, maa:... 3 Dengan ubiuian peramaan, dan 3 pada peramaan 0, eingga: a b r u 4 Didefiniian uau permuaan lunur : S 0 7 Maa aan dapa diari inyal endali dengan aumi bawa inyal endali naural adala nol, eingga: a br b u Seela didapa inyal endali eivalen maa dapa diemuan inyal endali naural: a br b u eq u N.. Seela peramaan 0 diubiuian e peramaan maa didapaan inyal endali naural eperi peramaan... Berdaaran analia eabilan Lyapunov maa dipili [9] : ign a br b u.5 a br b u...6 u eq u eq eq a a u N br b br b 340

5 Seminar Naional enologi Informai, Komuniai dan Induri SNIKI 9 ISSN Prined : Faula Sain dan enologi, UIN Sulan Syarif Kaim Riau ISSN Online : Peanbaru, 8-9 Mei 07 Dimana u N > 0 Suau onana poiif eingga menjadi: ign.3 Dengan demiian didapa unu inyal endali oal adala ebagai beriu: u u eq u N...4 u..5 Fungi dioninyu ignum diuba menjadi fungi oninyu aurai dengan ujuan unu mengilangan permaalaan aering pada pengendali SSMC [5][6]. Seingga peramaan 5 menjadi: u a br b ign a br b a 6 3. Hail dan Pembaaan 3. Hail Simulai dan Pembaaan Open Loop Siem Coupled an Hail imulai iem oupled an eara open loop euai dengan model maemai iem oupled an yang diunjuan pada peramaan 4,5,6 dan 7 dapa diimulaian eperi ambar a. 9 Open Loop Flow dd Level Level 4 Flow a b dd Level- 3 Se poin angi Se Poin angi Wau ambar. a Simulai Siem Coupled an Seara Open Lup b Repon Level Siem Coupled an eara Open Lup Hail Simulai Siem Coupled an eara open loop diunjuan pada ambar b. Siem Coupled an diberian mauan ebear pada angi perama dan mauan ebear 4 pada angi edua.[] []. Berdaaran ambar b diunjuan repon level ida mampu menjejai epoin yang diberian bai angi au aaupun angi edua. 3. Hail Simulai dan Pembaaan Peranangan Deoupling Siem Coupled an Hail imulai peranangan deoupling euai peramaan 8 dan 9, program imulai diunjuan pada ambar 3a dan ail repon diunjuan pada ambar 3b Deoupling angguan In In Deoupling Deoupling - dd dd Dp - Sope Dp - Level Se Poin angi 34

6 Seminar Naional enologi Informai, Komuniai dan Induri SNIKI 9 ISSN Prined : Faula Sain dan enologi, UIN Sulan Syarif Kaim Riau ISSN Online : Peanbaru, 8-9 Mei 07 a b ambar 3. a Simulai Siem Coupled an eela dilauan Deoupling, b Hail Keluaran Menggunaan Deoupling dengan angguan pada angi Hail imulai repon level eela dilauan deoupling diunjuan pada ambar 3b, emenara program imulai diunjuan pada ambar 3a. Berdaaran ambar 3b dieaui bawa iem Coupled an ela berail di deouple, eingga gangguan yang diberian pada angi perama anya berpengaru pada angi perama dan ida berpengaru pada angi edua. Dengan demiian, dapa diranang pengendali ai liding mode. 3.3 Hail Simulai dan Pembaaan Peranangan Pengendali Sai Sliding Mode Conroller Peramaan 6 diimulaian dan diunjuan pada ambar 4 dengan epoin yang ingin diapai adala 3 pada angi perama dan 5 pada angi edua. Hail imulai diunjuan pada ambar 5 Se Poin dd r e SMC Lev el 0 ain4 In Deoupling- Flow- Lev el- Se Poin dd e r SMC Lev el In Deoupling- Deoupling Flow- Coupled an Lev el- Oupu Sep8 Sep9 dd6 0. dd7 Manual Swi 0 ain3 Sep0 ain Produ ambar 4. Simulai Peranangan Pengendali SSMC Level.5 Se Poin Oupu 0.5 Se Poin Oupu Wau ambar 5. Hail Simulai Pengendali SSMC Pada Siem Coupled an 34

7 Seminar Naional enologi Informai, Komuniai dan Induri SNIKI 9 ISSN Prined : Faula Sain dan enologi, UIN Sulan Syarif Kaim Riau ISSN Online : Peanbaru, 8-9 Mei 07 Berdaaran ambar 5 SSMC mampu membua repon level menjejai epoin yang diberian yaiu pada angi dan 4 pada angi. Unu membuian ail repon yang bai aan dianalia dari ii repon ranien, error eady ae dan eabilan lyapunov. Hail analii erai al erebu diampilan pada abel abel. nalia Hail Repon Simulai Siem Coupled an dengan Pengendali SSMC angi angi Τ 0,45 0, r d e 0 0 Lyapun ov erpenui erpenui Berdaaran abel diunjuan bawa pengendali SSMC dapa menjejai epoin yang diberian, dengan wau repon yang epa τ = 0,45 pada angi dan τ = 0,4 pada angi dan error eady ae minimum e = 0 diedua angi. 3.4 nalia Keabilan Lyapunov Meode yang digunaan unu menguji eabilan pada pengendali SSMC adala meode eabilan lyapunov yaiu ebagai beriu : V SS 0 V S a br b a br b un 0 V S u 0.7 Dengan u n : u N ign S N 8 V S ign S 0. 9 V Sign S V S V Berdaaran pengujian eabilan Lyapunov pengendali SSMC memenui peramaan V SS 0 dengan pemilian nilai η yang bernilai poiif defini. Berdaaraan ail eperimneal nilai η yang dipili adala unu angi au dan unu angi dua. 4. Keimpulan. Repon ime dan eabilan yang diinginan pengendali ai liding mode onrol pada oupled an ela berail diapai diunjuan eara viual dan dapa dibuian eara analii. Berdaaran ail analia viual dan idenifiai iem eara analii e poin erapai pada edua angi dengan repon wau yang minimum.. Repon wau berdaaran nilai τ yang didapa yaiu ebear 0,45 unu angi au dan 0,4 unu angi dua. Sera eabilan lyapunov erpenui yang dibuian dengan nilai η yang digunaan poiif defini yaiu ebear unu angi au dan unu angi dua. 343

8 Seminar Naional enologi Informai, Komuniai dan Induri SNIKI 9 ISSN Prined : Faula Sain dan enologi, UIN Sulan Syarif Kaim Riau ISSN Online : Peanbaru, 8-9 Mei 07 Uapan erima Kai Penuli menguapan erimaai epada maaiwa : Ilam mad yang ela membanu melaanaan peneliian ini Dafar Puaa [] L. H. M. Pura, Deain Pengauran Level Pada Coupled an Proe Rig Menggunaan Konroler Self-uning Fuzzy PID Hybrid, Surabaya: Iniu enologi Sepulu November, 0. [] Sadli Muammad. Deain Kendalier PI dengan Deoupling pada Siem Kendali Level Coupled an..univeria Maliuale,Loumawe,e Uara. 04 [3] Qomarudin, Moamad Nur. Koroler Fuzzy PI unu Plan Coupled an. IS Surabaya.03 [4] Ogaa, Kauio. Modern Conrol Engineering. Four Ediion.Prenie Hall.00 [5] Zang Yongang and Zao Zengming. Comparaive Sudy of PI, Sliding Mode and Fuzzy Logi Conroller for Roor Field Oriened Conrolled Induion Moor, IEEE ranaion on Power Eleroni 008. [6] Herlambang egu. Deain Pengandalian Keinggian ir dan emperaure uap pada iem eam drum boiler dengan meode liding mode onrol SMC. Juruan Maemaia Faula Maemaia dan Ilmu Pengeauan lam, IS Surabaya.00 [7] W. L. Sloine. pplied Nonlinear Conrol. Prenie Hall