BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA HASIL SIMULASI. III, aspek keseluruhan dimulai dari Bab I hingga Bab III, maka dapat ditarik

Transkripsi

1 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA HASIL SIMULASI Pada bab ini akan dibahs mengenai pengujian control reheat desuperheater yang telah dimodelkan pada matlab sebagaimana yang telah dibahas pada bab III, aspek keseluruhan dimulai dari Bab I hingga Bab III, maka dapat ditarik analisa yang telah didapatkan dari grafik hasil simulasi. Sehingga pada akhirnya akan menjawab tujuan dari penelitian tugas akhir yang telah ditetapkan 4.1 Pengujian Temperature Transmitter Adapun pengujian Temperature Transmitter dilakukan dengan memasukkan sinyal input temperature pada Matlab simulink : Gambar 4.1 Model Temperature Transmitter pada Simulink 65

2 66 Gambar 4.2 Hasil Pengujian Temperature Transmitter 4.2 Pengujian Control Valve Adapun pengujian Control Valve dilakukan dengan memasukkan sinyal input 4 20 ma pada Matlab simulink : Gambar 4.3 Model Control Valve pada Simulink

3 67 Gambar 4.4 Hasil Pengujian Control Valve 4.3 Pengujian Open Loop Uji open loop dimaksudkan untuk mengetahui karakteristik sistem secara keseluruhan dengan pengendali diposisikan pada mode manual. Pada pengujian kali ini semua komponen sistem digabungkan menjadi satu,yaitu mulai dari Temperature Transmitter, Control Valve, Desuperheater dan pengendali ( PID ). Nilai sinyal step yang diberikan disesuaikan dengan setpoint yang telah ditentukan yaitu sebesar 540 o C. Diharapkan nilai temperature maksimum yang tercapai pada kondisi steady state adalah sebesar 540 o C Blok pengujian pada Matlab ditunjukkan pada gambar dibawah :

4 68 Gambar 4.5 Blok diagram pengujian open loop Gambar 4.6 Pemodelan Pengendalian Open Loop pada Matlab Gambar 4.7 Hasil Pengujian Desuperheater Reheat Spray Open Loop

5 69 Pada pengujian open loop ( tanpa pengendali balikan ) diharapkan hasil dari MV tidak melebihi dari batas setpoint, akan tetapi berdasarkan dari hasil yang didapatkan dari percobaan open loop, nilai dari MV (manipulated value) melebihi dari nilai setpoint ( 200 o C ) pada risetime >90 sec kemudian dan terus menanjak naik. 4.4 Tuning Parameter Controller Untuk mendapatkan kinerja sistem control yang memiliki performansi yang handal dan kualitas pengendalian yang optimal, maka parameter dalam controller juga harus memiliki nilai yang optimal. Hal pertama yang diperlukan untuk menentukan nilai optimal adalah mendapatkan variabel nilai penguatan dengan mengetahui kestabilan sistem. Kestabilan sistem dapat dicari dengan menentukan persamaan karakteristik dan pole-pole pada fungsi transfernya. Gambar 4.8 Blok diagram pengendalian tertutup ( Close Loop )

6 70 Berdasarkan dari pemodelan yang telah dibahas pada bab sebelumnya, maka dari nilai transfer function yang didapatkan dibuatkan pemodelan system pengendalian tertutup ( Close Loop ) pada Matlab,sebagai berikut : Gambar 4.9 Pemodelan System Desuperheater dengan pengendali Close Loop pada Matlab 4.5 Metode Tuning Ziegler Nichols Adapun pengambilan data yang akan dilakukan adalah melakukan tuning parameter menggunakan metode Ziegler Nichols, sebagai berikut : Metode Kurva Reaksi Adapun penalaan parameter pada metode ini yaitu sebagai berikut : Tabel 4.1 penalaan parameter metode kurva reaksi

7 71 Adapun langkah langkah dalam penalaan parameter sebagai berikut : 1. Tentukan terlebih dahulu nilai dari L ( dead time ) dari kurva reaksi 2. Kemudian tentukan nilai dari T ( time delay ) dar i reaksi terhadap system hingga tercapai setpoint. 3. Lakukan penalaan sesuai dengan rumusan yang diberikan 4. Lakukan hal no 1,2,3 sampai mendapatkan nilai reaksi yang sesuai dengan system yang dinginkan. Berdasarkan langkah langkah diatas terlebih dahulu ditentukan nilai L = 0.75 s dan T = 2.6 s,maka didapat nilai Kp = 3.12,Ti = 2.5,Td = 0 Gambar 4.8 Grafik Pengendali PI Ziegler Nichols Dari grafik diatas terlihat bawa hasil pengendali PI untuk system mempunyai maximum oveshoot ( MO ) = 11%, settling time detik ke 12, rise time = 7 s, peak time = 7.5 s dan error steady state ±4%. Hal ini berarti pembukaan dari

8 72 control valve terlambat 5 s untuk mengalirkan air,sehingga temperature beranjak naik sampai 570 C. Gambar 4.9 Setpoint 400 o C dan noise signal o C Gambar 4.10 Setpoint 470 o C dan noise signal o C

9 73 Tabel 4.2 Parameter kualitatif kurva reaksi Set Point Mp (%) Ess (%) Settling time (s) Rise time (s) % 1% 11 s % 0.9% 12 s 7 s 7.5 s % 0.1% 12 s 6.8 s 7 s Peak time (s) Dengan menggunakan nilai L dan T yang sama,maka didapatkan besaran Kp = 4.16, Ti = 1.5, Td = untuk pengendali PID. Gambar 4.11 Setpoint 470 o C dan noise signal o C Dari grafik diatas terlihat bawa hasil pengendali PID untuk system mempunyai maximum oveshoot ( MO ) = 21%, settling time detik ke 11, rise time = 6 s, peak time = 7 s dan error steady state 0%. Kontrol ini lebih bagus dibandingkan dengan control PI, dimana control PID mempunyai rise time lebih cepat dari control PI, akan tetapi maximum oversoot lebih besar dari control PI. Oleh karena itu waktu rise timenya lebih cepat sehingga lebih awal untuk mencapai nilai setpoint. Hal ini berarti respon dari control valve mampu

10 74 menjaga temperature pada nilai setpoint meskipun terjadi gangguan perubahan temperature. Tabel 4.3 Perbandingan pengendali PI dan PID Control Set Point Mp (%) Ess (%) Settling time (s) Rise time (s) PID % 0% 11 s 6 7 PI % 1% 12 s 6.8 s 7 s Peak time (s) Metode Osilasi Adapun penalaan parameter metode osilasi yaitu sebagai berikut : Tabel 4.4 Penalaan parameter PID metode Osilasi P PI PID Kp K CR /2 K CR /2.2 K CR /1.7 Ki 0 P CR /1.2 P CR /2 Kd 0 0 P CR /8 Adapun langkah langkah dalam melakukan penalaan parameter metode osilasi yaitu sebagai berikut : 1. Tentukan nilai Td = 0, Ti = 0 kemudian berikan nilai pada Kp secara bertahap sampai kurva berosilasi ( Kp = Kcr ) dengan magnitude tetap. Nilai penguatan

11 75 proportional pada saat sistem mencapai kondisi sustain oscillation disebut ultimate gain K CR 2. Penalaan parameter PID didasarkan terhadap kedua konstanta hasil eksperimen, K CR dan P CR. Ziegler dan Nichols menyarankan penyetelan nilai parameter K p, T i,dan T d berdasarkan rumus yang diperlihatkan pada Tabel 4.4 Gambar 4.12 Grafik osilasi dengan nilai Kp = 50, Ti = 0, Td = 0 Berdasarkan grafik diatas terlihat bahwa adanya osilasi dari PV yang mengikuti noise temperature dan tidak pernah tercapai settling time,selain itu adanya keterlambatan reaksi system pada detik ke 5. Dari besaran Kp yang didapat maka kita dapat menentukan nilai dari Kcr ( Kp = Kcr = 50 ) dan Pcr = 6.

12 76 Gambar 4.13 Grafik pengendali PI Kp = 22.7, Ti = 5, Td = 0 Pada penalaan parameter dengan pengendali PI didapatkan hasil simulasi seperti terlihat pada grafik diatas dimana didapat nilai MO = 17.5 %, dead time = 2.5 s, peak time = 5 s, rise time = 4 s, settling time = 8 s, error steady state = 0,4 %. Hal ini berarti respon dari control valve mampu menjaga temperature dibawah nilai setpoint. Gambar 4.14 Grafik pengendali PID Kp = 29.4, Ti = 3, Td = 0.75

13 77 Pada penalaan parameter dengan pengendali PID didapatkan hasil simulasi seperti terlihat pada grafik diatas dimana didapat nilai MO = 15 %, dead time = 1 s, peak time = 3 s, rise time = 2 s, settling time = 7 s, error steady state = 0,4 %. Hal ini berarti respon dari control valve mampu menjaga nilai temperature berada dinilai setpoint,meskipun gangguan temperature berada diatas nilai setpoint 4.6 Uji Respon Sistem Pengendalian Penyajian hasil simulasi ditampilkan dalam bentuk grafik respon keluaran sistem, sinyal keluaran kontroller dan prosentase error. Sistem yang telah dirancang diuji dengan lima pengujian, yaitu uji respon masukan step dan uji tracking setpoint Uji Respon Masukan Step Pada uji ini kondisi sistem ideal tanpa adanya gangguan diberikan masukan step (tangga satuan) dengan setpoint yang sesuai dengan kondisi operasi normal sistem yang diinginkan. Uji Tracking Setpoint Uji ini digunakan untuk mengetahui sejauh mana kemampuan pengendali dalam mengatasi kondisi pada saat diberikan gangguan internal berupa perubahan setpoint.

14 Uji Respon Sistem Pengendalian dengan Parameter hasil tuning metode Ziegler Nichols Uji Respon Step Setelah nilai parameter controller PID dengan metode Ziegler Nichols didapatkan maka akan disimulasikan untuk melihat bagaimana respon sistem control dengan parameter tersebut. Adapun respon sistem control ketika dihadapkan pada nilai pada perubahan nilai setpoint. Gambar 4.15 Grafik pengendali PID Ziegler Nichols dengan setpoint 400 Gambar 4.16 Grafik pengendali PID Ziegler Nichols dengan setpoint 420

15 79 Gambar 4.17 Grafik pengendali PID Ziegler Nichols dengan setpoint 380 Tabel 4.5. Kriteria kualitatif perubahan set-point dengan Parameter PID Ziegler Nichols Set Point MO (%) Ess (%) Settling time (s) %, 0.4 % 8 s % 0.23 % 9 s % 8 % 9 s Berdasarkan table 4.5 terlihat bahwa pengendali system ini respon terbaik pada setpoint tinggi, dimana nilai dari Ess= 0.23 hal ini berarti nilai dari PV hampir mendekati nilai setpoint dengan settling time yang relatif cepat untuk mencapai nilai kestabilan temperature. Akan tetapi respon pengendali akan kurang maximal pada setpoint rendah dengan nilai Ess =8%.

16 Uji Tracking Setpoint Untuk pengetahui dinamika pergerakan respon dari system pengendali dengan berbagai kondisi. Dengan tujuan melihat kecepatan waktu respon serta keterlambatan system pengendali pada awal pertama ( dead time ). Gambar 4.18 Respon system control dengan pengujian tracking setpoint Respon system pengendalian pada kondisi seperti gambar 4.18 dengan setpoint awal 300 o C dan setpoint akhir 400 o C. Pada saat setpoint 300 o C memiliki MO = 0.6 % dan ketika setpoint 400 o C memiliki MO = 12.5 %. Untuk keadaan steady state awal yaitu 9 s, untuk keadaan steady state pada pulsa berikutnya pada detik ke 2 dari keadaan dead time (detik ke 1). Hal ini berarti adanya keterlambatan respon selama 2 s dari control valve ketika terjadi perubahan temperature Uji Respon dengan metode Cohen Coon Sebagai pembanding uji respon system pengendali temperature maka pada tahap ini metode yang digunakan ialah Metode Cohen Coon. Adapun penalaan parameternya sebagai berikut :

17 81 Tabel 4.4 Penalaan parameter metode Osilasi Tipe Kontroller P PI Kc Ti Td T 1 L 1 K L 3 T T 1 T 0,9 K L 12 L 1 L 30 3 T L - L 9 20( T ) PID T 4 1 L K L 3 4 T 1 L 32 6 T L L 13 8( T ) 4 L L 11 2( T ) Uji Respon Step dengan Pengendali metode Cohen Coon Gambar 4.19 Respon system control terhadap set point step menggunakan Metode Cohen Coon Pengujian respon system pengendali menggunakan metode Cohen Coon dengan nilai Kp = 11.18, Ti = 5.08, Td = 0.35 merupakan uji respon pembanding dengan metode Ziegler Nichols untuk pengujian pengendali temperature. Berdasarkan gambar 4.14 terlihat bahwa dead time yang dimiliki oleh metode ini lebih lama dari pada metode Ziegler Nichols yaitu sebesar 2 s,

18 82 hal ini berarti pengendali akan merespon kondisi system 2 s kemudian. Selain itu untuk rise time = 4 s, settling time = 9 s hampir sama dengan metode Ziegler Nichols. Untuk MO = 20 % lebih tinggi dari metode Ziegler Nichols ( MO = 15 % ) dan Ess = 0.25 % Uji respon tracking setpoint Gambar 4.20 Respon system control dengan tracking setpoint Adapun uji respon tracking setpoint ini dimasudkan untuk mengetahui kualitas respon dari system pengendali terhadap perubahan setpoint untuk menjaga kehandalan system yang dikendalikan. Dari gambar 4.20 didapatkan beberapa parameter kualitas pengendali yaitu MO = 10 %, steady stae awal = 9 s dan untuk steady state berikutnya detik ke 2 dari kondisi dead time yaitu detik ke 2 dari perubahan respon.