PERANCANGAN DAN SIMULASI FEEDFORWARD AUTOTUNING PID DECOUPLING TITO SYSTEM KOLOM DISTILASI METANOL-AIR

Transkripsi

1 Prodng Smnar Naonal Manajmn Tknolog XVIII Program Stud MMT-ITS, Surabaya 7 Jul 13 PERANCANGAN AN SIMULASI FEEFORWAR AUTOTUNING PI ECOUPLING TITO SYSTEM OLOM ISTILASI METANOL-AIR Ral Harudan 1), atjuk Atrowulan ), dan Al Faton 3) Juruan Tknk Elktro 1,,3) Inttut Tknolog Spuluh Nopmbr Surabaya ampu ITS puth Sukollo Surabaya 61 INONESIA -mal: ral_harudan@yahoo.co.d, katjuk@.t.ac.d ), faton@.t.ac.d 3) ABSTRA Umumnya, pro yang ada d ndutr adalah tm multarabl. Salah atu contohnya adalah tm TITO (Two-Input-Two-Output) pada plant kolom dtla bnr mtanol ar. Cro-couplng dar arabl pro mmbuatnya ult bag orang ngnr untuk mrancang kontrolr tap loop cara ndpndn. Pmbran paramtr kontrolr alah atu loop brdampak pada prforma loop yang lan, trkadang ampa mmpngaruh tngkat ktablan luruh tm. Untuk mnylakan maalah d ata, pada pnltan n dgunakan bbrapa mtod yatu fdforward, kontrolr PI, dan dcouplr. Pnambahan kontrolr fdforward dan dcouplr brtujuan untuk mnngkatkan knrja tm. ontrolr fdback yang dgunakan adalah kontrolr PI tandar dntrala dangkan kontrolr fdforward ddaarkan pada modl pndkatan dar tm cara trpah. Anala robutn dgunakan dalam pnltan n untuk mndapatkan paramtr kontrolr fdforward. Autotunng PI dntrala yang dgunakan brdaarkan gan dan pha margn yang dtntukan olh ur. Hal yang ddapatkan dalam pnltan n adalah rpon tm dapat mngkut modl rfrn yang dbrkan dngan nla rror trkcl bar,69 pada produk ata dan,849 pada produk bawah. ata kunc: TITO, fdforward, dcouplr, Autotunng, kontrolr PI dntrala, kolom dtla bnr. PENAHULUAN Banyak pnlt blumnya, malnya Vnant dan Luybn [1], Wood dan Brry [], dan Ogunnak dan Ray [3], tlah mmplajar bbrapa modl multloop control ytm, dmana ngl-nput-ngl-output (SISO) controllr brtndak dngan cara multloop. Untuk tm prt tu, ntrak loop dapat tmbul dan mnybabkan kultan dalam dan umpan balk kontrolrnya. Cro-couplng dar arabl pro mmbuatnya ult bag orang ngnr untuk mrancang kontrolr tap loop cara ndpndn. Pmbran paramtr kontrolr alah atu loop brdampak pada prforma loop yang lan, trkadang ampa mmpngaruh tngkat ktablan luruh tm. Untuk mmatkan agar tm ttap tabl, bbrapa ndutr mrancang multloop kontrolr untuk d-ttng tdak trlalu ntf trhadap maukan. Hal n mnybabkan opra tdak fn dan mmakan baya nrg yang lbh tngg. [4] Pran mngmbangkan produr dan yang bak untuk kontrolr PI pro multarabl ttap mnjad maalah yang ult. [5]Sad Taakol dan Ian Graffn rta [6]Pontu Nordfldt dan Tor Hagglund mnlt tunng PI dntrala untuk mngndalkan tm dcouplng TITO (Two-Input-Two-Output). Tunng yang dlakukan olh Sad Taakol dan Ian Graffn mtod Bggt Log Modulu Tunng (BLT) dangkan A-4-1

2 Prodng Smnar Naonal Manajmn Tknolog XVIII Program Stud MMT-ITS, Surabaya 7 Jul 13 Pontu Nordflt dan Tor Hagglung mnggunakan mtod Non-mntonal Tunng (NT). Namun pnntuan tunng n mah ult dlakukan, halnya tm mah trjad orhoot. mudan pnltan n dlanjutkan olh [7] Stfano Pcaggl dngan mnambahkan kontrolr fdforward pada dan dcouplng tm. Modl n angat cocok untuk tm yang mmlk dlay tm yang tngg prt kolom dtla bnr. ontrolr fdforward yang dgunakan olh Stafano pcaggl tlah dtlt blumnya olh [8] A Faan dan S Skogtad untuk mngurang rror output agar kontrolr PI yang dgunakan lbh fktf. Tunng yang dlakukan olh Stfano Pcaggl cara manual ama prt yang dlakukan olh Sad Taakol. Hal pnltan yang dlakukan olh Stfano Pcaggl lbh bak dar blumnya dan dapat mngurang orhoot pada rpon tm. Namun, mtod tunng manual pada kontrolr n dapat mmakan waktu yang lama. Slan tu, algortma n mmbutuhkan pnytlan modl dnam cara rnc untuk pro multarabl dan tdak cocok untuk tunng onln.[4] Harold L. Wad mnlt tntang dcouplng pada tm TITO untuk mngurang ntrak control loop.[9] Pada pnltannya tm dcouplng mmbrkan kuntungan. Slan dapat mngurang ntrak control loop, tm dcouplng tdak mngganggu ktablan tm. lan, Wang t al.[1] mngmbangkan produr untuk autotunng PI multarabl dar umpan balk rlay. Autotunng dar kontrolr PI dntrala yang dlakukan olh Wang t al tdak mmakan waktu dalam pnntuan paramtr kontrolr PI dntrala dan halnya mnunjukkan bahwa autotunng paramtr PI untuk tm dcouplng TITO dapat mngurang orhoot. Sbaga alah atu tm mutarabl yang palng pntng d dalam pro uatu ndutr, TITO mrupakan topk hangat bag para pnlt untuk mnganal waktu yang lama. Pada pnltan n, tm multarabl pada kolom dtla bnr mtanol ar akan dkndalkan dngan modl fdforward yang duulkan olh Stfano Pcaggl untuk mngurang rror output agar dapat mnngkatkan prforma kontrolr PI yang dgunakan. Pnntuan paramtr kontrolr PI dlakukan dngan autotunng kontrolr PI untuk tm dcouplng yang duulkan olh Qng Guo Wang dngan nla gan dan pha margn yang dtntukan.[] Hal dar pnltan n yatu kontrolr dapat mnghlangkan orhoot dan mngurang rror tady tat dngan nla rror tady tat ±5% dan mmbuat tm lbh tabl hngga dapat mmprbak prforma tm. Slan tu, prmaalahan dalam pnntuan paramtr kontrolr cara manual dapat trata dngan mtod autotunng hngga tdak mmakan waktu yang lama dalam dan paramtr kontrolrnya. Sbaga mtod pmbandng, hal pnltan n dbandngkan dngan hal pnltan yang dlakukan olh Wang yang mnggunakan PI couplng. METOE aumkan bahwa kolom dtla bnr ddkat dngan Frt Ordr Plu ad Tm (FOPT) prt pada Pramaan -1. [7] L L T T 1 1 P ( ) -1 L L T T 1 1 ( - ( A-4-

3 Prodng Smnar Naonal Manajmn Tknolog XVIII Program Stud MMT-ITS, Surabaya 7 Jul 13 d mana, ( L L) ( T ( T ( T ( T 1) 1) 1) 1) ( LL ) ( L L) ( LL ) f L f L f L f L f L f L f L f L L L L L L L L L -4 Opn loop tranfr functon matrk dcoupld proc H( ddapatkan dar prkalan antara Pramaan -1 dan Pramaan -. H( H : P( ( -5 H d mana ~ H Tz 1 ~ ~ ( T 1)( T 1) 1 1, -6 d mana mn{ L ( L ( L L L mn{ L )} )} ( L ( L L L ), L ), L -7 Lalu, bntuk modl rfrnc dtntukan olh Pramaan -8. Tz 1 M -8 1 ( 1) d mana A-4-3

4 Prodng Smnar Naonal Manajmn Tknolog XVIII Program Stud MMT-ITS, Surabaya 7 Jul 13 1 f Tz f Tz kontanta waktu modl rfrn loop Sdangkan gan fdforward dprolh dar Pramaan -1 ~ ~ M ( T1 1)( T 1) G ~ 1 H ( 1) ( T 1) z -9-1 d mana f Tz - 1 f Tz Untuk mncar nla 1 dan dgunakan anala robutn M H G - 1 H C d mana C ( mrupakan tranfr functon dar kontrolr PI. ngan mlhat pramaan data H M 1 ~ ( ) H -13 r 1 H C Shngga, ak fdforward mngubah pngndalan jka H ( ), ( ) 1 S f f M ~ 1-14 H Stlah mndapatkan pramaan plant dan kontrolr fdforward, langkah lanjutnya adalah mrancang kontrolr PI dntrala. alam tunng kunal d ata, mtod tunng yang drhana tunng PI danjurkan mnntukan gan margn dan pha margn yang tpat [1]. Tdak prt mtod lan yang udah ada dalam katgor yang ama d mana aum pada dnamka pro yang dbuat untuk mnydrhanakan maalah non-lnar dtmu dalam prhtungan, mtod n dapat mnghalkan olu yang tpat untuk pro lnr cara umum ua dngan blum dtntukan gan dan pha margn jka olu ada. Aumkan bahwa tranfr functon pro SISO adalah dan pfka tm kontrol yang dbrkan dalam hal gan margn A m dan pha margn m. Paramtr PI dapat dtntukan baga brkut: 1 P R Am jwp ) -16 A-4-4

5 Prodng Smnar Naonal Manajmn Tknolog XVIII Program Stud MMT-ITS, Surabaya 7 Jul 13 1 w p wg. I X p wg X g w p -17 wg w p 1 X p X g w p wg. -18 wg w p wg w p d mana X p xp( j m ) Im jwg ) dan X g Im A m 1 jw p ) xp( j m ) 1 R R jwg ) Am jw p ) HASIL AN PEMBAHASAN olom tla Bnr mrupakan plant dngan tm TITO yang mmlk pramaan tranfr functon dngan pndkatan Frt Ord Plu ad Tm.[7].8 P ( Mnurut Pramaan. dan Pramaan.3, dprolh matrk dcouplng baga brkut. ( (16.7 1) (. 1).34(14.4 1) 4 1 (1.9 1) Brdaarkan Pramaan.6, ddapatkan matrk H( dngan komponn H (14.4 1) ( 1)(1.9 1) 7 dan H (16.7 1) ( 1)(1.9 1) 7 A-4-5

6 Prodng Smnar Naonal Manajmn Tknolog XVIII Program Stud MMT-ITS, Surabaya 7 Jul 13 kmudan dar hal prhtungan trbut dlakukan pndkatan dngan mtod lat quar SOPT hngga ddapatkan ~. 63 H dan H ~ Brdaarkan Pramaan.7, maka ddapatkan tranfr functon modl rfrn baga brkut dngan mmlh nla dan M 1( dan M Sua Pramaan., dprolh G 1 ( ( )(. 1).87( )( ) dan G 17.45( )(8.84 1) Stlah mndapatkan paramtr kontrolr fdforward dan dcouplng, langkah lanjutnya mntunng paramtr kontrolr PI dlakukan cara offln dngan mmbrkan nla pfka gan margn dan pha margn ua dngan modl rfrnc, dangkan dtntukan brdaarkan pngalaman ur. Pada loop ata, untuk nla gan margn = 5.6, pha margn = dan =.5. Pada loop bawah, untuk nla gan margn =.7, pha margn = dan = 1.8. Maka, ddapatkan dan kontrolr PI yatu PI dan untuk loop ata dngan = 1., loop bawah = PI dan untuk loop ata dngan = 1.8, loop bawah = PI Stlah prancangan kontrolr udah dlakukan langkah lanjutnya yatu mlakukan pngujan tm mlput pngujan tm dngan nyal rfrn brupa unt tp. Gambar 1 mnunjukkan rpon produk ata dngan kontrolr PI dcouplng fdforward yang palng mndkat modl yatu dngan nla =1,. araktrtk rpon tm produk ata dngan nla yang brubah dajkan pada Tabl 1. A-4-6

7 Prodng Smnar Naonal Manajmn Tknolog XVIII Program Stud MMT-ITS, Surabaya 7 Jul 13 Tabl 1. araktrtk Rpon Produk Ata Prubahan lay Tm Sttlng RMSE nla tm Contant Tm τd (dtk) τ (dtk) τ (dtk) =, =1, =1, Gambar mnunjukkan rpon produk bawah dngan kontrolr PI dcouplng fdforward yang palng mndkat yatu rpon dngan nla =1,5. araktrtk rpon tm produk bawah dngan nla yang brubah dajkan pada Tabl. Gambar 1 Rpon Produk Ata olom tla Bnr dngan kompo rfrn bar 96.%. Gambar Rpon Produk Bawah olom tla Bnr dngan nyal rfrn bar.5%. Tabl. araktrtk Rpon Produk Bawah Prubahan lay Tm Sttlng RMSE nla tm Contant Tm τ d (dtk) τ (dtk) τ (dtk) =, =1, =1, A-4-7

8 Prodng Smnar Naonal Manajmn Tknolog XVIII Program Stud MMT-ITS, Surabaya 7 Jul 13 ESIMPULAN AN SARAN ar hal prcobaan yang udah dlakukan blumnya, dapat dtark kmpulan bahwa dcouplr dapat mngurang pngaruh cro couplng pada pro TITO. ontrolr PI dcouplng tm dapat mngndalkan pro cro couplng dngan bak namun mah trjad orhoot. mudan orhoot n data dngan mnambahkan kontrolr fdforward. Hal yang ddapatkan, rpon lbh bak dan tdak trjad orhoot. Prubahan nla mnntukan nla paramtr kontrolr PI yang dgunakan hngga mmpngaruh knrja kontrolr trhadap rpon tm. Untuk produk ata, nla yang darankan adalah 1, yang mnghalkan RMSE trkcl bar,69, dangkan untuk produk bawah nla yang darankan adalah 1,5 yang mnghalkan RMSE trkcl bar,849. Namun, mah ada kkurangan yang prlu dprhatkan yatu cara pmlhan pfka modl untuk mndapatkan paramtr kontrolr yang tpat agar rpon dapat dkndalkan dngan bak. Untuk pnltan lanjutnya prlu dkmbangkan mtod pmlhan pfka modl yang tpat. AFTAR PUSTAA [1] C.. Vnant, W.L. Luybn. (197) Exprmntal tud of dtllaton dcouplng, m. Tolluu, Vol. 9, p [] R.. Wood, M.W. Brry. (1973). Trmnal compoton control of bnary dtllaton column, Chm. Eng. Sc, Vol. 8, pp [3] B.A. Ogunnak, W.H. Ray. (1979). Multarabl controllr dgn lnar ytm hang multpl tm dlay, AIChE Journal, Vol. 5, pp [4] Q.-G. Wang, B. Huang, X. Guo. (). Auto-tunng of TITO dcouplng controllr from tp tt, ISA Tranacton, Vol. 39, pp [5] S. Taakol, I. Grffn, P. J. Flmng. (6). Tunng of dcntralzd PI (PI) controllr for TITO proc, Control Engnrng Practc, Vol. 14, pp [6] P. Nordfldt, T. Hagglund. (6). couplr and PI controllr dgn of TITO ytm, Journal of Proc Control, Vol. 16, pp [7] S. Pccagl, A. Vol. (). A fdforward plu couplng Control gn for St- Pont Followng of TITO Proc, Amrcan Control Confrnc, Vol. 9, pp [8] A. Faan, S. Skogtad. (4). Fdforward control undr th prnc of uncrtanty, Europan Journal of Control, Vol. 1, pp [9] H. L. Wad. (1997). Inrtd dcouplng: a nglctd tchnqu, ISA Tranacton, Vol. 36, No. 1, pp [1] Q-G. Wang, B. Zou, T-H. L, Q. B. (1997). Auto tunng of mult-arabl PI controllr from dcntralzd rlay fdback, Automatca, Vol. 33, pp [] Q.-G. Wang, H.-W. Fung, Y. Zhang. (1999). PI tunng wth xact gan and pha margn, ISA Tranacton, Vol. 38, pp A-4-8