Teknik Sistem Pengaturan Teknik Elektro - Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Transkripsi

1 Teknik Sistem Pengaturan Teknik Elektro - Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember

2 Perancangan Kontroler Fuzzy PD untuk Kontrol Toleransi Kesalahan Sensor Oleh Moch Hafid [ ] Dosen Pembimbing: Dr. Trihastuti Agustinah, ST., MT

3 TC 21 TT 21 T(t) T(t) [F] V Steam w(t) Feed f(t) T Codensate Product f(t) T(t)

4 Latar Belakang Permasalahan Tujuan CSTR shutdown Sensor Fault

5 Latar Belakang Permasalahan Tujuan Continuous stirred tank reactor merupakan suatu tangki reaktor yang sensitive terhadap perubahan suhu. Merancang suatu sistem kontrol cerdas untuk mengkompensasi kesalahan sensor agar mampu menjaga suhu sistem tetap dalam keadaan yang diinginkan.

6 Latar Belakang Permasalahan Tujuan Memastikan tercapainya kinerja sistem terbaik dan kesalahan pengukuran sensor yang terjadi tidak menyebabkan kegagalan sistem secara keseluruhan.

7 Model CSTR Desain Kontroler Skenario Kesalahan Model Dinamis CSTR plant: fρ i h i t fρ o h o t = d[vρu(t)] dt TC 21 TT 21 T(t) T(t) [F] V Tabel 1. Parameter CSTR plant No. Parameter Simbol Nilai Satuan Steam w(t) Feed f(t) T Codensate Gambar 1. Proses Pemanasan pada CSTR Product f(t) T(t) 1. Heat Transfer Area A 241,5 ft 2 2. Heat Capacity of Coil C m 265,7 Btu/ o F 3. Kapasitas Panas Koil C v 2,1 Btu/lb. o F 4. Kapasitas Panas liquid C p 0,80 Btu/lb. o F 5. Koef. Transfer Panas overall U 2,1 Btu/lb. o F 6. Transmitter time constant τ T 0,75 Min 7. Valve time constant τ V 0,20 Min 8. Penguatan aliran steam K W 1,905 o F/(ft 3 /min) 9. Gain valve K V 1,652 (lb/min)/%co 10. Gain transmiter K T 1,0 %TO/ o F

8 Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Model Dinamis CSTR plant: Kesetimbangan Energi pada liquid VρC v d T t dt = f t ρc p T i + UA T s t T t f t ρc p T t Kesetimbangan Energi pada koil/pipa C M d T s t dt = w t λ UA T s t T t

9 Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Pemodelan plant untuk Sistem Nonlinear : Jika dimisalkan, x 1 = T(t); x 2 = T s (t); u 1 = f(t); u 2 = w(t) Persamaan state, x 1 = 0,57795x 1 + 0,57795x 2 + 5,56u 1 0,0556x 1 u 1 x 2 = 1,909x 1 1,909x 2 + 3,6357u 2

10 Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Kontrol Fuzzy PD : Skema Kontroler Fuzzy PD Gambar 2. Diagram Block Fuzzy PD

11 Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Kontrol Fuzzy PD : Fuzzifikasi, {Fungsi Keanggotaan} NB NS Z PS PB 1 NB NS Z PS PB error error

12 Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Kontrol Fuzzy PD : Inference Fuzzy, {Rule Base} μ i k = max[min{μ u k,μ r e i, de (j) )}] Tabel 2. Basis Aturan Fuzzy e,de/u NB NS Z PS PB NB NB NB NS NS Z NS NB NS NS Z PS Z NS NS Z PS PS PS NS Z PS PS PB PB Z PS PS PB PB

13 Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Kontrol Fuzzy PD : Defuzzifikasi, {Centre Weight Average } u tegas = i=1 5 5 i=1 b i μ i μ i NB NS Z PS 1 PB Sinyal Kontrol [u]

14 Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Fault Avoidance Fault Masking Fault Tolerance

15 Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Model Perilaku Kesalahan Sensor, Fault Amplitudo Abrupt Fault Fault Amplitudo Incipient Fault Time Time Gambar 3. Perilaku Kesalahan Sensor

16 Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Pengkategorian Kesalahan Sensor, Tabel 3. Kategori Kesalahan Sensor Tingkat Kategori Kesalahan Kategori IV Kategori III Kategori II Kategori I Kategori Negligible Marginal Critical Cathastropic/ Bahaya Keterangan Terjadi kegagalan kecil: tidak berpengaruh terhadap kinerja sistem Sistem terdegradasi dengan beberapa penurunan terhadap performa kinerja sistem Terjadi kegagalan sistem secara keseluruhan: kinerja sistem tidak dapat diterima Kegagalan sistem yang signifikan dan dapat menyebabkan berhentinya proses

17 Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance gain feedback sensor yang diberikan, 0 < K T 1 Identifikasi kesalahan : tuning Gain Ku R(s) E(s) Kontroler Fuzzy PD U(s) CSTR Plant C(s) C Sensor Gain Failure Actual Plant with Sensor Faults X Multiple CSTR Plant Plant Model f(s) Gambar 4. Model-Based Fault Diagnosis

18 Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Diagram Block Skenario Kesalahan Sensor Gambar 5. Fault Tolerant Scenario

19 Kontrol Toleransi Kesalahan Gain Sensor feedback [K T ] ctg IV ScenrFault/Fault Selector/KT : Group ctg III ctg II ctg I Time (sec)

20 Kontrol Toleransi Kesalahan Kategori IV, K T = 0, Temp.Out (F) Setpoint FuzzyPD FuzzyPD+FTC Time (s)

21 Kontrol Toleransi Kesalahan Kategori III, K T = Temp.Out (F) Setpoint FuzzyPD FuzzyPD+FTC Time (s)

22 Kontrol Toleransi Kesalahan Kategori II, K T = 0, Temp.Out (F) Setpoint FuzzyPD FuzzyPD+FTC Time (s)

23 Kontrol Toleransi Kesalahan Kategori I, K T = 0, Temp.Out (F) Setpoint FuzzyPD FuzzyPD+FTC Time (s)

24 Kontrol Toleransi Kesalahan Perbandingan error steady state sistem: Tabel 3. Perbandingan Error Steady State Tingkat Kesalahan Fuzzy PD tanpa FTC (% e ss ) Fuzzy PD + FTC (% e ss ) Kategori I e ss = 6,82 e ss = 1,41 Kategori II e ss = 3,73 e ss = 0,26 Kategori III e ss = 1,83 e ss = 0,03 Kategori IV e ss = 0,60 e ss 0

25 Kesimpulan Saran Kesimpulan, Kesalahan sensor yang terjadi dideteksi menggunakan Model-Based Fault Diagnosis. Hasil informasi kesalahan yang terukur digunakan untuk merancang suatu skenario untuk mengkompensasi kesalahan sensor yang terjadi. Penerapan kontroler fuzzy PD dengan skema FTC dapat mengkompensasi kesalahan sensor yang terjadi sehingga mampu memperbaiki performansi sistem.

26 Kesimpulan Saran Saran, Pada pengembangan berikutnya dapat menambahkan suatu kontrol predictive sehingga dapat memprediksi kesalahan yang terjadi pada proses berikutnya.

27 Terimakasih