BAB III METODE PENELITIAN

Transkripsi

1 BAB III METODE PENELITIAN 3. Gambaran Umum Metode Penelitian Dalam melakukan sebuah penelitian diperlukan metode serta langkah-langkah yang jelas dan sistematis untuk memperoleh suatu hasil penelitian yang baik. Adapun langkahlangkah metode penelitian sebagai berikut:. Studi literatur Metode penelitian dimulai dengan menari studi literatur yang berhubungan dengan penelitian i, yaitu teori-teori yang berhubungan dengan CSTR, SM, PI, dan pemodelan matematis sistem non lier multivariabel CSTR.. Menguji Pemodelan Matematis Sistem CSTR dan Deoupler Pada penelitian i, dilakukan pengujian terhadap pemodelan matematis dari penelitian sebelumnya pengujian dilakukan dengan mengubah pemodelan matematis kedalam bentuk program simulasi perangkat lunak Simulk Matlab. Hal pertama yang dilakukan adalah mentransformasikan model CSTR, kemudian dilanjutkan mentransformasikan deoupler. Setelah dilakukan pengujian model matematis ternyata deoupler yang diranang berhasil memisahkan pengaruh oupled system hal i dibuktikan dengan hasil simulasi yang dilakukan. 3. Pemilihan Pengendali Pemilihan pengendali didasari pada studi pustaka, dalam mengendalikan sistem yang multivariabel maka dipilihlah metode SMC. Meskipun metoda i kebanyakan untuk sistem SISO tapi dengan menggunakan metoda Deouple SMC i bisa diterapkan pada sistem MIMO. 4. Peranangan pengendali Pada tahapan i dilakukan peranangan pengendali hybrid proporsional tegral slidg mode memahami dasar dasar aksi kendali Proposional Integral (PI). kemudian meranang aksi kendali PI dan Slidg Mode Controller (SMC) untuk memimalisir error steady state dan menguji performansi pengendali PI dan Slidg Mode Controller. III-

2 5. Analisa Dalam analisa penelitian i ada tiga tahapan yaitu: a. Menganalisa pengendali Deouple Slidg Mode untuk menapai Setpot Leveldan Konsentrasi pada sistem CSTR, b. Menganalisa Pengendali Slidg Mode dengan penambahan pengendali PI dalam mengatasi perubahan Setpot Leveldan Konsentrasi, dan. Menganalisa Pengendali Deouple Slidg Mode dalam mengatasi gangguan pada masg-masg syal kontrol Level dan Konsentrasi pada sistem CSTR. 3. low Chart Penelitian III-

3 3.3 Pemodelan Matematis Sistem CSTR Sistem CSTR adalah sebuah tangki pengaduk yang digunakan untuk menampur dua fluida atau lebih. Pemodelan matematis sistem CSTR dilakukan dengan ara menurunkan persamaan berdasarkan hukum-hukum fisika, kimia dan matematika. Ilustrasi untuk CSTR dapat dilihat pada Gambar 3.. Pada penelitian i akan dikendalikan dua variabel sekaligus yaitu leveldan konsentrasi pada sistem CSTR. ontrol valve masukan konsentrasi masukan konsentrasi ketggian H propeler volume V konsentrasi keluaran konsentrasi Gambar 3.. Sistem CSTR Sumber (Dian,) Level = konsentrasi = {(C Co) + (C Co)} Tabel 3.. Parameter proses CSTR Laju aliran Laju aliran Konsentrasi (konstan) Konsentrasi (bervariasi) 3.6m / s 3.5m / s 3 C kmol / s 3 3 C.kmol / s.4kmol / s Volume 3 V m Luas Tangki A = Konstanta Celah (beban) K =.5 Konstanta Pengaduk K p =. Sumber:(Dian, ) III-3

4 3.4 Pengujian Pemodelan Matematis CSTR dan Deoupler Deoupler dilakukan untuk menyelesaikan permasalahan oupled system. Sistem CSTR merupakan sistem non lier sehgga peranangan deoupler tidak dapat dilakukan dengan pendekatan transfer funtion maupun pendekatan persamaan state. Peranangan deoupler pada penelit i dilakukan dengan menggunakan metode pendefisian state dengan dirya sendiri. Dengan demikian, metode deouple yang digunakan adalah dengan ara meranang sebuah sistem baru untuk mendapatkan virtual manipulated variable yaitu dan C. Disa sistem baru i disebut dengan deoupler.. Ilustrasi pengendalian sistem CSTR dengan deoupler dapat digambarkan dengan diagram blok. Gambar 3. menunjukkan diagram blok dengan disa sistem baru (deoupler) yang diranang. H New System (Deoupler) CSTR C C Gambar 3. Diagram Blok dengan Deoupler Peraangan deoupler pada sistem CSTR dimulai dengan meranang sistem baru, dengan mendefisikan virtual manipulated variabel seperti pada persamaan (3-) : (3-) C C C (3-) Di mana ; sebagai fungsi C dan. Untuk konsentrasi C : C C C C C C C C { C C } (3-3) III-4

5 Untuk konsentrasi C : C C C C C C C C { C C } (3-4) Dengan mensubstitusikan persamaan (3.) ke persamaan (.), sehgga pemodelan matematis untuk level menjadi: dh dt K ( ) A A H (3.5) = (3.6) Dengan mensubstitusikan persamaan (3.) ke persamaan (.7), sehgga pemodelan matematis untuk Konsentrasi menjadi: dc dt K p AH {( C C ) ( C C ) } (3.7) = ( )( + ) (3.8) = { ( + ) ( + )} (3.9) = { } (3.) Setelah didapatkan hubungan antara put sebenarnya dan virtual manipulated put. Pengujian open loop akan dilakukan kembali untuk memeriksa deoupler yang diranang telah berhasil menghilangkan pengaruh oupled system. Pengujian open loop dilakukan untuk melihat perilaku sistem sebelum diranang pengendali. Pengujian open loop sistem CSTR dapat digambarkan dengan diagram blok sederhana yang ditunjukkan pada Gambar 3.. Pengujian open loop pengendalian leveldan konsentrasi diranang berdasarkan persamaan (.) dan (.7) dengan data parameter proses seperti yang ditunjukkan pada Tabel.. III-5

6 Gambar 3.3. Diagram Blok Open Loop CSTR Sistem pengendalian CSTR seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.3 memiliki dua masukan yaitu Laju aliran ( ) dan konsentrasi (C ) sebagai masukan pada deouple sistem. Variabel yang dikendalikan adalah level (H) dan konsentrasi fluida keluaran (C ). Simulasi dilakukan dengan menggunakan program simulk Matlab. Program simulk Matlab yang menunjukkan simulasi open loop pengendalian leveldan konsentrasi berdasarkan persamaan (.) dan (.7) ditunjukkan pada Gambar 3.4. Gambar 3.4 Blok Simulk Simulasi Open Loop Pengendalian Level dan Konsentrasi III-6

7 Gambar 3.5 a) Respon LevelSistem CSTR pada Saat Simulasi Open Loop b) Respon Konsentrasi Sistem CSTR pada Saat Simulasi Open Loop Gambar 3.5 Respon Level dan Konsentrasi pada saat Pengujian simulasi Open loop Gambar 3.6 Respon Level dan Konsentrasi deoupler dengan gangguan.% dari syal kendali dan C III-7

8 3.5 Peranangan Pengendali Slidg Mode Peranangan deoupler telah dilakukan. Dengan demikian, pengendali slidg mode dapat diterapkan pada sistem baru seara deouple, artya pengendali slidg mode akan mengendalikan masg-masg leveldan konsentrasi seara terpisah. Diagram blok pengendalian leveldan konsentrasi pada sistem CSTR seara sederhana ditunjukkan pada Gambar 3.. Gambar 3.7 Diagram Blok Pengendalian CSTR Pemodelan matematika mengau persamaan (-5), (-), dan (3-), (3-) : k H H A A C { C C AH } (3-) (3-) dimisalkan : a A b C H a K A AH b III-8

9 maka dapat dituliskan : H a b H (3-3) C K pab C (3-4) 3.5. Peranangan Pengendali Slidg Mode untuk Mengendalikan Level pada CSTR Trakg error dari leveladalah : ~ (3-5) H H H Berdasarkan persamaan (-3), karena sistem berorde satu maka trakg error dari sistem. SH, t H H (3-6) subsitusikan persamaan (3-4) ke persamaan (3-8) : S H, t H a b H (3-7) selanjutnya tentukan nilai H a b H dari persamaan (3-9) dengan S sehgga diperoleh nilai u eq atau b H H a (3-8) berdasarkan persamaan (-8) diperoleh syal u n sebagai berikut : u = u eq + u n (3-9) b H H a u b H V S( H a n a u n S a atau u n sign( S) (3-) a (3-) sehgga syal kendali u total sebagai berikut : III-9

10 a b H H sign( S) a (3-) untuk mengurangi hatterg fungsi sign diubah menjadi fungsi sat. b H max sat ( S, ) a a (3-3) dengan nilai dan dipilih dan 3.5. Peranangan Pengendali Slidg Mode untuk Mengendalikan Konsentrasi pada CSTR Trakg error dari konsentrasi adalah : ~ C C C (3-4) berdasarkan persamaan (-3) karena sistem berorde satu maka dibentuk fungsi permukaan lunur berdasarkan trakg error. SC, t C C (3-5) untuk mendapatkan persamaan u eq, persamaan (3-6) diturunkan ~ S C, t C C C (3-6) subsitusikan persamaan (3-4) ke persamaan (3-7) S C, t C K pab C (3-7) selanjutnya tentukan nilai C dari persamaan (3-7) dengan S sehgga diperoleh nilai u C eq atau sebagai berikut : III-

11 C K pab C (3-8) berdasarkan persamaan (-8) diperoleh syal kendali u n sebagai berikut : u = u eq + u n V S K a b C u ) ( C K pab p n (3-9) u n S atau u n sign S (3-3) untuk mengurangi hatterg fungsi sign diubah menjadi fungsi sat, C a b C sat ( S, ) (3-3) dengan nilai dan dipilih dan Peranangan Pengendali Hybrid Proposional Integral Slidg mode untuk Mengendalikan Level Berdasarkan peranangan stati SM ditambahkan pengendali PI ranangan tersebut. Syal kendali SMC seperti terlihat pada persamaan (3-4) dengan ditambah kan PI didapat : b H max sat ( S, ) a a + Kp e(t)+ ( ) Peranangan Pengendali Hybrid Proposional Integral Slidg mode untuk mengendalikan Level dengan langkah yang sama dengan peranangan stati slidg mode diperoleh syal u total sebagai berikut : III-

12 a b H H H H max sat( S, ) a + Kp e(t)+ ( )...(3-3) Peranangan Pengendali Hybrid Proposional Integral Slidg mode untuk Mengendalikan Konsentrasi Berdasarkan peranangan stati SM ditambahkan pengendali PI ranangan tersebut. Syal kendali SMC seperti terlihat pada persamaan (3-3) dengan ditambah kan PI didapat : + Kp e(t)+ ( ) dengan langkah yang sama dengan peranangan stati slidg mode diperoleh syal u total sebagai berikut : C K a b C C C max sat( S, ) p + Kp e(t)+ ( )...(3-33) III-