Perancangan Sistem Pengendalian Suhu Kumbung Jamur dengan Logika Fuzzy

Transkripsi

1 Perancangan Sistem Pengendalian Suhu Kumbung Jamur dengan Logika Fuzzy Dosen pembimbing : Hendra Cordova, ST, MT Mahendra Ega Higuitta

2 Ekologi Jamur Tiram Pertumbuhan jamur tiram sangat tergantung pada faktor fisik seperti 1. suhu, 2. kelembaban, 3. cahaya, 4. ph media tanam, 5. dan aerasi. Jamur tiram dapat menghasilkan tubuh buah secara optimum pada : 1. rentang suhu C, 2. kelembaban udara 80-90% 3. ph media tanam yang agak masam antara cahaya matahari berkisar antara lux (Susilawati,2010)

3 para petani mengalami hambatan dalam melakukan pengendalian suhu kumbung jamur sehari-hari Upaya yang mereka lakukan biasanya adalah dengan manual menggunakan sprayer yang disemprotkan pada kumbung jamur saat pagi dan sore setiap harinya

4 jika kondisi suhu berfluktuasi sepanjang hari seperti yang biasa terjadi pada pergantian musim saat ini, maka tidak cukup hanya disemprot dengan sprayer tiap pagi dan sore hari.

5 fluktuasi suhu pada masa pergantian musim kemarau ke musim hujan saat bulan September 2012 menyebabkan panen terganggu Fakta yang terjadi pada petani jamur di Mojokerto, Sidoarjo dan Malang, mereka mengalami penurunan panen jamur rata-rata sampai 20-40% per hari nya.

6 Oleh karena itu diperlukan suatu sistem pengendalian suhu kumbung jamur tiram, dalam hal ini dengan menggunakan Logika Fuzzy.

7 - PERMASALAHAN - Permasalahan yang ditemui dalam menyusun tugas akhir ini adalah bagaimana membuat sistem pengendalian suhu kumbung jamur tiram dengan Logika Fuzzy.

8 - BATASAN MASALAH - Terdapat batasan masalah dalam pembuatan Sistem Pengendalian Suhu Kumbung Jamur Tiram dengan Logika Fuzzy yaitu : Kontrol Logika Fuzzy yang digunakan adalah fuzzy gain schedulling, Digunakan metode pemodelan matematik Autoregressive exogenous untuk mengestimasikan fungsi suhu terhadap kelembaban Simulasi dibuat berdasarkan studi kasus kumbung jamur di desa kwangsan, kecamatan sedati, sidoarjo. Asumsi simulasi yang digunakan adalah kondisi ideal dan tertutup, yang artinya aktuator langsung melakukan respon tanpa delay dan plant diasumsikan tertutup

9 Mulai Studi Literatur Pengambilan Data Termodinamik Kumbung Perancangan Sistem Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Pemodelan Komponen Sistem Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur dan Perancangan Kendali Logika Fuzzy Tidak Pengujian Performansi Sistem Kendali Logika Fuzzy pada Kumbung Jamur Baik Penyusunan Analisis dan Laporan Selesai

10 PENGAMBILAN DATA TERMODINAMIK KUMBUNG Data yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah data kondisi suhu dan kelembaban di dalam dan di luar kumbung jamur tiram dengan lokasi di desa kwangsan, kecamatan sedati, sidoarjo pada setiap rentang waktu 2 jam pada pukul WIB selama 2 bulan dari tanggal 5 maret 3 mei 2013

11 HASIL CUPLIKAN DATA TERMODINAMIK KUMBUNG Suhu Dalam Suhu Luar Suhu Dalam Suhu Luar Suhu ( o C) Waktu Dalam Luar 5-Mar WIB WIB WIB WIB WIB WIB WIB WIB Mar WIB WIB WIB WIB WIB WIB WIB WIB

12 HASIL CUPLIKAN DATA TERMODINAMIK KUMBUNG Kelembaban (%) Waktu Dalam Luar 5-Mar WIB WIB WIB WIB WIB WIB WIB WIB Mar WIB WIB WIB WIB WIB WIB WIB WIB Kelembaban Dalam Kelembaban Luar Kelembaban Dalam Kelembaban Luar

13 PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN SUHU PADA KUMBUNG JAMUR

14 Untuk mendapatkan fungsi transfer plant kumbung dari parameter suhu, digunakan pendekatan neraca energi dalam melakukan pemodelan. Sedangkan dari parameter kelembaban (RH), digunakan pendekatan model matematis ARX (Autoregressive Exogeneus) untuk mendapatkan fungsi transfer suhu terhadap kelembaban

15 Aktuator yang digunakan untuk melakukan aksi pada plant adalah blower dan sprayer. Fungsi transfer akan didapatkan dengan acuan psychometric process yang terdiri dari proses Cooling dan Humidifying. Kontroler yang dipakai menggunakan Kontrol Logika Fuzzy Gain Schedulling tipe Mamdani Input sistem yang digunakan pada Kontrol Logika Fuzzy Gain Schedulling ini adalah setpoint suhu dan error suhu (et) dengan output Kp, Kd, dan Alfa

16 (3.9) (3.10) Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur

17 Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur

18 Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Plant (kumbungjamur) Kelembaban Dilakukan perancangan model matematis berbasis autoregressive exogeneus (ARX) untuk memberikan pemodelan pengendalian kelembaban pada kumbung jamur. Berikut ini adalah persamaan dasar ARX : A(q -1 )y(kt) = B(q -1 )u(kt-nt) (3.3) Dimana T = waktu sampling, q -1 = operator backward-shift, n = bilangan delay dari input ke output, A = bilangan polynomial dalam q -1 B = bilangan polynomial dalam q -1

19 Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur 2. Plant (kumbung jamur) Kelembaban Langkah langkah untuk menjalankan model matematis ARX pada software matlab adalah sebagai berikut : 1. Melakukan pembacaan data pada file excel yang berisi data suhu dan kelembaban 2. Melakukan persiapan data dengan melakukan setting time sampling dan menentukan data estimasi serta data validasi

20 Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur 2. Plant (kumbung jamur) Kelembaban Langkah langkah untuk menjalankan model matematis ARX pada software matlab adalah sebagai berikut : 3. Mencari estimasi delay 4. Pemodelan 5. Fitting

21 Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur 2. Plant (kumbung jamur) Kelembaban Langkah langkah untuk menjalankan model matematis ARX pada software matlab adalah sebagai berikut : 6. Estimasi Initial Condition 7. Menemukan model persamaan ARX Setelah diturunkan ke domain s, maka fungsi transfer kelembaban terhadap suhu dari plant kumbung jamur adalah

22 Hasil Pemodelan ARX kelembaban kumbung jamur Fitting Data Estimasi Gambar 4.1 Hasil Fitting Data Estimasi

23 Hasil Pemodelan ARX kelembaban kumbung jamur Fitting Data Validasi Gambar 4.2 Hasil Fitting Data Validasi

24 Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Gambar Skema Adiabatic Mixing dari dua aktuator

25 Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur

26 Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur

27 Kontrol Logika Fuzzy untuk Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Menentukan variabel masukan dan keluaran Fuzzy Kp Variabel input Hasil output = nilai error suhu dan set point suhu = Nilai Kp, Fuzzy Kd Variabel input = nilai error suhu dan set point suhu Hasil output = Nilai Kd, Fuzzy Alfa (α) Variabel input = nilai error suhu dan set point suhu Hasil output = Nilai Alfa (α)

28 Gambar 3.7 Fungsi Keanggotaan Input Error Suhu Kontrol Logika Fuzzy untuk Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Menentukan fungsi keanggotaan (membership function) Gambar 3.7 Fungsi Keanggotaan Input Error Suhu Gambar 3.7 Fungsi Keanggotaan Input Suhu Setpoint

29 Gambar Fungsi Keanggotaan Output Input Error Fuzzy Suhu Kp Kontrol Logika Fuzzy untuk Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Menentukan fungsi keanggotaan (membership function) Kd Gambar 3.9 Fungsi Keanggotaan Output Fuzzy Kp Gambar 3.10 Fungsi Keanggotaan Output Fuzzy Gambar 3.11 Fungsi Keanggotaan Output Fuzzy Alfa

30 Kontrol Logika Fuzzy untuk Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Setelah penentuan nilai Kp, Kd, dan α, proses selanjutnya adalah menghitung nilai parameter kendali Kp, Kd, dan Ki berdasarkan persamaan berikut: Kp = (Kp,max - Kp,min) K p + Kp,min Gambar 3.13 Simulink untuk persamaan 3.24

31 Ki = Kp 2 / α( Kd) Kontrol Logika Fuzzy untuk Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Setelah penentuan nilai Kp, Kd, dan α, proses selanjutnya adalah menghitung nilai parameter kendali Kp, Kd, dan Ki berdasarkan persamaan berikut: Kd = (Kd,max - Kd,min) K d + Kd,min Gambar 3.13 Simulink untuk persamaan 3.25

32 Kontrol Logika Fuzzy untuk Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Setelah penentuan nilai Kp, Kd, dan α, proses selanjutnya adalah menghitung nilai parameter kendali Kp, Kd, dan Ki berdasarkan persamaan berikut: Ki = Kp 2 / α( Kd) Gambar 3.13 Simulink untuk keseluruhan persa

33 Gambar 4.1 Hasil Fitting Data Estimasi Pengujian Sistem Kontrol Logika Fuzzy Uji Open Loop Aktuator Gambar 4.1 Uji Open Loop Aktuator Gambar 4.2 Hasil Respon Open Loop Aktuator

34 Gambar 4.1 Hasil Fitting Data Estimasi Pengujian Sistem Kontrol Logika Fuzzy Uji Open Loop Fungsi Transfer Suhu Plant Kumbung Gambar 4.1 Uji Open Loop Suhu Plant Kumbung Jamur Gambar 4.2 Hasil Respon Open Loop Suhu Plant Kumbung Jamur

35 Gambar 4.1 Hasil Fitting Data Estimasi Pengujian Sistem Kontrol Logika Fuzzy Uji Open Loop Fungsi Transfer Kelembaban Kumbung Gambar 4.1 Uji Open Loop Kelembaban Plant Kumbung Jamur Gambar 4.2 Hasil Respon Open Loop Kelembaban Plant Kumbung Jamur

36 Gambar 4.1 Hasil Fitting Data Estimasi Pengujian Sistem Kontrol Logika Fuzzy Uji Close Loop System Gambar 4.1 Uji Close Loop Sistem Pengendalian Suhu dan Kelembaban dengan Logika Fuzzy

37 Pengujian Sistem Kontrol Logika Fuzzy 30.5 ResponFuzzyGS Suhu (C) waktu(s) Gambar 4.9 Hasil Respon Close Loop dengan Setpoint Suhu 28 C, dan Suhu Luar 34C, simulation stop time 1000s

38 Pengujian Sistem Kontrol Logika Fuzzy Kelembaban (%RH) Time (s) Gambar 4.10 Hasil Respon Close Loop Kelembaban dengan Setpoint Suhu 28 C, dan Suhu Luar 34C, simulation stop time 1000s

39 Pengujian Sistem Kontrol Logika Fuzzy Uji Close Loop System dengan Fungsi Suhu Luar (real plant) terhadap waktu Gambar 4.1 Uji Close Loop Sistem Fungsi Suhu Luar (real plant) terhadap waktu WIB

40 Pengujian Sistem Kontrol Logika Fuzzy Suhu (C) Time (s) x 10 4 Gambar 4.11 Hasil Respon Close Loop Fungsi Suhu Luar terhadap waktu

41 Pengujian Sistem Kontrol Logika Fuzzy Uji Close Loop System dengan Gaussian Noise Gambar 4.1 Uji Close Loop dengan Gaussian Noise

42 Pengujian Sistem Kontrol Logika Fuzzy Suhu (C) Time (s) Gambar 4.11 Hasil Respon Close Loop Suhu dengan Gaussian Noise

43 Pengujian Sistem Kontrol Logika Fuzzy Gambar 4.12 Hasil Respon Close Loop Kelembaban dengan Gaussian Noise

44 KESIMPULAN Penggunaan ARX untuk memodelkan kelembaban kumbung jamur sudah sangat sesuai meski fitting yang dihasilkan hanya dapat mencapai 66, 69%, akan tetapi jika melihat tren yang memiliki kesamaan, dapat diasumsikan sesuai Pemberian nilai set point pada suhu yang sesuai untuk pertumbuhan jamur yaitu pada suhu 28 C dapat dicapai dan dipertahankan dengan nilai maximum overshoot dari pengendali tersebut sebesar 0.89% dan time settling sekitar 325 detik. Fungsi suhu terhadap kelembaban dengan pemodelan ARX menghasilkan respon sistem dengan maximum overshoot dari pengendali tersebut sebesar 35% dan time settling sekitar 240 detik, dan error steady state sebesar 0,03%

45 SARAN Pada penelitian ini, plant kumbung yang di jadikan acuan menggunakan sistem tertutup, oleh karena itu untuk penelitian selanjutnya disarankan untuk melakukan riset terhadap kumbung dengan sistem terbuka (menggunakan ventillasi) Untuk meningkatan efisiensi sistem, perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai tata letak aktuator dan sensor yang dapat menghasilkan proses pengendalian yang lebih optimum

46