DAN KONSENTRASI PADA CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR (CSTR)

Transkripsi

1 PENGENDALIAN LEVEL DAN KONSENTRASI PADA CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR (CSTR) MENGGUNAKAN SLIDING MODE CONTROL DENGAN PERMUKAAN LUNCUR PROPOTIONAL DERIVATIVE TUGAS AKHIR Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Oleh : ANGGI SAPUTRA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SULTAN SYARIF KASIM RIAU PEKANBARU 2014

2

3 PENGENDALIAN LEVEL DAN KONSENTRASI PADA CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR (CSTR) MENGGUNAKAN SLIDING MODE CONTROL DENGAN PERMUKAAN LUNCUR PROPOTIONAL DERIVATIVE ANGGI SAPUTRA NIM : Tanggal Sidang : 05 Februari 2014 Tanggal Wisuda : 06 januari 1990 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau Jl. Soebrantas No. 155 Pekanbaru ABSTRAK Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) adalah sebuah tangki pengaduk yang digunakan untuk mencampur satu fluida atau lebih. Proses pada CSTR merupakan proses non linier multivariabel. Desain SMC untuk mengendalikan level dan konsentrasi secara terpisah dengan perancangan decoupler telah dilakukan. Namun, SMC kurang mampu mengatasi kestabilan dan kekokohan yang disebabkan oleh chattering dan gangguan yang berasal dari dalam maupun luar sistem. Untuk mengatasi masalah tersebut, pada penelitian ini didesain pengendali propotional derivative (PD) pada permukaan luncur SMC dan diharapkan masalah tersebut dapat teratasi. Berdasarkan hasil silmulasi, penambahan aksi kendali propotional derivative (PD) pada permukaan luncur SMC tidak mengatasi kekokohan sistem. Perbandingan SMC PD dengan SMC dan PID, didapatkan bahwa SMC lebih baik dari pengendali lainnya dengan waktu transient lebih cepat dan error steady state minimum. Namun dengan penambahan gain sebesar 1 pada sinyal kendali F in, dapat mengatasi kekurangan SMC PD pada pengendalian level, tetapi tidak pada pengendalian konsentrasi. Kata kunci : CSTR, Konsentrasi, Level, Propotional Derivative (PD), SMC.

4 LEVEL CONTROL AND CONCENTRATION OF CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR (CSTR) USING SLIDING MODE CONTROL WITH SURFACE GLIDE PROPOTIONAL DERIVATIVE ANGGI SAPUTRA NIM : Date of Final Exam : February 5 th 2014 Department of Electrical Engineering Faculty of Science and Technology State Islamic University of Sultan Syarif Kasim Riau Soebrantas St. No. 155 Pekanbaru - Indonesia ABSTRACT Continuous Stirred Tank Reactor ( CSTR ) is a tank stirrer used to mix one or more fluid. The CSTR process is a multivariable nonlinear process. SMC controller design to control the level and concentration separately with decoupler design has been done. However, the SMC controller is less able to cope with the stability and robustness, and the chattering caused by interference originating from inside or outside the system. To overcome these problems, this study was designed to control proportional derivative ( PD ) on the sliding surface of the SMC and the problem is expected to be resolved. Based on the results silmulasi, the addition of the control action proportional derivative ( PD ) on the sliding surface of the SMC does n ot address the robustness of the system. Comparison of PD controller with SMC SMC and PID, it was found that the SMC controller is better than the other controllers with faster transient time and the minimum steady state error. However, with the addition of a gain of 1 on the control signal Fin, can overcome shortcomings in controlling the level of SMC PD, but not in the control of concentrations. Keywords : CSTR, Concentration, Level, Propotional Derivative (PD), SMC.

5 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, yang telah mencurahkan rahmat dan hidayah-nya kepada penulis, shalawat beriring salam buat junjungan kita Nabi Muhammad SAW, sebagai seorang sosok pemimpin dan tauladan bagi seluruh umat di dunia yang patut di contoh dan di teladani bagi kita semua. Atas ridho Allah SWT penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul Pengendalian Level Dan Konsentrasi Pada Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) Menggunakan Sliding Mode Control Dengan Permukaan Luncur Propotional Derivative. Melalui proses bimbingan dan pengarahan yang disumbangkan oleh orang-orang yang berpengetahuan, dorongan, motivasi, dan juga do a orang-orang yang ada disekeliling penulis sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan penuh kesederhanaan. Sudah menjadi ketentuan bagi setiap Mahasiswa yang ingin menyelesaikan studinya pada perguruan tinggi UIN SUSKA RIAU harus membuat karya ilmiah berupa Tugas Akhir guna mencapai gelar sarjana. Oleh sebab itu sudah sewajarnya penulis menyampaikan ucapan terima kasih sebesar-besarnya kepada: 1. Ibunda dan Ayahanda tercinta yang telah memberikan semangat, dukungan moril maupun materil dan doa serta keluarga besar yang selalu mendoakan penulis. 2. Prof. Dr. H. Nazir Karim selaku rector UIN SUSKA Riau beserta kepada seluruh staf dan jajarannya. 3. Dra. Hj. Yenita Morena, M.Si. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN SUSKA Riau beserta kepada seluruh Pembantu Dekan, Staf dan jajarannya. 4. Zulfatri Aini, ST., MT selaku ketua jurusan Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi UIN SUSKA Riau yang telah membuat proses administrasi menjadi lebih efektif sehingga penulis lebih mudah dalam melengkapi berkas-berkas untuk Tugas Akhir dan pengalamanpengalaman luar biasa beliau yang penulis rasakan.

6 5. Dian Mursyitah, ST., MT. selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu serta pemikirannya dengan ikhlas dalam memberikan penjelasan dan masukan yang sangat berguna sehingga penulis menjadi lebih mengerti dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 6. Aulia Ullah, ST.,M Eng dan Novi Gusnita, ST.,MT selaku dosen penguji yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi kritikan dan saran yang sangat membangun terhadap penulis. 7. Bapak dan Ibu dosen Jurusan Teknik Elektro yang telah memberikan bimbingan dan curahan ilmu kepada penulis sehingga bisa menyelesaikan Tugas Akhir ini. 8. Idham Seftriadi Hamid, Agung justika Indra kesuma, Dedi Putra, Suryadi KA, serta teman-teman penulis lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dan memberi dorongan, motivasi dan sumbangan pemikiran dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Semoga bantuan yang telah diberikan baik moril maupun materil mendapat balasan pahala dari Allah SWT, dan sebuah harapan dari penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan para pembaca semua pada umumnya. Semua kekurangan hanya datang dari penulis dan kesempurnaan hanya milik Allah SWT, hal ini yang membuat penulis menyadari bahwa dalam pembuatan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan karena keterbatasan kemampuan, pengalaman, dan pengetahuan penulis. Untuk itu penulis mengharap kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat positif dan membangun demi kesempurnaan skripsi ini. Penulis Anggi Saputra

7 DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii LEMBAR HAK ATAS KEKAYAAN INTELEKTUAL... iv LEMBAR PERNYATAAN... v LEMBAR PERSEMBAHAN... vi ABSTRAK... vii ABSTRACT... iix KATA PENGANTAR... ix DAFTAR ISI... x DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL xii DAFTAR RUMUS......xiii DAFTAR LAMBANG......xiv DAFTAR SINGKATAN... xv DAFTAR LAMPIRAN......xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang I Rumusan Masalah I Tujuan Penelitian I Batasan Masalah... I Manfaat Penelitian I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Penelitian Terkait... II Dasar Teori Continous Stired Tank Reactor (CSTR)... II Metode Identifikasi Sistem... II Metode Decouple... II Sliding Mode Control (SMC)... II Chattering... II Permukaan Luncur... II Kondisi Sliding... II Analisis Kestabilan Lyapunov... II Pengendali PD (Propotional Derivative)... II Sinyal Kendali... II Aksi Kontrol PID... II-16 BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Gambaran Umum Metoda Penelitian... III Pengujian open loop dan decoupler CSTR... III Perancangan Decoupler... III Perancangan Pengendali Sliding Mode... III-8

8 Perancangan Pengendali Sliding Mode untuk Mengendalikan Level pada CSTR... III Perancangan Pengendali Sliding Mode untuk Mengendalikan Konsentrasi pada CSTR... III Perancangan Pengendali Sliding Mode dengan Permukaan Luncur Proposional dan Derivative (PD) untuk Mengendalikan Level... III Perancangan Pengendali Sliding Mode dengan Permukaan Luncur Proposional dan Derivative (PD) untuk Mengendalikan Konsentrasi... III-11 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Gambaran Umum Pengujian Sistem... IV Pengujian Kestabilan Sistem Berdasarkan Kestabilan Lyapunov... IV Pengujian Kestabilan Sistem CSTR untuk Pengendalian Level Menggunakan Pengendali Static Sliding mode... IV Pengujian Kestabilan Sistem CSTR untuk Pengendalian Konsentrasi Menggunakan Pengendali Static Sliding mode... IV Pengujian Kestabilan Sistem CSTR untuk Pengendalian Level Menggunakan Pengendali Sliding mode dengan Permukaan Luncur PD... IV Pengujian Kestabilan Sistem CSTR Pengendalian Konsentrasi Menggunakan Pengendali Sliding mode dengan Permukaan Luncur PD... IV Simulasi Sistem... IV Simulasi Pengendali Sliding mode dengan Permukaan Luncur PD untuk Mencapai Setpoint Level dan Konsentrasi.... IV Simulasi Pengendali Sliding mode dengan permukaan luncur PD dalam Mengatasi Perubahan Setpoint Level dan Konsentrasi.... IV Simulasi Pengendali Sliding mode PD dalam Mengatasi Gangguan pada Masing-Masing Sinyal Kontrol Level dan Konsentrasi... IV Penambahan gain pada SMC PD... IV Pencapaian setpoint... IV Perubahan setpoint.... IV Gangguan pada masing-masing sinyal kendali... IV-26

9 BAB IV JADWAL PENELITIAN 5.1. Kesimpulan... V Saran... V-2 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN DAFTAR RIWAYAT HIDUP