PENGENDALIAN OPTIMAL PADA SISTEM STEAM DRUM BOILER MENGGUNAKAN METODE LINEAR QUADRATIC REGULATOR (LQR) Oleh : Ika Evi Anggraeni

dokumen-dokumen yang mirip
DESAIN PENGENDALIAN KETINGGIAN AIR DAN TEMPERATUR UAP PADA SISTEM STEAM DRUM BOILER DENGAN METODE SLIDING MODE CONTROL (SMC)

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 1

Desain Kendali pada Sistem Steam Drum Boiler dengan Memperhitungkan Control Valve

DESAIN SISTEM KENDALI TEMPERATUR UAP SUPERHEATER DENGAN METODE FUZZY SLIDING MODE CONTROL

Implementasi Ensemble Kalman Filter (Enkf) Untuk Estimasi Ketinggian Air Dan Temperatur Uap Pada Steam Drum Boiler

LOGO SEMINAR TUGAS AKHIR. Oleh : Rifdatur Rusydiyah Dosen Pembimbing : DR. Subiono, M.Sc

PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN LEVEL DAN INTERLOCK STEAM DRUM DENGAN DUA ELEMEN KONTROL DI PT. INDONESIA POWER UBP SUB UNIT PERAK.

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Perancangan Sistem Pengendalian Level Pada Steam drum dengan Menggunakan Kontroller PID di PT Indonesia Power Ubp Sub Unit Perak-Grati

Kontrol Fuzzy Takagi-Sugeno Berbasis Sistem Servo Tipe 1 Untuk Sistem Pendulum Kereta

OPTIMASI SISTEM PENGENDALIAN FREKUENSI DENGAN METODE KONTROL OPTIMAL LINIER QUADRATIC REGULATOR PADA PLTU

KONTROL OPTIMAL UNTUK DISTRIBUSI TEMPERATUR DENGAN PENDEKATAN BEDA HINGGA

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jln. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia. Abstrak

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jln. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia.

KONTROL CASCADE GENERALIZED PREDICTIVE UNTUK BOILER DRUM LEVEL BY ASTRIATONO ( )

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 2, (2013) ISSN: ( Print) F-250

DESAIN KONTROL INVERTED PENDULUM DENGAN METODE KONTROL ROBUST FUZZY

Perancangan dan Simulasi MRAC PID Control untuk Proses Pengendalian Temperatur pada Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)

Aplikasi Fungsi Diferensial Riccati Pada Sistem Dinamik Dua Kendali Waktu Berhingga

Proceeding Tugas Akhir-Januari

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Tabel 1. Parameter yang digunakan pada proses Heat Exchanger [1]

Model Linear Kuadratik untuk Sistem Deskriptor Berindeks Satu dengan Factor Discount dan Output Feedback

DESAIN KONTROL INVERTED PENDULUM DENGAN METODE KONTROL ROBUST FUZZY

Analisa Pengaruh Variasi Pinch Point dan Approach Point terhadap Performa HRSG Tipe Dual Pressure

STUDI PERFORMANSI SISTEM PENGENDALIAN TEMPERATUR, RELIABILITY DAN SAFETY PADA HEAT EXCHANGER PT. PETROWIDADA GRESIK

Analisis dan Perancangan Sistem Pengendali pada Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Uap dengan Pengendali Robust Melalui Optimasi H

KONTROL OPTIMAL PADA PENGADAAN BAHAN MENTAH DENGAN KEBIJAKAN PENGADAAN TEPAT WAKTU, PERGUDANGAN, DAN PENUNDAAN

Penerapan Persamaan Aljabar Riccati Pada Masalah Kendali Dengan Waktu Tak Berhingga

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) B-58

Analisis dan Kontrol Optimal Sistem Gerak Satelit Menggunakan Prinsip Minimum Pontryagin

ESTIMASI POSISI ROBOT MOBIL MENGGUNAKAN UNSCENTED KALMAN FILTER. Oleh: Miftahuddin ( )

PENGOPTIMALAN UMPAN BALIK LINEAR QUADRATIC REGULATOR PADA LOAD FREQUENCY CONTROL MENGGUNAKAN PARTICLE SWARM OPTIMIZATION

KONTROL OPTIMAL UNTUK DISTRIBUSI TEMPERATUR DENGAN PENDEKATAN BEDA HINGGA

Waktu Optimal Dalam Diversifikasi Produksi Sumber Energi Terbarukan dan Tidak Terbarukan dengan Menggunakan Prinsip Minimum Pontryagin

DESAIN PENGENDALIAN PINTU AIR DENGAN METODE SLIDING MODE CONTROL (SMC)

BAB III DINAMIKA PROSES

APLIKASI KONTROL OPTIMAL LQG UNTUK PENGENDALIAN WATER LEVEL STEAM DRUM BOILER Di PG. Kebon Agung Malang Jawa Timur

PENGENDALI TEMPERATUR FLUIDA PADA HEAT EXCHANGER DENGAN MENGGUNAKAN JARINGAN SARAF TIRUAN PREDIKTIF

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM

Pengendali Temperatur Fluida Pada Heat Exchanger Dengan Menggunakan Algoritma Model Predictive Control (MPC)

ANALISIS PENGOPERASIAN SPEED DROOP GOVERNOR SEBAGAI PENGATURAN FREKUENSI PADA SISTEM KELISTRIKAN PLTU GRESIK

PENGENDALIAN PROSES EVAPORASI PADA PABRIK UREA MENGGUNAKAN KENDALI JARINGAN SARAF TIRUAN

ON SOLUTIONS OF THE DISCRETE-TIME ALGEBRAIC RICCATI EQUATION. Soleha Jurusan Matematika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

PENGENDALI TEMPERATUR FLUIDA PADA HEAT EXCHANGER DENGAN MENGGUNAKAN ALGORITMA MODEL PREDICTIVE CONTROL (MPC)

STUDI KELAYAKAN KUALITAS SISTEM KONTROL MAIN STEAM PADA BOILER MELALUI PENDEKATAN STATISTICAL CLUSTERING DI PLTU UNIT I PT. PJB UP.

UNIVERSITAS INDONESIA

Rancang Bangun Sistem Pengendalian Level pada Knock Out Gas Drum Menggunakan Pengendali PID di Plant LNG

Sidang Tugas Akhir - Juli 2013

LOGO OLEH : ANIKE PURBAWATI DOSEN PEMBIMBING : KATHERIN INDRIAWATI, ST.MT.

T 23 Center Manifold Dari Sistem Persamaan Diferensial Biasa Nonlinear Yang Titik Ekuilibriumnya Mengalami Bifurkasi Contoh Kasus Untuk Bifurkasi Hopf

BAB I PENDAHULUAN. Tabel 1.1 Besaran dan peningkatan rata-rata konsumsi bahan bakar dunia (IEA, 2014)

Tuning Parameter Pengendali MIMO IMC pada Proses Quadruple Tank

Studi Aplikasi Decoupling Control untuk Pengendalian Komposisi Kolom Distilasi

Rancang Bangun Sistem Kontrol Level dan Pressure Steam Generator pada Simulator Mixing Process di Workshop Instrumentasi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Simulasi Perpindahan Panas pada Lapisan Tengah Pelat Menggunakan Metode Elemen Hingga

EKSISTENSI PENGENDALI SUBOPTIMAL. Widowati Jurusan Matematika FMIPA UNDIP Semarang. Abstrak

P 3 SKRIPSI (ME ) Bima Dewantara

PERANCANGAN ATTEMPERATURE REHEAT SPRAY MENGGUNAKAN METODE ZIEGLER NICHOLS BERBASIS MATLAB SIMULINK DI PT. INDONESIA POWER UBP SURALAYA

ANALISIS PENGOPERASIAN SPEED DROOP GOVERNOR SEBAGAI PENGATURAN FREKUENSI PADA SISTEM KELISTRIKAN PLTU GRESIK

BAB III KALMAN FILTER DISKRIT. Kalman Filter adalah rangkaian teknik perhitungan matematika (algoritma)

Oleh : Rahman NRP : Jurusan Teknik Fisika Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

QUALITY OF SERVICE PID PREDIKTIF PADA NETWORKED CONTROL SYSTEM DENGAN VARIABEL WAKTU TUNDA DAN KEGAGALAN PENGIRIMAN DATA MONDA PERDANA

Ir.Muchammad Ilyas Hs DONY PRASETYA ( ) DOSEN PEMBIMBING :

PERANCANGAN SISTEM KENDALI BERJARINGAN MENGGUNAKAN METODE DECOUPLING DAN KONTROLER STATE FEEDBACK UNTUK SISTEM MIMO PADA BOILER PLANT SIMULATOR

Analisis Pengaruh Rasio Reheat Pressure dengan Main Steam Pressure terhadap Performa Pembangkit dengan Simulasi Cycle-Tempo

OBSERVER UNTUK SISTEM KONTROL LINIER KONTINU

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SIMULASI

STUDI KELAYAKAN KUALITAS SISTEM KONTROL MAIN STEAM PADA BOILER MELALUI PENDEKATAN STATISTICAL CLUSTERING DI PLTU UNIT I PT. PJB UP.

DESAIN KONTROLER FUZZY UNTUK SISTEM GANTRY CRANE

Perancangan Sistem Pemodelan Kontrol Level Air Steam Drum Berbasis Jaringan Syaraf Tiruan

Perancangan Kontroler State Dependent Riccati Equation Untuk Stabilisasi Pendulum Terbalik Dua Tingkat

II. TINJAUAN PUSTAKA I. PENDAHULUAN

BAB I PENDAHULUAN. proses ini adalah untuk memisahkan sebuah campuran berdasarkan kecepatan

PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN PEMBAKARAN PADA DUCTBURNER WASTE HEAT BOILER (WHB) BERBASIS LOGIC SOLVER

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI TEKNIK ELEKTRONIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS GUNADARMA

BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

DESAIN SISTEM KONTROL ADAPTIVE NEURO FUZZY INFERENCE SYSTEM (ANFIS) STUDI KASUS: PENGONTROLAN KETINGGIAN AIR DAN TEMPERATUR UAP STEAM DRUM BOILER

Pengendalian Populasi Hama pada Model Mangsa-Pemangsa dengan Musuh Alaminya

OLEH : IKHTISHOLIYAH DOSEN PEMBIMBING : Dr. subiono,m.sc

DAFTAR ISI. HALAMAN JUDUL... i. LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING... ii. LEMBAR PENGESAHAN DOSEN PENGUJI... iii. HALAMAN PERSEMBAHAN...

PENERAPAN FUZZY LOGIC CONTROLLER UNTUK MEMPERTAHANKAN KESETABILAN SISTEM AKIBAT PERUBAHAN DEADTIME PADA SISTEM KONTROL PROSES DENGAN DEADTIME

Perancangan Sistem Pengendalian Tekanan dan Laju Aliran Untuk Kebutuhan Refueling System Pada DPPU Juanda-Surabaya

X Sistem Pengendalian Advance

BAB 1 PENDAHULUAN. suatu larutan akan menguap pada titik didih yang berbeda.

Perbandingan Metode Kalman Filter, Extended Kalman Filter, dan Ensemble Kalman Filter pada Model Penyebaran Virus HIV/AIDS

PERBAIKAN KARAKTERISTIK KONTROLLER TEMPERATUR PADA MODEL BOILER

LEVEL DAN SISTEM PROTEKSI PADA PERTAMINA (PERSERO) RU IV CILACAP

Desain Kontroler Fuzzy untuk Sistem Gantry Crane

STUDI PERPINDAHAN PANAS DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM KOORDINAT SEGITIGA

ABSTRAK. Inverted Pendulum, Proporsional Integral Derivative, Simulink Matlab. Kata kunci:

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Optimasi Parameter Kontroler PID Berbasis Particle Swarm Optimization untuk Pengendalian Kecepatan Motor Induksi Tiga Fase

Vol: 2 No.2 September 2013 ISSN:

CATATAN TENTANG PERSAMAAN LYAPUNOV DAN PERSAMAAN ALJABAR RICCATI

DESAIN SISTEM KENDALI GERAK SURGE DAN ROLL PADA SISTEM AUTONOMOUS UNDERWATER VEHICLE DENGAN METODE SLIDING MODE CONTROL (SMC)

PERANCANGAN MODEL PREDICTIVE TORQUE CONTROL (MPTC) UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI 3 PHASA DENGAN ROBUST STATOR FLUX OBSERVER

PERANCANGAN KONTROLER SELF TUNING NEURO-PI UNTUK PENGENDALIAN KETINGGIAN AIR DAN TEMPERATUR STEAM DRUM BOILER

BAB III METODE PENELITIAN

Transkripsi:

PENGENDALIAN OPTIMAL PADA SISTEM STEAM DRUM BOILER MENGGUNAKAN METODE LINEAR QUADRATIC REGULATOR (LQR) Oleh : Ika Evi Anggraeni 206 00 03 Dosen Pembimbing : Dr. Erna Apriliani, M.Si Hendra Cordova, ST, MT Jurusan Matematika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 200 Abstrak Boiler merupakan peralatan utama yang diperlukan dalam sistem Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Steam drum adalah suatu alat pada boiler yang berfungsi menampung air dari feedwater system dalam pembuatan uap yang temperaturnya cukup tinggi dan memisahkan fluida antara fase gas dan fase cair. Variabel yang dianalisa adalah ketinggian air dan temperatur uap. Pada Tugas Akhir ini dilakukan penelitian tentang penggunaan optimal control metode Linear Quadratic Regulator (LQR) pada pengendalian ketinggian air dan temperatur uap dari sistem steam drum boiler. Karakteristik pengendali LQR dipengaruhi dari matriks pembobot R dan R pada indeks performansi. Hasil simulasi didapatkan nilai matriks pembobot yang terbaik adalah R 30 I dan R 9.79I. Penggunaan teori kontrol optimal metode LQR menghasilkan error sebesar 0.02% pada ketinggian air dan error sebesar 0.0% pada temperatur uap. Kata kunci : steam drum boiler, ketinggian air, temperatur uap, kontrol optimal, linear quadratic regulator (LQR). Pendahuluan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) merupakan suatu lembaga pembangkitan energi listrik yang proses kerjanya memanfaatkan tenaga uap untuk menghasilkan listrik dengan tujuan melayani kebutuhan listrik seluruh masyarakat dan diharapkan mampu bekerja secara optimal agar proses distribusi listrik tidak terhambat. Untuk menunjang keberhasilan tujuan tersebut tentu diperlukan komponen komponen pendukung atau peralatan yang selalu bekerja dalam keadaan baik. Pada suatu sistem pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), yang memegang peranan penting adalah boiler. Steam drum adalah suatu alat pada boiler yang berfungsi menampung air dari feedwater system dalam pembuatan uap yang temperaturnya cukup tinggi dan memisahkan fluida antara fase gas dan fase cair. Keberadaannya dalam sebuah sistem boiler, memegang peranan yang sangat penting. Variabel yang dianalisa dalam steam drum boiler adalah ketinggian air dan temperatur uap. Pengukuran ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum adalah hal yang sangat penting untuk safety dan efisiensi operasional dari boiler. Dapat dikatakan bahwa steam drum boiler adalah jantung dari sebuah boiler. Disinilah uap yang digunakan untuk memutar turbin pertama kali dihasilkan (Anggraeni, 200). Maka diperlukan suatu pengontrol yang dapat mengendalikan ketinggian air dan temperatur uap pada steam drum boiler secara optimal. Di pembangkit listrik pada umumnya menerapkan sistem kontrol PID dan memberikan hasil yang baik. Untuk mengendalikan sistem proses yang kompleks, seperti steam drum boiler ini, sistem kontrol PID mempunyai beberapa kelemahan

diantaranya hasil keluaran sistem yang masih cukup lama untuk mencapai kondisi stabil dan error yang masih besar (Abadi, 2008). Untuk mengatasi masalah tersebut, maka dikembangkan sistem kontrol optimal. Sistem kontrol optimal dapat digunakan baik untuk sistem linier maupun sistem non linier, dengan satu atau banyak masukan dan keluaran. Salah satu metode kontrol optimal yaitu Linear Quadratic Regulator (LQR) dimana metode ini kontrol diperoleh dengan meminimumkan indeks performansi yang merupakan fungsi kuadrat. Selain itu, pada sistem kontrol optimal kondisi dan gangguan pada sistem sangat diperhatikan untuk dapat mencapai hasil yang paling baik. Pada Tugas Akhir ini dibahas desain kontrol sistem pada steam drum boiler menggunakan teori kontrol optimal dengan metode Linear Quadratic Regulator (LQR) untuk mendapatkan persamaan dari control valve flow air pada ketinggian air dan flow uap panas pada temperatur uap. Dan disimulasikan dengan menggunakan program Matlab dengan simulink sehingga pada akhir pembahasan diperlihatkan hasil respon keluaran dengan pengontrol. 2. Metode Penelitian Metodologi yang digunakan dalam menyelesaikan permasalahan pada Tugas Akhir ini sebagai berikut :. Kajian pustaka dan analisis permasalahan. 2. Mengkaji model matematika ketinggian air dan temperatur uap pada sistem steam drum boiler. 3. Penerapan kontrol optimal dengan Linear Quadratic Regulator (LQR) 4. Simulasi dengan simulink pada software Matlab 7.4. 5. Kesimpulan dan saran dari hasil simulasi. 3. Sistem Steam Drum Boiler Steam drum merupakan suatu alat pada boiler untuk menampung air dalam volume besar dan memisahkan fluida antara fase gas dan fase cair setelah pemanasan yang terjadi di dalam boiler. Pada pengendalian ketinggian air pada steam drum boiler ini, ketinggian air dipertahankan pada ketinggian NWL (Normal Water Level) atau setpoint. Dan temperatur uap juga dipertahankan pada nilai setting yang diinginkan. Apabila terjadi suatu gangguan pada salah satu variabel tersebut maka proses akan terganggu. Model matematika dari steam drum boiler dibentuk oleh dua variabel yaitu ketinggian air dan temperatur uap. Gambar 3. Sistem Steam Drum Boiler Model matematika dari gambar diatas adalah (Stephanopoulos, 984) : (3.) (3.2) dengan : : luas steam drum boiler (m 2 ) : ketinggian air (m) : flow air yang masuk (kg/menit) : flow air yang keluar (kg/menit) : control valve flow air (m) : koefisien control valve (m 3/2 /menit) : flow uap panas (kg/menit) : temperatur air yang masuk (K) : temperatur uap (K) : massa jenis air (kg/m 3 ) 4. Pelinearan Tinjau suatu sistem differensial non linear diberikan oleh:,,,, (4.) untuk memperoleh pendekatan linear pada sistem non linear ini, dapat diuraikan di sekitar titik, sebagai berikut : Δ Δ (4.2) dengan menggunakan deret Taylor persamaan (4.) menjadi (Hendricks, 2008) : Δ Δ, Δ,,,,,,, 2,,,, 2 2! 2 2,, (4.3) 2

karena untuk yang sangat kecil, maka dapat mengabaikan suku suku yang berorder tinggi. Selanjutnya persamaan (4.3) dapat ditulis : Δ,,,,,, Sehingga dibentuk matrik Jacobian sebagai berikut :,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, (4.4) dari proses pelinearan ini, maka akan terbentuk state space sebagai berikut : (4.5) 4.2 Masalah Kontrol Optimal Permasalahan kontrol optimal umumnya mencari suatu pengontrol, dalam hal ini dinotasikan dengan yang memenuhi suatu sistem linier dengan meminimumkan suatu indeks perilaku. Diberikan sistem persamaan keadaan (4.5) sebagai berikut (Naidu, 2002) : dengan variabel keadaan dan kontrol masukan. Dan indeks performansi yang terkait dengan sistem ini adalah :,,, (4.6) Indeks performansi dipilih agar plant dapat menggambarkan performansi yang diinginkan. 5. Analisis Kontrol Optimal Menggunakan Metode Linear Quadratic Regulator (LQR) Persamaan (3.) dan (3.2) merupakan bentuk sistem non linear. Untuk menyelesaikan pengendalian optimal dengan metode LQR, persamaan harus dalam bentuk sistem linear. Oleh karena itu, akan dilakukan proses pelinearan dengan mencari matriks Jacobian. Dilinearkan disekitar nilai setting yaitu 0.8375 dan 800 serta 3.74 dan sehingga dapat dibentuk matriks persamaan keadaan sistem linear dari model steam drum boiler sebagai berikut : 2 0 (5.) karena keluaran yang dihasilkan yaitu ketinggian air dan temperatur uap, maka matriks persamaan keluaran adalah : 0 0 (5.2) 0 0 parameter yang digunakan seperti ditunjukkan tabel berikut : Tabel 5. Parameter Steam Drum Boiler Parameter Nilai Parameter Nilai A (m 2 ) 2.20245625 F in (kg/menit) 9.65 k (m 3/2 /menit) ρ (kg/m 3 ) 000 T in (K) 84 C p (J/mol K) 79.78 dengan menggunakan nilai parameter parameter seperti pada Tabel 5., persamaan model matematika dari steam drum boiler (5.) dapat ditulis menjadi bentuk secara umum (4.5) sebagai berikut : dengan : dan 3.4085 0 87.4555 5.237 0.4552 0 0 0.0000068 Dalam menentukan optimal control, maka harus dirancang indeks performansi sedemikian hingga, disini akan diatur ketinggian air sesuai Normal Water Level yaitu 0,8375 m dan temperatur uap sesuai nilai setting yaitu 800 K. Sehingga fungsi objektif yaitu meminimumkan selisih antara variabel hasil simulasi dengan nilai yang ditentukan. Indeks performansi dalam kontrol tersebut dinyatakan sebagai fungsi kuadratik sebagai berikut : 2 (5.3) pada interval waktu adalah 0, dengan dan matriks pembombot dan diberikan sebagai berikut : 0 0 dan 0 0 dari indeks performansi (5.3) dan state space (5.) yang telah diketahui sebelumnya maka dapat dibentuk persamaan Hamilton sebagai berikut :,,, 2 (5.4) 3

dengan merupakan pengali Lagrange. Penurunan persamaan state dan costate adalah : (5.5) (5.6) Untuk mendapatkan fungsi pengontrol yang mengoptimalkan indeks performansi, perlu membentuk kondisi stasioner dari persamaan Hamilton yang diturunkan terhadap fungsi pengontrol, bentuknya dinyatakan sebagai berikut : 0 (5.7) persamaan (5.7) yang telah didapatkan, disubtitusikan kepersamaan (5.5) terbentuk persamaan : (5.8) dimana masih belum diketahui. Untuk mendapatkan pengali Lagrange maka digunakan solusi persamaan differensial yang terbentuk dari sistem matriks Hamiltonian yang menggabungkan persamaan state (5.5) dan persamaan costate (5.6), diperoleh : 0 0 0 0 (5.9) sehingga dari (5.9) dapat ditulis sebagai berikut : (5.0) Persamaan (5.9) diselesaikan dengan solusi persamaan differensial adalah (Subiono, 2008): (5.) dengan adalah suatu nilai eigen dari sistem close loop dan vektor eigen yaitu yang didapatkan dari matriks Hamiltonian (5.9). Sehingga nilai eigen dan eigen vektor didapatkan : 9.0949 0 9.0949 0 9.0949 0 9.0949 0.6552 0.6552 0 ; 2.6552 0.6552 0 ; dengan :.0439 0 2.3567 0 2.793 0.0897 0.9880 0 5.8278 0 9.0668 0 5.358 0 7.796 0.9305 0 6.2828 0 3.0093.8070 0 0.6483 0 4.839.730 0 4.2266 0 6.2828 0 3.0093.8070 0 0.6483 0 4.839.730 0 4.2266 0 6.2828 0 3.0093.8070 0 0.6483 0 4.839.730 0 4.2266 0 6.2828 0 3.0093.8070 0 0.6483 0 4.839.730 0 4.2266 0.890 0 0.0029 687.890 0 0.0029 687.890 0 0.0029 687.890 0 0.0029 687 0.0057 0.525.5287 0 5.4767 0 0.0057 0.525.5287 0 5.4767 0 Setelah didapatkan nilai eigen,,, dan vektor eigen,,, kemudian disubtitusikan kepersamaan (5.), diperoleh :......... (5.2) dengan : ;.655202.655202 2 ; 0.8375 ; 800 Dari (5.2) dapat diperoleh nilai dimana akan disubtitusikan pada persamaan (5.7) sehingga kontrol optimal didapatkan sebagai berikut :... 4

.... dengan :...... Pada Tugas Akhir ini, dipilih matriks pembobot adalah : 30 0 0 30 dan 9.79 0 0 9.79 6. Simulasi Sistem Steam Drum Boiler Setelah diperoleh pengontrol dengan metode Linear Quadratic Regulator, langkah berikutnya adalah mengimplementasikan diagram blok dengan simulink pada Matlab. Hasil diagram blok dapat dilihat pada Gambar 6., dimana rangkaian sistem berupa sistem loop tertutup. Gambar 6. Diagram Blok Sistem Steam Drum Boiler dengan Metode LQR Setelah dibentuk diagram blok, maka dengan simulink pada Matlab disimulasikan sehingga menghasilkan grafik seperti pada Gambar 4.7 dan Gambar 4.8 dengan lama waktu komputasi diberikan pada range 0 0 dalam satuan menit. Gambar 6.2 Grafik Ketinggian Air Pada Steam Drum Boiler dengan LQR controller Gambar 6.3 Grafik Temperatur Uap Pada Steam Drum Boiler dengan LQR controller Pada Gambar 6.2 menunjukkan bahwa pada saat pemasukan awal, optimal control dengan LQR secara otomatis mengendalikan control valve sehingga ketinggian air mencapai kondisi stabil pada menit ke.8 disekitar 0.8377 m dan sudah mencapai kondisi NWL yang diinginkan yaitu 0.8375 m pada menit ke.7. Serta pada Gambar 6.3 menunjukkan bahwa pemasukan awal temperatur uap naik dan mencapai kondisi stabil pada menit ke 2. disekitar 800. K dan pada menit ke 2 sudah mencapai nilai setting yang diinginkan yaitu 800 K. 6.2 Simulasi Variasi Pengambilan Matriks Pembobot Di dalam persamaan kontrol pada ketinggian air dan temperatur uap dari sistem steam drum boiler, tidak terlepas dari masalah meminimumkan indeks performansi : 2 dengan pemilihan elemen elemen matriks pembobot dan menentukan pemberat relatif dari masing masing variable state dan masing masing masukan pengontrol dan 5

dalam prosedur meminimumkan indeks performansi. Berikut ditampilkan beberapa kasus dalam pemilihan matriks pembobot dan. Kasus Pertama, hasil dari simulasi pada kasus ini dapat dilihat pada Gambar 6.4-6.7 dimana elemen matriks pembobot dirubah dari nilai semula dan elemen matriks pembobot tetap serta lama waktu komputasi pada range 0 0.. Percobaan Pertama Pada percobaan ini, elemen matriks pembobot dipilih lebih besar. Matriks pembobot yang diambil adalah : 49 0 0 49 dan 9.79 0 0 9.79 Pada Gambar 6.4 menunjukkan bahwa pada saat pemasukan awal, ketinggian air mencapai kondisi stabil disekitar.38 m pada menit ke.9 akan tetapi kondisi ini melebihi batas NWL (setpoint) yang diinginkan dengan error sebesar 57.37%. Sedangkan pada Gambar 6.5 menunjukkan bahwa pemasukan awal temperatur uap naik dan mencapai kondisi stabil pada menit ke.95 disekitar 800.2 K, dan pada menit ke.2 sudah mencapai nilai setting yang diinginkan dengan error (kesalahan) sebesar 0.025%. Gambar 6.5 Grafik Temperatur Uap Pada Steam Drum Boiler 49 dan 9.79 2. Percobaan Kedua Pada percobaan ini, elemen matriks pembobot dipilih lebih kecil. Matriks pembobot yang diambil adalah : 0 0 0 0 dan 9.79 0 0 9.79 Pada Gambar 6.6 menunjukkan bahwa pada saat pemasukan awal, ketinggian air mencapai kondisi stabil disekitar 0.3983 m pada menit ke.85 akan tetapi kondisi ini kurang dari batas NWL (setpoint) yang diinginkan dengan error sebesar 52.44%. Sedangkan pada Gambar 6.7 terlihat bahwa pemasukan awal temperatur uap naik dan mencapai kondisi stabil tepat pada nilai setting yang diinginkan yaitu 800 K pada menit ke.9. Gambar 6.4 Grafik Ketinggian Air Pada Steam Drum Boiler 49 dan 9.79 Gambar 6.6 Grafik Ketinggian Air Pada Steam Drum Boiler 0 dan 9.79 Gambar 6.7 Grafik Temperatur Uap Pada Steam Drum Boiler 0 dan 9.79 6

Kasus Kedua, hasil dari simulasi pada kasus ini dapat dilihat pada Gambar 6.8 6. dimana elemen matriks pembobot tetap dan elemen matriks pembobot dirubah dari nilai semula serta lama waktu komputasi pada range 0 0.. Percobaan Pertama Pada percobaan ini, elemen matriks pembobot dipilih lebih besar. Matriks pembobot yang diambil adalah : 30 0 0 30 dan 22 0 0 22 Pada Gambar 6.8 menunjukkan bahwa pada saat pemasukan awal, ketinggian air mencapai kondisi stabil disekitar 0.4876 m pada menit ke 2.2 akan tetapi kondisi ini kurang dari batas NWL (setpoint) yang diinginkan dengan error sebesar 4.78%. Sedangkan pada Gambar 6.9 menunjukkan bahwa pemasukan awal temperatur uap naik dan mencapai kondisi stabil tepat pada nilai setting yang diinginkan yaitu 800 K pada menit ke.9. 30 0 0 30 dan 8 0 0 8 Pada Gambar 6.0 menunjukkan bahwa pada saat pemasukan awal, ketinggian air mencapai kondisi stabil disekitar.274 m pada menit ke.9 akan tetapi kondisi ini melebihi batas NWL (setpoint) yang diinginkan dengan error sebesar 52.2 %. Sedangkan pada Gambar 6. menunjukkan bahwa pemasukan awal temperatur uap naik dan mencapai kondisi stabil pada menit ke 3.5 disekitar 800. K, dan pada menit ke.8 sudah mencapai nilai setting yang diinginkan dengan error (kesalahan) sebesar 0.025%. Gambar 6.0 Grafik Ketinggian Air Pada Steam Drum Boiler 30 dan 8 Gambar 6.8 Grafik Ketinggian Air Pada Steam Drum Boiler 30 dan 22 Gambar 6. Grafik Temperatur Uap Pada Steam Drum Boiler 30 dan 8 Gambar 6.9 Grafik Temperatur Uap Pada Steam Drum Boiler 30 dan 22 2. Percobaan Kedua Pada percobaan ini, elemen matriks pembobot dipilih lebih besar. Matriks pembobot yang diambil adalah : 6.3 Simulasi dengan Memperbesar dan Memperkecil Parameter Steam Drum Boiler Simulasi ini dilakukan dengan mengubah nilai parameter pada sistem steam drum boiler untuk menguji sensitifitas sistem terhadap ketidakpastian dari dalam sistem. Parameter yang diubah adalah flow air yang masuk, temperatur air yang masuk, kapasitas panas dalam steam drum boiler, koefisien control valve. Pengujian terhadap pengaruh 7

optimal control dilakukan dengan memperbesar dan memperkecil parameter sesuai batasan yang diberikan dan lama waktu komputasi pada range 0 0.. Simulasi Memperbesar Parameter Simulasi ini dilakukan dengan memperbesar parameter dari nilai semula yaitu flow air yang masuk 5 kg/menit, temperatur air yang masuk 820 K, kapasitas panas steam drum boiler 82 J/kg K dan koefisien control valve m 3/2 /menit. setting yang diinginkan yaitu 800 K dengan error sebesar 0.74%. 2. Simulasi Memperkecil Parameter Simulasi ini dilakukan dengan memperkecil parameter dari nilai semula yaitu flow air yang masuk 5 kg/menit, temperatur air yang masuk 800 K, kapasitas panas steam drum boiler 50 J/kg K dan koefisien control valve 0.8 m 3/2 /menit. Gambar 6.2 Grafik Ketinggian Air Pada Steam Drum Boiler dengan Memperbesar Parameter Gambar 6.4 Grafik Ketinggian Air Pada Steam Drum Boiler dengan Memperkecil Parameter Gambar 6.3 Grafik Temperatur Uap Pada Steam Drum Boiler dengan Memperbesar Parameter Pada Gambar 6.2 menunjukkan bahwa pada saat pemasukan awal, optimal control dengan LQR secara otomatis mengendalikan control valve sehingga ketinggian air mencapai kondisi stabil disekitar 0.8377 m pada menit ke 2 dengan error sebesar 0.024%. Sedangkan pada Gambar 6.3 menunjukkan bahwa pemasukan awal temperatur uap naik dan mencapai kondisi stabil disekitar 805.9 K pada menit ke 2 akan tetapi kondisi ini melebihi nilai Gambar 6.5 Grafik Temperatur Uap Pada Steam Drum Boiler dengan Memperkecil Parameter Pada Gambar 6.4 menunjukkan bahwa pada saat pemasukan awal, optimal control dengan LQR secara otomatis mengendalikan control valve sehingga ketinggian air mencapai kondisi stabil disekitar 0.8377 m pada menit ke 3 dengan error sebesar 0.024%. Sedangkan pada Gambar 6.5 menunjukkan bahwa pemasukan awal temperatur uap naik dan mencapai kondisi stabil disekitar 776.6 K pada menit ke 3 akan tetapi kondisi ini kurang dari nilai setting yang diinginkan yaitu 800 K dengan error sebesar 2.93%. Dari kedua simulasi diatas, dapat disimpulkan bahwa semakin besar parameter 8

yang diberikan, maka waktu yang ditempuh untuk mencapai kondisi stabil pada ketinggian air dan temperatur uap semakin cepat. Sebaliknya semakin kecil parameter yang diberikan, maka waktu yang ditempuh untuk mencapai kondisi stabil pada ketinggian air dan temperatur uap semakin lambat. 7. Kesimpulan Dari analisa dan pembahasan diperoleh kesimpulan sebagai berikut :. Indeks performansi pada Tugas Akhir yang digunakan adalah: 2 Berdasarkan percobaan, nilai matriks pembobot dan yang tepat yaitu : 30 0 0 30 dan 9.79 0 0 9.79 2. Semakin besar nilai matriks pembobot dan matriks pembobot tetap, maka hasil simulasi yang diperoleh pada ketinggian air semakin melebihi batas NWL yang diinginkan. Sebaliknya apabila semakin kecil nilai matriks pembobot, maka hasil simulasi yang diperoleh pada ketinggian air semakin berkurang dari batas NWL yang diinginkan. Sedangkan pada temperatur uap tidak mengalami perubahan. 3. Semakin besar nilai matriks pembobot dan matriks pembobot tetap, maka hasil simulasi yang diperoleh pada ketinggian air semakin berkurang dari batas NWL yang diinginkan. Sebaliknya apabila semakin kecil nilai matriks pembobot, maka hasil simulasi yang diperoleh pada ketinggian air melebihi batas NWL yang diinginkan. Sedangkan pada temperatur uap tidak mengalami perubahan. 4. Semakin besar nilai parameter steam drum boiler yang diberikan, maka waktu yang ditempuh untuk mencapai kondisi stabil pada ketinggian air dan temperatur uap semakin cepat. Sebaliknya semakin kecil nilai parameter yang diberikan, maka waktu yang ditempuh untuk mencapai kondisi stabil pada ketinggian air dan temperatur uap semakin lambat. 5. Bentuk optimal control yang diperoleh dari model steam drum boiler pada Tugas Akhir ini adalah : 26.4508 4.7283.. 0.0489 4.7283.. 9 26.4508 4.7283.. 0.0489 4.7283.. 3.2908 0 4.809 0.. 3.2908 0 4.809 0.. 3.2908 0 4.809 0.. 3.2908 0 4.809 0.. sehingga optimal control dengan metode LQR ini menghasilkan error pada ketinggian air sebesar 0.02% dari nilai ketinggian air 0.8375 m dan temperatur uap sebesar 0.0% dari nilai setting 800 K sehingga sistem pada steam drum boiler dikatakan dapat bekerja secara optimal. 7.2 Saran Dari hasil penelitian Tugas Akhir ini dapat diberikan saran pengembangan selanjutnya adalah :. Pemilihan matriks pembobot sebaiknya dicari metode estimasinya yang berkaitan dengan sistem. Karena tidak semua besaran matriks pembobot memberikan pengontrol yang baik terhadap sistem. 2. Setelah pengujian optimal control metode LQR pada sistem steam drum boiler diperoleh hasil yang baik, maka sebaiknya sistem ini diuji lebih lanjut dengan metode-metode lainnya seperti PID berbasis fuzzy gain scheduling agar didapatkan pengontrol yang lebih baik. Daftar Pustaka Abadi, I., Nov. 2008. Simulasi Pengendalian Level Steam Drum Dengan Pengendali PID Berbasis Fuzzy Gain Scheduling. Jurnal Sains dan Teknologi Emas, Vol. 8 No. 4. Anggraeni,I.E.200. Pemodelan Matematika Dan Analisis Sifat Sifat Sistem Level Air Pada Steam Drum Boiler Di PLTU 3/4 PT PJB UP Gresik. Laporan Kerja Praktek Jurusan Matematika, Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Baskoro, Buyung, 2009. Peralatan Utama PLTU Boiler. <URL:http://buyungbaskoro.blogspot.com /2009/06/pelaratan-utama-pltuboiler.html>

Bracco, S., Troilo, M., dan Trucco, A. 2009. A Simple Dynamic Model and Stability Analysis Of A Steam Drum Boiler. Proc. IMechE Power And Energy 223:809. Hendricks, E. 2008. Linear System Control. Verlag Berlin Heidelberg: Springer. Lewis, F. L. 995. Optimal Control Second Edition. John Wiley and Sons, Inc. Naidu, D.S. 2002. Optimal Control System. USA: CRC Presses LCC. Stephanopoulos, G. 984. Chemical Proses Control An Introduction To Theory And Pratice. London : Prentice Hall International. Subiono. 2008. Modul Ajar Matematika Sistem. Matematika, Institut Tekonologi Sepuluh Nopember. Subiono. 200. Modul Ajar Optimal Control. Matematika, Institut Tekonologi Sepuluh Nopember. 0