Teknik Sistem Pengaturan Teknik Elektro - Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Perancangan Kontroler Fuzzy PD untuk Kontrol Toleransi Kesalahan Sensor Oleh Moch Hafid [2211 106 023] Dosen Pembimbing: Dr. Trihastuti Agustinah, ST., MT
TC 21 TT 21 T(t) T(t) [F] V Steam w(t) Feed f(t) T Codensate Product f(t) T(t)
Latar Belakang Permasalahan Tujuan CSTR shutdown Sensor Fault
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.
Latar Belakang Permasalahan Tujuan Memastikan tercapainya kinerja sistem terbaik dan kesalahan pengukuran sensor yang terjadi tidak menyebabkan kegagalan sistem secara keseluruhan.
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
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
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
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Kontrol Fuzzy PD : Skema Kontroler Fuzzy PD Gambar 2. Diagram Block Fuzzy PD
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Kontrol Fuzzy PD : Fuzzifikasi, {Fungsi Keanggotaan} NB NS Z PS PB 1 NB NS Z PS PB 1 0.5 0.5-2 -1 0 1 2 error -2-1 0 1 2 error
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
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 0.5-2 -1 0 1 2 Sinyal Kontrol [u]
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Fault Avoidance Fault Masking Fault Tolerance
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
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
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
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance Diagram Block Skenario Kesalahan Sensor Gambar 5. Fault Tolerant Scenario
Kontrol Toleransi Kesalahan Gain Sensor feedback [K T ] 1.05 1 ctg IV ScenrFault/Fault Selector/KT : Group 1 0.95 0.9 1 ctg III 0.9 0.8 1 ctg II 0.9 0.8 0.7 1 ctg I 0.8 0.6 0.4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Time (sec)
Kontrol Toleransi Kesalahan Kategori IV, K T = 0,95 180 160 178 177 176.0005 140 176 175 176 Temp.Out (F) 120 100 80 174 173 172 5 10 15 20 25 30 35 40 45 175.9995 175.999 175.9985 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 40 20 Setpoint FuzzyPD FuzzyPD+FTC 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Time (s)
Kontrol Toleransi Kesalahan Kategori III, K T =0.85 180 160 180 179 Temp.Out (F) 140 120 100 80 178 177 176 175 174 5 10 15 20 25 30 35 40 45 176.06 176.05 176.04 176.03 176.02 176.01 176 175.99 175.98 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 40 20 Setpoint FuzzyPD FuzzyPD+FTC 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Time (s)
Kontrol Toleransi Kesalahan Kategori II, K T = 0,7 200 180 Temp.Out (F) 160 140 120 100 80 184 182 180 178 176 174 172 170 176.6 176.4 176.2 176 175.8 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 175.6 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 40 20 Setpoint FuzzyPD FuzzyPD+FTC 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Time (s)
Kontrol Toleransi Kesalahan Kategori I, K T = 0,45 200 180 160 190 185 140 180 179 178 Temp.Out (F) 120 100 80 175 170 5 10 15 20 25 30 35 40 45 177 176 175 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 40 20 Setpoint FuzzyPD FuzzyPD+FTC 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Time (s)
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
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.
Kesimpulan Saran Saran, Pada pengembangan berikutnya dapat menambahkan suatu kontrol predictive sehingga dapat memprediksi kesalahan yang terjadi pada proses berikutnya.
Terimakasih