Controller atau Pengendalian by: Era Devi Istihaji 3A _S1 Terapan 9 november 2014

Kontroler dalam Diagram Blok Error detector (comparator) Set Point + - Feedback Signal Measurement Devices Error Controller Output Actuator Energy or fuel Manipulated variable Manufacturing Process Controlled Disturbances Measured r(t) e(t) u(t) c(t)

Sistem Pengontrolan Secara Diskontinu dan Kontinu. - Sistem pengontrol secara diskontinu (digital) dilakukan oleh komponen-komponen diskrit, dapat dibagi atas : Pengontrolan dengan dua posisi, bersifat osilasi. Posisi ganda yang cenderung mengurangi osilasi. Floating, posisi yang relatif tidak terbatas. Pemindahan energi dapat dilakukan melalui salah satu daripada beberapa kemungkinan yang ada

- Sistem Pengontrolan secara kontinu (analog) dapat dibagi atas : Kesebandingan (Proporsional), dimana keluaran sebanding dengan penyimpangan (deviasi). Integral (I), yaitu keluaran selalu berubah selama terjadi deviasi (penyimpangan). Derivative (D). Kombinasi P,I dan D akan diperoleh suatu sistem kontrol yang lebih baik stabil sehingga sensitivitas atau kecepatan responsnya akan menjadi besar.

Klasifikasi dari Kontroler sesuai dengan pengontrolannya : Kontroler dua posisi atau on-off Kontroler Proporsional Kontroler Proporsional dan Integral Kontroler Proporsional, Diferensial dan Integral

Pengendali On – Off Sistem akan sepenuhnya berfungsi atau sepenuhnya tidak berfungsi, tergantung pada besar kecilnya sinyal kesalahan yg dihasilkan. • Pengendali ini bekerja pada 2 posisi saja, yaitu posisi “on” dan posisi “off”. • Control Valve dengan sistem pengendalian on – off hanya akan bekerja pada terbuka penuh atau tertutup penuh

Kelebihan dan Kekurangan Pengendali On – Off murah dan sederhana Kekurangan proses variabel akan bergelombang (berosilasi) dan tidak akan stabil. Sehingga hanya cocok untuk sistem yang dapat mentolerir fluktuasi variabel proses.

Pengendali Proporsional Pengendalian Proporsional melakukan pengendalian suatu proses yg sebanding/proporsional dengan besar kesalahan yg terjadi. Berapa besar tindakan koreksi yg dilakukan sebanding dengan besar kesalahan yg terjadi, dan selanjutnya makin mengecil setelah makin dekat dengan target yg diinginkan • Pengendali Proportional merupakan pengendalian yang paling sederhana dan paling banyak digunakan untuk model pengendalian kontinyu. • Pengendali akan menghasilkan suatu output yang proporsional dengan besarnya error. Jika nilai error besar, maka nilai output juga akan besar, begitu juga sebaliknya.

Persamaan V = Kε + VO Dengan : V adalah nilai output controller karena ada error. ε = S - L L adalah nilai variabel terukur S adalah nilai set point K adalah proportional constant, disebut gain Vo adalah nilai output controller jika tidak ada error.

Kelebihan dan kekurangan • Sederhana dan disain mudah • Cepat stabil • Respon cepat Kekurangan • Terjadi offset (selisih nilai set point dengan nilai variabel terkontrol sebagi hasil respon pada waktu tak terhingga) • Terjadi osilasi (respon bergelombang)

Pengendalian Proporsional Integral • Integral memberikan output yang proporsional dengan integral waktu error. • Kadang disebut reset control. • Penggunaan Pengendalian Integral umumnya bersamaan dengan Pengendalian Proporsional disebut Pengendalian PI • Keuntungan utama Pengendalian PI adalah dapat menghilangkan offset, • Kekurangannya adalah memberikan nilai deviasi yang maksimum, waktu respon lama, dan periode osilasi yang lebih lama dibandingkan dengan pengendalian proporsional.

Pengendalian Proporsional, Integral dan Derivatif Pengendalian PID mempunyai keuntungan antara lain : • Menghilangkan offset karena adanya pengendalian integral • Mengurangi deviasi maksimum dan waktu osilasi yang merupakan hasil gabungan pengendalian PI dan PD

Kombinasi beberapa jenis kontroler diperbolehkan Kontroler PID Seri Kombinasi beberapa jenis kontroler diperbolehkan PI, PD, PID Keuntungan kontroler PID: Menggabungkan kelebihan kontroler P, I, dan D P : memperbaiki respon transien I : menghilangkan error steady state D : memberikan efek redaman Kontroler PID Paralel

Kontroler PID praktis (rangkaian)

PENALAAN PENGENDALIAN by: Era Devi Istihaji 3A _S1 Terapan 30 november 2014

Penalaan Pengendalian (Tuning) proses menentukan parameter pengontrol untuk menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Tuning dapat mengoptimalisasikan sistem proses dan meminimalisasi error antara variabel proses dan set point. Penalaan bertujuan untuk mendapatkan kinerja sistem sesuai spesifikasi perancangan. Penalaan pengendalian merupakan pekerjaan rumit yang menuntut kesabaran dan pengalaman operator.

Tuning kontroler PID Permasalahan terbesar dalam desain kontroler PID Tuning : menentukan nilai Ki, Kp, dan Kd Metode – metode tuning dilakukan berdasar Model matematika plant/sistem Jika model tidak diketahui, dilakukan eksperimen terhadap sistem Cara tuning kontroler PID yang paling populer : Ziegler-Nichols metode 1 dan 2 Metode tuning Ziegler-Nichols dilakukan dengan eksperimen (asumsi model belum diketahui) Metode ini bertujuan untuk pencapaian maximum overshoot (MO) : 25 % terhadap masukan step

Penalaan Pengendalian (Tuning) di bagi menjadi 3, yaitu : Metode Kurva Reaksi Metode Osilasi Simpal Tertutup Metode Coba- Coba

1. Metode Kurva Reaksi Metode kurva reaksi didasarkan atas tanggapan undakan sistem proses. Asumsi yang digunakan adalah proses sebagai sistem orde satu disertai dead time (waktu mati). Langkah metode kurva reaksi adalah sebagai berikut : Pengendalian disetel pada posisi manual (MANU) Dilakukan sedikit perubahan mendadak pada sinyal kendali (sebaiknya kurang dari 10%), sehingga terjadi perubahan variabel proses (PV) yang dapat diamati. Tanggapan variabel proses direkam dan dari hasil yang diperoleh ditentukan nilai waktu mati (L), konstanta waktu sistem (T), dan steady – state gain (K).

Metode Kurva Reaksi terbagi menjadi 3 metode, yaitu : Metode ZIEGLER – NICHOLS I Metode COHEN – COON Metode CHIEN, HRONES, dan RESWICK

A. Metode tuning Ziegler-Nichols 1 Dilakukan berdasar eksperimen, dengan memberikan input step pada sistem, dan mengamati hasilnya Sistem harus mempunyai step response (respons terhadap step) berbentuk kurva S Sistem tidak mempunyai integrator (1/s) Sistem tidak mempunyai pasangan pole kompleks dominan (misal : j dan –j, 2j dan -2j) Muncul dari persamaan karakteristik  s2+1, s2+4 Respon sistem berosilasi

Metode tuning Ziegler-Nichols 1

Metode tuning Ziegler-Nichols 1 Prosedur praktis Berikan input step pada sistem Dapatkan kurva respons berbentuk S Tentukan nilai L dan T Masukkan ke tabel berikut untuk mendapatkan nilai Kp, Ti, dan Td

B. Metode COHEN - COON Merupakan penyempurnaan metode ZIEGLER – NICHOLS I. a : k.L/T Ʈ : L / (L+T)

C. Metode CHIEN, HRONES DAN RESWICK Chein, Hrones dan Reswick melakukan menyempurnakan lebih lanjut dengan membedakan hasil penalaan antara tanggapan undak dan set-point. Memiliki kesamaan dengan metode Ziegler – Nichol, hanya saja pada metode ini menggunakan nilai Time Constant pada model plant.

a : k.L / T

2. Metode Osilasi Simpal Tertutup Metode ini didasarkan pada reaksi sistem untaian tertutup. Metode ini dikenal dengan Metode Ziegler – Nichols II. Pada prinsipnya dalam simpal tertutup di buat kondisi osilasi alami. Hal ini terjadi karena pergeseran fase hanya disebabkan oleh sistem proses. Dengan kata lain pengendalian pada modus proporsional saja.

Metode tuning Ziegler-Nichols 2 Metode ini berguna untuk sistem yang mungkin mempunyai step response berosilasi terus menerus dengan teratur Sistem dengan integrator (1/s) Metode dilakukan dengan eksperimen Dengan meberikan kontroler P pada suatu sistem close loop dengan plant terpasang Gambar … Lalu nilai Kp ditambahkan sampai sistem berosilasi terus menerus dengan teratur Nilai Kp saat itu disebut penguatan kritis (Kcr) Periode saat itu disebut periode kritis (Pcr)

Metode tuning Ziegler-Nichols 2

3. Metode Coba - Coba Metode ini dilakukan berdasarkan perkiraan dan pengecekan. Pada metoda ini, pengontrolan proprotional sangat berperan, sedangkan integral dan derivative berfungsi memperbaiki output yang diinginkan. Ada beberapa nilai praktis untuk menentukan parameter control Kc, Ti, dan Td yang diperoleh dari hasil trial and error.

A. Flow Pengontrolan P atau PI dapat digunakan dengan nilai gain yang rendah. Pengontrolan PI digunakan untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat dengan aksi integrasi yang besar. Derivative tidak digunakan karena adanya fluktuasi yang sering pada flow yang dinamis dengan banyak gangguan. Biasanya nilai dibawah ini dapat digunakan. Kc : 0,4 ~ 0.65; Ti : 6 detik B. Level Pengontrolan level hampir sama dengan flow, jika hanya menggunakan pengontrol P, control valve discharge tangki akan membuka penuh 100% pada saat level tangki mencapai 75% dan menutup penuh 0% saat level tangki 25%, dan control valve akan membuka 50% pada saat level tangki 50%. Nilai untuk pengontrolan P saja biasanya sebesar Kc = 2 dengan bias 50% dan set point 50%. Jika menggunakan pengontrolan PI, nilai parameter yang digunakan biasanya Kc = 2 ~ 20 dan Ti = 1 ~ 5 menit.

C. Pressure Pengontrolan untuk pressure memiliki kemungkinan nilai parameter yang cukup luas untuk Kc dan Ti. Ada beberapa rentang nilai berdasarkan fasa fluidanya. i. Cair Kc : 0,5 ~ 2 Ti : 6 ~ 15 detik ii. Gas Kc : 2 – 10  Ti : 2 – 10 menit D. Temperatur Temperatur memiliki karakteristik respon yang lambat terhadap perubahan temperature actual. Pengontrolan PID dapat diterapkan dengan rentang nilai sebagai berikut : Kc : 2 ~ 10; Ti : 2 ~ 10 menit; Td : 0 ~ 5 menit