Click here to load reader

Modelling of Open-Closed Loop Process Control by MATLABSimulink

  • View
    342

  • Download
    3

Embed Size (px)

DESCRIPTION

1. Permodelan dan model input output2. Simulasi dan analisis terhadap dinamika proses open loop (servo dan regulatory)3. Simulasi dan analisis terhadap dinamika proses closed loop (feedback dan feedforward baik servo maupun regulatory)4. Tuning parameter-parameter dengan menggunakan metode tuning Ziegler – Nichols, Tyreus – Luyben, dan Cohen – Coon5. Perhitungan kriteria kestabilan Bode6. Kesimpulan dan rekomendasi terhadap hasil-hasil simulasi

Text of Modelling of Open-Closed Loop Process Control by MATLABSimulink

  • PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

    INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG | 2010

    KELOMPOK

    G TUGAS BESAR 04 PENGENDALIAN PROSES

    Anggota :

    1. Siti Maysarah Yulissa (13007069)

    2. Herdadi Supriyo Prabowo (13007071)

    3. Huibert Tjokrobudyanto (13007072)

    4. Laras Wuri Dianningrum (13007075)

    5. Alvin Gunawan (13007076)

    6. Luthfi Adytra (13007079)

  • Tugas Besar 04 Pengendalian Proses

    2

    Kelompok G

    Permasalahan ___________________________________________________________________

    Sebuah sistem tangki berpengaduk dan berjaket ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

    Gambar 1 Sisitem CSTR

    =

    = 0 exp

    Parameter reaktor CSTR adiabatik/non isotermal:

    = 1 (1)

    = 14825 3600 (1)

    = 5215

    = 21903

    = 11843

    = 49740.6

    = 500

    3 = 2100

    3

    = 25

    = 10

    3

    = 250

    3 = 1050

    3

    = 25

  • Tugas Besar 04 Pengendalian Proses

    3

    Kelompok G

    Neraca yang terlibat ada tiga, yaitu neraca mol, neraca massa, dan neraca energi. Pengendalian

    dilakukan terhadap komposisi dan temperatur. Kerjakan:

    1. Permodelan dan model input output

    2. Simulasi dan analisis terhadap dinamika proses open loop (servo dan regulatory)

    3. Simulasi dan analisis terhadap dinamika proses closed loop (feedback dan feedforward baik

    servo maupun regulatory)

    4. Tuning parameter-parameter dengan menggunakan metode tuning Ziegler Nichols, Tyreus

    Luyben, dan Cohen Coon

    5. Perhitungan kriteria kestabilan Bode

    6. Kesimpulan dan rekomendasi terhadap hasil-hasil simulasi

    Asumsi yang digunakan pada kasus ini adalah:

    Densitas () konstan

    cp konstan

    Hold-up konstan

    Data pada keadaan steady-state:

    - Temperatur dalam tangki = temperatur keluaran tangki (Ts) adalah 308 K

    - Konversi A sebesar 90% sehingga konsentrasi A pada akhir reaksi (CAs) adalah 1

    kgmol/m3

  • Tugas Besar 04 Pengendalian Proses

    4

    Kelompok G

    Solusi dan Pembahasan________________________________________________________________ Neraca massa total:

    ()

    =

    = = 0

    = (1)

    Neraca komponen A:

    ()

    =()

    =

    +

    =

    + (0) =

    = ( ) 0 exp

    =

    ( ) 0 exp

    Linearisasi dengan persamaan Taylor:

    =

    ( ) 0 exp

    =

    , , +

    ,

    ,

    0 exp

    = 0 exp

    , +0,

    2 exp

    + 0 exp

    ,

    Pembentukan persamaan deviasi:

    =

    , , +

    ,

    , 0 exp

    , +

    0 ,

    2 exp

    +

    0 exp

    ,

    ,

    =

    , , 0 exp

    ,

    =

    0 ,

    2 exp

    0 exp

    =

    + 0 exp

    0,

    2 exp

  • Tugas Besar 04 Pengendalian Proses

    5

    Kelompok G

    Transformasi Laplace:

    =

    + 0 exp

    0 ,

    2 exp

    =

    + + 0 exp

    0 ,

    2 exp

    + + 0 exp

    =

    1

    + 1.195

    0.012

    + 1.195 (2)

    Neraca energi total:

    =

    H adalah fungsi dari T, nA, dan nB

    =

    +

    +

    dimana

    =

    = ()

    = ()

    ()

    =()

    =

    ()

    =()

    = 0 +

    sehingga

    =

    + +

    + =

    =

    + +

    dengan,

    = + = +

    dan

    = +

    sehingga:

    = +

    + + + +

    = +

    = +

  • Tugas Besar 04 Pengendalian Proses

    6

    Kelompok G

    =

    +

    =

    0 exp

    +

    = +

    = + ( )

    :

    =

    +

    ( )

    = +

    21903

    T

    75.5982exp53.37x10 6

    2100

    1050

    2100( )

    = + 5,57 10

    8 exp(5982,75

    ) 0,5( )

    Pada keadaan steady state:

    = , + 5,57 108 exp(

    5982,75

    ) 0,5( )

    Linierisasi dengan menggunakan deret Taylor , diperoleh persamaan berikut ini:

    5982 ,75

    =

    5982 ,75

    +

    5982 ,75

    +

    5982 ,75

    2

    5982,75

    Pembentukan persamaan deviasi:

    =

    + 5,57. 108 5982,75

    5982,75

    0.5(

    )

    =

    + 5,57. 108

    5982 ,75

    +

    5982 ,75

    2

    5982 ,75

    0.5 + 0,5

    )

    =

    1,5 + 0,5 + 2,04

    + 0,129

    =

    1,371 + 0,5 + 2,04

    Transformasi Laplace:

    = 1,371() + 0,5

    () + 2,04()

    ( + 1,371) = + 0,5

    () + 2,04 0,012

    + 1,195 +

    1

    + 1,195

    ()

  • Tugas Besar 04 Pengendalian Proses

    7

    Kelompok G

    ( + 1,371) = + 0,5

    () + 0,025

    +1,195 +

    2,04

    +1,195

    ()

    = + 0,5

    () + 2,04

    + 1,195

    ()

    2 + 2,566 + 1,663 + 1,195

    = + 1,195

    2 + 2,566 + 1,663 +

    0,5 + 0,5975

    2 + 2,566 + 1,663 +

    2,04

    2 + 2,566 + 1,663

    ()

    =0,601 + 0,719

    0,6012 + 1,543 + 1 +

    0.3 + 0,359

    0,6012 + 1,543 + 1 +

    1,227

    0,6012 + 1,543 + 1

    (3)

    Persamaan (3) disubtitusi ke persamaan (2) maka dihasilkan persamaan

    =

    0,012()

    ( + 1,195)

    =

    1

    + 1,195

    0,012

    ( + 1,195)

    0,601 + 0,719

    0,6012 + 1,543 + 1 +

    0.3 + 0,359

    0,6012 + 1,543 + 1 +

    1,227

    0,6012 + 1,543 + 1

    ()

    =

    1

    + 1,195

    0,012

    ( + 1,195)

    0,601 + 0,719

    0,6012 + 1,543 + 1 +

    0.3 + 0,359

    0,6012 + 1,543 + 1 +

    1,227

    0,6012 + 1,543 + 1

    ()

    =

    1

    + 1,195

    7,21 103 + 8,63 103

    0,6013 + 2,2612 + 2,844 + 1,195

    3,6 103 + 4,31 103

    0,6013 + 2,2612 + 2,844 + 1,195

    0,015

    0,6013 + 2,2612 + 2,844 + 1,195

    =

    7,21 103 + 8,63 103

    0,6013 + 2,2612 + 2,844 + 1,195

    3,6 103 + 4,31 103

    0,6013 + 2,2612 + 2,844 + 1,195

    +0,6012 + 1,543 + 0,985

    0,6013 + 2,2612 + 2,844 + 1,195 (5)

  • Tugas Besar 04 Pengendalian Proses

    8

    Kelompok G

    Fungsi transfer di atas dapat dimasukkan ke dalam simulink sebagai model open loop.

    Gambar 1 Model open loop sistem CSTR

    Setelah itu, dilakukan gangguan pada setiap variabel untuk mengetahui pengaruh gangguan pada

    setiap variabel pada sistem.

    Transfer Fcn 6

    0.3s+0.359

    0.601 s +1.543 s+12

    Transfer Fcn 5

    3.6*10^-3s+4.31 *10^-3

    0.601 s +2.261 s +2.844 s+1.1953 2

    Transfer Fcn 4

    1.227

    0.601 s +1.543 s+12

    Transfer Fcn 3

    0.601 s +1.543 s+0.9852

    0.601 s +2.261 s +2.844 s+1.1953 2

    Transfer Fcn 2

    0.601 s+0.719

    0.601 s +1.543 s+12

    Transfer Fcn 1

    7.21 *10^-3s+8.63 *10^-3

    0.601 s +2.261 s +2.844 s+1.1953 2

    Ti (s)

    Tci (s)

    T *(s)

    Ca*(s)

    CAi(s)1

  • Tugas Besar 04 Pengendalian Proses

    9

    Kelompok G

    Respon Ca dan T terhadap gangguan pada Ti sebesar 1

    Gambar 2 Respon Ca (kuning) dan T (ungu) pada sistem dengan gangguan Ti

    Respon Ca dan T terhadap gangguan pada CAi sebesar 1

    Gambar 3 Respon Ca (kuning) dan T (ungu) pada sistem dengan gangguan CAi

  • Tugas Besar 04 Pengendalian Proses

    10

    Kelompok G

    Respon Ca dan T terhadap gangguan pada Tci sebesar 1

    Gambar 4 Respon Ca (kuning) dan T (ungu) pada sistem dengan gangguan Tci

    Dari gambar 2, 3, dan 4 dapat dilihat respon sistem terhadap gangguan yang diberikan. Dari gambar

    2 dan 4 diketahui bahwa konsentrasi komponen A tidak terlalu terpengaruh oleh gangguan Ti dan Tci

    yang diberikan, dapat dilihat dari perubahan nilai yang relatif kecil. Sedangkan saat Cai diberikan

    gangguan, Ca merespon dengan adanya perubahan nilai yang cukup besar. Hal ini dapat diartikan

    gangguan pada CAi akan menyebabkan nilai Ca berubah cukup besar dari nilai awal. Dapat diketahui

    pula, perubahan nilai Ti, CAi, dan Tci akan selalu menyebabkan perubahan yang berarti pada nilai T.

  • Tugas Besar 04 Pengendalian Proses

    11

    Kelompok G

    Model Closed-Loop

    Model blok diagram closed-loop untuk kasus CSTR dapat dilihat melalui gambar di bawah ini:

    Gambar 5 Diagram blok pengendalian closed loop dengan variabel kendali T dan Ca

    Pada sistem tersebut digunakan time delay sebesar 2 jam. Pengendalian closed-loop pada kasus ini

    dilakukan untuk masing masing kontroler yakni proportional (P), proportional-integral (PI), dan

    proportional-integral-derivative (PID). Pengendalian closed-loop menggunakan kriteria Ziegler-

    Nichols, Tyreus Luyben, dan Cohen Coon. Sedangkan kriteria kestabilan menggunakan kriteria

    Bode.

    Tuning Ziegler-Nichols

    Ziegler dan Nichols membuat kriteria khusus untuk melakukan tuning. Kriteria yang disarankan oleh

    Ziegler dan Nichols disajikan dalam tabel di bawah ini:

    Tabel 1. Kriteria Tuning Ziegler-Nichols

    Controller KC I D

    Proportional (P) 0.50KCU - -

    Proportional-Integral (PI) 0.45KCU PU/1.2 -

    Proportional-Integral-Derivative (PID) 0.60KCU PU/2.0 PU/8

    setpoint 1

    setpoint

    Transport

    D

Search related