Pendingin Suhu RuanganProject 4

Iin Nur’ain Manguluang

D411 06 049

Setelah menjalankan simulasi, akan didapatkan grafik berikut:

Pengendali P (KP ≠ 0, KI = 0, KD = 0 ; KP = 2000)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100030

35

40

waktu [sec]

suhu

[C

]

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.1

0

0.1

waktu [sec]

erro

r [V

]

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

100

200

waktu [sec]

kend

ali [

V]

Grafik diatas menunjukkan kendalian P hanya dapat mengurangi ∆T,

tetapi nilai yang diberikan masih jauh dari suhu acuan (35 oC) yaitu

sebesar 34 oC. Keadaan ini diperoleh saat nilai Kp diperbesar hingga

2000, apabila nilai Kp makin diperbesar maka ∆ oC akan semakin kecil

pula. Dari grafik dapat pula dilihat bahwa nilai error yang diperoleh

juga masih besar sekitar 0,05 volt. Nilai error ini sebanding dengan

nilai kendalian, dimana kendalian merupakan besarnya tegangan yang

diberikan untuk mengurangi error.Dalam hal ini dapat disimpulkan

bahwa kendalian P pada pengendalian suhu ruang belum menstabilkan

sistem.

Pengendali PI (KP ≠ 0, KI ≠ 0, KD = 0; KP = 2000; KI = 15)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100030

32

34

waktu [sec]

suhu

[C

]

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

0.05

0.1

waktu [sec]

erro

r [V

]

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

100

200

waktu [sec]

kend

ali [

V]

Grafik diatas merupakan hasil simulasi dari simulink yang menggunakan

pengendali Proporsional (P) dan Integral (I). Dari grafik diatas dapat dilihat

bahwa kendalian P dapat mengurangi ∆T, suhu juga semakin mendekati

suhu acuan yaitu sebesar 33 oC. Keadaan ini diperoleh saat nilai Kp

diperbesar hingga 2000, dan Ki diberi nilai 15. Semakin besar nilai Ki

maka semakin cepat pula mencapai nilai referensi, namun pengendali ini

tidak mengurangi ∆T. Dalam hal ini dapat disimpulkan bahwa kendalian

PI pada pengendalian suhu ruang belum menstabilkan sistem.

Pengendali PD (KP ≠ 0, KI = 0, KD ≠ 0; KP = 2000; KD = 15)

0 200 400 600 800 1000 120030

35

40

waktu [sec]

suhu

[C

]

0 200 400 600 800 1000 1200-0.1

0

0.1

waktu [sec]

erro

r [V

]

0 200 400 600 800 1000 12000

100

200

waktu [sec]

kend

ali [

V]

Grafik diatas menunjukkan hasil simulasi dari simulink yang hanya

menggunakan pengendali Proporsional (P) dan Diferensial (D).

Keadaan pada pengendali ini hampir sama dengan keadaan saat

sistem hanya dengan kendalian I. Pada grafik di atas dapat dilihat

bahwa, dengan mempercepat step response sehingga mengurangi

waktu perubahan ∆T. Semakin besar nilai KD semakin mempercepat

perubahan ∆T juga mengurangi ∆T, dan semakin mendekati nilai yang

diinginkan . Namun error yang dihasilkan oleh pengendali ini masih

lumayan besar. Dalam hal ini dapat disimpulkan bahwa kendalian PD

pada pengendalian suhu ruang belum menstabilkan sistem.

Pengendali PID (KP ≠ 0, KI ≠ 0, KD≠ 0 ; KP = 2500; KI = 20; KD=

20)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100030

35

40

waktu [sec]

suhu

[C

]

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.1

0

0.1

waktu [sec]

erro

r [V

]

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

100

200

waktu [sec]

kend

ali [

V]

Grafik diatas merupakan hasil simulasi dari simulink yang menggunakan

gabungan dari pengendali Proporsional (P), Integral (I), dan Diferensial (D)

atau disebut pengendali PID. Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa

kendalian PID dapat mengurangi ∆T, suhu juga telah mencapai suhu

acuan yaitu sebesar 35 oC. Dari grafik dapat pula dilihat bahwa nilai error

yang diperoleh mulai berkurang dari 0,05 volt turun menjadi 0 volt. Dalam

hal ini dapat disimpulkan bahwa kendalian PID pada pengendalian suhu

ruang menstabilkan sistem.

Kesimpulan

- Pada system pendingin suhu ruangan tanpa menggunakan pengendali

PID, Hairdryer lebih cepat dalam menaikkan suhu ruang dibandingkan

kipas dalam mendinginkan ruangan membutuhkan waktu yang lebih

lama.

- Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing kontroler P, I dan

D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara

paralel menjadi kontroler proposional plus integral plus diferensial

(kontroller PID). Elemen-elemen kontroller P, I dan D masing-masing

secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah

sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang

besar, sehingga dicapai suhu yang ingin dicapai,karena pegendali ini

menstabilkan system.

Controller Plant+

Pendahuluan

PID (Proportional–Integral–Derivative controller) merupakan

kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi

dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut.

Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu Proportional,

Integratif dan Derivatif. Ketiganya dapat dipakai bersamaan

maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan

terhadap suatu plant. Pengendali PID ini paling banyak dipergunakan

karena sederhana dan mudah dipelajari serta tuning parameternya.

Lebih dari 95% proses di industri menggunakan pengendali ini.

Berikut ini merupakan blok diagram dari sistem pengendali dengan

Unity Feedback System :

Gambar Blok diagram untuk Unity Feedback Systems

Sistem kontrol PID terdiri dari tiga buah cara pengaturan yaitu

kontrol P (Proportional), D (Derivative) dan I (Integral), dengan

masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Dalam

implementasinya masing-masing cara dapat bekerja sendiri maupun

gabungan diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol PID yang

perlu dilakukan adalah mengatur parameter P, I atau D agar

tanggapan sinyal keluaran sistem terhadap masukan tertentu

sebagaimana yang diiginkan.

Untuk merancang sistem kontrol PID, kebanyakan dilakukan dengan

metoda coba-coba atau (trial & error). Hal ini disebabkan karena

parameter Kp, Ki dan Kd tidak independent. Untuk mendapatkan aksi

kontrol yang baik diperlukan langkah coba-coba dengan kombinasi

antara P, I dan D sampai ditemukan nilai Kp, Ki dan Kd seperti yang

diiginkan.

Pengendali P (Proporsional)

Pengendali P mempunyai keluaran yang bersifat kontinyu, dimana

antara masukan dan keluaran mempunyai hubungan satu-satu. Ini

berarti bahwa perubahan yang terjadi pada keluarannya akan

mengikuti perubahan sinyal errornya. Sudah tentu, perubahan

keluaran pengendali, dalam prakteknya selalu dibatasi oleh

kondisi saturasi minimum dan maksimum yang telah ditetapkan

dari perangkat keras yang digunakan. Sinyal kesalahan (error)

merupakan selisih antara besaran setting dengan besaran

aktualnya. Selisih ini akan mempengaruhi kontroller, untuk

mengeluarkan sinyal positif (mempercepat pencapaian harga

setting) atau negatif (memperlambat tercapainya harga yang

diinginkan).

Gambar tanggapan sistem terhadap aksi kontrol proporsional

Penambahan aksi kontrol P mempunyai pengaruh mengurangi

waktu naik dan kesalahan keadaan tunak, tetapi konsekuensinya

overshoot naik cukup besar. Kenaikan overshoot ini sebanding

dengan kenaikan nilai parameter Kp. Waktu turun juga

menunjukkan kecenderungan yang membesar.

Pengendali PI (Proportional-Integral)

Pengendali integral (I) jika diibandingkan dengan pengendali P,

pengendali ini mampu menghilangkan kesalahan statis.

Pengendali ini mempunyai sifat dimana antara keluaran dan

masukan mempunyai hubungan kontinyu. Pengendali ini juga

tidak mempunyai histerisis atau zona netral. Pada pengendali

yang menggunakan aksi integral, laju perubahan keluaran

pengendali berbanding lurus dengan sinyal error atau keluaran

pengendali berbanding lurus terhadap integrasi sinyal error.

Pengendali Integral memiliki karakteristik mengurangi waktu naik,

menambah overshoot dan waktu turun, serta menghilangkan

kesalahan keadaan tunak.

Aksi kontrol P dan I memiliki karakteristik yang sama dalam waktu

naik dan overshoot. Oleh karena itu, nilai Kp harus dikurangi untuk

menghindari overshoot yang berlebihan.

Gambar tanggapan sistem terhadap aksi kontrol proporsional-Integral

Dari grafik gambar 6 di atas terlihat bahwa waktu naik sistem

menurun, dengan overshoot yang kecil, serta kesalahan keadaan

tunak dapat diminimalkan. Tanggapan sistem memberikan hasil

yang lebih baik daripada aksi control sebelumnya tetapi masih

mempunyai waktu naik yang lambat.

Pengendali PD (Proporsional-Diferensial)

Keluaran pengendali diferensial (derivatif) tergantung pada

"kecepatan" perubahan error. Pengendali ini tidak bisa digunakan

sendiri karena bila error sama dengan nol atau tetap maka

keluaran pengendali akan nol.

Gambar tanggapan sistem terhadap aksi kontrol proporsional-

Diferensial

Pada grafik di atas terlihat bahwa penggunaan control

Proporsional Derivative (PD) dapat mengurangi overshoot dan

waktu turun, tetapi kesalahan keadaan tunak tidak mengalami

perubahan yang berarti.

Pengendali PID (Proporsional-Integral-Diferensial)

Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing kontroler P,

I dan D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya

secara paralel menjadi kontroler proposional plus integral plus

diferensial (kontroller PID). Elemen-elemen kontroller P, I dan D

masing-masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat

reaksi sebuah sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan

perubahan awal yang besar.

Gambar tanggapan sistem terhadap aksi kontrol Proporsional-Integral-

Diferensial

Dengan aksi kontrol P, I dan D, terlihat bahwa kriteria sistem yang

diinginkan hampir mendekati, terlihat dari grafik tanggapan

sistem tidak memiliki overshoot, waktu naik yang cepat, dan

kesalahan keadaan tunaknya sangat kecil mendekati nol. Grafik

tanggapan sistem terhadap sinyal masukan fungsi langkah,

tergantung pada nilai parameter Kp, Kd dan Ki.

Setiap jenis komponen kontrol PID, memiliki karakteristik masing-

masing, hal ini dapat dilihat pada tabel di bawah ini :

Tabel 1 Respon PID Controller Terhadap Perubahan Konstanta

Pembahasan

Pada proyek ke-4 ini, akan dianalisa simulasi dari sistem pengendali

suhu ruang dengan menggunakan pengendali PID dan dengan yang tidak

menggunakan pengendali. Setelah itu kita dapat menjelaskan perbedaan

dari kedua system ini.

Percobaan ini, menggunakan alat pengatur suhu ruangan .

Alat-alat yang digunakan antara lain : Kipas, hair-dryer, wadah yang

tertutup, thermometer.

Prosedurnya:

1. Mencatat suhu awal ruangan sbelum memulai percobaan.

2. Menetapkan suatu suhu akhir dari ruangan yang akan dicapai, di mana

nilainya kita tentukan sendiri.

3. Menyalakan (hairdryer) untuk menaikkan suhu ruangan hingga suhu

yang ingin dicapai.

4. Mencatat lamanya waktu yang dibutuhkan hingga mendapatkan suhu

panas tersebut.

5. Menyalakan kipas untuk menurunkan suhu dalam ruangan hingga

mencapai suhu awal dan tidak lupa mencatat kembali waktu yang

dibutuhkan untuk menurunkan suhu tersbut.

6. Mengulangi langkah di 1-5 kembali untukmendapatkan nilai rata-

ratanya.

7. Lakukan percobaan hingga min.3 kali untuk mendapatkan nilai yang

terakurat.

Setelah dilakukan percobaan di atas, maka akan didapatkan grafiknya

sebagai berikut :

Gambar Grafik Pengaturan Suhu

- To = suhu awal

- Tr = suhu acuan

- T1 = suhu saat kipas mulai dinyalakan dan Hairdryer dimatikan

(batas atas)

- T2 = suhu saat hairdryer dinyalakan dan kipas dimatikan (batas

bawah)

- t1 = suhu saat Hairdryer On, kipas Off

- t2 = suhu saat Hairdyer Off, kipas On

- ∆T = T 1−T 22

Hasil Pengukuran

Hairdryer ON, Kipas Off

Kead

aan

Suhu awal

(To) (C)

Suhu akhir

(T1)(C)

Waktu

(Sec)

SLOP

E

1 30 40 38 10/3

8

2 34 40 28  6/28

3 34 40 28  6/28

Kipas ON, Hairdryer Off

Kead

aan

Suhu awal

(T1) (C)

Suhu akhir

(T2) (C)

Waktu

(Sec)

SLOP

E

1 40 34 213 -

6/213

2 40 34 200 -

6/200

3 40 34 192 -

6/192

rata-rata slope Hairdryer On, Kipas Off = 1038

+ 628

+ 628

3

rata-rata slope Hairdryer Off, Kipas On = −6213

+ −6200

+ −6192

3

A. Sistem Pendingin Ruangan Tanpa

Pengendali

Pada project ini, digunakan suhu awal suhu awal (To) = 30° C, suhu

acuan (Tr) = 35° C dan suhu akhir (T2) = 40° C. Pada pecobaan pertama,

alat prototype pendingin ruangan tidak terdapat sistem pengendali,

sehingga setelah simulasi dapat kita lihat bagaimana keadaan suhu yang

terjadi pada prototype ruangan jika tanpa menggunakan pengendali.

Diagram block sistem digambarkan kedalam simulink sebagai berikut :

Gambar diagram block system pendingin ruangan tanpa

pengendali dalam simulink

Setelah simulasi dijalankan, maka akan muncul grafik sebagai berikut:

Gambar grafik suhu ruangan tanpa menggunakan pengendali

suhu ruangan dalam simulink

Dari grafik di atas menunjukkan bahwa suhu ruang yang dimulai dari suhu

awal (To) sebesar 30°C dan suhu acuan (Tr) = 35°C. Pada Saat hairdryer

dinyalakan, suhu naik hingga 38°C selama 40 second, kemudian setelah

mencapai suhu akhir yang telah ditentukan sendiri sebelumnya (T1 =

40°C), hairdryer dimatikan bersamaan dengan Kipas dinyalakan. Saat

kipas On, terjadi penurunan suhu sebanyak 4° C menjadi 34°C selama

245 second, kemudian kipas Off dan hairdryer kembali On, suhu ruang

naik lagi menjadi 38°C selama 17 second terjadi lengkungan pada T1 ini

karena adanya respon tanggapan dari thermometer dan sensor.

Selanjutnya , kenampakan grafik akan sama seperti sebelumnya..

Hairdryer lebih cepat dalam menaikkan suhu ruang dibandingkan kipas

dalam mendinginkan ruangan membutuhkan waktu yang lebih lama.

B. Sistem Pendingin Ruangan menngunakan

Pengendali PID

Pada project ini, ttap digunakan data yang telah digunakan pada

system pendingin ruangan tanpa pengendali dengan mengubah-

ubah nila Kp,Ki,dan Kd . Tapi pada suhu system ditambahkan PID

sebagai pengendali .

Diagram blocknya system dalam simulink

Pada pengendali PID, mengubah nilai-nilai Kp,Ki,dan Kd sebagai

berikut:

Gambar diagram block pendingin suhu ruangan dengan

menggunakan pengendali PID