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
Recommended