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
Codensate
T
TC
21
Steamw(t)
Feedf(t)
Productf(t)
T(t)
T(t)
VT(t) [F]
TT
21
CSTR
Sensor Fault
shutdown
Latar Belakang Permasalahan Tujuan
Continuous stirred tank reactor merupakan suatu tangkireaktor yang sensitive terhadap perubahan suhu.
Merancang suatu sistem kontrol cerdas untukmengkompensasi kesalahan sensor agar mampu menjagasuhu sistem tetap dalam keadaan yang diinginkan.
Latar Belakang Permasalahan Tujuan
Memastikan tercapainya kinerja sistem terbaik dankesalahan pengukuran sensor yang terjadi tidakmenyebabkan kegagalan sistem secara keseluruhan.
Latar Belakang Permasalahan Tujuan
Model Dinamis CSTR plant:
πππβπ π‘ β πππβπ π‘ =π[πππ’(π‘)]
ππ‘
Model CSTR Desain Kontroler Skenario Kesalahan
No. Parameter Simbol Nilai Satuan
1. Heat Transfer Area A 241,5 ft2
2. Heat Capacity of Coil πΆπ 265,7 Btu/oF
3. Kapasitas Panas Koil πΆπ£ 2,1 Btu/lb.oF
4. Kapasitas Panas liquid πΆπ 0,80 Btu/lb.oF
5. Koef. Transfer Panas overall U 2,1 Btu/lb.oF
6. Transmitter time constant ππ 0,75 Min7. Valve time constant ππ 0,20 Min
8. Penguatan aliran steam πΎπ 1,905 oF/(ft3/min)
9. Gain valve πΎπ 1,652 (lb/min)/%CO
10. Gain transmiter πΎπ 1,0 %TO/oF
Tabel 1. Parameter CSTR plant
Gambar 1. Proses Pemanasan pada CSTR
Codensate
T
TC
21
Steamw(t)
Feedf(t)
Productf(t)
T(t)
T(t)
VT(t) [F]
TT
21
Model Dinamis CSTR plant:
Kesetimbangan Energi pada liquid
πππΆπ£π‘ π π‘
π‘π‘= π π‘ ππΆπππ +ππ΄ ππ π‘ β π π‘ β π π‘ ππΆππ π‘
Kesetimbangan Energi pada koil/pipa
πΆππ‘ ππ π‘
π‘π‘= π€ π‘ π β ππ΄ ππ π‘ β π π‘
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance
Pemodelan plant untuk Sistem Nonlinear :
Jika dimisalkan, x1= T(t); x2= Ts(t); u1= f(t); u2= w(t)
Persamaan state,
π₯1 = β0,57795π₯1 + 0,57795π₯2 + 5,56π’1 β 0,0556π₯1π’1
π₯2 = 1,909π₯1 β 1,909π₯2 + 3,6357π’2
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance
Kontrol Fuzzy PD :
Skema Kontroler Fuzzy PD
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance
Gambar 2. Diagram Block Fuzzy PD
Kontrol Fuzzy PD :
Fuzzifikasi, {Fungsi Keanggotaan}
error βerror
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance
NB NS Z PS PB1
0.5
-2 -1 0 1 2
NB NS Z PS PB1
0.5
-2 -1 0 1 2
Kontrol Fuzzy PD :
Inference Fuzzy, {Rule Base}
ΞΌi k = max[min{ΞΌu k ,ΞΌr e i ,de(j))}]
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance
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
Tabel 2. Basis Aturan Fuzzy
Kontrol Fuzzy PD :
Defuzzifikasi, {Centre Weight Average }
π’π‘ππππ = π=15 ππππ π=15 ππ
Sinyal Kontrol [u]
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance
NB NS Z PS1
0.5
-2 -1 0 1 2
PB
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance
Fault Avoidance
Fault Masking
Fault Tolerance
Model Perilaku Kesalahan Sensor,
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance
Abrupt Fault
Faul
t Am
plitu
do
Time
Incipient Fault
Faul
t Am
plitu
do
Time
Gambar 3. Perilaku Kesalahan Sensor
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance
Pengkategorian Kesalahan Sensor,
Tingkat Kategori
KesalahanKategori Keterangan
Kategori IV NegligibleTerjadi kegagalan kecil: tidak berpengaruh
terhadap kinerja sistem
Kategori III MarginalSistem terdegradasi dengan beberapa penurunan
terhadap performa kinerja sistem
Kategori II CriticalTerjadi kegagalan sistem secara keseluruhan:
kinerja sistem tidak dapat diterima
Kategori ICathastropic/
Bahaya
Kegagalan sistem yang signifikan dan dapat
menyebabkan berhentinya proses
Tabel 3. Kategori Kesalahan Sensor
gain feedback sensor yang diberikan, 0 < πΎπ β€ 1
Identifikasi kesalahan :
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance
Kontroler
Fuzzy PD
X
Multiple
R(s) C(s)U(s)E(s)
Actual Plant with
Sensor Faults
tuning
Gain Ku
C
Sen
sor
Gai
n
Fai
lure
CSTR Plant
CSTR Plant
Plant Modelf(s)
Gambar 4. Model-Based Fault Diagnosis
Diagram Block Skenario Kesalahan Sensor
Model CSTR Desain Kontroler Fault Tolerance
Gambar 5. Fault Tolerant Scenario
Gain Sensor feedback [KT]
Kontrol Toleransi Kesalahan
0.9
0.95
1
1.05ctg IV
ScenrFault/Fault Selector/KT : Group 1
0.8
0.9
1ctg III
0.7
0.8
0.9
1 ctg II
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500.4
0.6
0.8
1ctg I
Time (sec)
Kategori IV , KT= 0,95
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Time (s)
Te
mp
.Ou
t (F
)
Setpoint
FuzzyPD
FuzzyPD+FTC
5 10 15 20 25 30 35 40 45
172
173
174
175
176
177
178
5 10 15 20 25 30 35 40 45
175.9985
175.999
175.9995
176
176.0005
Kontrol Toleransi Kesalahan
Kategori III , KT=0.85
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Time (s)
Te
mp
.Ou
t (F
)
Setpoint
FuzzyPD
FuzzyPD+FTC
5 10 15 20 25 30 35 40 45
174
175
176
177
178
179
180
5 10 15 20 25 30 35 40 45175.98
175.99
176
176.01
176.02
176.03
176.04
176.05
176.06
Kontrol Toleransi Kesalahan
Kategori II , KT= 0,7
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Time (s)
Te
mp
.Ou
t (F
)
Setpoint
FuzzyPD
FuzzyPD+FTC
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
170
172
174
176
178
180
182
184
5 10 15 20 25 30 35 40 45
175.6
175.8
176
176.2
176.4
176.6
Kontrol Toleransi Kesalahan
Kategori I , KT= 0,45
Kontrol Toleransi Kesalahan
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Time (s)
Te
mp
.Ou
t (F
)
Setpoint
FuzzyPD
FuzzyPD+FTC
5 10 15 20 25 30 35 40 45
170
175
180
185
190
5 10 15 20 25 30 35 40 45
175
176
177
178
179
Perbandingan error steady state sistem:
Kontrol Toleransi Kesalahan
Tingkat Kesalahan Fuzzy PD tanpa FTC
(% ess)
Fuzzy PD + FTC
(% ess)
Kategori I ess = 6,82 ess = 1,41
Kategori II ess = 3,73 ess = 0,26
Kategori III ess = 1,83 ess = 0,03
Kategori IV ess = 0,60 ess β 0
Tabel 3. Perbandingan Error Steady State
Kesimpulan,
Kesalahan sensor yang terjadi dideteksi menggunakan Model-BasedFault Diagnosis. Hasil informasi kesalahan yang terukur digunakan untukmerancang suatu skenario untuk mengkompensasi kesalahan sensor yangterjadi. Penerapan kontroler fuzzy PD dengan skema FTC dapatmengkompensasi kesalahan sensor yang terjadi sehingga mampumemperbaiki performansi sistem.
Kesimpulan Saran
Saran,
Pada pengembangan berikutnya dapat menambahkan suatukontrol predictive sehingga dapat memprediksi kesalahan yang terjadi pada proses berikutnya.
Kesimpulan Saran
Terimakasih