Kendali Proses Industri Terminologi Pada Sistem Kendali Sistem

Kendali Proses Industri

Terminologi Pada Sistem Kendali • Sistem – Sebuah susunan komponen – komponen fisik yang saling terhubung dan membentuk satu kesatuan untuk melakukan aksi tertentu – Contoh : tubuh, pemerintahan, motor • Kendali – mengatur, mengarahkan, memerintahkan • Input (Set Point, Reference) – Respon sistem yang diinginkan • Output – Respon sistem sebenarnya • Plant – Obyek yang dikendali 2

Contoh Sistem Kendali - Elevator • Input : lantai 4 • Output (elevator response) : lantai – lantai yang dilewati elevator – Transient response – Steady state response steady state error 3

Diagram Blok dan Komponen input Plant/ Proses output 1 Input sensor + - - Plant/ Proses output Output sensor 3 4 + 2 input Input sensor + - kendali Aktuator Output sensor Plant/ Proses output 4

Diagram Blok dan Komponen Set Point (input) Error detector (comparator) Sinyal error + r(t) - Energy kendali e(t) Sinyal kendali Aktuator u(t) y(t) Variabel yg dimanipulasi Sinyal feedback Plant/ Process Sensor Variabel yg. diukur Disturbances /gangguan Variabel yg dikendali (output) 5

Diagram Blok dan Komponen • Variabel yang dikendali – Variabel aktual yang diawasi dan dijaga pada nilai tertentu yang diinginkan di dalam proses. • Variabel yang diukur – Kondisi dari controlled variable pada saat tertentu dalam pengukuran • Sensor – “Mata” sistem, mengukur controlled variable dan menghasilkan sinyal output yang mewakili statusnya • Sinyal feedback – Output dari measurement device. • Set Point – Nilai dari controlled variable yang diinginkan • Error detector – Pembanding set point dengan sinyal feedback, dan menghasilkan sinyal output yang sesuai dengan perbedaan tersebut 6

Diagram Blok dan Komponen • Sinyal error – Output dari error detector • Kendali – “Otak” dari sistem. Ia menerima error sebagai input dan menghasilkan sinyal kendali yang menyebabkan controlled variable menjadi sama dengan set point • Aktuator – “Otot” dari sistem. Ia adalah alat yang secara fisik melakukan keinginan kendali dengan suntikan energi tertentu • Variabel yang dimanipulasi – Besaran fisik yang merupakan hasil dari kerja yang dilakukan aktuator. • Plant/proses – Proses tertentu yang dikendali oleh sistem • Disturbances/gangguan – Faktor pengganggu, menyebabkan perubahan pada variabel yang 7 dikendali

Open Loop vs Close Loop • Sistem kendali open loop • Aksi kendalinya tidak tergantung dari output sistem. • Tidak dapat memberikan kompensasi/koreksi jika ada gangguan (lihat gambar a). – Contoh : mesin cuci, oven, AC, dll. • Ketepatan hasil bergantung pada kalibrasi. • Sederhana dan murah. • Sistem kendali close loop • Aksi kendalinya bergantung pada output sistem (melalui feedback). • Mengatasi kelemahan sistem open loop karena bisa memberikan koreksi saat ada gangguan • Mungkin terjadi “overkoreksi”, sehingga sistem justru menjadi tidak stabil • Kompleks dan mahal, karena komponen lebih banyak – Contoh : pengaturan kecepatan motor, pendingin-pemanas 8 ruangan

Open Loop vs Close Loop Feedback path Catatan : gambar di atas disebut Diagram Blok Sistem kendali 9

Contoh Close Loop CS - Antenna a. Konsep sistem The search for extraterrestrial life is being carried out with radio antennas like the one pictured here. A radio antenna is an example of a system with position controls. b. Layout detail 10

Contoh Close Loop CS - Antenna d. Blok Diagram Fungsional 11

Kendali PID Proportional MV = Manipulated Variable + E SP = Set point Integral Derivative Catatan: Error = E SP - CV Final element + CV = Controlled variable sensor Process variable PROSES Tiga “jenis”: Tiga cara menggunakan perilaku variasi waktu dari variabel yang diukur 12

Proporsional Proportional MV + E SP - + CV Integral Derivative Note: Error = E SP - CV PROCESS “koreksi proporsional terhadap error. ” Konstanta inisialisasi KC = controller gain 13

Proporsional Proportional MV + E SP - + CV Integral Derivative Note: Error = E SP - CV PROCESS 14

Proporsional Proportional MV + E SP - + CV Integral Derivative Note: Error = E SP - CV PROCESS Physical Device: v 1 15

Proporsional Proportional MV + E SP - + CV Integral Derivative Note: Error = E SP - CV PROCESS Final value after disturbance: 16

Proporsional Kc = 0 Kc =10 Kc = 100 Kc = 220 17

Karakteristik kendali P • • Overshoot tinggi Waktu penetapan besar Periode osilasi sedang Adanya offset/droop/steady-state error: beda antara setpoint dan control point (harga controlled variable pada kesetimbangan baru); offset terjadi karena aksi kendali proporsional dengan error. Gainnya: kc sangat mempengaruhi error, makin besar kc makin kecil offsetnya, meski ada harga kc maksimum. Istilah lain gain: proportional band (pb); kc yang besar sama dengan pb yang kecil Definisi lain PB: error yang dibutuhkan untuk menghasilkan keluaran tambahan dari kendali ke control valve 18

overshoot settling time steady-state error ss error -- difference from the system’s desired value overshoot -- % of final value exceeded at first oscillation rise time -- time to span from 10% to 90% of the final value rise time settling time -- time to reach within 2% of the final value How can we eliminate the steady-state error?

Integral Proportional MV + E SP - + CV Integral Derivative Note: Error = E SP - CV PROCESS “The persistent mode” TI = controller integral time (dalam penyebut) 20

Integral Proportional MV + E SP - + CV Integral Derivative Note: Error = E SP - CV PROCESS MV(t) Slope = KC E/TI time Perilaku saat E(t) = konstan 21

Integral Proportional MV + E SP - + CV Integral Derivative Note: Error = E SP - CV PROCESS Fitur kunci menggunakan model dinamik lup tertutup Final value after disturbance: 22

Derivatif Proportional MV + E SP - + CV Integral Derivative Note: Error = E SP - CV PROCESS “The predictive mode” TD = controller derivative time 23

Derivatif Proportional MV + E SP - + CV Integral Derivative Note: Error = E SP - CV PROCESS Fitur kunci menggunakan model dinamik lup tertutup Final value after disturbance: 24

Derivatif Proportional MV + E SP - + CV Integral Derivative Note: Error = E SP - CV PROCESS 25

Derivatif Proportional MV + E SP - + CV Integral Derivative Note: Error = E SP - CV PROCESS X Kita tidak ingin mengambil derivatif dari set point; oleh karena itu, kita hanya menggunakan CV ketika menghitung mode derivatif 26

Karakteristik kendali PI • • • Aksi integral bukan untuk mengembalikan ke error nol, tapi menjaga pada harga yang ia muncul di sepanjang waktu, sehingga ada output yang cukup untuk membuka control valve Tidak ada offset Respon lebih lambat, karena error tidak dapat dihilangkan dengan cepat Harga overshoot paling tinggi Dipakai bila kelemahan di atas ditoleransi sementara offset tidak Disebut pula reset action • Gainnya: • • • dengan = waktu reset/integral 27

Karakteristik kendali PD • • • Disebut juga anticipatory/rate control Aksi kendali didasarkan pada mode derivatif yang terjadi hanya saat error berubah Efeknya mirip dengan proporsional dengan gain yang tinggi Respon sangat cepat Overshoot sangat rendah Ada offset tapi lebih kecil • Gainnya: • • • dengan = waktu derivatif 28

kendali PID Proportional MV + E SP - + CV Integral Derivative Note: Error = E SP - CV PROCESS Mari kita kombinasikan jenis-jenis kendalier untuk merumuskan kendali PID! 29

Karakteristik kendali PID • Paling baik, tapi paling mahal • Mengkompromi antara keuntungan dan kerugian kendali di atas • Offset dihilangkan dengan aksi integral, sedangkan aksi derivatif menurunkan overshoot dan waktu osilasi • Digunakan pada sistem yang agak lamban • Kendali sering dipasang karena berbagai kepandaian yang dimilikinya dan bukan karena analisis sistem mengindikasikan kebutuhan akan ketiga mode kendali di atas 30

Perbandingan PID 31

Evaluating the response overshoot steady-state error settling time rise time How can we eliminate the steady-state error?

Control Performance, P-type Kp = 20 Kp = 50 Kp = 200 Kp = 500

Steady-state Errors, P-type Kp = 50 Kp = 200

Control Performance, PI - type Kp = 100 Ki = 50 Ki = 200

You’ve been integrated. . . Kp = 100 instability & oscillation

Control Performance, PID-type Kd = 2 Kd = 5 Kd = 10 Kd = 20 Kp = 100 Ki = 200

PID final control