Aplikasi Sistem Adaptif

MAKALAH

APLIKASI SISTEM ADAPTIF



OLEH :


SUPRIADI SABUKTIONO

E1D1 14 037



JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HALU OLEO
2016



KATA PENGANTAR




Puji syukur kehadirat Allah SWT Dzat penguasa alam semesta yang telah memberikan taufiq, rahmat, hidayah serta hidayahnya sehingga saya dapat beraktivitas untuk menyusun dan menyelesaikan makalah yang berjudul “ Aplikasi Kendali Adaptif Pada Pengendalian Plant Pengatur Suhu Dengan Self Tuning Regulator (STR) “. Saya berharap karya ilmiah ini dapat membantu dan menambah wawasan saudara-saudari yang ingin lebih memahami atau mengetahui sekilas  tentang “Aplikasi Sistem Adaptif “.
            Penyusunan makalah ini bertujuan untuk memenuhi tugas sistem adaptif yang diberikan oleh dosen mata kuliah sistem adaptif yang berisi informasi tentang “Aplikasi Kendali Adaptif Pada Pengendalian Plant Pengatur Suhu Dengan Self Tuning Regulator (STR) “. Dan saya harapkan pembaca dapat mengetahui berbagai aspek yang berhubungan dengan aplikasi system adaptif yang akan penulis bahas.
            Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun selalu penulis harapkan demi kesempurnaan makalah ini di masa yang akan datang.
Akhir kata,penulis sampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah berperan serta dalam penyusunan makalah ini dari awal sampai akhir. Semoga Tuhan Yang Maha Esa senantiasa meridhoi segala usaha kita. Amin.
Dan akhirnya semoga makalah ini bermanfaat bagi kita semua terutama bagi pembaca. Terima kasih,


Kendari, 06 Juni 2016
                                                                                                         


   Penulis




DAFTAR ISI

Kata Pengantar ..........................................................................................................
Daftar Isi .....................................................................................................................
BAB I Pendahuluan
1.1  Latar Belakang ...........................................................................................
1.2  Rumusan Masalah ......................................................................................
1.3  Tujuan Penulisan .......................................................................................
BAB II Pembahasan
2.1 Teknik Kendali Adaptif ............................................................................
2.2 Self-Tuning Regulator (STR) ...................................................................
2.3 Estimasi Menggunakan Algoritma  LeastMean Squares (LMS) ..........
2.4 Pengendali  Menggunakan  Metode Penempatan Pole
(Pole Placement) ........................................................................................
2.5 Sistem Termal Pada Plant Pengatur Suhu ..............................................
2.6 Analisis  Pengaruh Perubahan Laju Konvergensi .................................
2.7 Referensi  Berubah Naik ..........................................................................
2.8 Referensi Berubah Turun ........................................................................
2.9 Gangguan ...................................................................................................
BAB III Penutup
3.1 Kesimpulan .................................................................................................
3.2 Saran ...........................................................................................................
Daftar Pustaka ...........................................................................................................




BAB I
PENDAHULUAN

1.1  latar Belakang
Sebuah  pendekatan  dalam  pengendalian plant  yang  parameter-parameternya  tidak  diketahui dapat  dilakukan  dengan  menggunakan  teknik kendali adaptif. Dengan teknik kendali adaptif maka parameter  –  parameter  plant  dan  pengendali  dapat diadaptasi  sendiri  oleh  sistem  dengan  proses estimasi parameter ataupun mekanisme pengaturan. Parameter  –  parameter  dari  hasil  estimasi  ataupun mekanisme  pengaturan  dipakai  untuk  mengupdate parameter  pengendali  hingga  tercapai  keluaran sistem sesuai dengan referensi atau modelnya.
Pada makalah ini mengaplikasikan teknik kendali  adaptif  dengan  skema  Self  Tuning  Regulator (STR)  pada  pengendalian  plant  pengatur  suhu. Dengan sistem kendali ini, keluaran dari plant  yang dikendalikan  akan   mengikuti  referensi.  Pengujian terhadap  sistem  dilakukan  dengan  pengujian pengaruh nilai laju konvergensi, pengujian referensi naik,  pengujian  referensi  turun  dan  pemberian gangguan.

1.2.Rumusan Masalah
1. Apa pengertian dari teknik kendali adaptif ?
2. Apa pengertian dari STR ?
3. Apa pengertian dari LMS ?
4. Apa pengertian dari pole placement ?
5. Apa pengertian dari konvergensi ?

1.3.Tujuan Penulisan
Adapun tujuan yang ingin dicapai dari makalah ini adalah:
1. Mengetahui pengertian dari teknik kendali adaptif
2. Mengetahui pengertian dari STR
3. Mengetahui pengertian dari LMS
4. Mengetahui pengertian dari pole placement
5. Mengetahui pengertian dari konvergensi





BAB II
PEMBAHASAN

2.1 Teknik Kendali Adaptif
Teknik  kendali  adaptif  merupakan  teknik kendali  yang  dilengkapi  dengan  algoritma pembelajaran.  Teknik  kendali  adaptif  didefinisikan juga  sebagai  sistem  kendali  dimana  paramaterparameternya  dapat  diatur  dan  juga  memiliki mekanisme  untuk  mengatur  parameter-parameter tersebut.  Skema  dari  sistem  kendali  adaptif  terdiri dari dua kalang. Kalang yang pertama adalah kalang umpan  balik  biasa  dengan  pengendali  dan  plant, sedang  kalang  kedua  adalah  kalang  pengaturan parameter. Blok diagram dari sistem kendali adaptif ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Blok Diagram Sistem Adaptif

Pada teknik  kendali  adaptif  terdapat  empat  skema, yaitu  Gain  Schedulling,  Model-Reference  Adaptive Control  (MRAC),  Self-Tuning  Regulator  (STR), dan Dual Control.

2.2 Self-Tuning Regulator (STR)
Self-Tuning  Regulator  (STR)  adalah   salah satu  skema  teknik  kendali  adaptif,  dimana parameter  dari sistem diestimasi  dan  hasil  estimasi parameter  yang  telah  dihitung  digunakan  untuk mendapatkan parameter kontrol. Skema STR secara lengkap ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Skema Dasar STR

Skema  STR  termasuk  indirect  adaptive controller  Pada  indirect  adaptive  controller, estimasi  dari  paramater-parameter  proses  secara terus-menerus  di-update  dan  parameter  pengendali didapatkan  dari  solusi  dengan  menggunakan parameter  yang  diestimasi.  Parameter  pengendali diatur  oleh  kalang  yang  terdapat  di  bagian  luar, yang terdiri  dari  blok  estimasi  parameter  dan  blok perhitungan  desain  pengendali.  Pada  skema  STR, parameter  pengendali  atau  parameter  proses diestimasi secara real-time.
Parameter-parameter  plant  dari  model diestimasi secara  on-line, dan blok “Estimasi” pada Gambar  2.2  melaksanakan  estimasi  dari  parameterparameter  proses.  Blok  ini  adalah  estimator  yang bekerja  secara  rekursi.  Blok  “Desain  Pengendali” melakukan  perhitungan  yang  diperlukan  untuk mendesain  pengendali.  Blok  “Pengendali”  adalah implementasi  pengontrolan  dengan  parameter-parameter  yang  didapatkan  dari  blok  “Desain Pengendali”.
Blok  diagram  yang  ditunjukkan  pada Gambar  2.2  mempunyai  banyak  pilihan  yang  dapat digunakan  untuk  model  dan  struktur  dari  sistem kendali adaptif. Pada Tugas  Akhir ini, proses akan diestimasi  dengan  menggunakan  algoritma  LeastMean  Squares  (LMS)  sedangkan  untuk  desain pengendali akan menggunakan metode penempatan pole  (Pole Placement).

2.3 Estimasi Menggunakan Algoritma  LeastMean Squares (LMS)
Pada blok  “Estimasi’, estimasi proses akan dilakukan  dengan  algoritma  LMS.  Pada  sistem kendali adaptif estimasi dilakukan secara  real-time, hal  ini  dapat  dilihat  adanya  estimator  parameter rekursif  yang  ditunjukkan  secara  eksplisit  pada skema  STR.  Pada sistem kendali adaptif, parameter dari  proses  berubah  secara  kontinyu,  sehingga diperlukan  metode  estimasi  yang  dapat  mengupdate  parameter secara berulang-ulang, dan hal ini dapat dilakukan dengan metode LMS.
Setelah  bobot-bobot  parameter  sudah diestimasi  dengan  algoritma  LMS,  maka  bobot parameter-parameter  dari  model  matematika diberikan  pada  blok  “Desain  Pengendali”  yang kemudian  diberikan  pada  blok  “Pengendali.” Metode  yang  digunakan  pada  blok  “Pengendali” sendiri adalah metode penempatan pole.

2.4 Pengendali  Menggunakan  Metode Penempatan Pole (Pole Placement)
Metode  penempatan  pole  adalah  metode yang dapat digunakan sebagai pengendali. Ide dasar dari  metode  ini  adalah  menentukan  besarnya  nilai sinyal  kendali  untuk  dikirim  ke  plant  yang  akan memberikan respon berdasar  pole  yang diinginkan. Blok  diagram  dari  metode  penempatan  pole ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Blok Diagram Metode Penempatan Pole

Berdasar  blok  diagram  pada  Gambar 2.3 untuk  mengendalikan  keluaran  y(k)  di  titik  nilai referensi  r(k),  dapat  dilakukan  dengan menggunakan  sinyal  kendali  yang  didapatkan dengan menggunakan persamaan :


2.5 Sistem Termal Pada Plant Pengatur Suhu
Sistem  termal  pada  plant  pengatur  suhu dengan  menganggap  bahwa  kotak  plant  terisolasi sehingga rugi (kehilangan) kalor ke udara sekeliling dapat diabaikan, hal ini ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Sistem Termal Pada Plant Pengatur Suhu

Dari Gambar 2.4 dapat didefinisikan :
Ti  = Temperatur keadaan tunak udara masuk,  o C
T = Temperatur keadan tunak udara keluar, o C
G = Laju aliran udara melalui ruang pemanas, kg/det
M = Udara yang ditampung dalam ruang pemanas, kg
C = kalor jenis udara, J/kg o C
R = Tahanan termal, o C/W
C = Kapasitansi termal dari udara yang dalam ruang pemanas = Mc,J/ o C
H = masukan kalor keadaan tunak, W
Temperature udara masuk dianggap konstan dan masukan kalor tiba – tiba diubah dari H menjadi H +  hi  dimana hi  menyatakan perubahan  kecil  dari masukan  kalor.  Laju  keluar  kalor  kemudian  akan berubah  perlahan  –  lahan  dari  H  menjadi  H  +  ho. Akibatnya  temperatur  udara  keluar  akan  berubah dari T0 menjadi To + to. Untuk  kasus  ini  h0,  C  dan  R  masing  –  masing diperoleh :
 

2.6 Analisis  Pengaruh Perubahan Laju Konvergensi
Pada  pengujian  ini  digunakan  nilai  laju konvergensi 0.01,  0.002, 0.001, 0.0002, dan 0.0001 pengaujian  dilakukan  sebelum  parameter  bobot diperbarui  dan  sesudah  parameter  bobot diperbaharui.  Hasil  pengujian  ditunjukkan  pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Respon Sistem Terhadap Perubahan Laju Konvergensi

Pada  pengujian  terlihat  respon  sistem berjalan  lambat  serta  waktu  keadaan  tunak  (steady state)  lama pada  nilai laju  konvergensi 0.0002 dan 0.0001  dan  terjadi  over  estimated  pada  nilai  laju konvergensi  0.01.  Hal  ini  sesuai  dengan  teori bahwa jika nilai laju konvergensi terlalu kecil, maka pembelajaran  akan  berlangsung  relatif  lama sedangkan  jika  terlalu  besar,  bobot  yang diperbaharui  akan  mengalami  over  estimated, sehingga  hal  ini  akan  memperngaruhi  dinamika keluaran plant pengatur suhu yang dikendalikannya. Untuk  pengujian  dengan  range  nilai  laju konvergensi  antara   0.001  sampai  dengan  0.0001 respon  sistem  dapat  mengikuti  referensi  dengan baik,  sehingga  dapat  dikatakan  respon  plant pengatur  suhu  baik  untuk  nilai  laju  konvergensi 0.001 sampai dengan 0.0001.
Dari  grafik  hasil  pengujian  di  atas  dapat dilihat  bahwa  untuk  setiap  respon  awal  terjadi osilasi di sekitar referensi, sehingga teknik  kendali adaptif  memerlukan  waktu  sekitar  01  –  02  menit untuk  mencapai  keadaan  tunak  (steady-state)  dan juga  memiliki  overshoot.  Adanya  osilasi  di sekitar referensi  dikarenakan  blok  estimasi  dari  teknik kendali adaptif masih berusaha untuk mendapatkan bobot parameter-parameter proses  yang tepat untuk mewakili proses  yang sedang dikendalikan. Karena parameter-parameter  proses  yang  diestimasi  belum tepat  mewakili  proses  yang  sedang  dikendalikan, hal ini mengakibatkan parameter-parameter kendali yang  ditentukan  berdasar  parameter-parameter proses  juga  belum  tepat.  Sehingga  sinyal  kendali yang  dikirim  ke  plant  pengatur  suhu  masih  belum tepat  pada  referensi  yang  diberikan.  Setelah mengalami   proses  pembelajaran  sistem  kendali adaptif  akan  dapat  menentukan  bobot  dari parameter-parameter proses dengan tepat. Sehingga sinyal kendali  yang dikirim ke plant pengatur suhu juga tepat pada referensi yang diberikan.

2.7 Referensi  Berubah Naik
Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui kemampuan  sistem  dalam  mengikuti  perubahan referensi yang berubah naik, dengan nilai perubahan mulai  500C,  600C,  700C.  Hasil  pengujian ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Respon Sistem Terhadap Referensi Berubah Naik

Dari  respon  sistem  diatas  terlihat  respon sistem dengan nilai laju konvergensi 0.001, terlihat adanya  osilasi  pada  respon  awal  dan  overshoot ketika  referensi  dinaikkan.  Hal  ini  dikarenakan masukan referensi merupakan salah parameter yang digunakan  untuk  memperbarui  parameter  kendali, disamping kesalahan dan keluaran sistem, sehingga update  parameter  kendali  mengalami  over  shoot pada  referensi  tinggi.  Namun  jika  pada  referensi tinggi  dipilih  nilai  laju  konvergensi   yang  kecil, akan  mengurangi  terjadinya  osilasi  pada  respon keluaran  sistem.  Hal  ini  dapat  ditunjukkan  pada nilai  laju  konvergensi   0.0002  dan  0.0001  yang tidak  terlihat  adanya  osilasi  pada  respon  awal  dan relatif  lebih  cepat  mengikuti  referensi  ketika referensi  dinaikkan,  hal  ini  terlihat  dengan  waktu yang  lebih  kecil  untuk  mencapai  keadaan  steadystate,  hal ini  dikarenakan pada saat referensi awal, parameter kendali awal yang diperbarui merupakan parameter  inisialisasi.  Sedangkan  ketika  referensi dinaikkan  parameter  kendali  telah  mengalami algoritma  pembelajaran  sehingga  respon  dapat mengikuti referensi dengan baik.

2.8 Referensi Berubah Turun
Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui kemampuan  sistem  dalam  mengikuti  perubahan referensi  yang  berubah  turun,  dengan  nilai perubahan  mulai  650C  –  550C  –  450C.  Hasil pengujian ditunjukkan pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Respon Sistem Terhadap Referensi Berubah Turun

Dari  respon  sistem  sebelum  parameter bobot  diperbarui  terlihat  adanya  overshoot  dan respon  sistem  yang  berjalan  lambat  ketika  suhu referensi  diturunkan,  tapi  setelah  parameter  bobot diperbarui  hampir  tidak  terlihat  over  shoot  untuk nilai laju konvergensi 0.0002 dan 0.0001 dan waktu yang  dibutuhkan  untuk  steady-state  relatif  lebih cepat.  Pada  pengujian  ini  terlihat  ketika  suhu referesi  diturunkan  waktu  yang  dibutuhkan  untuk steady-state  relatif  lama  dibandingkan  dengan ketika  suhu  dinaikkan  hal  ini  dikarenakan  besar suhu  referensi  mempengaruhi  laju  pembelajaran parameter  kendalinya,  sehingga  untuk  referensi kecil laju pembelajaran semakin lambat, perbedaan nilai laju konvergensi juga berpengaruh pada respon penurunan  suhu,  dimana  semakin  besar  nilai  laju konvergensi  respon  sistem   semakin  cepat mengikuti referensi.

2.9 Gangguan
Tujuan  dari  pengujian  ini  adalah  untuk mengetahui  kehandalan  sistem  adaptif  dalam mengatasi  gangguan  dari luar, pengujian  dilakukan dengan  memberikan  referensi  500C,  setelah  respon sistem  mencapai  referensi,  sistem  akan  diberi gangguan dengan cara menyalakan kipas yang akan menyerap  udara  keluar  sehingga  suhu  plant  akan turun.  Dari  pengujian  dengan  variasi  nilai  laju konvergensi ditunjukkan pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Respon Sistem Terhadap Gangguan

Dari  respon  sistem  terlihat  bahwa  ketika diberi  gangguan  respon  sistem  akan  mengalami penurunan,  namun  secara  adaptif  sistem  dapat mengatasi  gangguan  yang  diberikan  dan  sistem akan  kembali  mengikuti  referensi.  Pada  pengujian dengan  gangguan,  nilai  laju  konvergensi  akan memepengaruhi  besarnya  penurunan  suhu  dan kemampuan  sistem  kendali  adaptif  untuk beradaptasi  atau  mengatasi  gangguan,  dimana semakin besar nilai laju konvergensi maka penuruna suhu  semakin  kecil  dan  waktu  yang  dibutuhkan
untuk kembali ke referensi juga semakin kecil,  hal ini  dapat  dijelaskan  bahwa  untuk  nilai  laju konvergensi  yang besar laju pembelajaran terhadap perubahan parameter semakin cepat, dengan adanya gagguan  yang  menyebabkam  error  antara keluaran model  dan  sistem  akan  semakin  cepat  dieliminasi dengan  konsekuensi  akan  terjadi  lonjakan  sebelum mencapai  referensi,  namum  secara  umum  dapat dikatakan  sistem  kendali  adaptif  mempunyai keandalan dalam mengatasi gangguan dibandingkan dengan sistem kendali konvensional.



BAB III
PENUTUP

3.1 Kesimpulan
Algoritma  least-mean  squares  (LMS) sebagai  estimator  dan  metode  penempatan pole  (pole  placement)  sebagai  pengendali dapat  digunakan  pada  plant  pengatur  suhu dengan teknik kendali adaptif menggunakan skema self-tuning regulator  (STR). Sistem  Kendali Adaptif  model  Self  Tuning Regulator  (STR)  dapat  mengadaptasi parameter  kendali  sistem  pengatur  suhu dengan  baik  untuk  range  nilai  laju konvergensi 0.001 sampai 0.0001.
Pemilihan  nilai  laju  konvergensi  sangat mempengaruhi  respon  sistem,  semakin besar  nilai  laju  konvergensi  maka  respon sistem  akan  berosilasi  disekitar  referensi sedangkan  semakin  kecil  nilai  laju konvergensi  akan  menghasilkan  respon sistem  yang  lambat  dalam  mengikuti referensi. Sistem  adaptif  mempunyai  kehandalan dalam  mengatasi  dan  mengeliminasi gangguan dari luar.

3.2 Saran
Algoritma untuk estimasi dan pengontrolan dapat  diganti  dengan  algoritma  yang  lain, seperti  IIR-LMS  atau  Recursive  LeastSquare  (RLS) untuk estimasi dan PID untuk pengontrolan  yang  dapat  memberikan respon dan  stabiltas sistem yang lebih baik.




DAFTAR PUSTAKA


Bernard  Widrow  and  Samuel  D.  Stearns, Adaptive Signal Processing, Prentice-Hall, Inc., 1985.
Astrom,K.J.  and  B.  Wittenmark,  Adaptive Control, Addison-wesley, Reading, MA, 1995
Ogata,  Katsuhiko,  Discrete-time  Control Systems,  Prentice-Hall  International,  Inc.,
Englewood Cliffs, New Jersey, 1987.
Ogata,  Katsuhiko,  Teknik  Kendali  Otomatik, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1991.
Benjamin  C.Kuo,  Teknik  Kendali  Automatik, Jilid I, Prenhallindo, Jakarta, 1995
Ario  Suryo  Kusumo,  Buku  Latihan  Microsoft Visual  Basic  6.0,  Elex  Media  Komputindo, Jakarta, 2000
Pamungkas,  Tip&Trik  Microsoft  Visual  Basic 6.0, Elex Media Komputindo, Jakarta, 2000

Comments

Post a Comment