Kendal i Bab 7 Feedback Control

8/19/2019 Kendal i Bab 7 Feedback Control

1/35


2/35

2

Feedback Control

Steam heated stirred tank

Sistem kontrol berumpan-balik: Valve diubah-ubah untuk menaikkanaliran uap air (steam) dalam rangka mengendalikan suhu tanki

Proses lup tertutup: Kontroler dan proses saling berhubungan


3/35

Feedback Control

!b"ekti# Pengendalian:$en%aga suhu keluar dan level tanki tertentu

Kontrol &erumpan-balik: Suhu diukur dengan termokopel

Suhu "ang tidak diinginkan memicu ter%adin"aperubahan pada tekanan steam suplai

Catatan: 'n#ormasi suhu diukur pada keluaran prosesperubahan

"ang dihasilkan dari aliran masuk atau gangguan suhu

Perubahan aliran masuk ("akni T in) *+,Smempengaruhi proses sebelum pen"etelan dibuat


4/35

.

Contoh

Kontrol &erumpan-balik: $emerlukan sensor dan aktuator

$isal: /up pengontrolan suhu

Kontroler: Komponen perangkat lunak "ang melaksanakan perhitungan matematika Komponen perangkat keras "ang men"ediakan sin"al "ang terkalibrasi untuk aktuator

Aktuator: Proses (dengan dinamik) #isik "ang dipicu oleh kontroler $empengaruhi proses secara langsung

Sensor: $emantau beberapa si#at sistem dan mentransmisikan sin"al balik ke kontroler


5/35

0

Proses /up 1ertutup

Studi dianamika proses mem#okuskan pada proses "ang tak-

terkontrol atau proses lup terbuka +mati perilaku proses sebagai hasil dari sin"al masukan tertentu

alam pengendalian proses kita dikenai perilaku dinamik dari proses

terkendali atau lup tertutup

Kontroler adalah sistem dinamik "ang berhubungan dengan proses dan

perangkat keras proses "ang menghasilkan perilaku khusus


6/35

3

Fungsi +lih /up 1ertutup

iagram blok proses lup tertutup


7/35

4


ntuk kontrol kita perlu mengidenti#ikasi dinamik lup terutup

disebabkan oleh: Perubahan setpoint servo

Perubahan gangguan regulator"

1. Respon Servo Lup Terutup

#ungsi alih "ang menghubungkan Y(s) dan R(s) saat D(s) = 0

mengisolasi Y(s):


8/35

5


2. Respon Regulatori Lup Tertutup Fungsi alih "ang menghubungkan D(s) ke Y(s) saat

R(s)=0

$engisolasi Y(s):


9/35

6


7 Fungsi alih lup tertutup keseluruhan


10/35

89

P' Control

!D adalah singkatan dar': P: Proportional ' : 'ntegral

: erivative

Kontroler P' /ebih dari 69; dari seluruh kontrol "ang diterapkan Sudah dipakai se%ak tahun 869-an Sangat baik dipela%ari dan dipahami Struktur optimal pada proses orde satu dan dua (diberikan

beberapa asumsi) Selalu men%adi pilihan pertama saat mendisain sistem kontrol


11/35

88

P' Control

Persamaan Kontroler P'

Parameter Kontroler P'


12/35

82

P' Control

Fungsi +lih Kontroler P'

Catatan:

+da ban"ak variasi kontroler ini $udah diterapkan dalam S'$/'


13/35

8

Proportional Feedback

ari:Fungsi alih:

atau

&entuk lup-tertutup:


14/35

8.


Contoh:iketahui proses orde satu:

ntuk dinamik lup-tertutup berumpan-balik han"a P-sa%a:


15/35

80


,espon akhir:

Catatan: ntuk =respon o##set nol> kita memerlukan

$ungkin untuk menghilangkan o##set dengan berumpan-balik P-sa%a (memerlukan gain kontroler "ang tak terbatas)

Perlu kontroler "ang lain untuk menghilangkan o##set (integral)


16/35


17/35

84


Proses orde-tinggi

misaln"a proses orde dua redaman kurang

naikn"a gain kontroler mengurangi o##set mempercepat respon danmenaikkan osilasi


18/35

85


*al-hal penting: Proportional #eedback tidak mengubah orde sistem

imulai dari proses orde satu proses lup-tertutup pun orde satu !rde polinomial karakteristik tidak berubah di ba?ah proportional

#eedback

Kecepatan respon proses lup-tertutup adalah akibat langsung dari

gain kontroler


19/35

86

'ntegral Control

Pengintegral (integrator) dilibatkan untukmenghilangkan o##set$en"ediakan aksi set ulang (reset action)

&iasan"a ditambahkan pada kontroler proporsional

untuk menghasilkan kontroler ! Kontroler P' dengan aksi derivati#n"a dimatikan

Kontroler P' paling luas digunakan di industri

Struktur optimal untuk proses orde satu

&entuk kontroler P'

$odel #ungsi alih


20/35

29

P' Feedback

,espon lup-tertutup

Pern"ataan lebih kompleks era%at (orde) pen"ebut naik satu


21/35

28

P' Control

Contoh

kontroler P' untuk proses orde satu

respon lup-tertutup

!##set hilang /up-tertutupn"a orde dua


22/35

22

P' Control

@#ek konstanta ?aktu integral dan gain kontroler padadinamik lup-tertutup

Periode natural dari osilasi

Koe#isien redaman

Konstanta ?aktu integral dan gain kontroler akan men"ebabkanter%adin"a osilasi dan merubah periode osilasi


23/35

2

P' Feedback

@#ek gain kontroler

@#ek konstanta ?aktu integral

&erpengaruh mempercepat respon

Semakin naik gainn"a semakin cepat

penghilangan o##setn"a

$engurangi konstanta ?aktu integral:

$enghilangkan pengaruh gangguan

$embuat perilaku lebih berosilasi


24/35

2.

P' Feedback

*al-hal penting: +ksi integral menaikkan orde sistem dalam lup-tertutup Kontroler P' memiliki dua parameter setelan "ang

dapat mempengaruhi secara bebas: $empercepat respon

,espon akhir (o##set) aksi integral menghilangkan o##set +ksi integral:

Seharusn"a kecil dibandingkan dengan aksi proporsional isetel untuk menghilangkan o##set pelan-pelan

apat men"ebabkan atau manaikkan osilasi apat men%adi destabilisasi


25/35

20

+ksi erivative

erivati# dari sin"al kesalahan (error signal) igunakan sebagai kompensasi kecenderungan pada keluaran

kuran kecepatan perubahan sin"al kesalahan $en"ediakan predikti# atau aksi antisipasi

P dan ' han"a respon terhadap kesalahan "ang telah le?at dansaat ini

$ode derivati# memiliki bentuk

Aika kesalahan naik aksi kontrol turun Aika kesalahan turun aksi kontrol naik

P' selalu diterapkan dalam bentuk:


26/35

23

P' Feedback

Fungsi alih

Fungsi alih lup-tertutup

Sedikit lebih kompleks dari pada bentuk P'


27/35

24

P' Feedback

Contoh

Kontrol P' untuk proses orde satu

#ungsi alih lup-tertutup


28/35

25

P' Feedback

@#ek aksi derivati# pada dinamik servo

*arga τ D "ang kecil:


29/35

26

&eberapa *al dalam Kontrol P'

*al-hal penting:

Kontroler P' memiliki tiga parameter setelan dan dapat berpengaruhsecara bebas: $empercepat respon ,espon akhir (o##set) ,espon servo dan regulatori

+ksi derivati#: Seharusn"a kecil dibandingkan dengan aksi integral

$emiliki pengaruh menstabilkan Sulit menggunakan sin"al noise &iasan"a dimodi#ikasi dalam penerapann"a


30/35

9

+ksi Searah&erla?anan

Air-to-open (AO) valve

Keluaran kontroler seharusn"a turunsaat " # turun

Kontrol aksi berlawanan (Kc>0)

Air-to-close (AC) valve

Keluaran kontroler seharusn"a naik saat" # naik

Kontrol aksi searah (Kc>0)


31/35

8

Ke%enuhan Kontroler

Perilaku kontrol proporsional ideal

Perilaku aktual

, t Bi d


32/35

2

,eset Bindup

+pa itu ,eset Bindup Kesalahan (error) "ang terus-menerus "ang

men"ebabkan bagian integral men%adi sangat besardan keluaran kontroler P' akhirn"a %enuh7

+nti reset ?indup: aksi integral untuk sementaraberhenti kapanpun keluaran kontroler %enuh

, li i +k i i ti#


33/35

,ealisasi +ksi erivati#

Kontrol P' ideal

Dang tidak dapat direalisasikan secara #isik

Perlu in#ormasi selan%utn"a

Eain tak terbatas untuk input perubahan step

, li i +k i i ti#


34/35

.

,ealisasi +ksi erivati#

Kontroler P' komersial

dengan α sangat kecil

Sistem "ang tepat

#ungsi alih "ang memiliki orde pen"ebut tidak lebih bear(atau lebih kecil) dari pada orde pembilangn"a adalah

sistem "ang tepat (atau sangat tepat)

Siste# "ang ti$ak tepat ti$ak $apat $irealisasikan


35/35

0

erivative Kick

Kontroler P' ideal

Perubahan setpoint "ang tiba-tiba e(t) akan men"ebabkan bagian

derivati# sangat besar

$enghilangkan derivative kick

+mbillah aksi derivatis pada pengukuran " # dari pada

sin"al kesalahan e

Documents

Kendal i Bab 7 Feedback Control