SIMULASI APLIKASI ALGORITMA MULTIVARIBLE GENERALIZED PREDICTIVE CONTROL

BAB I

PENDAHULUAN 

I. LATAR BELAKANG

Pabrik di industri beroperasi dengan tujuan menghasilkan suatu produk yang bernilai ekonomis dengan menggunakan berbagai sumber daya. Dalam operasinya, suatu pabrik harus memenuhi berbagai berbagai prasyaratan seperti: faktor keamanan, spesifikasi produk, keramahan lingkungan, kondisi operasi, dan keuntungan optimasi, sehingga dibutuhkan suatu pengontrol untuk mengendalikan variabelvariabel proses yang dapat meminimisasi pengaruh gangguan, menjamin kestabilan, dan mengoptimalkan kinerja proses. Kontrol prediktif pertama kali diperkenalkan secara simultan oleh Richalet, Cutler, dan Ramaker pada akhir tahun 1970-an melalui Model Predictive Control (MPC), dan prinsip dasar aslinya dikemukakan secara resmi dalam US-Patent pada awal 1980-an yaitu ”Berdasarkan model proses, kontrol prediktif akan membuat dinamika keluaran proses terprediksi sama dengan dinamika keluaran proses yang diinginkan”. Kontrol prediktif dapat digunakan untuk mengontrol proses yang memiliki waktu mati yang besar, berfasa tidak minimum, dan sistem yang tidak stabil.

Beberapa metodologi digunakan untuk mendisain kontrol prediktif yaitu dengan munculnya beberapa jenis kontrol prediktif yangc memiliki spesifikasi yang berbeda-beda, diantaranya adalah GPC (Generalized Predictive Control). Pada tahun 1987 Clarke memperkenalkan algoritma GPC dan terus berkembang pada analisa dan apkikasinya oleh Duque (1988), Clarke dan Mohtadi (1989), Beaumont (1988) dan M’Saad (1990).

Algoritma GPC yang biasanya diturunkan dari bentuk polinomial, pada [Ordys and Clarke, 1993] diturunkan menjadi bentuk persamaan ruang keadaan tetapi mengikuti pendekatan polinomial [Clarke, 1987]. Hasil pendekatan polinomial pada bentuk persamaan ruang keadaan memberikan kesempatan untuk menganalisa keadaan secara langsung yang dihasilkan menggunakan swiching pada regulator, dengan mengubah set point atau paramater regulator, perluasan yang mudah Prosiding Semiloka Teknologi Simulasi dan Komputasi serta Aplikasi 2005 untuk kasus multidimensi, dan memungkinkan memperkenalkan ketidaklinieran ke dalam model.

Penurunan matematis dari Ordys dan Clarke [1993] sulit untuk digambarkan secara langsung dalam kinerja suatu sistem pengontrol.

Aplikasi pada suatu plant dapat digunakan untuk melihat kinerja sistem pengontrol yang diusulkan oleh Ordys dan Clarke [1992], salah satunya adalah pada plant proses kolom distilasi yang memiliki pengaruh waktu mati yang cukup besar.

Pada makalah ini akan dibahas tentang aplikasi metoda kontrol Generalized Predictive Control yang diturunkan dalam bentuk persamaan ruang keadaan oleh Andrzey W.Ordys and David W. Clarke pada tahun 1992 pada plant kolom distilasi MIMO. Hasil aplikasi pada plant kolom distilasi tersebut ditunjukkan dalam bentuk simulasi menggunakan MATLAB, yang digunakan untuk menganalisa kinerja dari metoda kontrol GPC Andrzey W.Ordys and David W. Clarke. Kinerja yang dihasilkan diperlihatkan oleh beberapa hasil simulasi.

II. FORMULASI MASALAH

Suatu persamaan ruang keadaan umum yang digunakan oleh Ordys dan Clarke [1992] dinyatakan dalam bentuk:

Pengontrol GPC merupakan pengontrol berdasarkan model, sehingga model proses harus diketahui untuk mendisain sistem kontrol. Pada penelitian ini model proses yang digunakan adalah model kolom distilasi yang menyatakan hubungan antara variabel titik acuan laju steam (Fr) dan Reflux (R) menjadi persen methanol dalam distilasi dan produk dasar, yang tampak pada gambar di bawah ini:

Aplikasi kolom distilasi ini menggambarkan penggunaan keterlambatan I/O dalam pemodelan proses. Kolom distilasi ini digunakan untuk memisahkan suatu campuran methanol dan air. Methanol lebih mudah menguap dibanding air, sedangkan air cenderung untuk mengalir ke bawah cairan bawah. Uap air meninggalkan puncak kolom yang dipadatkan oleh suatu aliran air dingin. Bagian dari uap air ini dipadatkan, diextrak sebagai hasil penyulingan, dan sisanya dikembalikan ke kolom distilasi. Tujuannya adalah untuk memaksimalkan Xd dengan menyesuaikan laju alir pengaliran kembali R dan laju alir uap air S di dalam tempat penguapan ulang (reboiler).

III. SIMULASI

Dalam simulasi ini, sistem kontrol GPC, digunakan untuk memperbaiki respon transien plant kolom distilasi MIMO pada model proses di atas. Beberapa perubahan nilai parameter dan gangguan diberikan untuk melihat pengaruhnya terhadap keluaran proses dan sinyal kontrolnya. Pada simulasi dipilih sinyal rujukan default berupa sinyal step dan ditetapkan sebesar

Keluaran sinyal kontrol (u1 dan u2) dan keluaran proses (y1 dan y2) dengan nilai wi(disain set point) yang berbeda Data pengamatan memperlihatkan bahwa disain set point (wi) mempengaruhi tercapai atau tidak tercapainya nilai set point akhir.

Pada gambar di atas ditunjukkan bahwa perubahan set point yang konstan menjamin tercapainya nilai set point akhir.