Perancangan Sistem Pengendalian Suhu Kumbung Jamur dengan Logika Fuzzy

Perancangan Sistem Pengendalian Suhu Kumbung Jamur dengan Logika Fuzzy

Dosen pembimbing : Hendra Cordova, ST, MT

Mahendra Ega Higuitta- 24 08 100 054

Ekologi Jamur Tiram Pertumbuhan jamur tiram sangat tergantung pada faktor fisik seperti 1. suhu, 2. kelembaban, 3. cahaya, 4. pH media tanam, 5. dan aerasi. Jamur tiram dapat menghasilkan tubuh buah secara optimum pada : 1. rentang suhu 26-28 °C, 2. kelembaban udara 80-90% 3. pH media tanam yang agak masam antara 5-6. 4. cahaya matahari berkisar antara 50-300 lux (Susilawati,2010)

para petani mengalami hambatan dalam melakukan pengendalian suhu kumbung jamur sehari-hari

Upaya yang mereka lakukan biasanya adalah dengan manual menggunakan sprayer yang disemprotkan pada kumbung jamur saat pagi dan sore setiap harinya

jika kondisi suhu berfluktuasi sepanjang hari seperti yang biasa terjadi pada pergantian musim saat ini,

maka tidak cukup hanya disemprot dengan sprayer tiap pagi dan sore hari.

fluktuasi suhu pada masa pergantian musim kemarau ke musim hujan saat bulan September 2012 menyebabkan panen

terganggu

Fakta yang terjadi pada petani jamur di Mojokerto, Sidoarjo dan Malang, mereka mengalami penurunan panen jamur rata-rata sampai

20-40% per hari nya.

Oleh karena itu diperlukan suatu sistem pengendalian suhu kumbung jamur tiram, dalam hal ini dengan menggunakan Logika Fuzzy.

- PERMASALAHAN Permasalahan yang ditemui dalam menyusun tugas akhir ini adalah bagaimana

membuat sistem pengendalian suhu kumbung jamur tiram dengan Logika Fuzzy.

- BATASAN MASALAH -

Terdapat batasan masalah dalam pembuatan Sistem Pengendalian Suhu Kumbung Jamur Tiram dengan Logika Fuzzy yaitu : • Kontrol Logika Fuzzy yang digunakan adalah fuzzy gain schedulling, • Digunakan metode pemodelan matematik Autoregressive

eXogenous untuk mengestimasikan fungsi suhu terhadap kelembaban

• Simulasi dibuat berdasarkan studi kasus kumbung jamur di desa

kwangsan, kecamatan sedati, sidoarjo. • Asumsi simulasi yang digunakan adalah kondisi ideal dan tertutup, yang artinya aktuator langsung melakukan respon tanpa delay dan plant diasumsikan tertutup

Mulai Studi Literatur

Pengambilan Data Termodinamik Kumbung Perancangan Sistem Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Pemodelan Komponen Sistem Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur dan Perancangan Kendali Logika Fuzzy Tidak

Pengujian Performansi Sistem Kendali Logika Fuzzy pada Kumbung Jamur

Baik

Penyusunan Analisis dan Laporan

Selesai

PENGAMBILAN DATA

TERMODINAMIK KUMBUNG

Data yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah

data kondisi suhu dan kelembaban di dalam dan di luar kumbung jamur tiram dengan lokasi di desa kwangsan, kecamatan sedati, sidoarjo pada setiap

rentang waktu 2 jam

pada pukul 06.30 – 20.30 WIB selama 2 bulan dari tanggal 5 maret – 3 mei 2013

HASIL CUPLIKAN DATA

TERMODINAMIK KUMBUNG 33.0

o

32.0 31.0 30.0

Suhu Dalam Suhu Luar

29.0 28.0 27.0 0

2

4

6

8

10

34.0 33.0 32.0 31.0 Suhu Dalam

30.0

Suhu Luar

29.0 28.0 27.0 0

2

4

6

8

10

Suhu ( C) Waktu Dalam 5-Mar-13 06.30 WIB 27.9 08.30 WIB 28.1 10.30 WIB 28.0 12.30 WIB 30.0 14.30 WIB 30.2 16.30 WIB 28.2 18.30 WIB 29.3 20.30 WIB 30.3 6-Mar-13 06.30 WIB 27.8 08.30 WIB 28.0 10.30 WIB 28.2 12.30 WIB 30.1 14.30 WIB 30.3 16.30 WIB 28.5 18.30 WIB 29.3 20.30 WIB 30.2

Luar 28.5 29.2 29.1 32.3 32.3 31.0 31.0 30.2 28.8 29.1 29.2 33.1 32.3 30.9 30.9 30.1

HASIL CUPLIKAN DATA

TERMODINAMIK KUMBUNG Kelembaban (%) Dalam Waktu 92 5-Mar-13 06.30 WIB 08.30 WIB 91 10.30 WIB 81 12.30 WIB 76 14.30 WIB 78 16.30 WIB 79 18.30 WIB 81 20.30 WIB 87 90 6-Mar-13 06.30 WIB 08.30 WIB 88 10.30 WIB 80 12.30 WIB 78 14.30 WIB 79 16.30 WIB 80 18.30 WIB 82 20.30 WIB 85

Luar 86 85 73 72 73 73 75 81 84 84 74 71 72 72 76 80

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Kelembaban Dalam Kelembaban Luar

0

2

4

6

8

10

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Kelembaban Dalam Kelembaban Luar

0

2

4

6

8

10

PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN SUHU PADA KUMBUNG JAMUR

•

•

Untuk mendapatkan fungsi transfer plant kumbung dari parameter suhu, digunakan pendekatan neraca energi dalam melakukan pemodelan. Sedangkan dari parameter kelembaban (RH), digunakan pendekatan model matematis ARX (Autoregressive Exogeneus) untuk mendapatkan fungsi transfer suhu terhadap kelembaban

Aktuator yang digunakan untuk melakukan aksi pada plant adalah blower dan sprayer.

• Fungsi transfer akan didapatkan dengan acuan psychometric terdiri dari proses Cooling dan Humidifying. • Kontroler yang dipakai menggunakan Kontrol

tipe Mamdani

process yang

Logika Fuzzy Gain Schedulling

• Input sistem yang digunakan pada Kontrol Logika Fuzzy Gain Schedulling ini adalah

setpoint suhu dan error suhu (eT) dengan output Kp’, Kd’, dan Alfa

. . . . . . . . . (3.9) . . . . . . . . . . . (3.10)

Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur


Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Plant (kumbung jamur) • Kelembaban Dilakukan

perancangan

model

matematis berbasis autoregressive exogeneus (ARX) untuk memberikan pemodelan pengendalian kelembaban pada kumbung jamur. Berikut ini adalah persamaan dasar ARX :

A(q-1)y(kT) = B(q-1)u(kT-nT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3.3)

Dimana T = waktu sampling, q-1 = operator backward-shift, n = bilangan delay dari input ke output, A = bilangan polynomial dalam q-1 B = bilangan polynomial dalam q-1

Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur 2. Plant (kumbung jamur) • Kelembaban Langkah – langkah untuk menjalankan model matematis ARX pada software matlab adalah sebagai berikut : 1. Melakukan pembacaan data pada file excel yang berisi data suhu dan kelembaban

2. Melakukan persiapan data dengan melakukan setting time sampling dan menentukan data estimasi serta data validasi

Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur 2. Plant (kumbung jamur) • Kelembaban Langkah – langkah untuk menjalankan model matematis ARX pada software matlab adalah sebagai berikut : 3. Mencari estimasi delay

4. Pemodelan 5. Fitting

Pemodelan Komponen Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur 2. Plant (kumbung jamur) • Kelembaban Langkah – langkah untuk menjalankan model matematis ARX pada software matlab adalah sebagai berikut : 6. Estimasi Initial Condition

7. Menemukan model persamaan ARX Setelah diturunkan ke domain s, maka fungsi transfer kelembaban terhadap suhu dari plant kumbung jamur adalah

Hasil Pemodelan ARX kelembaban kumbung jamur Fitting Data Estimasi

Gambar 4.1 Hasil Fitting Data Estimasi

Hasil Pemodelan ARX kelembaban kumbung jamur Fitting Data Validasi

Gambar 4.2 Hasil Fitting Data Validasi


Gambar Skema Adiabatic Mixing dari dua aktuator



Kontrol Logika Fuzzy untuk Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur • Menentukan variabel masukan dan keluaran Fuzzy Kp’ Variabel input Hasil output

= nilai error suhu dan set point suhu = Nilai Kp’,

Fuzzy Kd’ Variabel input = nilai error suhu dan set point suhu Hasil output = Nilai Kd’, Fuzzy Alfa (α) Variabel input = nilai error suhu dan set point suhu Hasil output = Nilai Alfa (α)

Gambar 3.7 Fungsi Keanggotaan Input Error Suhu

Kontrol Logika Fuzzy untuk Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur • Menentukan fungsi keanggotaan (membership function)

Gambar 3.7 Fungsi Keanggotaan Input Error Suhu

Gambar 3.7 Fungsi Keanggotaan Input Suhu Setpoint

Gambar Gambar 3.9 3.7 Fungsi Fungsi Keanggotaan Keanggotaan Output Input Error Fuzzy Suhu Kp’

Kontrol Logika Fuzzy untuk Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur • Menentukan fungsi keanggotaan (membership function)

Kd’

Gambar 3.9 Fungsi Keanggotaan Output Fuzzy Kp’

Gambar 3.10 Fungsi Keanggotaan Output Fuzzy

Gambar 3.11 Fungsi Keanggotaan Output Fuzzy Alfa

Kontrol Logika Fuzzy untuk Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Setelah penentuan nilai Kp’, Kd’, dan α, proses selanjutnya adalah menghitung nilai parameter kendali Kp, Kd, dan Ki berdasarkan persamaan berikut: Kp = (Kp,max - Kp,min) K’p + Kp,min . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.24 -

Gambar 3.13 Simulink untuk persamaan 3.24

Kontrol Logika Fuzzy untuk Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Setelah penentuan nilai Kp’, Kd’, dan α, proses selanjutnya adalah menghitung nilai parameter kendali Kp, Kd, dan Ki berdasarkan persamaan berikut: Kd = (Kd,max - Kd,min) K’d + Kd,min . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.25 -

Gambar 3.13 Simulink untuk persamaan 3.25 Ki = Kp2 / α( Kd) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.26

Kontrol Logika Fuzzy untuk Pengendalian Suhu dan Kelembaban pada Kumbung Jamur Setelah penentuan nilai Kp’, Kd’, dan α, proses selanjutnya adalah menghitung nilai parameter kendali Kp, Kd, dan Ki berdasarkan persamaan berikut: Ki = Kp2 / α( Kd) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.26

Gambar 3.13 Simulink untuk keseluruhan persa


Pengujian Sistem Kontrol Logika Fuzzy

Uji Open Loop Aktuator

Gambar 4.1 Uji Open Loop Aktuator

Gambar 4.2 Hasil Respon Open Loop Aktuator



Uji Open Loop Fungsi Transfer Suhu Plant Kumbung

Gambar 4.1 Uji Open Loop Suhu Plant Kumbung Jamur

Gambar 4.2 Hasil Respon Open Loop Suhu Plant Kumbung Jamur



Uji Open Loop Fungsi Transfer Kelembaban Kumbung

Gambar 4.1 Uji Open Loop Kelembaban Plant Kumbung Jamur

Gambar 4.2 Hasil Respon Open Loop Kelembaban Plant Kumbung Jamur



Uji Close Loop System

Gambar 4.1 Uji Close Loop Sistem Pengendalian Suhu dan Kelembaban dengan Logika Fuzzy


30.5 ResponFuzzyGS

30

29.5

Suhu (C)

29

28.5

28

27.5

27 0

200

400

600 waktu(s)

800

1000

1200

Gambar 4.9 Hasil Respon Close Loop dengan Setpoint Suhu 28 C, dan Suhu Luar 34C, simulation stop time 1000s


110

100

Kelembaban (%RH)

90

80

70

60

50

40

0

200

400

600 Time (s)

800

1000

1200

Gambar 4.10 Hasil Respon Close Loop Kelembaban dengan Setpoint Suhu 28 C, dan Suhu Luar 34C, simulation stop time 1000s


Uji Close Loop System dengan Fungsi Suhu Luar (real plant) terhadap waktu

Gambar 4.1 Uji Close Loop Sistem Fungsi Suhu Luar (real plant) terhadap waktu 06.30 – 20.30 WIB


30.5

30

29.5

Suhu (C)

29

28.5

28

27.5

27 0

1

2

3 Time (s)

4

5

6 4

x 10

Gambar 4.11 Hasil Respon Close Loop Fungsi Suhu Luar terhadap waktu


Uji Close Loop System dengan Gaussian Noise

Gambar 4.1 Uji Close Loop dengan Gaussian Noise


31

30

Suhu (C)

29

28

27

26

25

0

200

400

600 Time (s)

800

1000

Gambar 4.11 Hasil Respon Close Loop Suhu dengan Gaussian Noise

1200


110

100

90

80

70

60

50

40

0

200

400

600

800

1000

1200

Gambar 4.12 Hasil Respon Close Loop Kelembaban dengan Gaussian Noise

KESIMPULAN •

Penggunaan ARX untuk memodelkan kelembaban kumbung jamur sudah sangat sesuai meski fitting yang dihasilkan hanya dapat mencapai 66, 69%, akan tetapi jika melihat tren yang memiliki kesamaan, dapat diasumsikan sesuai

•

Pemberian nilai set point pada suhu yang sesuai untuk pertumbuhan jamur yaitu pada suhu 28° C dapat dicapai dan dipertahankan dengan nilai maximum overshoot dari pengendali tersebut sebesar 0.89% dan time settling sekitar 325 detik.

•

Fungsi suhu terhadap kelembaban dengan pemodelan ARX menghasilkan respon sistem dengan maximum overshoot dari pengendali tersebut sebesar 35% dan time settling sekitar 240 detik, dan error steady state sebesar 0,03%

SARAN •

Pada penelitian ini, plant kumbung yang di jadikan

acuan menggunakan sistem tertutup, oleh karena itu untuk penelitian selanjutnya disarankan untuk melakukan riset terhadap kumbung dengan

sistem terbuka (menggunakan ventillasi)

•

Untuk meningkatan efisiensi sistem, perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai tata letak aktuator dan sensor yang dapat menghasilkan proses pengendalian yang lebih optimum

Perancangan Sistem Pengendalian Suhu Kumbung Jamur dengan Logika Fuzzy

Recommend Documents