TUGAS AKHIR

Rusdhianto Effendi AKEka Iskandar

Program Studi Teknik Sistem Pengaturan

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Permasalahan Tujuan

PENUTUP HASIL

SIMULASI PERANCANGAN PENDAHULUAN

Permasalahan Tujuan

PENUTUP HASIL

SIMULASI PERANCANGAN PENDAHULUAN

Tujuan Latar Belakang

PENUTUP HASIL

SIMULASI PERANCANGAN PENDAHULUAN

Permasalahan Latar Belakang

PENUTUP HASIL

SIMULASI PERANCANGAN PENDAHULUAN

Jaringan Saraf Tiruan Model Prediksi

Kesalahan Heat Exchanger

PENUTUP HASIL

SIMULASI PENDAHULUAN

Jaringan Saraf Tiruan Model Prediksi

Kesalahan Heat Exchanger

PENUTUP HASIL

SIMULASI PENDAHULUAN

Jaringan Saraf Tiruan Model Prediksi

Kesalahan Heat Exchanger

PENUTUP HASIL

SIMULASI PENDAHULUAN

Jaringan Saraf Tiruan Model Prediksi

Kesalahan Heat Exchanger

PENUTUP HASIL

SIMULASI PENDAHULUAN

Jaringan Saraf Tiruan Model Prediksi

Kesalahan Heat Exchanger

PENUTUP HASIL

SIMULASI PENDAHULUAN

Jaringan Saraf Tiruan Model Prediksi

Kesalahan Heat Exchanger

PENUTUP HASIL

SIMULASI PENDAHULUAN

Jaringan Saraf Tiruan Model Prediksi

Kesalahan Heat Exchanger

PENUTUP HASIL

SIMULASI PENDAHULUAN

Shell

(1)

Tube

(1)

Zona 1= N(shell,tube) Shell =

𝑑𝑇𝑠,1

𝑑𝑡 = 𝛼1 (𝑇𝑠,2 − 𝑇𝑠,1) –

𝛼1(𝑇𝑠,0 − 𝑇𝑠,1) + 𝑄1

𝛼2

Tube = 𝑑𝑇𝑡,1

𝑑𝑡 = β1 (𝑇𝑡,0 − 𝑇𝑡,1) -

β1(𝑇𝑡,2 − 𝑇𝑡,1) - 𝑄1

β2

Shell

(2)

Shell

(3)

Shell

(4) Shell

(5)

Tube

(2)

Tube

(3) Tube

(4)

Tube

(5)

(0)

Shell

(0)

Tube

Jaringan Saraf Tiruan Model Prediksi

Kesalahan Heat Exchanger

PENUTUP HASIL

SIMULASI PENDAHULUAN

Parameter Value Units Keterangan

U 10.15 kcal/(m2-min-0C)

Overall heat transfer

Det 0.02667 Mt Diameter eksternal tube

Dit 0.02093 Mt Diameter internal tube

Dis 0.03505 Mt Diameter internal shell

L 9.04 Mt Total panjang pipa 𝜌𝑠 1 kg/lt Masa jenis shell

Cps 1 kcal/kg-0C Kapasitas kalor shell

𝜌𝑡 1 kg/lt Masa jenis tube Cpt 1 kcal/kg-0C Kapasitas kalor tube

∆𝐿 1.808 Mt Panjang masing-masing pipa tiap zona

Vt 0.00062174

M3 Voluve tube

Vs 0.0007340

M3 Voluve shell

𝛼2 0.62174 - Konstanta debit shell

𝛽2 0.7340 - Konstanta debit tube

Model Prediksi

Kesalahan Model Heat Exchanger Jaringan Saraf Tiruan

Definisi Jaringan Saraf Tiruan

PENUTUP HASIL

SIMULASI PENDAHULUAN

Model Prediksi

Kesalahan Model Heat Exchanger Jaringan Saraf Tiruan

Rumus Perhitungan Forward

𝑍 = 𝑊𝑖 × 𝑋𝑖

6

𝑖=1

Output Neuron 𝑦𝑛 = λ × 𝑧

Error Model 𝑒𝑦 = 𝑦 − 𝑦𝑛

Revisi Bobot 𝑤𝑖𝑏 = 𝑤𝑖

𝐿 + 𝛼 × 𝑒𝑦 × λ × 𝑋𝑖

PENUTUP HASIL

SIMULASI PENDAHULUAN

∑ f(.)

∑ f(.)

∑ f(.)

∑ f(.)

LK

LK-1

LK-2

LK-3

ek

ek-1

ek-2

ek-3

ek-4

uk

uk-1

uk-2

uk-3

uk-4

∑ f(.) uk

Jaringan Saraf Tiruan Model Heat Exchanger Model Prediksi

Kesalahan

PENUTUP HASIL

SIMULASI PENDAHULUAN

Model prediksi kesalahan adalah suatu sinyal yang

menghasilkan model prediksi kesalahan yang akan

datang sesuai dengan kriteria yang diinginkan. Tujuan

dari model prediktif kontrol agar output dapat mengikuti

input. Jika dapat diprediksi sinyal output maka dapat

dibuat mekanisme kontroler agar 𝑦𝑚 ≡ 𝑦𝑟 .

Jaringan Saraf Tiruan Model Heat Exchanger Model Prediksi

Kesalahan

PENUTUP HASIL

SIMULASI PENDAHULUAN

1ts+1

Mekaisme Prediksiym(k+n)

yr

ym(k)+-

Error

Re

sp

on

Pla

nt

1ts+1 Delay nx ym(k)

ym(k+n)

yr

Jaringan Saraf Tiruan Model Heat Exchanger Model Prediksi

Kesalahan

PENUTUP HASIL

SIMULASI PENDAHULUAN

∑

f(.)

∑

f(.)

∑

f(.)

∑

f(.)

LK

LK-1

LK-2

LK-3

ek

ek-1

ek-2

ek-3

ek-4

uk

uk-1

uk-2

uk-3

uk-4

∑ f(.)

PLANT

z-1

-+

-

+

uk

e(k+n)

ym(k+n)

ym(k)

Set Point Konstans dan beban Konstans

Set Point Konstans dan beban Bervariasi

Set Point Bervariasi dan beban Konstan

Set Point Bervariasi dan beban Bervariasi

PENUTUP PERANCANGAN PENDAHULUAN

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Time (s)

Tem

pera

tur

(C)

Respon Model Reference

Respon Plant

PENUTUP PERANCANGAN PENDAHULUAN

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Waktu (S)

Tem

pera

tur

(C)

Respons plant

Respons Model reference

PENUTUP PERANCANGAN PENDAHULUAN

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Time(s)

Tem

pera

tur

(C)

Respon Model Reference

Respon Plant

PENUTUP PERANCANGAN PENDAHULUAN

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Waktu (S)

Tem

pera

tur

(C)

Respons plant

Respons Model reference

PENUTUP PERANCANGAN PENDAHULUAN

PENUTUP PERANCANGAN PENDAHULUAN

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Waktu (S)

Tem

pera

tur

(C)

Respons plant

Respons Model reference

PENUTUP PERANCANGAN PENDAHULUAN

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Time(s)

Tem

pera

tur

(C)

Respon Model Reference

Respon Plant

PENUTUP PERANCANGAN PENDAHULUAN

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Waktu (S)

Tem

pera

tur

(C)

Respons plant

Respons Model reference

1. Pemodelan kontroler dengan menggunakan metode jaringan saraf tiruan dapat bekerja dengan baik. Hal tersebut dapat dilihat dari hasil pengujian pada simulink bahwa respons plant dapat beradaptasi terhadap set point yang berubah-ubah. Pada pengujian ini terjadi error sebesar 2%. Dengan error yang mengcapai 2% dapat dikatakan bahwa aksi kontroler terhadap perubahan set point sangat baik.

2. Lambat atau cepatnya respons plant dapat beradapatasi terhadap perubahan set point dipengaruhi oleh besar kecilnya learing rate yang digunakan pada struktur jaringan saraf tiruan.

3. Desain kontroler jaringan saraf tiruan prediktif tidak mampu mengikuti perubahan beban yang cepat dengan baik, sehingga menimbulkan error yang mencapai 3,5%. Error yang terjadi lebih besar hal ini dikarenakan tidak menggunakan kontroler adaptif yang lebih mampu untuk beradaptasi dengan perubahan beban.

∑

f(.)

∑

f(.)

∑

f(.)

∑

f(.)

LK

LK-1

LK-2

LK-3

ek

ek-1

ek-2

ek-3

ek-4

uk

uk-1

uk-2

uk-3

uk-4

∑

f(.)

PLANT

z-1

-+

-

+

uk

e(k+n)

ym(k+n)

ym(k)

Struktur ARMA dari jaringan saraf tiruan U = (𝑎1𝑢(𝑘 − 1)) + (𝑎2𝑢(𝑘 − 2)) + (𝑎3𝑢(𝑘 − 3)) + (𝑎4𝑢(𝑘 − 4)) + (𝑏0 𝑒(𝑘)) + (𝑏1 𝑒(𝑘 − 1)) + (𝑏2 𝑒(𝑘 − 2)) + (𝑏3 𝑒(𝑘 − 3)) + (𝑏4𝑒(𝑘 − 4)) + (𝑐0 𝐿(𝑘)) + (𝑐1 𝐿(𝑘 − 1)) + (𝑐2 𝐿(𝑘 − 2)) + (𝑐3 𝐿(𝑘 − 3)) Perhitungan forward Hiddent Layer 𝑧ℎℎ 1 = 𝑊𝑖ℎ × (𝑐0 𝐿(𝑘)) + 𝑊𝑖ℎ × (𝑏0 𝑒(𝑘)) + 𝑊𝑖ℎ × (𝑏4𝑒(𝑘 − 4)) + 𝑊𝑖ℎ × (𝑎1𝑢(𝑘 − 1))

𝑧ℎℎ 2 = 𝑊𝑖ℎ × (𝑐1 𝐿(𝑘 − 1)) + 𝑊𝑖ℎ × (𝑏1 𝑒(𝑘 − 1)) + 𝑊𝑖ℎ × (𝑎2𝑢(𝑘 − 2)) 𝑧ℎℎ 3 = 𝑊𝑖ℎ × (𝑐1 𝐿(𝑘 − 1)) + 𝑊𝑖ℎ × (𝑏1 𝑒(𝑘 − 1)) + 𝑊𝑖ℎ × (𝑎2𝑢(𝑘 − 2)) +(𝑎2𝑢(𝑘 − 2)) 𝑧ℎℎ 4 = 𝑊𝑖ℎ × (𝑐3 𝐿(𝑘 − 3)) + 𝑊𝑖ℎ × (𝑏3 𝑒(𝑘 − 3)) + 𝑊𝑖ℎ × (𝑎3𝑢(𝑘 − 3)) + 𝑊𝑖ℎ × (𝑎4𝑢(𝑘 − 4))

Menghitung output hiddent layer 𝑦𝑜ℎ 1 = 𝜆 × 𝑧ℎℎ(1) 𝑦𝑜ℎ 2 = 𝜆 × 𝑧ℎℎ(2) 𝑦𝑜ℎ 3 = 𝜆 × 𝑧ℎℎ(3) 𝑦𝑜ℎ 4 = 𝜆 × 𝑧ℎℎ(4) 𝑦𝑛 = 𝜆 × 𝑧𝑜 Menghitung error target 𝑒𝑡 = 𝑦(𝑘) × 𝑦𝑛 Menghitung perambatan error

𝑒𝑜ℎ 1 =𝑦𝑜ℎ(1) ×𝑊𝑜ℎ(1)

𝑍𝑜𝑒𝑡

𝑒𝑜ℎ 2 =𝑦𝑜ℎ(2) ×𝑊𝑜ℎ(2)

𝑍𝑜𝑒𝑡

𝑒𝑜ℎ 3 =𝑦𝑜ℎ(3) ×𝑊𝑜ℎ(3)

𝑍𝑜𝑒𝑡

𝑒𝑜ℎ 4 =𝑦𝑜ℎ(4) ×𝑊𝑜ℎ(4)

𝑍𝑜𝑒𝑡

Revisi Bobot

𝑤𝑖𝑏 = 𝑤𝑖

𝐿 + 𝛼 × 𝑒𝑦 × 𝜆 × 𝑋𝑖

PENUTUP PERANCANGAN PENDAHULUAN

Penurunan rumus Heat Exchanger 𝑑𝐸

𝑑𝑡= 𝐻𝑖𝑛 − 𝐻𝑜𝑢𝑡 + 𝑄 𝑡 ………………………… . (1)

Dimana 𝑑𝐸

𝑑𝑡 = Energi balance

𝐻𝑖𝑛 = Energi yang masuk

𝐻𝑜𝑢𝑡 = Energi yang keluar

𝑑𝐸

𝑑𝑡= 𝜌𝑉𝐶𝑝

𝑑𝑇𝑝𝑜𝑢𝑡

𝑑𝑡……………………………… . (2)

𝐻𝑖𝑛 = 𝐶𝑝𝐹𝑖 𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 ………………………… . . 3

𝐻𝑜𝑢𝑡 = 𝐶𝑝𝐹𝑖 𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 ……………………… . . (4)

Subsitusi persamaan 2,3 dan 4 ke persamaan 1

Pada shell

𝜌𝑣𝐶𝑝𝑑𝑇𝑠𝑑𝑡= 𝐶𝑝𝐹𝑖 𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 − 𝐶𝑝𝐹𝑖 𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 +

𝑄1𝛼2

𝑑𝑇𝑠𝑑𝑡=𝐶𝑝𝐹𝑖

𝜌𝑉𝐶𝑝𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 −

𝐶𝑝𝐹𝑖

𝜌𝑉𝐶𝑝𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 +

𝑄1𝛼2

𝑑𝑇𝑠𝑑𝑡= 𝛼1 𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 − 𝛼1 𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 +

𝑄1𝛼2

Dimana

𝛼1 =𝐹𝑖𝜌𝑉

𝛼2 = 𝜌𝑉𝐶𝑝

Subsitusi persamaan 2,3 dan 4 ke persamaan 1 Pada tube

𝜌𝑣𝐶𝑝𝑑𝑇𝑡𝑑𝑡= 𝐶𝑝𝐹𝑖 𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 − 𝐶𝑝𝐹𝑖 𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 +

𝑄1𝛽2

𝑑𝑇𝑡𝑑𝑡=𝐶𝑝𝐹𝑖

𝜌𝑉𝐶𝑝𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 −

𝐶𝑝𝐹𝑖

𝜌𝑉𝐶𝑝𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 +

𝑄1𝛽2

𝑑𝑇𝑡𝑑𝑡= 𝛽1 𝑇𝑖𝑛 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 − 𝛽1 𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑟𝑒𝑓 +

𝑄1𝛽2

Dimana

𝛽1 =𝐹𝑖𝜌𝑉

𝛽2 = 𝜌𝑉𝐶𝑝

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

10

20

30

40

50

60

70

80

Time (s)

Tem

pera

tur

(C)

Respon Model Reference

Respon Plant

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

10

20

30

40

50

60

70

Time (s)

Tem

pera

tur

(C)

Respon model reference

Respon plant