VERIFIKASI UNJUK KERJA PENGENDALIBERLOGIKA SAMAR PADA PROSES

PEMANASAN RUANG

Fianti & Sri Hartati

Staf Pengajar jurusan

Fisika FMIPA

UNNES, Kampus

Sekaran, Gunungpati,

Semarang

Staff Pengajar ]urusan

Fisika FMIPA UGM

Jogjakarta

Abstract

The objective of this study is to explorethe advantages of using fusgy logic in a contn Hersystem software, especially for temperatcontroller. By applying fu^y logic in a contn 'lie;system, it is possible to reduce mathematicsproblems in its process and obtain a bighfkxib. 'lityin controlling, in order to have the best performifnceof controlling.

Kata kunci: fuzzy tule, fuzzy numt efuzzy logic, fuzzification

A. Pendahuluan

Berbagai keunggulan ditetnukan bahwa kendali samar sangat mudah dirancingdan pengetjaanya sangat baik dalam mer yelesaikan banyak masalah. Hal ini karetiakendali samat tidak memerlukan modelmatematika yang rumit dalam prosesi.ya.Kendali samat dapat diterapkan pudabanyak sistem dimana kendali konvensic naltak dapat melakukannya karena modelmatematika yang tak memadai. Pemikit;ini sesuai dengan pernyataan bah"Setnakin tinggi ketumitan sistem,menyebabkan semakin sukat dan han piimustahil untuk memetakan suatu peril ikusistem ke dalam aljabar matematisryaNamun, dengan munculnya satu titik iajadimana metode logika samar diterapkan

dalam kehidupan, maka masalah yang rumitpun menjadi mudahterselesaikan."1

Sistem kendali konvensional menjadi sulit diharap can padasistem terpadu yang rumit dan blla dibagi-bagi menjadi beberapa modulyang saling berkaitan, akan terjadi masalah pada waktu nyata (real tim

prosesnya. Hal itu karena perhirungan matematis yang berringkat.

Dengan adanya sistem kendali berdasar logika samar maka di-harapkan mampu mengatasi masalah sistem kendali konvensional, sertaakan mempermudah kita untuk menerapkan unjuk kerja sist :tn sesuaiyang kita inginkan, karena sistem kendali berlogika samap bersifatfleksibel dan adaptif.

B. Dasar Teori Sistem Kendali Otomatis secara Umum

takinAhli sistem kendali Otomatis konvensional tnenga"kendali Otomatis adalah usaha untuk menjaga suatu nilaiatau keadaan selalu pada nilai yang diharapkan dengan cara iselisih antara nilai yang ada terhadap nilai yang diharapkan,dengan selisih ini digunakan untuk mengaktualisasi suatubertujuan agar nilai selisih ini berkurang".2 Ungkapan tersedigambarkan dalam siklus di bawah ini.

Pe

Gambar 1 Siklus sistem kendali Otomatis umum

rsyaratan umum sistem kendali3:

a. Stabil, selain kestabilan mutlak juga harus mempunyairelatif, yaitu yang membuat kecepatan tanggap to

1 http://www.fuz2y-logic.com2 D.P. Eckman, Automatic Process Control, (New Delhi: Wiley Eas

mited,1958).3 K. Ogata, Modern Control Engineering, (New Delhi: Prent

India Private Limited, 1996).

58 Vcrifikasi Unjuk Kerja Pengcndali Berlogika Samar... (Fianti

bahwakuantitasaengukurtemudianaksi yangjut dapat

testabilanngei dan

em Private

ce Hall of

Sri Hartali')

menunjukkan peredaman yang layak.b. Harus mampu memperkecil kesalahan (yaitu selisih antara

yang ada dan nilai set point) sampai nol atau sampai pada suinilai yang dapat ditoleransi.

C. Karakteristik Sistem Tetkendali dan Pengendali Otoma isKonvensional yang Menyettainya

Penelitian ini dilakukan pada sistem gas, khususnya pada sistcnkendali pemanasan ruang, sehingga perlu dipahami tentang karakteris tiksistem gas dan karakteristik sistem kendali padanya. Pada sistem g»s,terjadi transfer panas dari substansi satu ke yang lain, yang dikaralterisasikan oleh resistansi dan kapasitansi termal. Saat transfer panatetjadi, diasumsikan aliran panas melewati dua substansi bersuhu Isiinyang dibatasi oleh sebuah lapisan udara sangat tipis.4.

Sistem kendali konvensional yang paling baik unjuk kerjar yaadalah kendali proporsional-integral-derivatif, yaitu sistem kendali yangmerupakan gabungan dari tiga perikku kendali; kendali proporsior al,kendali integral, dan kendali derivatif. Konsep matematis sistcmkendali konvensional proporsional-integral-derivatif adalah5

Km = —-e + K e + K T,e /,\

dengan e : deviasi

m : variabel termanipulasiT. : waktu integralK : konstanta integrasi

Trf : waktu derivatif.

Sehingga diperoleh fungsi alih pengendalinya:

(2)

Diberikan e-Et-, maka diperoleh persamaan Laplace baikuntuk fungsi m terhadap t

4 D.P. Eckman, Automatic Process Control, (New Delhi: Wiley Eastern PrwLimited, 1958).

5 ibid

Kaunia, Vol. IV, No. 1, April 2008 59

m(t) = K.B~

dengan / adalah waktu. Deviasi masukan dengan sadalah e = v — c, dimana v adalah set point, c adalah t<keluaran pemanas;

_ 1 QP-

+ M

(3)

yal baliknperatur

(4)

dimana Q : berat alitan udara yang melewati pemanas (kgs ')

P : kalor jenis udara (Jkg"'*^)

s : satu satuan waktu proses (s atau detik).

Karakterisnk proses pengendalian dan karakteristik stem gasyang telah dipahami melalui persamaan-persamaan di atas, dapatmengantar ke simulasi numerik pengendalian pemanas yang dilakukanoleh sistem kendali konvensional. Gambaran sistem kendali ini dapatdipahami melalui diagram blok di Gambar 2. Simulasi cikerjakansetelah ditetapkan rulai-nilai parameter berikut;

set point = 380C = 31 IK

T. =2s

T, =2s/ = 2sKf =74Q = 9,4.10-6, P = 1,006, (QP)' = 105,54997» = 260C = 299Knilai awal = c(0) = 230C = 296K.

Dari nilai-nilai parameter di atas dapat dibuat simulasi tingkahlaku sistem yang menggambarkan proses pengendalian sisteti i pemanasruang otomaris secara matematis seperti di bawah ini.

60 Yerifikasi Unjuk Kcrja Pengcndali Bcrlogika Samar... (Fiariti Sri Hartati)

""""F "̂]

Gambat 2 Diagram blok pengendali konvensional pemanas ruar g

D. Teori Matetnatis Yang Mendasari Sistem Kendall

Metode klasik untuk mendefinisikan hitnpunan A deni

JUA (x) sebagai fungsi keanggotaan pada himpunan A adalah6

l,xe A0,xg A '

(7)

(8)

aplil :a

c diartikan sebagai betikut:

Bentuk logik yang digunakan pada sistem pakat dan akecerdasan buatan lain, dimana variabel dapat mempunyai tingkatkebenaran atau sakh yang dinyatakan dengan rentang nilai l(beidan 0 (salah). Sehingga data yang diperoleh dari sensor berupa bilanklasik yang dapat disederhanakan dengan cara mengkonversi ke da ambilangan samar (proses penyamaran). Elemen himpunan sa:dipetakan ke himpunan semesta dalam nilai keanggotaan mengguna

' L.X. Wang, A Count Input Fu^y System and Control, (USA: Prentice Hall ITR1997).

Kaunia, Vol. IV, No. 1, April 2008

>ar)

ean

61

bentuk fungsi teotitis /4 dengan A' adalah himpunan samar

[0,1].

E Penerapan Logika Samar pada Sistem Kendali Ot< >matis1 Logic banyak diaplikasikan dalam berbagai bid; ing, saiah

satunya adalah sebagai alat bantu pengambil keputusan8. Sistem kendaliotomatis berlogika samar ini adalah perangkat lunak (software) denganlogika samar sebagai perangkat perhitungan matematis dan pengam-bilan keputusan. Dalam suatu proses pengendalian, dapat ciandaikansistem kendali ini berupa kotak hitam yang dipasang pada suitu sistemyang dikendalikan (suhu ruang). Luasan segi empat yang ditatasi olehgaris putus-putus pada Gambar 3 menggambarkan koiak hitamtersebut.

Prinsip pengendali samar beroperasi dengan mengulang-ulangsebuah siklus yang terdiri dari lima langkah yang merupakiin prinsipdari pengendali ini seperti terlihat di Gambar 3, yaitu9

1. Pengidentifikasian variabel input dan output serta n lai rangemiliknya yang kemudian didefinisikan ke dalam himpunan-himpunan samar (fa%%y sets) yang cocok.Pengidentifikasian ini dimaksudkan untuk mempeikenalkanbilangan-bilangan samar yang disediakan oleh perangkat lunaksistem pengendali. Satu bilangan samar berisi barisan bilangan-bilangan klasik. Dengan batasan tertentu yang dibuat olehpembangun pengendali ini, maka suatu bilangan klasik ter :entu akanditerjemahkan ke dalam suatu bilangan samar tertentu oleh suatuprosedur penyamaran (fu^iftcatiotf). Demikian pula suatii bilangansamar tertentu akan diterjemahkan tnenjadi suatu bilangan klasiktertentu oleh prosedur peyamaran balik (defu^ificatiofrj

2. Pengukuran diambil dari semua variabel yang merepre ientasikankondisi dari proses yang dikendalikan yaitu nilai input (berupa bila-

K hrtp: / /ilmukomputer.com'' J.K. George dan B.Yuan,

(USA: Prentice all PTR,1995).ets and Fu^sy I^ogic, Theory an

62 X'crifikasi Unjuk Ketja Pengendali Berlogika Sai

(10)

Application,

Sri Hortatl)

ngan klasik), kemudian diproyeksikan ke dalam bilangan-bikngansamat yang disebut sebagai penyamaran (fingyfaation).

Proses ini betlangsung di modul penyamatan, seperti yang terliliatdi Gambar 3. Modul penyamatan berisi suatu prosedur untuk nie-metakan barisan bilangan klasik ke dalam suatu bilangan samatyang cocok. Di modul ini dilakukan penyamatan (fusgificatiori) yaitumengganti bikngan klasik yang diterima dati sensot sebagai nlaimasukan menjadi bilangan samat. Sehingga pastilah di dalam moi lulpenyamatan dipetkenalkan bilangan-bilangan samat yang disecia-kan, serta tange bikngan-bilangan klasik yang akan diubah ke b la-ngan-bilangan samat.

3. Pengetahuan tentang masalah kendali difotmulasikan ke dalam p alaatutan pengambil keputusan samat (atutan samat) yang betben ukjika sebab, maka akibat.Segala penetahuan tentang ptoses pengendalian otomatis konv ai-sional (kataktetistik system yang dikendalikan dan karakteris tikproses pengendalian, tetmasuk di dalamnya perhitungan-pethi tu-ngan matematis yang mengikutinya) digunakan untuk menyuiunkumpulan atutan-atutan samat. Di dalam Gambar 3, kumpulanatutan-atutan samat betada pada kotak dasat atutan samat. Sebagaicontoh, kumpulan atutan samat antata lain dapat betbunyi;

jika sangat dingin, maka besat positif,jika rata-rata, maka not,

jika sangat panas, maka besat negatif.Maksud dati atutan samat paling atas adalah bila nilai deviasi t ia-sukan tethadap nilai tatget (deviasi — nilai tatget — nilai masukin)sangat besat dan betnilai positif, atau dapat dikatakan dalam bahasasehati-hati "sangat dingin" maka dipetlukan kenaikan suhu yiingsangat tinggi untuk memanaskan tuang (menaikkan suhu ru..ngagar mendekari nilai tatget/set point). Sehingga dengan pengetlianyang sama, maka atutan samar paling bawah diattikan bahwa, ;ikasuhu sangat panas, maka dipetlukan penutunan suhu yang sangattinggi (penurunan berarti penaikan yang bernilai negative). Kim-pulan aturan samar berisi banyak aturan samar seperti yang dif er-lihatkan oleh kalimat di atas, yang harus bisa melingkupi semuakemungkinan yang akan tetjadi dalam suatu proses pengendal an.Sehingga akan ada aturan samar untuk memberi fasilitas pengambil

Kaunia, Vol. IV, No. 1, April 2008 63

ber mbunganputusan.

t 3) berisi±an samarcumpulanleputusan

.ng di-modul

EI yan

keputusan apabila system dalam kondisi suhu sangat renda i, rendah,rata-rata, tinggi, maupun sangat tinggi.

4. Pengukuran dari vatiabel input dikombinasikan dengsamar yang cocok untuk membuat keputusan yangdengan output yang dilakukan oleh modul pengambil k

Modul pengambil keputusan (seperti tetlihat di Gamba rsuatu prosedur yang menentukan pemakaian salah satu ah:dari sekian banyak aturan-aturan samar yang tersedia diatufan samar (kotak dasar aturan samar). Pengambilanini didasarkan pada bikngan samar nilai masukan syste:kendalikan. Hasil keputusan ini akan diteruskanpenyamaran balik.

5. Penyamaran balik (defa^gificatiori) yang bertujuan untukkan nap konklusi yang diambil modul pengambil keputdulu dalam bilangan samar ke dalam bilangan eksak/kl;

Keputusan yang dikeluarkan oleh modul pengambil 1diterima oleh modul penyamaran balik sebagai suatu perirmenterjemahkan bikngan samar akibat (dari langkah kiini) ke dalam bilangan klasik/eksak. Sistem pemanipu]kotak hitam) bertugas membuat kondisi seperti aturan stelah dipilihkan oleh modul pengambil keputusan. Jika atipaling atas yang dipilih, maka akan diterjemahkan suatisamar "besar positif" ke dalam suatu bilangan klasik yaSistem pemanipulasi juga akan membacanya sebagai perilmenciptakan kondisi yang dituju, yaitu dengan memberielektrik untuk mengalirkan energi panas untuk mekenaikan suhu sebesar yang diminta oleh modul peny:Sehingga apabila bilangan samar "besar positif" sebag:keputusan, maka sistem pemanipulasi akan memberikelektrik tertentu agar bisa mengalirkan energi panas yuntuk mendapatkan penambahan suhu yang sangat tingbidimaksudkan agar diperoleh suhu ruang yang semakinset point/nilai target.

Vcrifikasi Unjuk Kcrja Pcngcmhli Berlogika Samar... (Fiatili

r lenampil-asan yang.sik.

.eputusantah untuktiga siklusLSI (diluar.mar yangran samar. bilanganng sesuai.tah untukcan energitnberikan

:an balik.;ai hasil

ian energing tinggi. Hal itu

nendekati

Sri Hartal,)

Gambar 3 Sketna umum siklus pengendali samat

Bilangan samat adalah hitnpunan bagian dati batisan bilangan-bilangan nyata atau bilangan klasik. Penentuan bilangan samat dilakvkan betdasat gambaran standat sistem pengendali yang didapatkansecata konvensional.

Tahap-tahap pembuatan atutan samat adakh: pembuatan gai nbaran standat mengenai tingkah laku sistem, penentuan bilangan san .aryang didasatkan gambaran standat sistem pengendali, pengevaluas:tiap atutan yang dibuat, dan atutan yang sudah lengkap kemudian dibuatmenjadi lebih dinamis dan adaptif. Semakin banyak jumlah bikngansamat, maka pengendalian akan lebih teliti.

F. Hasil Penelitian

Telah dilakukan simulasi penetapan sistem kendali otomans kc nvensional pada sistem pemanasan ruang. Data sistem kendali konv< n-sional ini dapat dilihat di Gambat 4. Penetapan logika samat pada sis-tem pengendali menghasilkan data yang dapat tetlihat di Gambar 5.

Gambar 4. Grafik unjuk kerja pengendali otomatis konvensiona

Kaunia, Vol. IV, No. 1, April 2008

]5at

Data daya yang digunakan dalam usaha pencapaian niilihat di Tabel 1 untuk teknik kendali otomatis kon

Tabel 1 Unjuk kerja sistem kendali konvensiona

t(detik)

01234567891011121314151617181920

suhu('C)

2346.2579894233.4721045740.5010376636.6369405838.7611955837.5934041938.2353877237.8824626538.0764802537.969820738.0284559

37.9962216938.0139421736.0042004938.009555938.006611838 0082303

38.0073405438.0078296838.00756078

5b

?;;P5

errorf'C)

15-8.257989425

4.52789543-2.5010376621 .363059424

-0.7611955790.406595814

-0.2353877220.117537349

-0.0764802520.030179299-0.0284558960.003778311

-0.013942174•0.004200486-0.009555897-0.006611805-0.008230295-0.007340544•0.007829677

-0.00756078

daya(watt)

5550-3055.4560871675.321309

-925.3839349504.3319869-281-6423644150.4404511

-87.0934571443.48881912

-28.2976933711.16634052

-10-528681521.397975104

-5.158604468-1.554179773-3.535682054-2.446367774-3.045209175-2.716001131-2.896980495-2.797488606

perubahan suhu

23.25798-12.785887.028933(•3.8640972.124255

-1.1677910.641983-0.3529250.194017

-0.1066590.058635

•0.0322340.017720-0.0097410.005355

-0.0029440.00161

-0.0008890.000489

-0.0002680.000147

lai targetensional.

C}42

•85

I92

86

03

93

36

71

01

51

95

07

85

88

12

93

49

51

33

97

24

l-i u 1*— U M)

Gambat 5. Grafik unjuk ketja pengendali otomatis berlog ka

Penetapan metode Ju%y logic dalam sistem kendalimemberikan unjuk kerja seperri yang terlihat di Tabel 2,

66 Verifikasi Unjuk Kerja Pengendali Bcrlogika Samar... (Fianti

samar.

otomatis

r Sri Hartati)

Tabel 2 Unjuk ketja sistem kendali dengan logika samar (fu%y logi r)

t(detik)

01234567891011121314151617181920

suhu('C)

2324.826.628.430.2

3233.835.637.437.8

37.9537.9537.9537.9537.9537.9537.9537.9537.9537.9537.95

errorCC)

1513.211.49.67.8

64.22.40.60.2

0.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.05

Daya(watt)

426.91626426.91626426.91626426.91626426.91626426.91626426.91626426.9162692.66700732.979637-2.832782-2.832782-2.832782-2.832782-2.832782-2.832782-2.832782-2.832782-2.832782-2.832782-2.832782

perubahan suhu('C)

1.81.81.81.81.81.81.81.80.4

0.1500000000000

G. Pernbahasan

Pada sistem kendali konvensional untuk mencapai unjuk ke jayang optimal hatus melakukan ptosedut yang bermacam-macam. F [alitu katena petancangan sistem kendali konvensional masih memetluk inanalisa matematis yang tumit untuk mendapatkan tedaman yang bagi isSelain itu juga dipetlukan betbagai ptosedut untuk menjaga sistempengendali tetap stabil sehingga nilai kelutan vatiabel yang dikendalik inbetada pada nilai set point, di keadaan tunaknya.

Hal ini cukup tumit katena satu komponen fisis tettentu bet[ engatuh kepada komponen yang lain. Katena kestabilan pengendalilogika samat didasatkan pada atutan-atutan samat, maka dapat dikai:kan kestabilan sistem ini lebih handal dibanding sistem konvensional.Dan untuk mengubah unjuk ketja sistem cukup dengan mengubah bi a-ngan samat dan atutan samatnya saja, tanpa mengganti semkomponen fisisnya.

Telah dilakukan bebetapa uji coba pada kedua sistem pengendalidengan suhu awal yang betbeda-beda. Pada Gambar 4 dan Gambat

Kaunia, \'ol. IV, No. 1, April 2008 67

n menujudaya yangkan untukitu terjadi

bukjan menuju

:ngen-.n setiap

set point,ikan untuk

;bih keciluhl

5 ditampilkan hasil uji coba system, masing-masing dengan suhu awal23°C dan set point (nilai target) 38°C.

Terlihat bahwa unjuk kerja sistem konvensional dalanilai set point mengalami osilasi teredam. Berarti diperlukancukup besar atau hampir dua kali dari yang sebenarnya diperlitiap periode mencapai titik setimbangnya (nilai set point). Hikarena setiap langkahnya adalah mengurangi nilai deviasi,sedikit demi sedikit langsung ke nilai set point.

Lain halnya dengan penggunaan logika samar ke siste: n pdali. Terlihat bahwa unjuk kerja yang dilakukan, bisa dikata|ka:langkahnya sedikit demi sedikit langsung menuju ke nilaitanpa mengalami osilasi. Dengan demikian daya yang diperlimenambah/menyerap panas untuk menuju ke set point jaudibanding sistem konvensional.

Pada nilai awal 23°C, daya yang diperlukan untuk langkah per-tama pencapaian target sebesar 5500 watt (terlihat di Tabel 1), lalusemakin mengecil dengan seiring bertambahnya waktu. Tetapi hanyadiperlukan 426,9 watt (terlihat di Tabel 2) untuk saat yang sama bagisistem berlogika samar.

Bila dilihat dari waktu pencapaian target, terlihat d< ngan nilaiawal 23°C, sistem konvensional memerlukan 28detik atau (14x2)detikuntuk berada di titik stabil (mencapai nilai set point). Pada nilai awalyang sama, sistem berlogika samar memerlukan 20(Jetik atau(10x2)detik saja untuk mencapai nilai set point.

H. Penutup

1 Dapat dibuktikan bahwa sistem pengendali berlogika s imar tidakmemerlukan perhirungan matematis yang rumit, cukup denganmenerapkan hubungan sebab akibat dalam proses pengambilankeputusan pengendalian.

2. Diperoleh unjuk kerja yang maksimal dengan penggu:samar pada system pengendalian, yaitu penghematanwaktu dalam proses pemanasan ruang.

Terima kasih untuk segala saran dan kritik serta u]berbagi ilmu tentang topik ini yang bisa disampaikan kepidi £ieantv@.yahoo.com.

68 Verifikasi Unjuk Kcrja Pengendali Berlogika Samar... (Fiaaii

aan logikasnergi dan

aya untukda penulis

• Sri Hartati)

DAFTARPUSTAKA

Eckman, D.P., Automatic Process Control, New Delhi: Wiley East'Private Limited, 1958.

George, J.K. dan Yuan, B., Fu%%y Sets and Futgy I^ogic, Theory andApplications, USA: Prentice Hall PTR, 1995.

Ogata, K., Modern Control Engineering New Delhi: Prentice Hall ofIndia Private Limited, 1996.

Wang, L.X.,A Course Input Fu:yy System and Control'1997', USA: PrentHall PTR, 1997. q6f

Hermawanto, D., Tutorial femrograman Fu%%y Logic, http://ilrrkomputer.com /2008/02/19/tutorial-pemrograman-fuz; y-logic/, 2008.

Sri, Kamus Computer dan Teknologi Informasi, http://www.total.or.id/info.phpPkk =fuzzy%201ogic, 2005.

Sowell, T.E., Fuzzy Logic for "Just Plain Folks", http://www.fuz y-logic.com/, 2003.

Kaunia, Vol. IV, No. 1, April 2008 69