Merekabentuk Pengawal Suai Untuk Sistem Tangki Berkembar.

REKABENTUK PENGAWAL SUAI UNTUK MODEL HELIKOPTER

MAHASAN BIN AHMAD 7 MEI 2008

i

“ Saya akui bahawa saya telah membaca karya ini pada pandangan saya karya ini adalah memadai skop dan kualiti untuk tujuan penganugerahan Ijazah Sarjana Muda

Kejuruteraan Elektrik ( Kawalan, Instrumentasi dan Automasi ).”

Tandatangan :……….

Nama Penyelia : PN. SAHAZATI BT MD ROZALI Tarikh : 7 MEI 2008

ii

MEREKABENTUK PENGAWAL SUAI UNTUK SISTEM TANGKI

BERKEMBAR

MAHASAN BIN AHMAD

Laporan projek ini dikemukakan sebagai memenuhi sebahagian syarat Penganugerahan Ijazah Sarjana Muda Kejuruteraan Elektrik

( Kawalan, Instrumentasi dan Automasi )

Fakulti Kejuruteraan Elektrik Universiti Teknikal Malaysia Melaka

iii

“Saya akui laporan ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali pada ringkasan, petikan dan lampiran yang tiap-tiap satunya saya nyatakan sumbernya.”

Tandatangan :

Nama : MAHASAN BIN AHMAD Tarikh : 7 MEI 2008

iv

Untuk ibu dan ayah khasnya,

Setinggi-tinggi penghargaan di atas kasih sayang, jasa dan pengorbanan yang dicurahkan untuk kejayaan anakmu ini

Segala pengorbanan akan tetap ku kenang Sehingga ke akhir hayatku…..

Untuk penyelia dan pensyarah-pensyarahku, Untuk kawan-kawan,

Untuk seluruh umat manusia,

v

PENGHARGAAN

Segala puji bagi Allah SWT kerana dengan limpah kurniaNya dapatlah saya menyempurnakan Projek Sarjana Muda ini. Selawat dan salam ke atas junjungan besar Rasulullah SAW, keluarga baginda dan para sahabat baginda.

Setinggi-tinggi penghargaan dan ucapan terima kasih saya tujukan kepada pensyarah penyelia saya iaitu Pn. Sahazati Bt Md Rozali yang telah mengembeling tenaga dan banyak membantu saya dalam memberi tunjuk ajar dan memperbaiki kesilapan selama menyiapkan Projek Sarjana Muda ini. Tanpa beliau tidak mungkin saya dapat menyiapkan kajian ini dalam tempoh yang ditetapkan.

Saya merakamkan ucapan terima kasih ini kepada keluarga saya terutamanya ibu bapa yang telah banyak membantu dari segi sokongan moral dan juga dari segi kewangan dalam menyiapkan projek ini. Akhir sekali kepada rakan-rakan seperjuangan yang banyak membantu dalam berkongsi idea dan pendapat dari semasa ke semasa.

Semoga usaha murni dan pengorbanan yang diberikan anda semua akan mendapat berkat dan dirahmati Allah SWT. Diharap juga agar Projek Sarjana Muda ini dapat dimanfaatkan oleh semua pihak. Segala yang baik itu datang dari keizinan Allah SWT manakala yang kurang itu adalah dari kelemahan diri saya sendiri.

vi

ABSTRAK

Industri petrokimia, industri pembuatan kertas, dan lain-lain merupakan industri utama dimana kawalan aras cecair dan arus adalah penting. Lazimnya, cecair-cecair itu akan diproses secara rawatan kimia atau pencampuran dalam tangki tetapi selalunya aras cecair dalam tangki tersebut perlu dikawal dan arus antara tangki perlu diteraturkan dalam keadaan sistem yang sememangnya tidak linear dan modelnya kurang maklumat. Projek ini menyelidik penggunaan Model Reference Adaptive Control atau MRAC dalam pengawalan aras cecair pada sistem tangki berkembar dengan memanipulasikan pam air di tangki. Ini bagi menunjukkan bahawa MRAC dapat menghasilkan isyarat kawalan yang munasabah dalam kawalan aras cecair bagi sistem, hasil daripada tindakbalas kepada titik rujukan aras cecair yang diberi dalam keadaan sistem yang tidak linear dan terdapatnya pengukuran hingar dalam proses secara serentak. Kebolehan menggunakan hanya pengukuran masukan-keluaran dalam mekanisma adaptasi ialah merupakan ciri-ciri istimewa bagi MRAC dimana ia tidak perlukan pengenalanpastian eksplisit bagi sistem model. Ia juga tidak memerlukan penyelesaian terhadap dinamik persamaan linear (atau tidak linear) bagi sistem tersebut. Ujian prestasi penjejakan (tracking performance test), penyisihan gangguan dan perubahan parameter sistem telah dijalankan untuk menilai prestasi pengawal MRAC dan dibandingkan dengan prestasi sistem asal tangki berkembar. Hasil daripada projek ini menunjukkan MRAC lebih robust dimana sistem perubahan parameter tidak memberi kesan pada MRAC walaupun ia sedikit sensitif terhadap hingar. Rangka projek ini adalah umum dalam memberi gambaran keseluruhan pada kemungkinan yang akan berlaku apabila pengawal MRAC dilaksanakan untuk sistem masa-nyata.

vii

ABSTRACT

Industries such as petro-chemical industries, paper making industries, waste management and others are the vital industries where liquid level and flow control are essential. Liquids will be processed by chemical or mixing treatment in the tanks, but always the level fluid in the tanks must be controlled, and the flow between tanks must be regulated in the presence of nonlinearity and inexact model description of the plant. This project investigates the usage of Model Reference Adaptive Control (MRAC) in controlling the liquid level in the Coupled-Tank plant through variable manipulation of water pump. It is to show that MRAC could produce appropriate control signal to the coupled-tank system in response to the given desired water level with plant nonlinearity and measurement noise present simultaneously. The ability to use only input-output measurement of the plant in adaptation mechanism is the MRAC’s special characteristics that does not require the explicit identification of the model description nor the solution to linear(or nonlinear) equations of the respective plant dynamics. A dynamic model of the plant is initially developed. Simulation studies are then conducted based on the developed model using Matlab and Simulink. A series of tracking performance tests, disturbance rejection and plant parameter changes are conducted to evaluate the controller performance in comparison to original system of coupled tank. The outcome of the project reveals that MRAC is more robust when there is a change in system parameters despite of its sensitivity to measurement noise. The framework of this project is generic enough to have an overview of the possible outcome before implementing the MRAC controller in real-time system in the future.

viii

ISI KANDUNGAN

BAB PERKARA HALAMAN

PENGHARGAAN v

ABSTRAK vi

KANDUNGAN viii

SENARAI RAJAH xi

SENARAI JADUAL xiii

SENARAI SINGKATAN xiv

1 PENDAHULUAN

1.1Pengenalan 1

1.2Objektif 2

1.3Skop projek 2

1.4Penyataan masalah 3

2 KAJIAN ILMIAH

2.1Pengenalan 5

2.2Kajian Kes Pengawal Suai Model Rujukan 5 2.2.1 Concepts, Methods and Techniques in

Adaptive Control 5

2.2.2 “A Multivariable Adaptive Controller for

Autonomous Helicopters” 6

2.2.3 ‘Adaptive Control Of Micro Air Vehicles’ 7 2.3Model dan Sistem Tangki Berkembar 7

ix

2.4Perisian MATLAB 8

3 SISTEM TANGKI BERKEMBAR

3.1Pengenalan 12

3.2Pengenalan Alat Kawalan Tangki Berkembar

CTS-001 12

3.3Prinsip Kawalan Asas Sistem Tangki

Berkembar CTS-001 14

4 METODOLOGI

4.1Pengenalan 16

4.2Metodologi Projek 16

4.3Memahami Sistem Tangki Berkembar 17 4.4Mengenalpasti Dinamik Proses Tidak Linear 18

4.5Merekabentuk Pengawal 18

4.6Simulasi 18

5 PENGAWAL SUAI MODEL RUJUKAN

5.1Pengenalan 20

5.2Definasi 21

5.2.1Sistem Penyesuaian 21

5.2.2Sistem Penyesuaian Model

Rujukan (MRAS) 21

5.3Hukum Penyesuaian 22

5.3.1Kaedah Gradient / MIT 23

5.3.2Rekabentuk Lyapunov 24

6 PEMODELAN MATEMATIK SISTEM TANGKI

BERKEMBAR

6.1 Pengenalan 25

x

6.3 Model Penggangguan Linear. 27 6.4 Sistem Proses Masukan Tunggal Keluaran

Tunggal (SISO) Tertib Pertama 30 6.5 Sistem Proses Masukan Tunggal Keluaran

Tunggal (SISO) Tertib Kedua 32

7 SIMULASI PENGAWAL SUAI MODEL RUJUKAN

7.1 Pengenalan 36

7.2 Analisis Tindakbalas Tidak Tetap Sistem Tangki

Berkembar CTS-001 36 7.3 Analisa Sambutan Langkah Sistem Tertib Kedua 39 7.4 Merekabentuk Pengawal MRAC 41

7.4.1 Simulasi MRAC Menggunakan MATLAB

Simulink 45

7.5 Perbincangan Prestasi Pengawal MRAC 55

8 KESIMPULAN DAN CADANGAN 56

9 RUJUKAN 58

LAMPIRAN 1 59

LAMPIRAN 2 70

xi

SENARAI RAJAH

NO TAJUK HALAMAN 2.1 Blok Kawalan Suai Model Rujukan 6 2.2 Paparan Utama Program MATLAB 9

2.3 Paparan Sumber Blok Simulink 10

2.4 Paparan Blok Simulasi Pada Simulink 10 3.1 Alat Kawalan Tangki Berkembar CTS-001 13

3.2 Skematik CTS-001 15

4.1 Carta Alir Metodologi Projek 19 5.1 Kawalan Suai Model Rujukan 22

5.2 Blok Kaedah MIT 24

6.1 Rajah Blok Proses Tertib Pertama Dalam

Bentuk Laplace 31

6.2 Rajah Blok Tertib Kedua Model Proses

Dalam Laplace 34

7.1 Ujian Tindakbalas Keluaran Untuk Sistem

Tertib Kedua 37

7.2 Sambutan Langkah Untuk Sistem Tertib Kedua Tangki Berkembar 40

7.3 Blok Sistem MRAC 41

7.4 Gambar Rajah Blok Bersama Terbitan

Sistem Pengawal 44

7.5 Gambar Rajah Blok Simulasi Pengawal

xii

7.6 Keluaran-Keluaran Daripada Simulasi

MRAC 48

7.7 Graf Sambutan Langkah Untuk Model

Rujukan 49

7.8 Rajah Blok Pengawal MRAC Dengan

Tambahan Pengganda 50

7.9 Perbandingan Keluaran Simulasi Pada Sistem Tangki Berkembar 1 51

7.10 Perbandingan Keluaran Simulasi Pada Sistem Tangki Berkembar 2 52

7.11 Perbandingan Keluaran Simulasi Pada Sistem Tangki Berkembar 3 53 7.12 Perbandingan Keluaran Simulasi Pada

Sistem Tangki Berkembar 4 54

xiii

SENARAI JADUAL

NO TAJUK HALAMAN 7.1 Lima Bacaan Untuk Sistem Tertib Kedua 38

7.2 Spesifikasi Prestasi Bagi Sistem Tertib Kedua

Tangki Berkembar 40

7.3 Spesifikasi Prestasi Sistem Tangki Berkembar 45 7.4 Spesifikasi Prestasi Perbandingan Sistem Tangki

Berkembar 49

7.5 Perbandingan Spesifikasi Prestasi Keluaran Sistem 1 51 7.6 Perbandingan Spesifikasi Prestasi Keluaran Sistem 2 52 7.7 Perbandingan Spesifikasi Prestasi Keluaran Sistem 3 53 7.8 Perbandingan Spesifikasi Prestasi Keluaran Sistem 4 54

xiv

SENARAI SINGKATAN

MRAC - Model Reference Adaptive Control PD - Proportional and Derivative

PID - Proportional, Integral and Derivative

CTS - Couple Tank System

GPC - Generalized Predictive Control GUI - Graphical User Interface FKE - Fakulti Kejuruteraan Elektrik

UTeM - Universiti Teknikal Malaysia Melaka

BEKC - Kursus Sarjana Muda Kejuruteraan Elektrik (Kawalan, Instrumentasi, dan Automasi

GA - General Algorithm

MAC - Multivariable Adaptive Controller SISO - Single Input Single Output

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Pengenalan

Kajian dan projek ini dijalankan adalah bertujuan untuk merekabentuk pengawal suai untuk model tangki berkembar. Ianya merangkumi pengawal suai model rujukan (MRAC) sebagai pengawal manakala sistem tangki berkembar sebagai sistem yang dikawal. Pengawal yang digunakan dalam mengawal sistem ini adalah Pengawal Suai Model Rujukan (MRAC) yang direkabentuk dengan menggunakan Perisisan MATLAB.

Dalam merekabentuk pengawal sistem tangki berkembar, kaedah dan cara yang perlu dilakukan ialah dengan merekabentuk Pengawal Suai Model Rujukan menggunakan Perisian MATLAB bagi mengawal tangki berkembar tersebut. Dalam konteks ini, sebuah pengawal yang sempurna perlu dihasilkan bagi memastikan sistem dapat beroperasi dengan sistematik dan efisyen.

Merekabentuk pengawal yang baik merupakan satu cabaran dan memerlukan kemahiran dan ketelitian yang tinggi untuk menghasilkannya. Sebenarnya dalam menyelesaikan sesuatu masalah yang timbul semasa projek dijalankan, aspek ketidaktentuan perlu diambil kira kerana sedikit sebanyak kepentingan akan mempengaruhi operasi keseluruhan projek. Oleh itu, aspek ini sememangnya tidak boleh diabaikan bagi mengelakkan masalah yang lebih teruk timbul dalam pelaksanaan projek ini.

2

1.2 Objektif

Matlamat utama dan objektif bagi projek ini adalah :-

i. merekabentuk pengawal sistem tangki berkembar dengan menggunakan pengawal suai model rujukan.

ii. Untuk mengkaji, mengenalpasti, menganalisa dan mempelajari pengawal suai dengan lebih mendalam.

iii. Untuk melihat keberkesanan pengawal suai dalam mengawal sesuatu sistem. iv. Untuk mempelajari dan memahami konsep yang digunakan melalui Perisian

MATLAB dalam mengawal sesuatu sistem.

v. Untuk memahami dan mempelajari konsep sistem kawalan tangki berkembar. vi. Untuk membangunkan satu sistem penyesuaian untuk sistem berkembar tangki

menggunakan MRAC.

1.3 Skop Projek

Melalui projek ini, pengawal yang direkabentuk dan dihasilkan berjaya diaplikasikan pada sistem tangki berkembar. Sistem tangki berkembar dikawal sepenuhnya oleh pengawal yang direkabentuk iaitu Pengawal Suai Model Rujukan (MRAC). Dalam projek ini, Pengawal Suai Model Rujukan (MRAC) yang digunakan dipastikan supaya ianya dapat menstabilkan sesuatu sistem dengan menggunakan Perisisan MATLAB. Ianya begitu penting bagi memastikan objektif utama projek ini tercapai. Selain itu, bagi memastikan projek mencapai objektifnya tumpuan perlu berikan sepenuhnya dalam pembangunan perisian melalui simulasi terhadap pengawal.

Seterusnya, analisis terhadap keseluruhan sistem akan dijalankan dari segi kelancaran, kestabilan dan keberkesanan pengawal MRAC beroperasi.

3

1.4 Penyataan Masalah

Sebelum merekabentuk sesuatu pengawal, hubungan matematik atau hubungan dinamik antara input dan keluaran sesuatu system perlu diketahui. Prinsip dan pengetahuan dasar bagi sistem haruslah dikaji bagi memahami sifat tidak linear dalam satu sistem dinamik. Terdapat faktor-faktor seperti penjejakan, pengurangan kesan yang tidak dikehendaki dan tidak pasti, sifat-sifat dalam terma masa sambutan seperti kestabilan (stability), sesetengahnya dalam masa naik ( rise time), lanjakan (overshoot) dan penjejakan keadaan ralat mantap (steady state tracking error) dan akhirnya matlamat-matlamat dalam kejuruteraan kawalan bagi mengawal kos dan kebolehpercayaan yang penting dalam perspektif industri.

Kecanggihan pengawal biasanya bergantung kepada bagaimana darjah ketidaklinear boleh ditoleransikan dan diandaikan menggunakan teori linear. Tambahan pula, selain ketidaklinearan mungkin terdapat parameter yang tidak diketahui akan menghalang objektif untuk mendapatkan sebuah model pengawal sesuatu proses untuk tujuan kawalan. Faktor-faktor yang berkecuali kebanyakan penyelidik menggunakan teori kawalan konvensional dan teknik-teknik boleh disenaraikan seperti berikut:-

i. Sistem tidak linear dan mengandungi parameter yang tidak dikenalpasti. Parameter yang tidak diketahui mungkin tidak dapat dianggarkan secara tepat jika data percubaan yang tepat tidak diperolehi.

ii. Kelewatan hasil dalam sesuatu sistem proses boleh menyulitkan dalam mencapai prestasi yang tinggi dalam kawalan terutamanya dalam proses kawalan system tangki berkembar.

iii. Tedapat beberapa kes yang mana kes tangki berkembar dalam industri terdapat ciri-ciri gangguan yang berubah dan berterusan. Ini memerlukan peraturan serentak pada pelbagai pengubah untuk mengekalkan aras cecair tercapai. Oleh itu, sebuah model haruslah menerangkan bagaimana segala pengubah-pengubah tersebut paling penting dala sesuatu proses.

4

Disebabkan oleh faktor-faktor tersebut, ianya mungkin sukar untuk merumuskan satu strategi kawalan berdasarkan analisis model kerana model matematik biasanya telah linear menjelaskan kerumitan dan ketidaklinearan yang wujud tidak dapat dielakkan dalam satu sistem yang rumit. Pengawal PID (proportional-integral-derivative) merupakan satu pengawal yang biasa digunakan dalam sistem kawalan model tidak linear terutamanya pada sistem kawalan tangki berkembar. Bagaimanapun, pengawal PID tidak mampu untuk mencapai objektif-objektif kawalan atau memenuhi masa yang diperlukan untuk ditala tetap kepada sistem dinamik yang dijangka.

Oleh itu, satu teknik kawalan yang teguh dan boleh dipercayai perlu dihasilkan untuk model kompleks dan sistem yang tidak linear bagi mengatasi ketidakstabilan sistem yang biasa terdapat dalam proses industri. MRAC atau lebih dikenali Pengawal Suai Model Rujukan dipilih untuk digandingkan dengan sistem tangki berkembar. Ia dianggap sebagai satu pendekatan baru dalam pelarasan parameter untuk sebuah sistem di mana proses dinamik adalah tak linear.

5

BAB 2

KAJIAN ILMIAH

2.1 Pengenalan

Dalam bab ini, maklumat-maklumat mengenai kajian projek diterangkan serba sedikit. Kajian utama bagi projek ini adalah:

1) Pengawal Suai Model Rujukan 2) Perisian MATLAB

3) Sistem Tangki Berkembar

2.2 Kajian Kes Pengawal Suai Model Rujukan

2.2.1 Concepts, Methods and Techniques in Adaptive Control ( oleh Guy A. Dumont1 and Mihai Huzmezan 2)

Tesis ini merupakan salah satu sumber kajian yang dilakukan dalam menghasilkan Pengawal Suai Model Rujukan (MRAC) bagi sistem tangki berkembar. Yang mana hampir 50 tahun percubaan pengawal suai untuk membuktikan pengawal suai yang akan digunakan dan dirujuk untuk komuniti industri dengan kemudahan serupa dengan alat-alat kawalan PID terkini. Sejak pengawal suai pertama dikomersialkan, kemajuan penting dalam rekabentuk dan analisis alat-alat kawalan ini telah diperolehi.

6

Di dalamnya menerangkan secara umum bagaimana untuk membangunkan kawalan suai. Pengawal Suai terdiri daripada Kawalan Suai Model Rujukan (MRAC), Kawalan Penalaan Sendiri (self-tuning control), Dwi-Kawalan (dual control), Kawalan Suai Multipembolehubah (MAC) dan Kawalan Suai Tidak Linear. Kajian pada tesis ini tertumpu kepada Kawalan Suai Model Rujukan (MRAC) yang mana kaedah MIT digunakan untuk merekabentuk pengawal bagi sistem tangki berkembar. Rajah blok di bawah mengilustrasikan Kawalan Suai Model Rujukan.

Rajah 2.1 : Blok Kawalan Suai Model Rujukan

2.2.2 “A Multivariable Adaptive Controller for Autonomous Helicopters”

(A. S. _{Krupadanaml, A. M. Annaswamy2, and R. S. Mangoubi3}

krupa@alum.mit.edu,aanna@mit.edu,rmangoubi@draper.com)

Projek yang dilakukan oleh mereka adalah barasaskan merekabentuk Pengawal Suai bagi model helikopter. Pengawal Suai digunakan di dalam projek ini adalah untuk memastikan kawalan helikopter dapat dilakukan dengan tepat. Parameter-parameter untuk kawalan helikopter diaplikasikan daripada kawalan pergerakan helikopter tersebut.

7

2.2.3 ‘Adaptive Control Of Micro Air Vehicles’

(oleh Joshua Stephen Matthews, Brigham Young University)

Dalam tesis ini diterangkan bagaimana untuk membangunkan Pengawal Suai Model Rujukan mengggunakan kaedah Lyapunov yang mana bagi memastikan pengendalian MAV tanpa jurutebang dilakukan dengan cekap dan efisyen. Algoritma kawalan suai menala sendiri MAV dan mengganti perubahan semasa MAV beroperasi.

2.3 Model dan Sistem Tangki Berkembar

Sistem kawalan proses bagi sistem tangki berkembar merupakan sistem kawalan yang biasa dipraktikkan dalam makmal kejuruteraan kawalan. Tangki berkembar adalah satu peralatan terbaik untuk mengkaji kesan tidak linear, yang mana pengaruh kepekaan algoritma dicadangkan untuk menukar dalam titik pengendalian keadaan mantap untuk pelaksanaan masa nyata. Ini adalah kerana hasil yang diperolehi berdasarkan Teori Kawalan Ramalan Am (GPC) akan menghubungkan pendekatan masa nyata berdigit untuk dipadankan dengan kawalan proses sistem tangki berkembar. Selepas sistem tangki cecair digunakan dalam industri, sistem yang berhubungan dengan keperluan mengakibatkan banyak masalah peragaan dan kawalan lantaran penggunaan mereka yang interaktif dengan unsur-unsur proses lain.

Ia adalah suatu masalah yang lazim dalam proses industri untuk mengawal tahap aras tangki seperti dalam tangki-tangki simpanan, paduan dan tindak balas kimia kapal-kapal. Sebagai contoh dalam situasi yang lain, ia memerlukan bendalir atau cecair untuk menjadi satu kadar malar. Algoritma pengawal dicadangkan kemudian mencuba untuk menyelesaikan masalah untuk pengawalan proses yang kompleks seperti sistem yang mana tidak stabil dengan ketidaklinearan. GPC adalah sesuai kerana polinomial pemerhati secara bebas membaiki respons untuk sebarang gangguan. Satu perbincangan aplikasi-aplikasi GPC yang sesuai untuk beberapa proses-proses industri menyimpulkan bahawa kaedah tersebut adalah mudah untuk digunakan dan berkesan.

8

Terdapat penyelidikan yang telah dilakukan ke atas kawalan aras tangki menggunakan tangki berkembar dengan objektif kawalan yang berbeza. Pada tahun 1998, Seng Teo Lian telah menghasilkan Pengawal Neuro-fuzzy algoritma yang secara genetik (NFCGA) yang telah mengabungkan ketiga-tiga teknik pintar tiruan yang terkenal untuk menilaikan tentang kawalan proses. Ia telah melaporkan bahawa satu-satunya Pengawal Fuzzy Logic dalam sistem masa nyata menghadapi beberapa masalah walaupun Algoritma Am (GA) telah digunakan sebagi penalaan proses. Ini adalah disebabkan oleh penggunaan GA untuk menalakan satu sistem proses adalah tidak praktik dan memerlukan jangka masa yang panjang.

Peringkat peragaan adalah satu bahagian yang sangat penting dan perlu diberi penekanan dalam merekabentuk satu sistem kawalan. Model yang sepadan seharusnya mengambarkan ciri-ciri keseluruhan sistem yang mana sistem waktu sebenar yang dikawal. Bagaimanapun dalam pelaksanaan sistem nyata, model yang telah direkabentuk untuk simulasi mungkin berbeza. Terdapat dua cara untuk menghasilkan model, yang pertama ialah pemodelan matematik menggunakan pengetahuan tentang fizik, kimia dan sains-sains lain untuk menghuraikan satu persamaan gerakan dengan hukum Newton, litar elektrik dengan hukum Ohms bergantung kehendak proses, ia dikenali sebagai kaedah berparameter. Cara kedua memerlukan data eksperimen yang didapati melalui respons pengukuran proses yang dikenali sebagai indetifikasi sistem atau kaedah tak berparameter. Dalam projek ini, MRAC akan digunakan untuk membentuk pengawal bagi model yang digunakan. Ia adalah satu teknik yang sesuai untuk memperagakan satu sistem yang tidak linear adalah dengan pelinearan persamaan titik pengendalian yang pratentu.

9

2.4 Perisian MATLAB

MATLAB merupakan satu perisian kiraan berangka dan pengaturcaraan bahasa. Dibangunkan oleh The MathWorks, MATLAB digunakan untuk memanipulasi matrik dengan mudah, memplot fungsi-fungsi dan data, pelaksanaan algoritma, penciptaan perkaitan pengguna dan pengantaramukaan dengan program-program dalam bahasa-bahasa lain. Ia juga digunakan dengan meluas dalam pendidikan, khususnya pendidikan aljabar dan analisis berangka lurus, dan adalah terkenal di kalangan ahli-ahli sains terlibat dengan pemprosesan imej. Rajah 2.2 menunjukkan paparan pada paparan utama program MATLAB.

Rajah 2.2 : Paparan Utama Program MATLAB

MATLAB juga digunakan dengan meluas dalam bidang kejuruteraan sistem kawalan kerana ianya banyak membantu dalam proses simulasi sesuatu sistem kawalan. MATLAB mengandungi :-

1. Simulink – grafik rajah blok untuk memodelkan, menganalisis dan

satu strategi kawalan berdasarkan analisis model kerana model matematik biasanya telah linear menjelaskan kerumitan dan ketidaklinearan yang wujud tidak dapat dielakkan dalam satu sistem yang rumit. Pengawal PID (proportional-integral-derivative) merupakan satu pengawal yang biasa digunakan dalam sistem kawalan model tidak linear terutamanya pada sistem kawalan tangki berkembar. Bagaimanapun, pengawal PID tidak mampu untuk mencapai objektif-objektif kawalan atau memenuhi masa yang diperlukan untuk ditala tetap kepada sistem dinamik yang dijangka.

Oleh itu, satu teknik kawalan yang teguh dan boleh dipercayai perlu dihasilkan untuk model kompleks dan sistem yang tidak linear bagi mengatasi ketidakstabilan sistem yang biasa terdapat dalam proses industri. MRAC atau lebih dikenali Pengawal Suai Model Rujukan dipilih untuk digandingkan dengan sistem tangki berkembar. Ia dianggap sebagai satu pendekatan baru dalam pelarasan parameter untuk sebuah sistem di mana proses dinamik adalah tak linear.

BAB 2

KAJIAN ILMIAH

2.1 Pengenalan

Dalam bab ini, maklumat-maklumat mengenai kajian projek diterangkan serba sedikit. Kajian utama bagi projek ini adalah:

1) Pengawal Suai Model Rujukan 2) Perisian MATLAB

3) Sistem Tangki Berkembar

2.2 Kajian Kes Pengawal Suai Model Rujukan

2.2.1 Concepts, Methods and Techniques in Adaptive Control ( oleh Guy A. Dumont1 and Mihai Huzmezan 2)

Tesis ini merupakan salah satu sumber kajian yang dilakukan dalam menghasilkan Pengawal Suai Model Rujukan (MRAC) bagi sistem tangki berkembar. Yang mana hampir 50 tahun percubaan pengawal suai untuk membuktikan pengawal suai yang akan digunakan dan dirujuk untuk komuniti industri dengan kemudahan serupa dengan alat-alat kawalan PID terkini. Sejak pengawal suai pertama dikomersialkan, kemajuan penting dalam rekabentuk dan analisis alat-alat kawalan ini telah diperolehi.

kawalan suai. Pengawal Suai terdiri daripada Kawalan Suai Model Rujukan (MRAC), Kawalan Penalaan Sendiri (self-tuning control), Dwi-Kawalan (dual control), Kawalan Suai Multipembolehubah (MAC) dan Kawalan Suai Tidak Linear. Kajian pada tesis ini tertumpu kepada Kawalan Suai Model Rujukan (MRAC) yang mana kaedah MIT digunakan untuk merekabentuk pengawal bagi sistem tangki berkembar. Rajah blok di bawah mengilustrasikan Kawalan Suai Model Rujukan.

Rajah 2.1 : Blok Kawalan Suai Model Rujukan

2.2.2 “A Multivariable Adaptive Controller for Autonomous Helicopters”

(A. S. _{Krupadanaml, A. M. Annaswamy2, and R. S. Mangoubi3}

krupa@alum.mit.edu,aanna@mit.edu,rmangoubi@draper.com)

Projek yang dilakukan oleh mereka adalah barasaskan merekabentuk Pengawal Suai bagi model helikopter. Pengawal Suai digunakan di dalam projek ini adalah untuk memastikan kawalan helikopter dapat dilakukan dengan tepat. Parameter-parameter untuk kawalan helikopter diaplikasikan daripada kawalan pergerakan helikopter tersebut.

2.2.3 ‘Adaptive Control Of Micro Air Vehicles’

(oleh Joshua Stephen Matthews, Brigham Young University)

Dalam tesis ini diterangkan bagaimana untuk membangunkan Pengawal Suai Model Rujukan mengggunakan kaedah Lyapunov yang mana bagi memastikan pengendalian MAV tanpa jurutebang dilakukan dengan cekap dan efisyen. Algoritma kawalan suai menala sendiri MAV dan mengganti perubahan semasa MAV beroperasi.

2.3 Model dan Sistem Tangki Berkembar

Sistem kawalan proses bagi sistem tangki berkembar merupakan sistem kawalan yang biasa dipraktikkan dalam makmal kejuruteraan kawalan. Tangki berkembar adalah satu peralatan terbaik untuk mengkaji kesan tidak linear, yang mana pengaruh kepekaan algoritma dicadangkan untuk menukar dalam titik pengendalian keadaan mantap untuk pelaksanaan masa nyata. Ini adalah kerana hasil yang diperolehi berdasarkan Teori Kawalan Ramalan Am (GPC) akan menghubungkan pendekatan masa nyata berdigit untuk dipadankan dengan kawalan proses sistem tangki berkembar. Selepas sistem tangki cecair digunakan dalam industri, sistem yang berhubungan dengan keperluan mengakibatkan banyak masalah peragaan dan kawalan lantaran penggunaan mereka yang interaktif dengan unsur-unsur proses lain.

Ia adalah suatu masalah yang lazim dalam proses industri untuk mengawal tahap aras tangki seperti dalam tangki-tangki simpanan, paduan dan tindak balas kimia kapal-kapal. Sebagai contoh dalam situasi yang lain, ia memerlukan bendalir atau cecair untuk menjadi satu kadar malar. Algoritma pengawal dicadangkan kemudian mencuba untuk menyelesaikan masalah untuk pengawalan proses yang kompleks seperti sistem yang mana tidak stabil dengan ketidaklinearan. GPC adalah sesuai kerana polinomial pemerhati secara bebas membaiki respons untuk sebarang gangguan. Satu perbincangan aplikasi-aplikasi GPC yang sesuai untuk beberapa proses-proses industri menyimpulkan bahawa kaedah tersebut adalah mudah untuk digunakan dan berkesan.

menggunakan tangki berkembar dengan objektif kawalan yang berbeza. Pada tahun 1998, Seng Teo Lian telah menghasilkan Pengawal Neuro-fuzzy algoritma yang secara genetik (NFCGA) yang telah mengabungkan ketiga-tiga teknik pintar tiruan yang terkenal untuk menilaikan tentang kawalan proses. Ia telah melaporkan bahawa satu-satunya Pengawal Fuzzy Logic dalam sistem masa nyata menghadapi beberapa masalah walaupun Algoritma Am (GA) telah digunakan sebagi penalaan proses. Ini adalah disebabkan oleh penggunaan GA untuk menalakan satu sistem proses adalah tidak praktik dan memerlukan jangka masa yang panjang.

Peringkat peragaan adalah satu bahagian yang sangat penting dan perlu diberi penekanan dalam merekabentuk satu sistem kawalan. Model yang sepadan seharusnya mengambarkan ciri-ciri keseluruhan sistem yang mana sistem waktu sebenar yang dikawal. Bagaimanapun dalam pelaksanaan sistem nyata, model yang telah direkabentuk untuk simulasi mungkin berbeza. Terdapat dua cara untuk menghasilkan model, yang pertama ialah pemodelan matematik menggunakan pengetahuan tentang fizik, kimia dan sains-sains lain untuk menghuraikan satu persamaan gerakan dengan hukum Newton, litar elektrik dengan hukum Ohms bergantung kehendak proses, ia dikenali sebagai kaedah berparameter. Cara kedua memerlukan data eksperimen yang didapati melalui respons pengukuran proses yang dikenali sebagai indetifikasi sistem atau kaedah tak berparameter. Dalam projek ini, MRAC akan digunakan untuk membentuk pengawal bagi model yang digunakan. Ia adalah satu teknik yang sesuai untuk memperagakan satu sistem yang tidak linear adalah dengan pelinearan persamaan titik pengendalian yang pratentu.

2.4 Perisian MATLAB

MATLAB merupakan satu perisian kiraan berangka dan pengaturcaraan bahasa. Dibangunkan oleh The MathWorks, MATLAB digunakan untuk memanipulasi matrik dengan mudah, memplot fungsi-fungsi dan data, pelaksanaan algoritma, penciptaan perkaitan pengguna dan pengantaramukaan dengan program-program dalam bahasa-bahasa lain. Ia juga digunakan dengan meluas dalam pendidikan, khususnya pendidikan aljabar dan analisis berangka lurus, dan adalah terkenal di kalangan ahli-ahli sains terlibat dengan pemprosesan imej. Rajah 2.2 menunjukkan paparan pada paparan utama program MATLAB.

Rajah 2.2 : Paparan Utama Program MATLAB

MATLAB juga digunakan dengan meluas dalam bidang kejuruteraan sistem kawalan kerana ianya banyak membantu dalam proses simulasi sesuatu sistem kawalan. MATLAB mengandungi :-

1. Simulink – grafik rajah blok untuk memodelkan, menganalisis dan mensimulasi sistem dinamik. Ia digunakan dengan meluas dalam teori