Phenomena WindUp pada kontrol PID dan Antisipasinya

setiaone.iwangmail.com 90

2.4. Dua Fitur Penting pada Sistem Kontrol PID Komersil: AntiWindUp dan Bumpless Transfer

Dalam subbab ini akan dibahas dua buah fitur penting yang umumnya dijumpai pada modul kontrol PID komersil: 1 AntiWindup : kemampuan kontroler untuk mengatasi phenomena yang dikenal dengan istilah WindUp 2 BumpLess Transfer: kemampuan kontroler untuk beralih mode kontrol tanpa menimbulkan hentakan sinyal kontrol.

2.4.1 Phenomena WindUp pada kontrol PID dan Antisipasinya

WindUp adalah sebuah phenomena yang disebabkan oleh terjadinya saturasi pada penggerak. Saturasi dapat terjadi karena beban yang dikontrol sudah diluar kemampuan penggerak, Jika kontroler tidak memiliki AntiWindup, maka dengan terjadinya beban yang berlebihan, output integrator pada kontroler PID akan terus menerus membesar WindUp, sedangkan disisi lain pembesaran output tersebut tidak dapat lagi mengubah posisi penggerak karena telah saturasi. Jika misal pada satu saat beban yang dikontrol kembali menjadi normal, maka output kontroler akan memerlukan waktu yang relative lama untuk menuju nilai nominalnya kembali. Untuk menghindari phenomena tersebut maka dalam kontroler-kontroler komersil umumnya telah dipasang AntiWindup. Gambar 2.49 dibawah memperlihatkan salah satu struktur PID yang telah dilengkapi AntiWindup.: Gambar 2.49. Diagram blok kontrol PID dengan Anti Windup Seperti terlihat pada gambar 2.49 diatas, AntiWindup ini pada dasarnya adalah sebuah model saturasi penggerak yang dipasang pada sisi umpan maju kontroler tentang model saturasi, penjelasannya dapat dilihat pada kotak catatan penting tentang model saturasi. Batas saturasi model penggerak biasanya diseting pada batas saturasi dari penggerak aslinya.Tetapi walaupun demikian, untuk kepentingan keamanan operasi pengontrolan, batas tersebut dapat juga diseting pada batas yang lebih kecil dari nilai saturasi penggeraknya. Untuk memahami phenomena Windup ini akan sangat membantu jika kita gunakan perangkat bantu Simulink. Gambar 2.50 berikut memperlihatkan blok diagram simulink setiaone.iwangmail.com 91 kontrol PID tanpa kompensasi AntiWindUp dan dengan kompensasi atau komponen AntiwindUp dalam kedua gambar tersebut penggerak proses dimodelkan secara eksplisit sebagai sebuah blok saturasi. a. Diagram blok simulink dengan sebuah model saturasi penggerak b. Diagram blok simulink dengan sebuah model saturasi penggerak dan komponen AntiWindUp Gambar 2.50. Blok diagram Simulink pengontrolan PID untuk sebuah proses dengan model saturasi penggerak Dengan kondisi pembebanan yang sama, hasil simulasi kedua diagram blok tersebut dapat dilihat pada gambar 2.51 dibawah setiaone.iwangmail.com 92 Gambar 2.51. Salah satu hasil simulasi untuk blok diagram simulink pada gambar 2.50 Hasil Simulasi gambar 2.50.b Hasil Simulasi gambar 2.50.a Catatan penting tentang model saturasi Model saturasi adalah sebuah model non linear lihat gambar 2.52 dibawah. Model Saturasi MAX MIN input output Gambar 2.52. Diagram blok model saturasi Hubungan input –output model ini secara logika dapat ditulis: If input ≤MIN output = MIN If input ≥MAX output = MAX Else output=input Model saturasi pada dasarnya dapat saja menggambarkan hubungan input-output komponen control valve: dalam hal ini batas saturasi MIN artinya valve tertutup penuh, sedangkan batas saturasi MAX artinya kondisi valve terbuka penuh. Jika sinyal kontrol dari output kontroller nilainya memiliki jangkauan ternormalisasi antara 0 - 100. Maka valve akan berada dalam batas saturasi MIN jika output kontroler bernilai 0 atau kurang, dan akan berada dalam batas saturasi MAX jika output kontroller bernilai 100 atau lebih. setiaone.iwangmail.com 93 Selain gambar 2.49. AntiwindUp pada kontroler PID dapat juga direalisasikan seperti pada gambar 2.53 berikut: Gambar 2.53. Diagram blok alternative kontrol PID ideal dengan Anti Windup Dengan mengacu pada gambar 2.53 diatas, output kontroler dapat dirumuskan: s se T K s CO s e K s CO d P i P + + = 2.36 Dalam hal ini s CO i adalah output aktual dari blok kontrol integrator:       − − = 1 s CO s CO s e T K s s CO i i i P i α 2.37 Berdasarkan persamaan 2.37 tersebut, nampak bahwa jika output integrator hasil perhitungan CO i [ ] s e s T K s CO i P i = belum mengalami saturasi maka persamaan output integrator aktual akan direduksi menjadi output integrator normal : 2.38 Sedangkan jika terjadi saturasi CO i ≥MAX atau CO i s CO s CO i i − α ≤MIN maka output integrator aktual akan direset oleh suku seperti tertulis pada persamaan 2.37 dalam hal ini besar faktor pe-reset umumnya berada dalam jangkauan : 1T i ≤α≤10T i Seperti yang telah sekilas dibahas pada kotak Catatan Penting tentang Mode Kontrol pada Modul PID komersil lihat Bab 1. Modul PID komersil umumnya menyediakan minimal dua mode pengontrolan yang dapat digunakan secara bebas oleh operator: Mode Manual dan Mode Auto. .

2.4.2 BumpLess Transfer