Bab ini membahas hasil pengujian sistem pengendali PID adaptif dan konvensional untuk mengatur aras air di dalam tangki. Pengujian dilakukan untuk sistem tanpa gangguan dan dengan gangguan dengan mengubah debit air masukan. Hasilnya menunjukkan PID adaptif mampu menanggapi perubahan setpoint dan gangguan lebih cepat serta stabil dibanding PID konvensional.

1. 85
BAB IV
HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pada bab ini akan dibahas beberapa hasil pengujian yang telah dilakukan
dengan tujuan untuk melihat unjuk kerja pengendalian yang telah dicapai.
Pengujian pada sistem pengendali dapat dibagi menjadi 2 macam yaitu pengujian
sistem tanpa gangguan dan pengujian sistem dengan pemberian gangguan.
Pemberian gangguan atau pembebanan pada sistem ini dilakukan dengan
mengubah ubah debit aliran masukan pada beberapa nilai yang berbeda melalui
pengubahan posisi katub manual V3. Hasil unjuk kerja dari PID adaptif ini juga
akan dibandingkan dengan hasil unjuk kerja PID konvensionalnya agar dapat
diketahui seberapa besar keunggulannya.
4.1 TANGGAPAN SISTEM TANPA GANGGUAN
Tanggapan sistem tanpa gangguan ini dapat dibedakan menjadi dua
macam yaitu yang pertama adalah menganalisa tanggapan transien sistem yang
berlangsung dari awal sampai keadaan tunak dan yang kedua adalah melihat
tanggapan sistem terhadap perubahan setpoint secara mendadak.
4.1.1 Tanggapan Transien Sistem
Tanggapan transien sistem atau yang juga disebut sebagai tanggapan step
sistem adalah tanggapan sistem yang berlangsung dari awal hingga sampai
keadaan tunak ketika setpoint telah dicapai. Pada gambar 4.1 berikut diperlihatkan
beberapa hasil pengujian yang dilakukan pada tiga buah setpoint.

2. 86
td
ts
to tr
(a)
ts
td
tr
to
(b)

3. 87
ts
td
tr
to
(c)
Gambar 4.1 Tanggapan step kendali PID adaptif
Pengujian ini dilakukan dengan debit air masukan sebesar 350 l/jam dan
pada grafik terlihat bahwa kondisi awal sistem adalah 11 mm, hal ini disebabkan
oleh sensor aras air kalibrasinya telah bergeser, sehingga aras yang terlihat pada
gambar memiliki selisih sebesar 11 mm dengan aras sebenarnya yang tampak
pada gelas penduga. Dari ketiga grafik pada gambar 4.1 didapat beberapa
karakteristik tanggapan step berikut ini.
a. Waktu mati/dead time ( to )
Yakni selang waktu antara saat pompa dan pengendali dihidupkan sampai
pada saat aras air mulai menunjukan kenaikan. Waktu mati yang terjadi untuk
ketiga pengujian adalah sama yaitu sebesar 22 detik. Waktu mati ini
disebabkan oleh aras air yang masih berada dibawah tingkat kepekaan sensor

4. 88
aras sehingga sensor aras tidak dapat langsung merespon keberadaan air yang
telah masuk didalam tangki aras.
b. Waktu bangkit/rise time ( tr )
Yakni selang waktu yang diperlukan untuk melakukan perubahan mulai dari
10% hingga 90% dari nilai akhirnya. Untuk setpoint 100 mm dihasilkan waktu
bangkit sebesar 29 detik, sedangkan untuk setpoint 300 mm dihasilkan waktu
bangkit sebesar 78 detik dan pada setpoint 500 mm dihasilkan waktu bangkit
sebesar 134 detik. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi aras
yang ingin dicapai semakin lama waktu bangkit yang dibutuhkan.
c. Waktu tunda/delay time ( td )
Yakni selang waktu yang diperlukan untuk mencapai 50% dari nilai akhir
dimulai dari saat air mulai menunjukan kenaikan. Untuk setpoint 100 mm
dihasilkan waktu tunda sebesar 28 detik, sedangkan untuk setpoint 300 mm
dihasilkan waktu tunda sebesar 61 detik dan pada setpoint 500 mm dihasilkan
waktu tunda kurang lebih sebesar 95 detik.
d. Waktu penetapan/settling time ( ts )
Yakni selang waktu yang diperlukan untuk menetap disekitar nilai akhir
dengan persentase mutlak sebesar 2% yang dimulai dari saat air mulai
menunjukan kenaikan. Untuk setpoint 100 mm dihasilkan waktu menetap
sebesar 52 detik, sedangkan untuk setpoint 300 mm dihasilkan waktu menetap
sebesar 120 detik dan pada setpoint 500mm dihasilkan waktu menetap sebesar
192 detik.

5. 89
e. Lonjakan maksimum/max overshoot ( Mp)
Yakni nilai puncak lewatan maksimum yang terjadi pada kurva tanggapan
yang diukur dalam persentase. Pada kurva tanggapan yang dihasilkan oleh
kendali PID adaptif ini tidak terjadi lonjakan atau sama dengan 0% dan ini
menunjukan bahwa PID adaptif menunjukan unjuk kerja yang sangat baik.
f. Waktu puncak/peak time ( tp )
Yakni waktu yang diperlukan untuk mencapai puncak lewatan yang pertama
kali, karena pada kurva tidak terjadi lonjakan maka besarnya waktu puncak ini
sama dengan besarnya waktu penetapan.
g. Kesalahan keadaan tunak/offset
Kesalahan keadaan tunak ini hanya terjadi pada kendali proporsional, jika
kesalahan keadaan tunak ini terjadi pada kendali PID maka dapat dikatakan
bahwa unjuk kerja pengendalinya kurang baik.
h. Sensitivitas
Nilai ini menunjukan tingkat kepekaan dari sistem pengendali dalam
merespon perubahan masukan yang kecil. Untuk kendali PID adaptif ini
tingkat kepekaannya cukup tinggi ( kira kira 1% ) karena didukung dengan
ADC dan DAC 12 bit yang memiliki ketelitian cukup tinggi dan pada proses
perhitungan error dan nilai keluaran kendali didalam program PLC
menggunakan bilangan floating point sehingga cukup cermat untuk
mendeteksi perubahan masukan yang kecil.

6. 90
4.1.2 Tanggapan Sistem Terhadap Perubahan Setpoint
susutan
Gambar 4.2 Tanggapan sistem terhadap perubahan setpoint
Grafik pada gambar 4.2 memperlihatkan pengujian sistem yang dilakukan
dengan mengubah setpoint secara mendadak. Setpoint diubah menanjak naik dan
kemudian diturunkan kembali. Tanggapan sistem dalam mengikuti perubahan
setpoint ini sangat baik, saat setpoint diubah naik sistem langsung merespon
perubahan tersebut dengan katub ditutup penuh agar aras air segera naik dan
menetap pada nilai yang baru tanpa terjadi overshoot sedikitpun. Dan ketika
setpoint diturunkan kembali kenilai yang lebih kecil, sistem kembali memberikan
respon yang cepat dengan membuka penuh katub agar aras air segera turun dan
menetap pada setpoint yang baru dengan susutan ( undershoot ) yang kecil. Ketika
setpoint diturunkan dari 500 mm ke 300 mm susutan yang terjadi sebesar 9 mm

7. 91
sedangkan ketika setpoint diturunkan ke 100 mm susutan yang terjadi sebesar
11 mm. Hal ini membuktikan bahwa kendali PID adaptif cukup tanggap dan cepat
dalam mengantisipasi susutan yang terjadi saat setpoint diturunkan.
4.2 TANGGAPAN SISTEM TERHADAP GANGGUAN
Pengujian ini dilakukan dengan memberi gangguan pada sistem dengan
mengubah ubah debit air masukan dan kemudian mengamati seberapa besar
pengaruh gangguan terhadap kestabilan sistem.
4.2.1 Gangguan Debit Air Masukan Turun
saat debit
dikembalikan
saat debit 350 l/jam
diturunkan
100 l/jam
tb
tb
Gambar 4.3 Tanggapan sistem terhadap gangguan debit turun
Setelah sistem stabil pada setpoint 300 mm dengan debit air masukan
sebesar 350 l/jam, kemudian pada sistem diberi gangguan dengan menurunkan

8. 92
debit air masukan menjadi 100 l/jam. Sesaat kemudian kestabilan sistem
terganggu dan terjadi susutan sebesar 3 mm namun dengan cepat sistem meredam
gangguan tersebut dan kembali ke keadaan semula dan waktu yang dibutuhkan
untuk kembali ( tb ) adalah sebesar 18 detik. Sesaat kemudian debit air masukan
dikembalikan ke 350 l/jam, dan kestabilan sistem kembali terganggu sehingga
terjadi lonjakan sebesar 3 mm namun dengan cepat sistem meredam lonjakan
tersebut dan kembali ke kondisi semula dan waktu yang dibutuhkan ( tb ) sebesar
32 detik, sedikit lebih lama dari aksi yang pertama.
4.2.2 Gangguan Debit Air Masukan Naik
awal
gangguan
debit air
dinaikan
500l/jam debit air
dikembalikan
350 l/jam
gangguan
mulai sistem
berpengaruh berosilasi
dan tidak
stabil
Gambar 4.4 Tanggapan sistem terhadap gangguan debit naik
Ketika debit air masukan dinaikan dari 350 l/jam menjadi 500 l/jam sistem
mulai terganggu kestabilannya. Keluaran sistem menjadi berosilasi disekitar aras

9. 93
295 mm. Ketidakstabilan ini disebabkan keluaran pengendali tidak mampu lagi
untuk mengikuti perubahan aras air yang begitu cepat karena debit air masukan
yang dinaikan. Hal ini juga menunjukan bahwa aturan kendali fuzi yang dibuat
belum mampu sepenuhnya untuk memberikan hasil yang terbaik. Namun setelah
debit air dikembalikan ke 350 l/jam dengan cepat sistem kembali stabil tanpa
terjadi lonjakan sedikitpun.
4.3 PERBANDINGAN PID ADAPTIF DENGAN PID KONVENSIONAL
Setelah mengetahui unjuk kerja yang dihasilkan oleh PID adaptif maka
pada bagian ini hasil tersebut akan dibandingkan dengan unjuk kerja PID
konvensional untuk mengetahui seberapa besar kelebihannya.
4.3.1 Perbandingan Tanggapan Step Sistem
(a)

10. 94
PID adaptif
PID konvensional
∆ts
(b)
Gambar 4.5 Perbandingan tanggapan step sistem
Pada gambar 4.5 terlihat bahwa kendali PID adaptif dan PID konvensional
memiliki waktu bangkit yang sama. Namun seharusnya PID adaptif dapat
menghasilkan waktu bangkit yang lebih cepat. Hal ini disebabkan oleh adanya
pembatasan keluaran pengendali pada nilai maksimal dan minimal tegangan
penggerak katub. Sehingga walaupun keluaran pengendali PID adaptif
memberikan keluaran yang lebih besar daripada keluaran PID konvensional
namun setelah diberikan ke katub kendali akan memiliki nilai yang sama. Efek ini
disebut sebagai efek saturasi aktuator. Sedangkan kelebihan yang tampak pada
gambar adalah bahwa PID adaptif memiliki waktu menetap yang lebih singkat
dari PID konvensional yaitu 10 detik lebih cepat ( ∆ts = 10 detik ). Dan kelebihan

11. 95
yang lain adalah tidak terjadinya lonjakan sedikitpun pada PID adaptif sedangkan
pada PID konvensional terjadi lonjakan sebesar 2 mm.
4.3.2 Perbandingan Tanggapan Sistem Terhadap Perubahan Setpoint
PID adaptif
PID konvensional
Gambar 4.6 Perbandingan tanggapan terhadap perubahan setpoint
Pada gambar 4.6 terlihat bahwa saat setpoint diubah naik, kendali PID
adaptif memiliki kelebihan selalu mampu mencapai setpoint dengan lebih cepat
dan tanpa adanya lonjakan sedangkan pada PID konvensional selalu disertai
adanya lonjakan. Dan saat setpoint diubah turun, kendali PID adaptif dapat
mencapai setpoint dengan waktu yang lebih cepat dan juga dengan susutan yang
lebih kecil daripada yang dihasilkan oleh PID konvensional.

12. 96
4.3.3 Perbandingan Terhadap Gangguan Debit Air Masukan Turun
PID adaptif
PID konvensional
Gambar 4.7 Perbandingan terhadap gangguan debit air masukan turun
Terlihat pada gambar 4.7 saat debit air diturunkan dari 350 l/jam menjadi
100 l/jam pada kedua pengendali terjadi susutan sebesar 3 mm. Tampak pada
gambar bahwa pengendali PID adaptif memiliki respon yang lebih cepat terhadap
perubahan yang terjadi walaupun akhirnya memiliki waktu yang sama dengan
PID konvensional untuk kembali ke kondisi stabil. Dan saat debit air
dikembalikan ke 350 l/jam pada kedua pengendali terjadi lonjakan sebesar
3 mm dan PID adaptif kembali merespon dengan cepat walau akhirnya memiliki
waktu yang sedikit lebih lambat untuk mencapai kondisi stabil.

13. 97
4.3.4 Perbandingan Terhadap Gangguan Debit Air Masukan Naik
PID konvensional PID adaptif
(a)
PID adaptif
PID konvensional
(b)
Gambar 4.8 Perbandingan terhadap debit air masukan naik

14. 98
Saat debit air masukan dinaikan dari 350 l/jam menjadi 500 l/jam pada
kedua pengendali terjadi osilasi dan keluaran yang tidak stabil. Namun PID
adaptif memiliki keluaran yang berosilasi dengan amplitudo yang jauh lebih kecil
jika dibandingkan dengan PID konvensional. Hal ini menunjukan bahwa PID
adaptif mampu memberikan peredaman gangguan yang cukup baik. Dengan
aturan dan semesta pembicaraan yang lebih tepat, mungkin unjuk kerja pengendali
PID adaptif ini dapat lebih ditingkatkan.