## SAINTEKBU Jurnal Sains dan Teknologi

## RANCANG BANGUN SISTEM KONTROLTEMPERATUR BERBASIS LOGIKA FUZZY
DESIGN AND CONSTRUCTION FUZZY LOGIC TEMPERATURECONTROL SYSTEM
Ardiyanto Happy Susilo, Ninik Purwati, I.G. Puja Astawa, Arna Fariza
Jurusan Teknik Telekomunikasi, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Kampus ITS Keputih Sukolilo, Surabaya 60111 Telp. 62-31-5947280, 5946114, Fax. 62-31-5946114 e-mail : 4ever_nn@eudoramail.com

## Abstrak
Kontroler fuzzy merupakan salah satu metode sistem kontrol yang menyatakan hokum operasional dari suatu sistem dengan ungkapan bahasa, bukan dengan persamaan matematis. Pada proyek akhir ini, kontroler fuzzy digunanakan sebagai kontrol temperatur yang diharapkan mampu mengontrol temperatur sesuai dengan setting point yang diinginkan. Prinsip kerjanya yaitu sinyal masukan dari plant yang berupa sinyal error dan diferensial error diolah oleh sistem logika fuzzy melalui tiga proses ; fuzzyfikasi, rule base dan defuzzyfikasi, menjadi sinyal kontrol yang mampu menentukan sudut pengapian dari SCR dalam menyalakan heater sebagai pemanas . Proses looping berlangsung terus menerus sampai didapatkan nilai temperatur yang sesuai atau mendekati  dengan setting point yang dimasukkan.

## Abstract
Fuzzy  controller  is  one  of  control  system  method  which  approximately  the operational  law  from  a  system  with  language  expression,  not  with  mathenatic equation. In this  final  project,  fuzzy controller is  used  as temperature control which wish  able to control temperature the same as the setting point that wanted. The work principle is input signals from the plant ; error signal and error diferential signal, are processed by fuzzy logic system through three process are fuzzyfication, rule base, and defuzzyfication,  become  control  signal  which  able  to  determine  the  angle  of  SCR  as driver which is used to flame heater as heating . The looping process continues until it’s get temperature value closer as setting point which is inputed.

## Pendahuluan
Sistem kontrol logika fuzzy memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan sistem  kontrol  konvensional,  diantaranya  :    mampu  mengontrol  sistem-sistem kompleks tanpa harus mengetahui model mathematis sistem, dapat beroperasi secara real  time,  sederhana  dan  mudah  diterapkan.  Berdasarkan  keunggulan  tersebut  maka pada proyek akhir ini, kami mencoba menerapkan sistem kontrol logika fuzzy untuk mengontrol temperatur.   Dengan fuzzy logic control, diharapkan mampu mengontrol temperatur sesuai dengan setting point yang inginkan.

## I. Perencanaan dan Pembuatan Sistem
II. 1.  Blok Diagram Sistem
Gambar 2.1. Blok Diagram System

## II.1.1. Personal Computer
Pada  personal  computer  terdapat  program  kontrol  logika  fuzzy  yang menggunakan  bahasa  pemrograman  C++.  Kontrol  logika  fuzzy  mengolah  masukan dari  sensor  temperatur  yang  berupa  sinyal  error  dan  diferensial  error  menjadi  sinyal kontrol. Prosesnya melalui tiga tahap yaitu fuzzyfikasi, rule base, dan defuzzyfikasi.

## II.1.2. PPI  8255
PPI  8255  merupakan  penjembatan  antara  hardware  dan  PC  (software).  PPI  8255 mempunyai 24 pin I/O yang terdiri dari 3 port, yaitu Port A (8pin), Port B (8 pin) dan Port C (8 pin).pada port A dan C kita gunakan sebagai output sedangkan pada port B sebagai input.

## II.1.3. Driver
Pada rangkaian driver, digunakan SCR sebagai penentu besarnya sudut pengapian yang merupakan awal kerja heater. Sedangkan untuk valve, SCR digunakan sebagai
PC VALVE DRIVER DAC ADC HEATER SENSOR PPI DRIVER
switch on-of  saja. Sudut pengapian dari  SCR  sendiri  ditentukan  oleh  sinyal  kontrol  yang  diberikan  oleh  kontrol  logika fuzzy.

## II.1.4. Heater dan Valve
Heater  digunakan  untuk  memanaskan  air  dalam  bejana  sedangkan  sebagai pendingin digunakan air pula yang dikontrol oleh valve.

## II.1.5. Sensor
Sensor  yang  digunakan  yaitu  IC  LM  335  yang  memiliki  kharakteristik  setiap kenaikan  suhu  sebesar  1°  K  maka  terjadi  kenaikan  tegangan  sebesar  10  mV.  Sensor ini berfungsi
mendeteksi perubahan temperatur
dari plant dan mangumpanbalikkannya ke kontrol logika fuzzy.

## II.1.6. ADC ( Analog to Digital Conversion )
ADC  berfungsi  mengubah  sinyal  analog  yang  diberikan  oleh  sensor  menjadi sinyal digital yang kemudian dikirim ke kontrol logika fuzzy melalui PPI 8255.

## II.1.7. DAC ( Digital to Analog Conversion )
DAC berfungsi mengubah sinyal digital yang diberikan oleh kontrol logika fuzzy melalui  PPI    8255,  menjadi  sinyal  analog  yang  mementukan  besarnya  sudut pengapian dari SCR.

## II.1.8. Flowchart
get. Setpoint get. Plann
Membership Initialize:
set left, center and right bound Err. Quant. Initialize DErr. Quant. Initialize last Error = Error
Error = Setpoint - Plann dError = Error - Error_1
1 2
get. Quant. for each Member Err. get Quant. for each member DErr.
Err. Fuzzyfication DErr. Fuzzyfication Min. Rule Defuzzyfication Set. Action 2 1
II.2. Cara Kerja
Setting  point  dimasukkan.  Sensor  mendeteksi  perubahan  temperatur  pada  plant dan mengumpanbalikkannya ke kontrol logika fuzzy melalui PPI 8255. Tapi sebelum melalui PPI, sinyal dari sensor yang telah dikuatkan  diubah terlabih dahulu oleh ADC menjadi sinyal digital karena masih berupa sinyal analog. Oleh kontrol logika fuzzy, sinyal  masukan  dari  sensor  digunakan  untuk  mencari  besarnya  error  dan  diferensial error dengan rumus sebagai berikut :
error = setting point – output
dError = error – error_ 1
Sinyal error dan diferensial error  diolah menjadi sinyal kontrol melalui tiga tahap yaitu fuzzyfikasi, rule base dan defuzzyfikasi. Sinyal kontrol dari sistem logika fuzzy menentukan  penyalaan  heater  dan  valve  yang  dikontrol  melalui  driver  yang  berupa SCR.  Untuk  menyalakan  heater,  terlebih  dahulu  sinyal  kontrol  dari  kontrol  logika fuzzy  yang  masih  berupa  sinyal  digital  diubah  terlebih  dahulu  oleh  DAC  menjadi sinyal  analog.  Sinyal  analog  inilah  yang  nantinya  menentukan  besarnya  sudut pengapian  dari  SCR  yang  dipakai  untuk  menyalakan  heater.  Sedangkan  untuk penyalaan  valve,  tidak  diperlukan  DAC  karena  untuk  menyalakan  valve  hanya diperlukan sinyal biner „1‟ atau „0‟. Jika temperatur < setting point maka heater nyala dan  valve  mati.  Jika  temperatur  >  setting  point  maka  heater  mati  dan  valve  hidup. Sensor  akan  kembali  mendeteksi    perubahan  dari  plant  dan  mengumpanbalikkannya ke  kontrol  logika  fuzzy.  Proses  looping  berlangsung  terus  sampai  didapatkan temperatur sesuai dengan setting point yang dimasukkan.

## II. Analisa dan Hasil Pengukuran III.1. Pengujian Rangkaian DAC
Pengujian ini dimaksudkan untuk mengecek keluaran dari DAC yang merupakan konversi digital dari sinyal kontrol fuzzy ke analog. Adapun hasil pengukurannya dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 3.1. Hasil Pengukuran output DAC
Bit DAC Tegangan Output Bit DAC Tegangan Output (DAC) Volt (DAC) Volt 0 0 125 5,73 5 0,22 130 5,96 10 0,46 135 6,19 15 0,68 140 6,42 20 0,91 145 6,65 25 1,14 150 6,88 30 1,37 155 7,11 35 1,6 160 7,84 40 1,83 165 7,56 45 2 170 7,8 50 2,29 175 8,02 55 2,52 180 8,25 60 2,75 185 8,48 65 2,98 190 8,71 70 3,21 195 8,94 75 3,44 200 9,17 80 3,67 205 9,4 85 3,89 210 9,63 90 4,13 215 9,85 95 4,35 220 10,09 100 4,58 225 10,81 105 4,81 230 10,54 110 5,04 235 10,77 115 5,27 240 10,9 120 5,5
Dari  tabel  di  atas  maka  dapat  diketahui  bahwa  kenaikan  setiap  satu  bit  akan menyebabkan  tegangan  sebesar  0,04  Volt  sampai  dengan  0,05  Volt.  Selain  itu  data kenaikan DAC hanya sampai pada 240 bit dengan tegangan sebesar 10,9 Volt. Hal ini mungkin  dikarenakan  kemampuan  dari  IC  DAC  yang  kurang  bagus  dan  tegangan referensi yang tidak sampai 12 Volt.

## III.2. Pengujian Pengukuran Suhu dan Output IC LM 335
Tujuan dari pengukuran ini untuk mengetahui kharakteristik IC LM 335 dan kelinieritasannya sebagai sensor suhu pada air.
Adapun hasil pengukurannya dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
KHARAKTERISTIK OUTPUT LM 335 0 20 40 60 80 100 3.00 3.25 3.42 3.54 Output Lm  335 ( Volt ) Su hu ( C el ci u s ) Temperat ur
Gambar 3.1.
Kharakteristik Output
335

## Tabel 3.2. Pengukuran Temperatur dengan IC LM 335
No Suhu (Celcius ) Tegangan (Volt ) No Suhu (Celcius ) Tegangan ( Volt ) 1 27 3,00 27 53 3,35 2 28 3,02 28 54 3,36 3 29 3,04 29 55 3,37 4 30 3,06 30 56 3,38 5 31 3,08 31 57 3,40 6 32 3,10 32 58 3,41 7 33 3,12 33 59 3,42 8 34 3,14 34 60 3,43 9 35 3,15 35 61 3,44 10 36 3,17 36 62 3,45 11 37 3,18 37 63 3,46 12 38 3,20 38 64 3,47 13 39 3,21 39 65 3,48 14 40 3,22 40 66 3,48 15 41 3,23 41 67 3,49 16 42 3,24 42 68 3,50 17 43 3,25 43 69 3,50 18 44 3,26 44 70 3,51 19 45 3,27 45 71 3,51 20 46 3,29 46 72 3,52 21 47 3,30 47 73 3,53 22 48 3,31 48 74 3,53 23 49 3,32 49 75 3,54 24 50 3,33 50 76 3,54 25 51 3,34 51 77 3,55 26 52 3,34
Dari  hasil  pengukuran  suhu  dan  output  IC  LM  335  didapatkan  gambar  grafik seperti di bawah ini :
Dari  gambar  di  atas  terlihat  bahwa  kharakteristik  output  dari  IC  LM  335  adalah linier.  Hal  ini  karena  skala  grafik  terlalu  kecil  sehingga  penyimpangannya  tidak kelihatan.
Dari  tabel  hasil  pengukuran  diketahui  bahwa  kenaikan  tegangan  tiap  derajatnya tidak  seperti  dalam  teori  yang  menyatakan  tiap  kenaikan  suhu  1  derajat  diikuti  oleh kenaikan  tagangan  10  mV.  Dimana  pada  hasil  pengukuran  tampak  bahwa  ada kenaikan tegangan 20 mV sampai dengan 30 mV untuk kenaikan suhu 1 derajat. Hal ini dikarenakan respon dari IC LM 335 lebih cepat dibandingkan dengan termometer.

## III.3. Program     Logika     Fuzzy      dengan Implementasinya
Pengujian  program  dengan  implementasinya  merupakan  pengujian  terhadap kontroler  yang  sudah  diaplikasikan  ke  plant  yang  sebenarnya.  Hasil  yang  dicapai adalah kita dapat melihat perilaku kontroler terhadap kestabilan sistem yang dalam hal ini adalah kenaikan temperatur.
Pada  menu  yang  ditampilkan  oleh  monitor  komputer,  klik  tombol  „Fuzzy‟ sehingga  keluar  form  grafik  pengujian  sistem  kontrol  temperatur  berbasis  logika fuzzy. Masukkan setting point melalui keyboard kemudian tekan Enter. Sistem mulai bekerja  dengan  penentuan  kondisi  awal  error  =  0.  Begitu  juga  dengan  dError  =  0. Grafik proses kestabilan temperatur dapat dilihat pada form grafik.
Dari beberapa pengujian yang dilakukan , hasilnya disajikan dalam bentuk grafik kestabilan yang dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Dari  grafik  ini  kita  dapat  melihat  bagaimana  kestabilan  sistem  mengguanakan kontrol  logika  fuzzy.  Secara  umum  dapat  dikatakan  bahwa  kontroler  dapat  berjalan dengan baik.
Gambar 3.2. Respon Kontroler

## IV. Kesimpulan dan Saran

## IV.1. Kesimpulan
Dari  uraian    di  atas  dapat  disimpulkan  bahwa  respon  kontrol  yang  dihasilkan mendekati  setting  point  yang  diberikan.  Untuk  setting  point  yang  besar,  prosesnya lebih lama bila dibandingkan dengan setting point yang kecil.

## IV.2. Saran
Sebagai  penutup  dari  buku  proyek  akhir  ini  penulis  memberikan  saran-saran kepada  pembaca  dengan  tujuan  segala  kekurangan  yang  ada  pada  buku  ini  nantinya akan  menuju  kesempurnaan  atau  pengembangan  sistem  kendali  logika  fuzzy  yang dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Penulis  menyarankan  serta  berharap  adanya  pengembangan  dan  penyempurnaan dari  proyek  akhir  ini  di  masa  mendatang  sehingga  jenis  kontroler  semacam kendali logika fuzzy dan lainnya benar-benar diimplementasikan dalam membantu menyelesaikan  persoalan-persoalan  manusia,  khususnya  dalam  bidang  kontrol sehingga  tidak  hanya  dalam  penelitian  saja,  sehingga  masyarakat  akan  percaya terhadap kehandalan jenis-jenis kontroler semacam ini.
2. Pada proyek akhir ini fuzzy yang digunakan adalah fuzzy biasa, sehingga apabila plant yang digunakan berbeda maka aturan-aturan yang ada pada sistem ini harus dirubah lagi sehingga didadapatkan aturan  yang paling tepat, tentunya ini kurang fleksibel  sehingga  atas  dasar  tersebut  penulis  menyarankan  agar  di  masa  yang akan datang fuzzy dikembangkan menjadi fuzzy adaptif.

## V. Daftar Pustaka
1. National Semiconduktor , National Data Acquisition Databook , 1995
2. Abdul Kadir, Pemrograman Dasar Turbo C untuk IBM PC
3. Mitsuteru Inove, Dedet Pramadihanto, Siti Halimah Baki, Miftahul Huda, Piranti Elektronika , Politeknik Elektronika Surabaya, ITS, 1993