## 
Abstract —  In  industry,  in  controlling  heat  exchanger temperature, there exist some disturbances that potentially affect the performance of the heat exchanger. One of them is the change of  outside temperature.  This study proposes cascade  control  techniques  with  fuzzy-PID  and  PI methods, respectively as primary and secondary controllers to overcome the disturbance and to result more stable  performance  of  the  system.  Verification  on  the cascade fuzzy-PID control technique showed performance of  the  system  was  improved  in  term  of  rise  time  (tr), overshoot  (mp),  and  settling  time  (ts).  Cascade  control technique played a role in  handling the changes of system parameters, while the combination of fuzzy-PID overcame the interference. The combination of feedback control and cascade  control  techniques  with  fuzzy-PID  method  can make  the  performance  of  the  system  more  stable  and overcome the interference.
Index  Terms — cascade  control,  feedback  control, fuzzy-PID, heat exchanger, temperature
Abstrak —  Pada  dunia  industri  terdapat  beberapa gangguan  yang  dapat  mempengaruhi  kinerja  sistem heat exchanger. Gangguan  itu  berupa  perubahan  suhu  luar yang  masuk  ke heat  exchanger. Untuk  mengatasi  sistem seperti  itu  diperlukan  teknik  kontrol  yang  dapat mengatasi terjadinya gangguan tesebut pada sistem. Pada penelitian  ini  digunakan  teknik  kontrol feedback dan kontrol cascade dengan metode fuzzy- PID untuk membuat kinerja  sistem  lebih  stabil.  Hasil  dari  pengujian  teknik kontrol Cascade fuzzy-PID menunjukkan  bahwa  kinerja performa  sistem  meninggkat  dalam  hal  waktu  naik  ( tr ), lewatan  maksimum  ( mp ),  dan  waktu  penetapan  ( ts ).. Teknik  kontrol Cascade berperan  menangani  terjadinya perubahan parameter sistem, sedangkan  kombinasi fuzzy- PID berperan  mengatasi terjadinya gangguan. Kombinasi teknik  kontrol feedback dan  kontrol cascade dengan metode fuzzy- PID  mampu  membuat  kinerja  performa sistem lebih stabil dan dapat mengatasi adanya gangguan.
Manuscript  received  July  31,  2019.  This  work  was  supported  in part by Electrical Engineering Department University of Muhammadiyah Malang.
Y.  Efendi,  was  undergraduate  student  of  Electrical  Engineering Department, Universitas Muhammadiyah Malang (email: yusufefendi1919@gmail.com).
Nurhadi and Nur Alif Mardiyah are with the Electrical Engineering Department,  Universitas  Muhammadiyah  Malang,  Malang,  Indonesia (email nurhadi@umm.ac.id , nuralif@umm.ac.id)
Zulfatman  Has  is  with  the  Electrical  Engineering  Department, Universitas Muhammadiyah Malang, Malang, Indonesia (corresponding  author  provide  phone  0341-464318-129;  email zulfatman@umm.ac..id )
Kata  Kunci —  kontrol cascade,  kontrol  feedback, fuzzy-PI, heat exchanger, suhu

## I. P ENDAHULUAN
EAT exchanger merupakan instrument yang dapat mengatasi terjadinya gangguan pada S team supply pada boiler [1]. Secara prinsip, ia dapat mengubah suhu air dalam tangka heat  exchanger sebagai variable yang dikontrol  ( controlled  variable ).  gangguan  yang  yang terjadi dalam heat exchanger ini biasanya terdapat pada controlled variable (suhu air) dan tekanan steam supply. Dalam  mengatasi  gannguan  tersebut  [2]  menggunakan Neouro-PID untuk mengontrol suhu superheated steam. Sebelumnya  banyak  penelitian  yang  telah  dilakukan untuk  mengembangkan  metode  pemodelan  dalam mengatasi gangguan heat exchanger tersebut di atas [3] menggunakan  control  PID  (Proportional,  Integral,  dan Derivative)  untuk  mengontrol  suhu heating  furnace dengan  menggunakan  beberapa  metode  perbandingan [4].  Dalam  menangani  gangguan, cascade  control [5] masih popular dan digunakan dalam sistem kontrol heat exchanger. Permasalahan  yang  sering  muncul  dalam dalam  sistem heat  exchanger ini  adalah  terjadinya perubahan parameter dan adanya gangguan.
Dalam  mengatasi  problematika  di  atas  diperlukan teknik kontrol yang mampu mengkompensasi permasalahan  tersebut,  yakni  salah  satunya  dengan teknik  kontrol cascade [6].  Serta  dalam  menangani gangguan,  dapat  menggunakan  metode  yang  paling sering  digunakan  dalam  meredam  gangguan  yaitu metode Disturbance  Observer (DOb)[7].  Adapun metode  lain  gabungan  kontrol cascade dengan kombinasi metode Fuzzy- PID [8],[9].
Dengan  demikian,  studi  ini  bertujuan  untuk memodelkan  motor  servo  menggunakan  teknik System Identification  Toolbox (SIT)  [10]  pada MATLAB sebagai plant sistem heat exchanger . Merancang sistem heat  exchanger dengan  kontrol feedback dan  kontrol cascade fuzzy- PID,  dan  mengimplementasikan  sistem kontrol feedback dan kontrol cascade pada plant sistem heat  exchanger .  Penggunaan  cascade  diharapkan  dapat menjadi  alternatif  kontroler  dalam  mengdalikan  suhu pada  system  heat  exchanger,  khususnya  dalam mengatasi  keberadaan  gangguan  yang  bersumber  dari luar system.

## Desain dan Verifikasi Kontrol Cascade Pengendali Suhu Berbasis Fuzzy-PID dan PI pada Heat Exchanger
Yusuf Efendi, Nurhadi, Nur Alif Mardiyah, Zulfatman Has
H

## II. METODE PENELITIAN

## A. Pemodelan Heat exchanger
Untuk  mendapatkan  model  control  yang  tepat  sesuai dengan yang diinginkan maka perlu diketahui tentang karakteristik  plant,  dimana  diperlukan  pemodelan plant  yangsudah  dikaji  serta  dilakukan  penelitian sebelumnya.  Untuk  model  heat  exchanger  dalan penelitian  ini  merujuk  pada  penelitian  sebelumnya yang  telah  dilakuan  [11]  pada  persamaan  (1)  yang telah di sederhanakan berikut ini:
𝑇𝐹𝑐 = 1 30𝑠+1 (1)

## B. Pemodelan Motor servo
Pemodelan motor servo dilakukan dengan mengambil data  input  dan  data  output  dari  motor  servo. Pemodelan motor servo ini dilakukan dengan bantuan SIT  pada  MATLAB.  Dimana  model  motor  servo tersebut  diperlukan  untuk  perancangan  system pengendali  suhu  heat  exchanger.  Langkah-langkah dalam  pemodelan  ini  antara  lain  pengambilan  data, pemilihan  struktur  pemodelan,  estimasi  dan  validasi. Pada  langkah  pengambilan  data,  akan  diambil  data input dan output dari motor servo. Data intput diambil dari  data  yang  telah  dibuat  oleh  penulis,  sedangkan data  output  diambil  dari  data  pembacaan  rangkaian control  pada  motor  servo  terhadap  masukan  yang diberikan.  Data  input  dan  output  dapat  dilihat  dalam Gambar 1.
Fig. 1. Data input output
Pada langkah pemilihan struktur pemodelan, penelitian  ini  akan  mengunakan  pemodelan transfer function dengan zeros bernilai  1  dan poles bernilai  2. Untuk  langkah  yang  terakhir  adalah  langkah  estimasi dan  validasi  akan  diketahui  nilai  ketetapan  hasil pemodelan  dari  pemilihan  struktur  pemodelan.  Dari hasil estimasi pemodelan transfer functiont , menghasilkan nilai ketepatan  mencapai 97.78%, seperti pada  kurva  validasi  Gambar  2.  Nilai  ketepatan  sebesar 97.78%  menunjukkan  bahwa  hasil  estimasi  dari pemodelan  dapat  digunakan  untuk  perancangan  sistem yang akan dibuat, karena nilai tersebut sudah memenuhi kriteria ketepatan hasil estimasi  yakni harus lebih besar sama dengan 90%.

## Fig. 2. Kurva validasi
Dari  identifikasi  sistem  diperoleh  pemodelan dalam  bentuk transfer  function ,  sehingga  didapatkan persamaan 2:
𝑇𝐹𝑐 = 𝑁𝑢𝑚 𝐷𝑒𝑛 = 376 𝑠+583.3 𝑠 2 +377.2 𝑠+583.2 (2)
C. Perancangan Kontrol feedback dan Kontrol cascade
Desain  pengaturan  control cascade dilakukan sebagai  penelitian  pendahuluan  mengenai  perubahan respon  sistem  dan  respon  sistem  terhadap  gangguan. Blok  pengaturan  menggunakan  kontrol feedback dan kontrol cascade pada  sistem heat  exchanger seperti dalam Gambar 3 dan Gambar 4.
PID
Heat Exchanger + _ r e Servo Motor y Fig. 3. Blok kontrol feedback PID Heat Exchanger y + _ + _ d PI r e Outer Loop Inner Loop Servo Motor + _

## Fig. 3. Blok kontrol cascade dengan gangguan
Dalam  Gambar  3  dan  Gambar  4  terlihat bagaimana  konfigurasi  pengujian  sistem  menggunakan teknik  kontrol feedback dan  kontrol cascade dengan disertai gangguan pada sistem.
D. Perancangan Kontrol Cascade fuzzy-PID
Penggunaan kontrol cascade fuzzy- PID digunakan  untuk  mendapatkan  hasil  respon  keluaran sistem heat  exchanger lebih  baik  dan  stabil  kinerja performa sistem tersebut.
PID Plant y + _ + _ d Inner Loop r e de/dt Fuzzy
Fig. 5. Blok kontrol Cascade fuzzy-PID
Gambar 5 menunjukkan konfigurasi pengujian sistem menggunakan  kontrol cascade fuzzy- PID.  Metode kontrol cascade  fuzzy- PID  ini  digunakan  untuk mengatasi  adanya  gangguan  pada  sistem  agar  sistem lebih  stabil.  .  Masukan  dari  kontrol fuzzy ini  ada  dua yaitu  nilai error error ( t ) dan turunan pertama dari  nilai error dError (t),  dengan  tiga output untuk  setiap parameter  dari  kontrol  PID 𝐾𝑝 , 𝐾𝑖 ,  dan 𝐾𝑑 .  Rentang variabel  parameter  parameter 𝐾𝑝 , 𝐾𝑖 ,  dan 𝐾𝑑 dari kontrol PID adalah [ 𝐾𝑝 𝑚𝑖𝑛, 𝐾𝑝 𝑚𝑎𝑥 ], [ 𝐾𝑖 𝑚𝑖𝑛, 𝐾𝑖 𝑚𝑎𝑥 ],  [ 𝐾𝑑 𝑚𝑖𝑛, 𝐾𝑑 𝑚𝑎𝑥 ].  Nilai  rentang dari  variabel  tersebut  ditentukan  berdasarkan  dari percobaan  sistem  dengan  kontrol  PID  dengan  efisiensi tertinggi.
Fig. 6. Blok kontrol infrensi fuzzy
Gambar 6 menunjukkan inferensi metode fuzzy, yang mana inferensi tersebut menunjukkan dua input dan tiga output untuk  sistem  yang  akan  dikontrol.  Metode fuzzy yang digunakan pada penelitian ini meggunakan metode fuzzy mamdani.  Kisaran  nilai  dari  setiap  parameter adalah 𝐾𝑝 ∈ [0.31, 3.1] , 𝐾𝑖 ∈ [0.016, 0.16] , 𝐾𝑑 ∈ [0.1, 1] .  Penentuan  parameter  kontrol  PID  seperti  pada Persamaan 3, 4, dan 5.
𝐾 ′ 𝑝 = 𝐾 𝑝 −𝐾 𝑝 𝑚𝑖𝑛 𝐾 𝑝 𝑚𝑎𝑥 −𝐾 𝑝 𝑚𝑖𝑛 = 𝐾 𝑝 −0.31 3.1−0.31 (3)
𝐾′ 𝑖 = 𝐾 𝑖 −𝐾 𝑖 𝑚𝑖𝑛 𝐾 𝑖 𝑚𝑎𝑥 −𝐾 𝑖 𝑚𝑖𝑛 = 𝐾 𝑖 −0.016 0.16−0.016 (4)
𝐾′ 𝑑 = 𝐾 𝑑 −𝐾 𝑑 𝑚𝑖𝑛 𝐾 𝑑 𝑚𝑎𝑥 −𝐾 𝑑 𝑚𝑖𝑛 = 𝐾 𝑑 −0.1 1−0.1 (5)
Sehingga  nilai  parameter  yang  dihasilkan  adalah K p = 2.79K′ p + 0.31 , K i = 0.144K′ i + 0.016 , dan K p = 0.9K′ d + 0.1 .  Fungsi  keanggotaan  dari  input fuzzy seperti pada Gambar 7 dan 8. Kisaran masukan ini dari  0  sampai  50  merupakan  suhu  yang  terdapat  pada heat  exchanger  dari  suhu  normal  sampai  suhu  tertinggi yakni 50 0 c. Nilai masukan tersebut akan dibagi dalam 5 tingkat  variabel  linguistik.  Dipilih  5  tingkat  variabel linguistik  karena  tingkat  variabel  linguistik  tersebut paling optimal untuk sistem. Tingkat variabel linguistik yang  dipakai  adalah  NB:  Negative  Big,  NS:  Negative
Small,  ZE:  Zero,  PS:  Positive  Small,  dan  PB:  Positive Big.
Fig. 7. Keanggotaan dari error(t)
Fig. 8. Keanggotaan dari dError(t)
Fungsi  keanggotaan  dari 𝐾 ′ 𝑝 , 𝐾 ′ 𝑖 ,  dan 𝐾 ′ 𝑑 , ditunjukkan  pada  Gambar  9.  Tingkat  linguistik  output yang dipakai adalah S : Small , MS : Medium Small , M : Medium ,  MB  : Medium  Big ,  B  : Big ,  dimana  nilai rentangnya dari 0 ke 1. Pemilihan nilai rentang dari 0 ke 1 karena nilai tersebut menunjukkan hasil yang optimal pada  kinerja  sistem.  Dipilih  5  tingkat  linguistik output untuk  parameter 𝐾 ′ 𝑝 , 𝐾 ′ 𝑖 ,  dan 𝐾 ′ 𝑑 juga  karena  dengan tingkatan  linguistik  tersebut  kinerja  dari  sistem menunjukkan hasil yang optimal .
Fig. 9. Keanggotaan dari K ′ p , K ′ i , dan K ′ d

## Fig. 10. Blok simulink AFPID
Gambal  10  merupakan  blok  simulink  kontrol  FPID untuk  sistem heat  exchanger .  Gambar  10  dapat diketahui  bagaimana  pengadaptasian  kontrol  PID menggunakan  metode fuzzy. Dari pengaturan fuzzy atas variabel input dan output ,  aturan fuzzy dapat  di representasikan seperti terlihat pada Tabel 1 dan disusun dengan aturan if-then sebagai berikut:
Aturan i : if e(t)  is 𝐴 1𝑖 and  de(t) 𝐴 2𝑖 then 𝐾 ′ 𝑝 =   𝐵 𝑖 and 𝐾 ′ 𝑖 =   𝐶 𝑖 and 𝐾 ′ 𝑑 =   𝐷 𝑖 . Dimana i  = 1,  2,  3,...,n, dan n adalah nomor dari pada aturan. Dari tabel, didapat 5  variabel  sebagai input dan  5  variabel  sebagai output ,
maka  dalam  desain  didapat  25  aturan fuzzy .  Penentuan tingkat  linguistik  output  dihasilkan  berdasarkan  tingkat linguistik error dan perubahan error terlihat pada Tabel 1.
TABLE I
A TURAN FUZZY de/e NB NS ZE PS PB
NB S S MS MS M NS S MS MS M MB ZE MS MS M MB MB PS MS M MB MB B PB M MB MB B B
E. Perancangan Pengujian
Sebelum melaksanakan pengujian terhadap perancangan-perancangan  yang  telah  dibuat,  terlebih dahulu  diperlukan  langkah-langkah  awal  supaya pengujian  dapat  dilakukan.  Persiapan-persiapan  yang perlu  dilakukan  anatara  lain,  perancangan  antar  muka, perancangan pengujian model heat exchanger . Perancangan anatar muka diperlukan sebagai penghubung  antara software MATLAB  yang  berada pada Personal  Computer (PC)  dengan plant yang  akan diuji.  Antar  muka  yang  dipakai  adalah  menggunakan Arduino Mega2560.
Fig. 11. Rangkaian Antar Muka Sistem
Gambar  11  merupakan  konfigurasi  antar  muka dengan  plant.  Dalam  rangkaian  antar  muka  tersebut terdiri  dari  Arduino  Mega2560  sebagai  antar  muka, motor servo, sensor suhu LM35 dan sensor tekanan uap MPX5700PA.  Pengujian  model  sistem heat  exchanger dilakukan  untuk  mengetahui  respon  ketika  diuji menggunakan sistem open loop dan close loop . Gambar 12 dan 13  merupakan  blok simulink  model sistem heat exchanger yang diuji pada open loop dan close loop .
Fig. 12. Blok simulink sistem heat exchanger open loop
Fig. 13. Blok simulink sistem heat exchanger close loop
Pengujian  sistem heat  exchanger pada  Gambar  14 menggunakan  teknik  kontrol feedback  dan kontrol cascade akan  di  analisa  respon  yang  dihasilkan. Beberapa  aspek  yang  akan  di  analisa  pada  hasil percobaan  ini  antara  lain,  respon  waktu  naik  ( 𝑡 𝑟 ), overshoot ( 𝑚 𝑝 ) ,  peak  time ( 𝑡 𝑝 ).  Berikut  blok  simulink pengujian kontrol feedback dan kontrol cascade PID .
Fig. 14. Blok simulink kontrol feedback dan kontrol Cascade PID Pengujian  sistem heat  exchanger pada  Gambar  15 menggunakan  teknik  kontrol cascade PID dan  kontrol cascade  Fuzzy- PID  dengan  ganguuan  akan  di  analisa respon  yang  dihasilkan.  Beberapa  aspek  yang  akan  di analisa  pada  hasil  percobaan  ini  antara  lain,  respon waktu  naik  ( Tr ), overshoot,  peak  time, dan  performa teknik kontrol terhadap adanya gangguan.  Berikut blok simulink  untuk  pengujian  teknik  kontrol cascade PID dan kontrol cascade Fuzzy- PID dengan ganguuan.
Fig. 15. Blok simulink teknik kontrol cascade PID dan kontrol cascade Fuzzy-PID dengan gangguan
Pengujian  sistem test-rig  heat  exchanger pada Gambar  16  menggunakan  teknik  kontrol feedback dan kontrol cascade akan di analisa respon yang dihasilkan. Beberapa  aspek  yang  akan  di  analisa  pada  hasil percobaan  ini  antara  lain,  respon  waktu  naik  ( Tr ), overshoot,  peak  time. Berikut  blok  simulink  untuk pengujian  verifikasi test-rig teknik  teknik  kontrol feedback dan kontrol cascade.
PW M C O M U N IC AT IO N DIGITAL AN AL O G IN AT M E G A 25 60 16 A U 11 26 TX0 TX3 TX2 TX1 SDA SCL RX0 RX3 RX2 RX1 R es et B TN w w w .T he En gin ee rin gP ro je cts .co m O N O N O N A rd uin o M eg a 2 56 0 PD0/SCL/INT0 21 PD1/SDA/INT1 20 PD2/RXD1/INT2 19 PD3/TXD1/INT3 18 PH0/RXD2 17 PH1/TXD2 16 PJ0/RXD3/PCINT9 15 PJ1/TXD3/PCINT10 14 PE0/RXD0/PCINT8 0 PE1/TXD0/PDO 1 PE4/OC3B/INT4 2 PE5/OC3C/INT5 3 PG5/OC0B 4 PE3/OC3A/AIN1 5 PH3/OC4A 6 PH4/OC4B 7 PH5/OC4C 8 PH6/OC2B 9 PB4/OC2A/PCINT4 10 PB5/OC1A/PCINT5 11 PB6/OC1B/PCINT6 12 PB7/OC0A/OC1C/PCINT7 13 AREF PK7/ADC15/PCINT23 A15 PK6/ADC14/PCINT22 A14 PK5/ADC13/PCINT21 A13 PK4/ADC12/PCINT20 A12 PK3/ADC11/PCINT19 A11 PK2/ADC10/PCINT18 A10 PK1/ADC9/PCINT17 A9 PK0/ADC8/PCINT16 A8 PF7/ADC7/TDI A7 PF6/ADC6/TDO A6 PF5/ADC5/TMS A5 PF4/ADC4/TCK A4 PF3/ADC3 A3 PF2/ADC2 A2 PF1/ADC1 A1 PF0/ADC0 A0 RESET VCC GND PA 0/ AD 0 22 PA 1/ AD 1 23 PA 2/ AD 2 24 PA 3/ AD 3 25 PA 4/ AD 4 26 PA 5/ AD 5 27 PA 6/ AD 6 28 PA 7/ AD 7 29 P C 6/ A1 4 31 P C 5/ A1 3 32 P C 4/ A1 2 33 P C 3/ A1 1 34 P C 2/ A1 0 35 P C 1/ A9 36 P C 0/ A8 37 P D 7/ T0 38 P G 2/ AL E 39 P G 1/ R D 40 P G 0/ W R 41 P L7 42 P L6 43 P L5 /O C 5C 44 P L4 /O C 5B 45 P L3 /O C 5A 46 P L2 /T 5 47 P L1 /IC P5 48 P L0 /IC P4 49 P B 3/ M IS O /P C IN T3 50 P B 2/ M O S I/P C IN T2 51 P B 1/ S C K /P C IN T1 52 P B 0/ S S /P C IN T0 53 P C 7/ A1 5 30 ARD1 ARDUINO MEGA 2560 99 .4 3 4 5 6 2 1 PRESSURE SENSOR MPX5700 0.0 3 1 VOUT 2 TEMPERATURE HE LM35 +88.8 SERVO MOTOR 1.0 3 1 VOUT 2 TEMPERATURE BOILER LM35
Fig. 16. Blok simulink verifikasi test-rig teknik kontrol feedback dan kontrol cascade

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
A. Hasil Pengujian Sistem Heat Exchanger Menggunakan Open Loop dan Close Loop
Hasil pengujian sistem heat exchanger menggunakan open loop dan close loop dapat dilihat pada Gambar 17 dan Gambar 18 di bawah ini.
Fig. 18. Respon transien system heat excharger close loop
Dari  hasil  pengujian  pada  sistem heat  exchanger dapat  dilihat  bahwa  respon  dari  model  dengan input berupa sinyal step pada sistem close loop menghasilkan respon  yang  tidak  dapat  dikendalikan  atau  tidak  stabil, karena  tidak  adanya  koreksi  nilai  keluaran  yang dihasilkan  oleh  sistem.  Sedangkan  pada  pengujian dengan  sistem close  loop menghasilkan  respon  yang stabil,  karena  pada  sistem close  loop adanya  koreksi
nilai error terhadap  keluaran  yang  dihasilkan  sistem. Nilai error tersebut  didapatkan  dari  selisih  nilai referensi input dengan nilai keluaran sistem.
Respon  yang  dihasilkan  dari  sistem open  loop tidak stabil  atau  tidak  sesuai  dengan  nilai  referensi input. Berbeda dengan hasil pengujian pada sistem close  loop yang menunjukkan respon yang stabil dan nilai keluaran tidak jauh berbeda dari nilai referensi input .
B. Hasil Pengujian Sistem Heat Exchanger Kontrol Feedback dan Kontrol Cascade PID
Hasil Pengujian sistem heat exchanger menggunakan teknik  kontrol feedback dan  kontrol cascade PID  akan di analisa respon yang dihasilkan. Beberapa aspek yang akan  di  analisa  pada  hasil  percobaan  ini  antara  lain, respon waktu naik ( 𝑡 𝑟 ), overshoot ( 𝑚 𝑝 ) , peak time ( 𝑡 𝑝 ). Hasil  pengujian  sistem heat  exchanger menggunakan teknik  kontrol feedback dan  kontrol cascade PID didapatkan hasil seperti Gambar 19 dibawah ini.
Fig. 19. Respon keluaran sistem heat exchanger menggunakan teknik kontrol feedback dan kontrol cascade PID
Gambar  19  merupakan  respon  keluaran  sistem heat exchanger yang  menggunakan  teknik  kontrol feedback dan  kontrol Cascade PID.  Respon  keluaran  sistem dengan  teknik  kontrol feedback dan  kontrol Cascade PID  pada  pengendalian  sistem heat  exchanger didapatkan  hasil  performa  yang  berbeda.  Respon keluaran sistem pada aspek waktu naik dalam mencapai setpoint, Teknik  kontrol cascade PID  lebih  baik  dari pada  teknik  kontrol feedback .  Dalam  aspek overshoot dan peak  time, respon  keluaran  sistem yang  dihasilkan teknik  kontrol cascade PID  juga  lebih  baik  dari  pada kontrol feedback .  Pada  percobaan  ini  juga  dapat diketahui karakteristik dari respon transien  seperti pada Tabel 2.
TABLE II
K ARAKTERISTIK RESPON TRANSIEN KONTROL FEEDBACK DAN KONTROL CASCADE PID
Feedback Cascade PID RiseTime 15.6062 18.2179 Overshoot 2.1135 0.1941 Undershoot 0 0 Peak 51.0568 50.0971 PeakTime 116 120
Fig. 17. Respon transien system heat excharger open loop
Pada  Tabel  2  diketahui  karakteristik  sistem  dengan kontrol feedback dan cascade PID  dalam  sisi  respon transiennya.  Perbedaan  respon  waktu  naik  yang dihasilkan  oleh  kontrol feedback lebih  cepat  mencapai setpoint dari  pada  respon  waktu  naik  yang  dihasilkan oleh kontrol cascade PID. Respon dari kontrol cascade PID  juga  menghasilkan  nilai overshoot dan peak  time yang lebih baik dari pada kontrol feedback . Penggunaan teknik  kontrol cascade PID  mampu  menunjukkan performa  yang  lebih  baik  dari  pada  teknik  kontrol feedback .
C. Hasil Pengujian Sistem Heat Exchanger Kontrol Cascade PID dan Kontrol Cascade Fuzzy-PID dengan Gangguan
Hasil Pengujian sistem heat exchanger menggunakan teknik kontrol cascade PID dan kontrol cascade Fuzzy- PID  dengan  ganguuan  akan  di  analisa  respon  yang dihasilkan.  Beberapa  aspek  yang  akan  di  analisa  pada hasil  percobaan  ini  antara  lain,  respon  waktu  naik  ( 𝑡 𝑟 ), overshoot ( 𝑚 𝑝 ) ,  peak  time ( 𝑡 𝑝 ),  dan  performa  teknik control  terhadap  adanya  ganguuan.  Hasil  pengujian sistem heat  exchanger menggunakan  teknik  kontrol cascade PID dan  kontrol cascade  Fuzzy- PID  dengan ganguan  didapatkan  hasil  seperti  Gambar  20  di  bawah ini.
Fig. 20. Respon keluaran sistem heat exchanger menggunakan teknik kontrol cascade PID dan kontrol cascade Fuzzy-PID dengan gangguan
Gambar  20  merupakan  respon  keluaran  sistem heat exchanger yang  menggunakan  teknik  kontrol Cascade PID dan kontrol Cascade Fuzzy-PID, dengan menyertakan  gangguan  pada  proses  pengujian  sistem. Respon keluaran sistem dengan teknik kontrol Cascade PID dan kontrol Cascade Fuzzy-PID pada pengendalian sistem heat  exchanger didapatkan  hasil  performa  yang berbeda. Respon keluaran sistem pada aspek waktu naik dalam  mencapai setpoint, Teknik  kontrol cascade Fuzzy-PID  lebih  baik  dari  pada  teknik  kontrol cascade PID.  Dalam  aspek overshoot dan peak  time, respon keluaran sistem yang dihasilkan teknik kontrol cascade Fuzzy-PID  juga  lebih  baik  dari  pada  kontrol cascade PID.  Pada  percobaan  ini  juga  dapat  diketahui karakteristik dari respon transien seperti pada Tabel 3.
TABLE II K ARAKTERISTIK RESPON TRANSIEN TEKNIK KONTROL CASCADE PID DAN KONTROL CASCADE F UZZY -PID DENGAN GANGGUAN Cascade PID Cascade Fuzzy-PID RiseTime 18.4646 7.7558 Overshoot 0.4574 0 Undershoot 0 0 Peak 50.2287 50.2160 PeakTime 120 50.0419
Pada  Tabel  3  diketahui  karakteristik  sistem  dengan kontrol cascade PID dan cascade Fuzzy-PID dalam sisi respon  transiennya.  Perbedaan  respon  waktu  naik  yang dihasilkan  oleh  kontrol cascade Fuzzy-PID  lebih  cepat mencapai setpoint dari  pada  respon  waktu  naik  yang dihasilkan  oleh  kontrol cascade PID.  Respon  dari kontrol cascade Fuzzy-PID  juga  menghasilkan  nilai overshoot dan peak  time yang  lebih  baik  dari  pada kontrol cascade PID.  Penggunaan  teknik  kontrol cascade Fuzzy-PID  mampu  menunjukkan  performa yang lebih baik dari pada teknik kontrol cascade PID.
D. Hasil Pengujian Verifikasi Test-Rig Sistem Heat Exchanger Kontrol Feedback dan Kontrol Cascade
Hasil  pengujian  verifikasi test-rig sistem heat exchanger dapat dilihat pada Gambar 21 di bawah ini.
Fig. 21. Respon keluaran verifikasi test-rig sistem heat exchanger menggunakan teknik kontrol feedback dan kontrol cascade
Dari  hasil  pengujian  pada  verifikasi test-rig sistem heat  exchanger dapat  dilihat  bahwa  respon  dari  model dengan input berupa  sinyal step pada  sistem  kontrol cascade lebih  menghasilkan  respon  yang  stabil  dari pada  hanya  menggunakan  kontrol feedback ,  karena tidak adanya koreksi konfersi  nilai input keluaran  yang dihasilkan oleh sistem. Dengan adanya kontrol cascade respon keluaran pada sistem outter yang kurang stabil di perbaiki  oleh  sistem inner pada  kontrol cascade, sehinnga  respon  keluaran  sistem  lebih  stabil  dengan adanya kontrol cascade ini. Dari hasil verifikasi test-rig system heat  exchanger dengan  menggunakan  kontrol feedback dan  kontrol cascade juga  didapatkan  respon waktu  naik  ( Tr )  =  3.4933, overshoot  = 19.00 ,  settling time = 112 detik.

## IV. K ESIMPULAN
Perancangan  dan  verifikasi  sistem  kontrol  cascade berbasis  fuzzy-PID  dan  PI  untuk  pengaturan  suhu sistem  heat  exchanger  telah  berhasil  dilakukan. Perancangan  kontrol  cascade  menggunakan  metode fuzzy-PID  sebagai  primary  controller  dan  PI  sebagai secondary  controller  didapatkan  hasil  yang  lebih  baik, dari  pada  system  kontrol  feedback,  terlihat  dari  respon keluaran rise time = 7.7558 detik dan overshoot = 0 %, serta  rise time = 18.4646 detik dan overshoot = 0.4574 %,  masing-masing  untuk  simulasi  dan  eksperimental. Penggunaan metode cascade terbukti mampu mengatasi terjadinya  respon  keluaran  yang  kurang  maksimal menjadi respon keluaran yang stabil.

## R EFERENSI
[1] [1]  P. Nowak and J. Czeczot, “Observer-Based Cascade Control of the Heat Distribution System,” pp. 633–638, 2013.
[2] [2]  J. Zhang, F. Zhang, M. Ren, G. Hou, and F. Fang, “Cascade control  of  superheated  steam  temperature  with  neuro-PID controller,” ISA Trans. , vol. 51, no. 6, pp. 778–785, 2012.
[3] [3]  Y  V  Pavan  Kumar,  “Cascaded  PID  Controller  Design  for Heating  Furnace  \nTemperature  Control,” IOSR  J.  Electron. Commun. Eng. , vol. 5, no. 3, pp. 76–83, 2013.
[4] [4]  Z.  Wu,  D.  Li,  and  L.  Wang,  “Control  of  the  superheated steam  temperature:  A  comparison  study  between  PID  and fractional  order  PID  controller,” Chinese  Control  Conf.  CCC , vol. 2016–Augus, no. 1, pp. 10521–10526, 2016.
[5] [5]  C.  Xiuying,  G.  Tao,  L.  Hengzhi,  and  Z.  Jin,  “Adaptive cascade  generalized  predictive  control,” Proc.  28th  Chinese
Control Decis. Conf. CCDC 2016 , no. July, pp. 494–499, 2016.
[6] [6]  F. Firmansyah and I. A. Sulistyawan, “Temperature Control for  a  Pasteurization  Miniplant  using  Multiloop  and  Cascade Controllers,” pp. 32–37, 2016.
[7] [7]  L.  T.  Pengaturan  and  J.  T.  Elektro-fti,  “PERANCANGAN
DAN IMPLEMENTASI DISTURBANCE OBSERVER
SIMULATOR  MESIN  FREIS  Ali  Fatoni  ,  Josaphat
Pramudijanto , Alfius Yonatan,” pp. 1–7, 2003.
[8] [8]  Y.  Cao,  C.  Zhong,  and  K.  Qiu,  “Design  and  Experiment About  Temperature  Control  System  Of  Sealing  Machine  Based On Fuzzy PID,” 2016.
[9] [9]  Z.  Has,  A.  H.  Muslim,  and  N.  A.  Mardiyah,  “Adaptive- Fuzzy-PID  Controller  Based  Disturbance  Observer  for  DC Motor Speed Control,” no. September, pp. 19–21, 2017.
[10] [10] Zulfatman  and  M.  F.  Rahmat,  “Application  of  Self- Tuning Fuzzy Pid Controller on Industrial Hydraulic Actuator,” Nternational  J.  Smart  Sens.  Intell.  Syst. ,  vol.  2,  no.  2,  pp.  246– 261, 2009.
[11] [11] E.  Ezzat  Ismail  and  O.  M.  ElSaid,  “Improving  the Performance  of  Heat  Exchanger  System  by  better  Control Circuits,” Int. J. Comput. Appl. , vol. 121, no. 11, pp. 975–8887, 2015.