## ANALISA PENGENDALI HYBRID SLIDING MODE CONTROL
DAN PID

## UNTUK MENGENDALIKAN CONCENTRATION PADA ISOTHERMAL CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR (CSTR)
Ahmad Faizal 1 , Dian Mursyitah 2 , Ewi Ismaredah 3 , Muhammad Ikhsyan 4
1,2,3,4 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Sains Dan Teknologi UIN Suska Riau Jl.HR. Soebrantas No. 155 Simpang Baru, Panam, Pekanbaru, 28293 Email. ahmad.faizal@uin-suska.ac.id, dmursyitah@uin-suska.ac.id, ewi.ismaredah@uin-suska.ac.id, Muhammad.ikhsyan13@gmail.com

## ABSTRACT
Systems  in  industry  often  occur  in  performance or  desired  performance.  One  of  them  isothermal  CSTR  system where the system has not been able to work according to the desired set point 1 g.mol / litter, to achieve the set point then used the controller Sliding Mode Control in Hybrid with PID in identification with FOPDT method to lower the value steady state  error  From the controller obtained results  where the Sliding  Mode Control Hybrid PID is able to not achieve set point value 1 g.mol / litter with ts = 3.0446 seconds
Keywords :FOPDT, Isothermal CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor)PID, Sliding Mode Control.

## INTISARI
Sistem di industri sering terjadi kesalahan dalam mencapai kinerja atau performansi yang diinginkan. Salah satunya pada  sistem isothermal  CSTR dimana  sistem  ini  belum  mampu  bekerja  sesuai set  point yang  diinginkan  1 g.mol/litter,  untuk  mencapai set  point maka  digunakan  pengendali Sliding  Mode  Control yang  di Hybrid dengan PID yang di identifikasi dengan metode FOPDT untuk menurunkan nilai error steady state . Dari pengendali tersebut didapat hasil  hasil dimana Sliding Mode Control Hybrid PID belum mampu mencapai nilai set point 1 g.mol/litter dengan t = 3.0446 detik
Kata kunci :FOPDT ,Isothermal CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) PID, Sliding Mode Control.

## I. PENDAHULUAN
Salah  satu  bentuk  reactor  ialah isothermal  CSTR  dimana  isothermal CSTR adalah sejenis CSTR yang ada dan beroperasi pada suhu konstan. Volumenya juga diasumsikan konstan[2].
Sudah  ada  beberapa  penelitian yang  terkait  dengan  sistem Isothermal Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) ini  dimana  sistem Isothermal  Continuous Stirred  Tank  Reactor (CSTR)  ini  belum mampu  untuk  mencapai set  point yang diinginkan sehingga diperlukan
pengendali  agar error  steady  state yang terjadi  dapat  diminimalisir.  Berdasarkan penilitian  yang  terkait,  penulis  tertarik untuk melakukan sebuah penelitian
dengan  menggunakan  pengendali  PID yang  dinilai  dapat  membangkitkan rise time serta  dapat  mengurangi settling  time [3],  dengan  pengendali Sliding  Mode Control (SMC)  yang  dinilai  lebih  kuat terhadap  perubahan  dan  gangguan set point [4].
Dimana  tujuan  utama  penggunaan pengendali sliding  mode adalah  untuk memaksa  dan  membatasi  variabel  yang dikendalikan  berada  pada  permukaan luncur  yang  dirancang  dan  menjaganya agar  dapat  tetap  berada  pada  keadaan yang diinginkan [5].

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Pengendali Sliding Mode
Pengendali sliding mode merupakan sebuah  kendali  umpan  balik  pensaklaran berkecepatan tinggi (high speed switching feedback  control) yang  efektif  dan  kokoh dalam mengendalikan sistem linier maupun non linier [7].
Pengendali sliding  mode terkenal karena  kekokohannya  karena  pengendali ini menyediakan sebuah metode perancangan  sistem  yang  tidak  peka terhadap ketidakpastian parameter lingkungan  dan  gangguan  dari  luar  [7], yang  di  definisiakan  dengan  persamaan sebagai berikut.
a. Sistem dinamis
) ( ). , ( ) , ( ) ( ) ( t d u t x b t x f t x n    (1)
Dimana u control  input, x merupakan vector  keadaan, ) , ( t x f dan ) , ( t x b berupa fungsi  terbatas, ) ( t d gangguan  eksternal.
Jika d x merupakan x yang  diinginkan, maka tracking  error -nyadapat  dinyatakan dengan [10].
) ( ) ( ) ( t x t x t e d   (2)
b. Fungsi Switching Fungsi Switching yaitu  permukaan S ( x , t ) di  dalam  ruang  keadaan R n ,  memenuhi persamaan [10].
e dt d t x S n ) 1 ( ) , (           (3)
c. Permukaan Sliding
Permukaan sliding ( sliding surface ) merupakan persamaan yang memenuhi 0 ) , (  t x S (4)
d. Konidisi Sliding
Besar  nilai control  input pada  SMC bergantung  pada  nilai  S,  sehingga memenuhi  pertidaksamaan  yang  disebut kondisi  sliding.  Kondisi  tersebut  ditulis dalam bentuk sebagai berikut.
0  S S  atau    ) sgn( S S  (5)
Gambar 1. Kondisi Sliding [10]
B. Pengendali Proporsional  Integral Derivative (PID) Pengendali PID merupakan pengendali otomatis yang yang merupakan  gabungan  dari  pengendali Proporsional,  Integral, dan Derivatif . Bentuk  umum  dari  pengendali  PID sebagaiberikut:
      dt de K dt t e K t e K t u d t i p     0 (6)

## C. Modeling & Ishotermal CSTR
Isotermal  CSTR  adalah  sejenis CSTR  yang  ada  beroperasi  pada  suhu konstan.  Volumenya  juga  di  asumsikan konstan,  Skema  reaksi  terdiri  dari    reaksi ireversibel  aliran  umpan  hanya  berisi komponen A[2].
Adapun jenis cairan yang digunakan pada  proses  penelitian  ini  diantaranya ialah    sebagai  berikut Cyclopentadine, Cyclopentenol, Cyclopentanediol, Dicyclopentadiene [2].  Pada  kondisi isotermal  atau  suhu  tetap,  suhu  umpan sama  dengan  suhu  larutan  di  dalam reaktor  maupun  suhu  larutan  keluar reaktor [12].
Isotermal  CSTR  memiliki  reaksi berikut skema yang disebut reaksi Van de Vusse [2].
C B A k k 2 1   D A k 3 2 
Dari  skema  diatas  ditunjuk  tahapan  – tahapan  terhadap  laju  molaritasnya,  dari skema    tersebut  didapatlah  konstantanya sebagai berikut [2]:
K 1 = 50h -1 = 0.83 min -1
K 2 = 100h -1 = 1.66 min -1
K 3 = 100moll -1 h -1 = 0.166 moll -1 min -1

## Gambar 2. Representasi skema pada reaktor
Konsentrasi  umpan  pada steady  state
adalah 1 10   gmoll C Afs Persamaan untuk keseimbangan keseluruhan  material yang digunakan [2].
   F F dt V d i   ) ( (2.9)
Jadi
i F F  (2.10)
Komponen keseimbangan material bisa juga menggunakan [2]
2 3 1 ) ( ) ( A A A Af A C Vk C Vk C C F dt VC d    
(7)
Untuk  menyederhanakan  persamaan  (6) kita  dapat  menggunakan  Persamaan  yang ada  pada  (7)  berikut  adalah  persamaan untuk  setiap  komponen  kesetimbangan materialnya [2].
A A Af A r C C V F dt dC    ) ( (8) (2.12)
B A B B r C k C V F dt dC     1 (9)
Tingkat  pembentukan  molar  untuk  setiap komponen  (per  unit  volume)  sebagai berikut [2].
2 3 1 A A A C k C k r    (10)
B A B C k C k r 2 1   (11)
Sementara  untuk  konsentrasi  steady  state A  dan  B  didefinisikan  dengan  persamaan sebagai berikut [2].
3 3 2 1 3 1 2 4 2 k C V F k V F k k V F k C Afs S S S AS                   (12)
2 1 k V F C k C S AS BS   (13)
Keadaan ruang model linier direpresentasikan sebagai berikut [2] Du Cx Y Bu Ax x    
Untuk  variabel state di  representasikan dengan matriks A sebagai berikut [2]
         BS B AS A C C C C x (14)
Untuk  variabel output di  represetasikan dengan matriks B sebagai berikut [2]
         BS B AS A C C C C y (15)
Variabel input di representasikan sebagai berikut [2]
        V F V F u S (16)
Dua persamaan fungsional dinamis direpresentasikan sebagai [2]
  2 3 1 1 , , A A A Af B A A C k C k C C V F V F C C f dt dC            (17)
B A B B A B C k C k C V F V F C C f dt dC 2 1 2 , ,            (18)
Elemen ruang pada state space Matriks A ditentukan oleh
s s U X j i ij x f A ,    (19)
AS s U X A U X C k k V F C f x f A S s s s 3 1 , 1 , 2 1 11 2           (20)
0 , 1 , 2 1 12        S s s s U X B U X C f x f A (21)
1 , 2 , 1 2 21 k C f x f A S s s s U X A U X        (22)
2 , 2 , 2 2 22 k V F C f x f A S U X B U X S s s s          (23)
                   
    2 1 3 1 22 21 12 11 0 2 k V F k C k k V F A A A A A S AS S (24)
Elemen ruang pada state space Matriks B ditentukan oleh
s s U X j i ij u f B ,    (25)
As Afs U X U X C C V F f u f B S S S S               , 1 , 1 1 11 (26) V F V F f u f B s U X S U X S S S S               , 1 , 2 1 12 (27) Bs U X U X C V F f u f B S S S S               , 2 , 1 2 21 (28) 0 , 2 , 2 2 22               S S S S U X S U X V F f u f B (29)
                  0 22 21 12 11 BS S AS Afs C V F C C B B B B B (30)
Dari matriks A danmatriks B di atas di dapatlah    model  ruang State  Space yang  di representasikan sebagai berikut
     
           2 1 3 1 0 2 k V F k C k k V F A S AS S (31)            0 BS S AS Afs C V F C C B (32)
  1 0 
C (33)
  0 0  D (34)
Selanjutnya mengubah model state space ke transfer function
B A sI C s G 1 ) ( ) (    (35)
3821 . 5 6429 . 4 1472 . 3 117 . 1 2      s s s G p (36)
3821 . 5 6429 . 4 4762 . 0 2    s s G d (37)
Dimana  persamaan  (36)  adalah fungsi alih pada prosess isothermal CSTR dan  (37)  adalah  beban  pada  fungsi  alih .
Tabel  1.  Parameter  Proses Ishotermal CSTR [2]
III. METODE PENELITIAN
Gambar 3. Flow Chart Penelitian
Gambar 4. Blok Sistem Isothermal CSTR
Gambar 5. Respon konsentrasi simulasi open loop Isothermal CSTR
Gambar 6. Pemodelan Blok Simulink Dari
Persamaan Utotal
Gambar 7. Pemodelan Sliding Mode Control Pada Plant Sistem Isothermal CSTR Gambar 8. Grafik Sistem Isothermal CSTR
dengan Pengendali Sliding Mode Control
Sliding Mode Control Hybrid PID
Gambar 9.Pemodelan Hybrid Sliding Mode Control Dan PID
Dari pemodelan blok sistem Simulink diatas  didapatlah  keluaran  dan  bentuk  grafik sebagai berikut.
Gambar 10.KeluaranPemodelan Hybrid Sliding Mode Control Dan PID
Dari  model  blok  system  diatas  dapat dilihat  bentuk  grafik  yang  didapat  pada variable scope
Gambar 11.GrafikSistem Isothermal CSTR denganPengendali Hybrid Sliding Mode
Control Dan PID
Dari  hasil  grafik  respon  keluaran  seluruhnya didapatlah nilai respon transiennya pada tabel sebagai berikut
Tabel 2. Hasil Analisa Time Respons Sistem

## IV. KESIMPULAN & SARAN
Pada  penelitian  ini  pengendali hybrid  sliding  mode  control  danPID belum  mencapai  nilai  set  point  yang  di inginkan  yaitu  1  g.mol/litter    dengan waktu  tunak/ settling  time 3.0446detik dimana  dengan  nilai error  steady  state yang lebih kecil  yaitu 0.0002 g.mol/litter, sementara  pada  pengendali sliding  mode control mengalami error  steady  state sebesar  0.0004  g.mol/litter  dengan  waktu tunak/ settling time 3.1598 detik.
REFERENSI
[1] Wikipedia. 2017. Reaktor. https://id.wikipedia.org/wiki/Reakt or (Diakses  Senin 4 Desember 2017) [2] Vishal Vishnoi, Subhransu Padhee,  Gagandeep  Kaur.  2012. Controller Performance Evaluation for Concentration Control  of  Isothermal  Continuous Stirred Tank Reactor . International  journal  of  Scientific and Research Publications . Volume 2, issue 6.
[3] Farhad  Aslam  dan  Gagan  deep Kaur.2011. Comparative  Analysis of  Conventional,  P,  PI,  PID  and Fuzzy  Logic  Controllers  for  the Efficient Control of Concentration in  CSTR.International  Journal  of Computer  Applications  (0975  –
8887)  Volume  17–  No.6,  March 2011 . [4] H. J. Tham, K. B. Ramachandran, and  M.  A.  Hussain.  2003. Sliding Mode  Control  for  a  Continuous Bioreactor. Department of Chemical  Engineering,  University of  Malaya,  Kuala  Lumpur  50603, Malaysia. [5] Boby Dwi Apriyadi. 2017. Perancangan Sliding Mode Controller Untuk Sistem Pengaturan Level dan Flow
Dengan  Metode Decoupling Pada Plant  Coupled  Tanks. Jurusan Teknik  Elektro  Institut  Teknologi Sepuluh Nopember  ,Surabaya,
Indonesia.
[6] R. A. Decarlodan H. Z.
Stainslaw., Variabel Structure Control Of Nonlinear Multivariabel  System:  A  Tutorial .
Proceedings  Of  The  IEEE.  Vol.
76(3).212-232. 1988.
[7] Slotine, J-J.E., Weiping Li. Applied Nonlinear Control . Prentice-Hall International , Inc.Hal. 276-284.1991.
[8] Sahat  Pak  pahan.  1988.  Kontrol otomatik:  teori  dan  penerapan. Erlangga.
[9] Palm,  R.,  Driankov,  D.,  dan Hellendoorn,  H.  1997. Model Based  Fuzzy  Control:  Fuzzy  Gain Schedulers  and  Sliding  Mode Fuzzy Controllers. Berlin: Springer-Verlag.
[10] Wawan Ismanto. Perancangan dan
Simulasi  Sistem  Kontrol  Posisi Pada Panel Surya Dengan Menggunakan Metode Fuzzy Sliding  Mode  Control (FSMC). Teknologi Sepuluh Nopember ,Surabaya, Indonesia. [11] Marya ningsih, B.Herawan Hayadi, Eko Suryana.2013. Implementasi Logika Fuzzy Dalam Perancangan Sistem Pemngambilan  Keputusan  Usulan Pemasangan  Listrik  Berdasarkan Distribusi Beban Listrik.Universitas Dehasen Bengkulu [12] Sumarni, Ani Purwanti, Pemanfaatan Metode Newton- Raphson  Dalam  Perancangan  Alir Tangki Berpengaduk. Institut
Sains  &  Teknologi  AKPRIND Yogyakarta, 2009.
[13] Rzal Rivaldi. 2017. Tuning
Kontrol  PID  Pada Ole  Process Control (OPC) Server Dan Distributed Control System (DCS). Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS).Surabaya. Indonesia. [14] Oscar  Camacho,  Ruben  Rojas. An Approach Of Sliding Mode Control  For  Deadtime  Systems . Universidad de los andes.
Venezuela.
[15] Ogata, Katsuhiko. Modern Control Engineering , 4th  edition .  New Jersey : Prentice Hall, 2002
[16]   Arsyad. Arfan. 2013.Matlab. `http://arfanultras1999.blogspot.co
.id/2013/03/normal-0-false-false- false-en-us-x-none.html