## KENDALI SUHU INKUBATOR BAYI MENGGUNAKAN PID

## Noor Yulita Dwi Setyaningsih
Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Elektro Universitas Muria Kudus Email: noor.yulita@umk.ac.id
Imam Abdul Rozaq Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Elektro Universitas Muria Kudus Email: imam.rozaq@umk.ac.id

## ABSTRAK
Dalam  dunia  kesehatan  khususnya  dalam  penanganan  bayi  baru  lahir,  inkubator  merupakan  salah  satu instrument yang tepat untuk mengatasi permasalahan-permasalahan dalam penanganan bayi baru lahir, salah satu masalah yang sering kali muncul pada bayi baru lahir adalah, bayi baru lahir belum bisa memproduksi panas tubuh secara  alami.  Yang  membuat  kestabilan  tubuh  bayi  baru  lahir  terganggu.  Sehingga  salah  satu  parameter  yang penting untuk dikendalikan dalam permasalahan ini adalah kondisi suhu ruang inkubator tersebut. Sistem kendali PID digunakan untuk mengendalikan kondisi suhu ruang inkubator tersebut. Sistem kendali yang digunakan pada permasalahan ini adalah sistem kendali digital. Parameter yang digunakan dalam sistem pengendalian ini adalah P, I dan D. Sistem kendali PID . ada tiga kondisi pengendalian yang dilakukan, kendali PI, kendali PD dan kendali PID,  dari  ketiga  sistem  kendali  yang  diterapkan  pada  kondisi  ini,  sistem  kendali  PID  merupakan  sistem pengendalian yang lebih optimal pada penelitian ini dibandingkan dengan sistem kendali PI. Dengan sistem kendali PID nilai overshoot yang dihasilkan sebesar 8,08 %, dan untuk sistem kendali PI nilai overshoot yang dihasilkan sebesar 39,34%, serta sistem dalam mencapai kondisi steady state menggunakan kendali PID berada pada detik ke 24 dan kendali PI berada pada detik ke 27.
Kata kunci: PID, inkubator bayi, suhu, sistem kendali digital, bayi baru lahir, close loop .

## ABSTRACT
In the world of health, especially in the handling of newborns, incubators is one instrument that is appropriate to address the problems in the handling of newborns, one of the problems that often arise in newborns is, the newborn have not been able to produce body heat naturally. Which makes the stability of the newborn's body disturbed. So one of the most important parameters to be controlled in this problem the  incubator  room  temperature  conditions.  PID  control  system  is  used  to  control  the  incubator  room temperature  conditions.  Control  system  used  in  this  problem  a  digital  control  system.  The  parameters used in this control system is P, I and D. PID control system. there are three conditions that do control, PI control, PD control and PID control, the three control systems applied to this condition, PID control system is a control system that is more optimal in this study compared with PI control system. With PID control system overshoot value of 8.08%, and PI control system overshoot value amounted to 39.34%, as well as the system reaches steady state conditions using PID control is located on the second 24 and PI control are in seconds to 27.
Keywords: PID, infant incubator , temperature , digital control systems , newborns , close loop.

## 1. PENDAHULUAN
Pengendalian suhu yang dilakukan pada inkubator bayi harus memiliki parameter yang jelas. Inkubator Bayi adalah suatu kotak yang dirancang untuk mempertahankan suhu internal yang konstan dengan menggunakan suatu termostrat  [1]  [2][3].  Bayi  prematur  mempunyai  kesulitan  mempertahankan  suhu  tubuh  yang  tetap  dan  mudah terjadi variasi [4], karena bayi prematur merupakan bayi yang lahir dalam kondisi yang tidak normal, bisa karena berat  badan  bayi  dibawah  rata  rata  ukuran  bayi  normal  ataupun  umur  kandungan  yang  belum  genap  9  bulan [4][2][5]. Bayi yang baru lahir di Indonesia mempunyai dimensi fisik rata-rata dengan panjang bayi 55 cm, lebar dada bayi 45 cm, dan berat bayi 3 kg [6].
Kualitas suatu pengendali ditentukan oleh seberapa baik kinerja pengendali tersebut dalam melakukan proses pengendalian terutama pada bidang kendali yang tergolong sulit [7]. Teknik kendali PID merupakan teknik kendali yang  banyak  diterapkan  di  bidang  industri  pada  saat  ini  [7]  [8].  Masing-masing  aksi  kontrol  ini  mempunyai keunggulan-keunggulan  tertentu,  dimana  aksi  kontrol proporsional  mempunyai  keunggulan  risetime  yang  cepat,
aksi  kontrol  integral  mempunyai  keunggulan  untuk  memperkecil  error,  dan  aksi  kontrol  derivatif  mempunyai keunggulan  untuk  memperkecil  d_error  atau  meredam overshot/undershot [9].    Respon  suatu plant dapat  diatur edemikian  baik  melalui  pemilihan  parameter-parameter  kendali  yang  tepat.  Penentuan    parameter-parameter kendali  melalui  perhitungan  secara  matematis  membutuhkan  pengetahuan  model  matematis plant .  Pemodelan suatu plant tidak  sulit  dilakukan  selama plant tersebut  berorde  rendah.  Kesulitan  akan  timbul  saat plant yang dimodelkan berorde tinggi. Karena itu, penalaan parameter-parameter PID  kurang efektif bila  dilakukan  melalui perhitungan  matematis.  Salah  satu  solusi  kesulitan  tersebut  adalah  dengan  penalaan  PID  secara  otomatik  untuk plant yang akan dikendalikan [10]. Tetapi pengendali konvensional PID ini tidak dapat digunakan untuk variabel yang  tidak  linear  dan  tidak  dapat  digunakan  untuk  pada  pengendali  multi  variabel.  Pada  bidang  kendali  yang mempunyai multi variabel dan non linear malah lebih mudah dikendalikan oleh operator (manusia), tanpa harus mengetahui persamaan atau model matematik dari sistem yang dikendalikan [7]. Elemen-elemen kontroler P, I dan D masing masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem, menghasilkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar [7] [11] [12].

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Adapun urutan yang dilakukan dalam metode ini dapat dilihat di Gambar 1.
Mulai Perancangan Plant Suhu Penentuan Parameter P,I, D Penggabungan Plant dan PID Data Kendali Analisa Selesai Data=SP

## Gambar 1. Langkah Penelitian
Dari Gambar 1 dapat dilihat proses penelitian yang dilakukan, pertama yang dilakukan adalah dilakukannya perancangan untuk desain dari plant suhu dengan memanfaatkan simulink pada matlab, adapun untuk desain plant suhu yang digunakan pada penelitian ini merujuk dari dari penetian yang sudah ada sebelumnya yaitu penelitian oliveiria,2005  dengan  tema  penelitian multiple  model  identification  and  control  of  neonate  incubators  using laguerre basis . Pilot plant dari inkubator itu sendiri terbuat dari sebuah box yang berbahan akrilik transparan yang memiliki  tinggi  50cm,  panjang  80cm  dan  lebar  40cm.  dimana  model  suhu  yang  digunakan  dibangun  dari  dua macam  model  yaitu  model  linier  dan  non  linier  [13].  Adapun  bentuk  model  suhu  yang  telah  dibangun  dalam Simulink matlab dapat dilihat pada Gambar 2.

## Gambar 2. Model Suhu Pada Simulink
Gambar  2  merupakan  desain  dari  model  suhu  yang  digunakan  dalam  aplikasi  simulink. Plant suhu  yang digunakan  merupakan  model  diskrit.  Adapun  persamaan  yang  digunakan  untuk  membangun  pembuatan  model tersebut adalah persamaan berikut,
(1)
Dengan v(k) merupakan sinyal yang menghubungkan output dari model bagian non- linier dan masukan dari bagian model linier [11]. Selanjutnya setelah mendapatkan model suhu yang ingin dilakukan pengendalian, model ini  yang  akan  digunakan  untuk  mendapatkan  parameter  P,  I  dan  D.  Penentuan  parameter  ini  memanfaatkan software  matlab.  Setelah  parameter  didapat,  selanjutnya  menggabungkan  pengendali  PID  pada plant ,  adapun bentuk dari pengendalian ini dapat dilihat pada Gambar 3.

## Gambar 3. Kendali PID Pada Plant Suhu
Gambar 3 menunjukkan kombinasi kendali PID pada plant suhu inkubator, dapat dijelaskan bahwa setting point masuk  kemudian  kendali  PID  melakukan  proses  penentuan  parameter,  selanjutnya  akan  digunakan  untuk melakukan pengendalian plant . Jika nilai yang dihasilkan atau PV ( Present value ) belum memenuhi dari data SP ( Setting Point ) maka proses akan kembali pada penentuan parameter PID  yang digunakan, setelah itu data akan didapatkan dan akan dilakukannya analisa.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengendalian suhu pada inkubator bayi menggunakan sistem kendali PID. Ada beberapa pengendalian yang  digunakan,  yang  pertama  adalah  menggunakan  pengendalian  PI,  untuk  desain  kendali    dapat  dilihat  pada Gambar 4 dan hasil pengendalian PI pada Gambar 5. Untuk desain pengendalian PD dapat dilihat pada Gambar 6 dan hasil pengendalian PD pada Gambar 7. Sedangkan desain pengendalian PID dilihat pada Gambar 8 dan hasil pengendalian PID pada Gambar 9.
Pengendalian  pertama  yang  dilakukan  adalah  menggunakan  pengendalian  PI,  dengan  paramater  P  = 0,0104448992421577  dan  parameter  I  =  0,0208897984843154.  Berikut  desain  dari  pengendalian  PI  dan  hasil Pengendalian PI.

## Gambar 4. Pengendalian PI

## Gambar 5. Hasil Pengendalian PI
Gambar 4 merupakan desain dari sistem kendali PI yang merujuk pada persamaan  (1). Kemudian Gambar 5 merupakan hasil pengendalian PI yang dilakukan, dimana sumbu X merupakan waktu yang proses pengendalian dan  sumbu  Y  merupakan  data  suhu  pembacaan  pada  pengendalian.  Nilai setting  point yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah kondisi 35°C. Adapun hasil pengendalian dengan sistem kendali PI dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil Pengendalian PI Presentase Overshoot 39,34 % Waktu Tunda 9 detik Waktu Naik 10 detik Waktu Puncak 12,5 detik Waktu Settling Time 27 detik
Dari  Tabel  1  dapat  dilihat  bahwa  waktu  yang  dibutuhkan  sistem  untuk  mengkondisikan  keluaran  sesuai dengan masukan yang diharapkan menggunakan sistem kendali PI membutuhkan waktu 27 detik, tapi kelemahan dari sistem kendali PI ini nilai overshoot nya masih tinggi yaitu sebesar 39,34%. Selanjutnya dengan menggunakan pengendali  PD,  sistem  masih  berada  pada  nilai Setting  Point yang  sama  yaitu  35°C.  Berikut  adalah  desain pengendali PD dan hasilnya.
Gambar 6.  Desain Pengendali PD

## Gambar 7. Hasil Pengendalian PD
Dari hasil pengendalian PD pada Gambar 7 dapat dilihat bahwa, dengan model suhu yang digunakan ternyata sistem kendali PD tidak bisa diaplikasikan pada model ini, terlihat bahwa sistem tidak dapat mengendalikan sesuai dengan  kondisi  yang  diinginkan.  Terakhir  adalah  sistem  pengendalian  PID,  berikut  desain  dan  hasil  dari pengendalian PID.

## Gambar 8. Desain Sistem Kendali PID

## Gambar 9. Hasil Pengendalian PID
Pada  pengendalian  PID  parameter  yang  digunakan  adalah  sebagai  berikut  :  Parameter  P  = 0.00648020037858366, I = 0.0129604007571673, dan D = 0. Adapun hasil dari pengendalian PID dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Data Hasil Pengendalian PID Presentase Overshoot 8,08 % Waktu Tunda 13 detik Waktu Naik 16 detik Waktu Puncak 18,5 detik Waktu Settling Time 24 detik
Dari  Tabel  2  dapat  dilihat  bahwa  sistem  ini  saat  menggunakan  kendali  PID  memiliki  waktu  pencapaian kondisi steady state lebih cepat dibandingkan dengan kendali PI, yaitu 24 detik, 3 detik lebih cepat dibandingkan dengan kendali PI, serta presentasi overshoot lebih kecil yaitu 8,08 %.

## 4. KESIMPULAN
Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa:
1) Pada plant suhu yang digunakan dalam penelitian ini hanya bisa dilakukan pengendalian menggunakan sistem kendali PI dan sistem kendali PID.
2) Sistem kendali PID merupakan sistem pengendalian yang lebih optimal pada penelitian ini dibandingkan dengan sistem kendali PI.
3) Dengan sistem kendali PID nilai overshoot sebesar 8,08 %, sedangakan sistem kendali PI nilai overshoot sebesar 39,34%, serta sistem dalam mencapai kondisi steady state menggunakan kendali PID berada pada detik ke 24 dan kendali PI berada pada detik ke 27.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] E. S.  Adhi Ksatria Theopaga, Achmad Rizal,  “Design and Implementation Of PID  Control Based Baby Incubator,” J. Theor. Appl. Inf. Technol. , vol. 70, no. 1, pp. 19–24, 2014.
[2] fitri  adi  iskandarianto  catur  darmayanto,  “Optimalisasi  Kelembaban  Udara  Pada  Tabung  Baby Incubator Melalui Integrasi Pengendalian Temperatur Dan Kelembaban,” Surabaya, 2007.
[3] Syahrul,  “Pengembangan  Inkubator  Bayi  dan  Sistem  Pemantauan  Remote,” Tekno  Insentif ,  vol.  6, no. 38, pp. 9–17, 2012.
[4] M. R. APRIYADI, “Miniatur Pemantau Suhu Inkubator Bayi Berbasis Mikrokontroler Atmega 8535 Dan Jaringan Nirkabel,” Jakarta, 2012.
[5] K.  Suprihatin,  “Studi  Pengaruh  Kontak  Kulit  Ke  Kulit  Antara  Ayah  dan  BBLR  Terhadap  Suhu Tubuh Ayah dan Bayinya di Rumah Sakit Umum Daerah Sidoarjo,” 2012.
[6] Budiono, “Desain dan Pembuatan Inkubator Berdasarkan Distribusi Temperatur,” J. GAMMA , vol. 2086–3071, no. September, pp. 140–147, 2012.
[7] D. W. N. Protus Pieter Kalatiku, “Sistem Pengendalian PID yang Diaplikasikan pada Pengendalian Steam Turbin dengan Sigle Variabel Input dan Sigle Output,” Smartek , vol. 9, no. 2, pp. 140–154, 2011.
[8] E. D. Saeful Bahri, Husnibes Muchtar, “Prototipe Sistem Kendali PID dan Monitoring Temperatur Berbasis Labview,” in Seminar Nasional Sains dan Teknologi 2014 , 2014, no. November, pp. 1–5.
[9] S.  Bachri,  “Sistem  kendali  Hybrid  PID-Logika  Fuzzy  Pada  Pengaturan  Kecepatan  Motor  DC,” Makara Teknol. , vol. 8, no. 1, pp. 25–34, 2004.
[10] W. Eka Candra Wijaya, Iwan Setiawan, “Auto Tuning PID Berbasis Metode Osilasi Ziegler-Nichols Menggunakan Mikrokontroler AT89S52 pada Pengendalian Suhu,” Semarang.
[11] R. E. Ak and E. Iskandar, “Implementasi Sistem Navigasi Behavior Based dan Kontroler PID pada Manuver Robot Maze.”
[12] D.  I.  Pt,  E.  Nusa,  and  G.  Gresik,  “Perancangan  Sistem  Pengendalian  Temperatur  pada  Reboiler Metanol Recovery Menggunakan Fuzzy Gain Scheduling-PID di PT Eterindo Nusa Graha Gresik,” Surabaya.
[13] G. H. C. Oliveira, M. F. Amorim, K. J. Latawiec, C. Pr, and B. Zip, “Multiple Model Identification And Control Of Neonate Incubators Using Laguerre Basis,” 2005.