Process Control : (3) Feedforward Control

Tulisan ini merupakan bagian ketiga dari tulisan berseri tentang Process Control.  Seri pertama membahas Feedback control dan seri kedua tentang Cascade control.  Pada seri ketiga ini  akan dibahas salah satu konfigurasi kontrol yang juga sering digunakan yaitu Feedforward control.

Sama dengan pada cascade control, konfigurasi feedforwad control dibuat untuk mengatasi adanya gangguan (disturebance).  Perbedaan antara keduanya terletak pada dari sisi mana gangguan tersebut terjadi.  Pada cascade control, penambahan control kedua (slave/inner control) bertujuan untuk mengatasi gangguan (disturbance) yang terjadi pada manipulated variable,  sedangkan    feedforward control digunakan untuk mengatasi gangguan pada beban (load).  Untuk menjelaskan hal ini, perhatikan kembali feedback control pada gambar berikut.

Sebelum membahas lebih jauh tentang feedforrward control, marilah terlebih dahulu kita melihat apa yang menjadi manipulated variabel dan apa yang menjadi beban dalam sistem ini, sehingga kita tidak salah pilih konfigurasi control yang digunakan, apakah cascade atau feedforward.  Manipulated variable adalah variable yang dimanipulasi (diubah-ubah besarnya) oleh controller dalam rangka menjaga agar control variable tetap berada pada setpointnya.  Untuk menentukan manipulated variable tidak sulit, kita tinggal melihat dimana letak control valve berarti disitulah manipulated variablenya, seperti dalam sistem diatas, yang menjadi manipulated variable adalah flow (aliran) steam. Gangguan pada aliran steam bisa berupa perubahan tekanan/pressure steam (seperti yang diasumsikan pada tulisan mengenai cascade control yang lalu) atau bisa juga perubahan pada temperature steam.  Jika gangguan pada temperature steam, maka yang menjadi slave adalah temperarure control bukan pressure control seperti pembahasan yang lalu.  Variable yang berikut adalah beban (load),  variable beban menentukan besarnya energi/power yang dibutuhkan oleh suatu sistem, pada sistem diatas yang menjadi beban adalah aliran air dingin yang masuk ke tanki. Semakin besar aliran air dingin yang masuk ke tanki, semakin banyak energi panas yang dibutuhkan untuk memanaskan air, begitu pula sebaliknya.

Setelah mengetahui perbedaan antara manipulated variabel dan beban, sekarang mari kita bahas seperti apa konfigurasi feedforward control itu.  Untuk itu, perhatikan lagi gambar feedback control diatas,  kita andaikan  kecepatan alir air dingin W berubah.  Perubahan W ini akan menyebabkan variable yang dikontrol (controlled variable) yaitu temperature air dalam tanki To juga berubah.  Karena sistem ini mempunyai time delay yang cukup besar, maka perubahan To tersebut tidak langsung terukur oleh elemen sensing feedback loop sehingga aksi koreksi yang dilakukan oleh feedback control juga mengalami penundaan. Sementara itu akibat dari gangguan ini terus masuk ke sistem, sehingga To selalu menyimpang dari setpointnya. Untuk memperbaiki sistem ini, konfigurasi control baru, yang disebut feedforward control digunakan, seperti terlihat pada gambar berikut.

Pada konfigurasi kontrol ini, fluktuasi pada kecepatan alir air W diukur oleh sensor flow, kemudian diberikan ke flow controller (FC).  Output FC akan dijumlahkan dengan output feedback control TC untuk kemudian dikirim ke control valve (CV).  Dengan konfigurasi ini, perubahan yang terjadi pada kecepatan alir W akan langsung memanipulasi bukaan control valve steam/uap CV sehingga To tidak sampai berubah.

Konfigurasi kontrol pada gambar diatas, dapat digambarkan dalam bentuk blok digaram berikut.

Dari Diagram blok ini terlihat adanya informasi mengenai beban/load yang diumpan maju (feedforward) kedalam proses melalui controller (Flow controller), itu sebabnya mengapa konfigurasi ini disebut sebagai feedforward control. Penggunaan feed forward control tidak berdiri sendiri, tetapi digunakan bersama-sama dengan feedback control seperti contoh diatas.

Jika kita perhatikan konfigurasi cascade control pada pembahasan yang lalu dengan konfigurasi feedforward control pada gambar diatas, ada perbedaannya, dimana pada cascade control output master control (TC) akan menjadi setpoint untuk slave control (PC), kemudian output slave control yang akan menggerakan control valve (CV). Sedangkan pada feedforward control, output feedforward control (FC) dijumlahkan dengan output TC, kemudian hasil penjumlahannya akan digunakan untuk menggerakan control valve (CV).

Umumnya, Feedforward control berisi algoritma lag/lead + deadtime, bukan PID seperti pada feedback control maupun cascade control.