LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI...

66
Oleh : 1. Sumardi, S.T. , M.T. 2. Wahyudi, S.T. , M.T. 3. Imam Santoso, S.T. DIBIAYAI OLEH PROYEK PENGKAJIAN DAN PENELITIAN ILMU PENGETAHUAN TERAPAN DENGAN SURAT PERJANJIAN PELAKSANAAN PENELITIAN DOSEN MUDA NOMOR : 015/P2IPT/DM/VI/1999 DIREKTORAT JENDRAL PENDIDIKAN TINGGI DEPARTEMEN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG JANUARI , 2000 PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI SEMI-AKTIF MENGGUNAKAN “FUZZY LOGIC CONTROL” PADA MODEL KENDARAAN SEPEREMPAT LAPORAN PENELTIAN

Transcript of LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI...

Page 1: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Oleh : 1. Sumardi, S.T. , M.T. 2. Wahyudi, S.T. , M.T. 3. Imam Santoso, S.T.

DIBIAYAI OLEH PROYEK PENGKAJIAN DAN PENELITIAN ILMU PENGETAHUAN TERAPAN DENGAN SURAT PERJANJIAN PELAKSANAAN PENELITIAN DOSEN MUDA

NOMOR : 015/P2IPT/DM/VI/1999 DIREKTORAT JENDRAL PENDIDIKAN TINGGI

DEPARTEMEN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG JANUARI , 2000

PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI SEMI-AKTIF

MENGGUNAKAN “FUZZY LOGIC CONTROL” PADA MODEL KENDARAAN SEPEREMPAT

LAPORAN PENELTIAN

Page 2: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN

1. a. Judul Penelitian : Perancangan Sistem Kontrol Suspensi Semi-aktif

Menggunakan Fuzzy Logic Control pada Model Kendaraan Seperempat

b. Kategori Penelitian : I 2. Ketua Peneliti a. Nama Lengkap dan Gelar : Sumardi, ST MT b. Jenis Kelamin : Laki-laki c. Golongan Pangkat dan NIP : III A, NIP. 132 125 670 d. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli Madya e. Fakultas/Jurusan : Teknik / Teknik Elektro f. Universitas : Diponegoro, Semarang. g. Bidang Ilmu yang diteliti : Teknik Kendali 3. Jumlah Tim Peneliti : 3 orang 4. Lokasi Penelitian : Laboratorium Teknik Elektro Fakultas Teknik Undip 5. Kerjasama dengan Instansi lain a. Nama Instansi : - b. Alamat : - 6. Jangka Waktu Penelitian : 9 (sembilan) bulan 7. Biaya yang diperlukan : Rp. 5.000.000,00 ( Lima juta rupiah ) Semarang, Januari 2000 Mengetahui, Ketua Peneliti, Dekan Fakultas Teknik UNDIP Ir. Bambang Setioko, M.Eng. Sumardi, S.T., M.T. NIP. 130 516 595 NIP. 132 125 670

Menyetujui, Ketua Lembaga Penelitian

Prof. DR. dr. Satoto NIP.130 368 071

Page 3: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

CONTROL SYSTEM DESIGN OF SEMI-ACTIVE SUSPENSION USING FUZZY LOGIC CONTROL ON A QUARTER CAR MODEL

By : Sumardi, Wahyudi, Imam Santoso

Electrical Engineering Departement Faculty of Engineering, Diponegoro University

Year 1999/2000: 60 pages The use of passive component in vehicle suspension system has several weaknesses. One of them is that the system cannot adapt to the condition of the road surface. This problem can be solved with addition of an active component to passive suspension system, which is called as semi-active suspension system. A design of semi-active suspension system having nonlinear damper component using Fuzzy Logic Control is conducted in this research. The nonlinear damper is considered because in general, it has nonlinear characteristics, due to its design condition or the effect of operation time. The results of the design have been analyzed using some different road surfaces, which can be represented by impulse, sinusoidal and random signals during the simulation studies. A quarter car model was used in this investigation.

The results of simulation with the impulse road surface showed that the peak value of the vehicle body can be decreased from 0.0107 meter using passive suspension system to only 0.0075 meter using the designed semi-active suspension system. The steady state response time decreased also from 3.0631 second using passive suspension system to only 0.2890 second using the designed semi-active suspension system. Also, the designed semi-active system gives the better performance for the nonlinearity changes of the damper. Further, on the sinusoidal form condition of the road surface, the designed semi-active suspension system with nonlinear damper decreased the vertical acceleration at frequency less than 12.6 rad/s, which means that the comfort factor is better. The wheel and the spring deflection, in general, were also decreased in all frequency range, which reflects that the safety factor can be made better. Key word : Suspension, Fuzzy Logic Control, Semi-active, Quarter car

Page 4: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI SEMI-AKTIF MENGGUNAKAN “FUZZY LOGIC CONTROL”

PADA MODEL KENDARAAN SEPEREMPAT

Oleh : Sumardi, Wahyudi, Imam Santoso Teknik Elektro

Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Tahun 1999/2000, 60 halaman

Penggunaan komponen pasif pada sistem suspensi kendaraan mempunyai beberapa

kelemahan yaitu sistem tidak dapat menyesuaikan dengan kondisi permukaan jalan. Untuk

mengatasi masalah tersebut dapat dilakukan dengan menambahkan komponen aktif pada sistem

suspensi pasif, yang kemudian lebih dikenal dengan sistem suspensi semi-aktif.

Pada penelitian ini dilakukan perancangan sistem suspensi semi-aktif dengan peredam

nonlinier menggunakan Pengontrol Logika Fuzzy. Peredam nonlinier digunakan dengan

pertimbangan bahwa pada kenyataannya peredam mempunyai karakteristik yang nonlinier, baik

pada saat dirancang maupun akibat lamanya pemakaian. Hasil perancangan dianalisa dengan

berbagai kondisi permukaan jalan. Untuk kepentingan simulasi kondisi permukaan jalan diwakili

oleh sinyal impuls, sinyal sinusoida dan sinyal random. Model kendaraan yang digunakan adalah

model kendaraan seperempat.

Hasil simulasi dengan kondisi permukaan jalan berupa impuls menunjukkan bahwa harga

puncak yang dirasakan badan kendaraan dapat diperkecil dari 0,0107 meter pada suspensi pasif

menjadi 0,0075 meter pada suspensi semi-aktif. Sementara itu waktu mantap juga mengalami

perbaikan dari 3,0631 detik pada suspensi pasif menjadi 0,2890 detik pada suspensi semi-aktif

yang dirancang. Demikian juga pada perubahan ketidaklinieran dari peredam yang digunakan,

sistem suspensi semi-aktif yang dirancang memberikan kinerja yang lebih baik dibandingkan

dengan sistem suspensi pasif.

Selanjutnya, pada kondisi permukaan jalan berbentuk sinusoida sistem suspensi semi-

aktif yang dirancang mampu memberikan penurunan percepatan vertikal pada frekuensi di

bawah 12,6 rad/det, sehingga faktor kenyamanannya dapat ditingkatkan. Defleksi yang terjadi

pada ban dan pada per secara umum juga dapat diperkecil pada semua daerah frekuensi sehingga

faktor keamanannyapun dapat lebih baik.

Kata kunci: Suspensi, Fuzzy Logic Control, Semi-aktif, Kendaraan seperempat.

Page 5: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

PRAKATA

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Alloh SWT karean petunjuk dan kehendakNyalah

peneliti dapat menyelesaikan penelitian dengan judul Perancangan Sistem Kontrol Suspensi

Semi-aktif Menggunakan Pengontrol Fuzzy Pada Model Kendaraan Seperempat ini dengan baik.

Dalam kesempatan ini peneliti menghaturkan banyak terima kasih kepada:

1. Pemberi dana penelitian dalam hal ini Proyek Pengkajian dan Penelitian Ilmu Pengetahuan

Terapan Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Dan Kebudayaan.

2. Lembaga Penelitian Undip Yang memberrika kesempatan kepada Peneliti untuk

melaksanakan penelitian ini.

3. Dekan Fakultas teknik dan Ketua jurusan Teknik Elektro yang mana telah memberikan

fasilitas untuk terlaksananya penelitian ini.

4. Para Ketua Laboratorium di lingkunga Teknik Elektro Undip.

5. Semua pihak yang tidak bisa peneliti sebutkan satu persatu.

Akhirnya peneliti berharap semoga hasil penelitian ini dapat berguna bagi para pembaca,

dan kalau ada kesalahan yang dilakukan peneliti baik disengaja maupun tidak mohon

dima’afkan.

Semarang, Januari 2000

Peneliti

Page 6: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN ………………………………… ii

RINGKASAN DAN SUMMARY ………………………………………………... iii

PRAKATA ………………………………………………………………………... vii

DAFTAR ISI ……………………………………………………………………… viii DAFTAR TABEL ………………………………………………………………… ix

DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………….... x

I. PENDAHULUAN ………………………………………………………… 1

II. TINJAUAN PUSTAKA ………………………………………………….. 4

III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN …………………………….. 27

IV. METODE PENELITIAN ………………………………………………... 28

V. HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………………………... 47

VI. KESIMPULAN DAN SARAN …………………………………………… 59

DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………….. 61

LAMPIRAN ………………………………………………………………………. 62

Page 7: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Kriteria Intuitif untuk GMP ........................................................................................ 9

Tabel 2.2 Kriteria Intuitif untuk GMT ........................................................................................ 10

Tabel 2.3 Contoh Proses Diskritisasi .......................................................................................... 14

Tabel 2.4 Kaidah Atur Kontrol Logika Fuzzy ............................................................................. 21

Tabel 4.1 Harga Parameter Nominal .......................................................................................... 29

Tabel 4.2 Harga Puncak dan Waktu Mantap untuk Berbagai Parameter ..................................... 33

Tabel 4.3 Matriks Aturan Kontrol .............................................................................................. 44

Tabel 5.1 Perbandingan Harga Puncak dan Waktu Mantap ........................................................ 53

Page 8: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Himpunan fuzzy dan fungsi keanggotaannya .............................................................. 5

Gambar 2.2 Fungsi - S ................................................................................................................... 6

Gambar 2.3 Fungsi - π .................................................................................................................... 7

Gambar 2.4 Fungsi - T (segitiga) .................................................................................................... 7

Gambar 2.5 Konfigurasi dasar Kontrol Logika Fuzzy .................................................................... 10

Gambar 2.6 Hubungan antara variabel, label dan tingkat keanggotaan dalam himpunan fuzzy ....... 12

Gambar 2.7 Sistem kontrol lup tertutup dengan Kontrol Logika Fuzzy ........................................... 19

Gambar 2.8 Sistem dengan respons step ......................................................................................... 20

Gambar 2.9 Sistem suspensi pasif .................................................................................................... 22

Gambar 2.10 Karakteristik pegas ...................................................................................................... 23

Gambar 2.11 Karakteristik peredam ................................................................................................. 24

Gambar 4.1 Defleksi pada badan kendaraan (Zs) untuk harga parameter nominal .......................... 29

Gambar 4.2 Defleksi pada badan kendaraan (Zs) untuk berbagai harga koefisien peredam (bs) ....... 30

Gambar 4.3 Defleksi pada badan kendaraan (Zs) untuk berbagai harga

koefisien kekakuan pegas (ks) ...................................................................................... 30

Gambar 4.4 Defleksi pada badan kendaraan (Zs) untuk berbagai harga massa kendaraan (Ms) ........ 31

Gambar 4.5 Defleksi pada badan kendaraan (Zs) untuk berbagai massa ban (Mu) ............................ 32

Gambar 4.6 Defleksi pada badan kendaraan (Zs) untuk berbagai koefisien Peredam (c) ................... 32

Gambar 4.7 Defleksi rata-rata badan kendaraan untuk gangguan sinusoida ..................................... 34

Gambar 4.8 Defleksi rata-rata per untuk gangguan sinusoida .......................................................... 34

Gambar 4.9 Sinyal gangguan random dengan amplituda 0,1 meter ................................................. 35

Gambar 4.10 Amplituda defleksi badan kendaraan dengan masukan sinyal random

dengan amplituda 0,1 meter ......................................................................................... 35

Gambar 4.11 Sinyal gangguan random dengan amplituda 0,03 meter .............................................. 36

Gambar 4.12 Amplituda defleksi badan kendaraan dengan masukan sinyal random

dengan amplituda 0,03 meter ....................................................................................... 36

Page 9: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 4.13 Suspensi semi-aktif ...................................................................................................... 37

Gambar 4.14 Gambar skematis peredam variabel .............................................................................. 37

Gambar 4.15 Sistem kontrol ............................................................................................................. 40

Gambar 4.17 Fungsi segitiga ............................................................................................................ 41

Gambar 4.18 Fungsi keanggotaan dan variabel linguistik ................................................................. 42

Gambar 4.19 Fungsi keanggotaan untuk himpunan fuzzy dengan nilai linguistik paling kecil

dan paling besar .......................................................................................................... 42

Gambar 4.20 Fungsi keanggotaan dan variabel linguistik untuk E .................................................... 43

Gambar 4.21 Fungsi keanggotaan dan variabel linguistik untuk DE ................................................. 43

Gambar 4.22 Fungsi keanggotaan dan variabel linguistik untuk U .................................................... 44

Gambar 5.1 Defleksi badan kendaraan (Zs) untuk suspensi pasif dan suspensi semi-aktif dengan

gangguan impuls .......................................................................................................... 47

Gambar 5.2 Pengaruh perubahan koefisien peredam (bs) pada defleksi badan kendaraan (Zs)

dengan gangguan impuls ............................................................................................ 48

Gambar 5.3 Pengaruh perubahan koefisien kekakuan pegas (ks) pada defleksi badan kendaraan (Zs)

dengan gangguan impuls ............................................................................................ 49

Gambar 5.4 Pengaruh perubahan massa kendaraan (Ms) pada defleksi badan kendaraan (Zs) dengan

gangguan impuls ........................................................................................................ 50

Gambar 5.5 Pengaruh perubahan massa ban (Mu) pada defleksi badan kendaraan (Zs) dengan

gangguan impuls ........................................................................................................ 51

Gambar 5.6 Pengaruh perubahan koefisien peredam (c) pada defleksi badan kendaraan dengan

gangguan impuls ........................................................................................................ 52

Gambar 5.7 Defleksi rata-rata badan kendaraan akibat gangguan sinusoida .................................. 54

Gambar 5.8 Defleksi rata-rata per akibat gangguan sinusoida ........................................................ 54

Gambar 5.9 Defleksi pada badan kendaraan akibat gangguan random dengan amplituda 0,1 meter .. 55

Gambar 5.10 Amplituda defleksi badan kendaraan akibat gangguan random

dengan amplituda 0,03 meter ....................................................................................... 56

Gambar 5.11 Defleksi rata-rata ban untuk gangguan sinusoida ......................................................... 57

Gambar 5.12 Percepatan rata-rata badan kendaraan untuk gangguan sinusoida ................................ 58

Page 10: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kenyamanan dalam berkendaraan sudah menjadi tuntutan bagi para pengendaranya.

Sejalan dengan tuntutan kenyamanan yang semakin tinggi maka penelitian akan kenyamanan

kendaraan dewasa ini banyak dilakukan.

Kondisi ideal yang ingin diperoleh dalam kenyamanan adalah kabin kendaraan diam

ditempat walaupun ada gangguan yang berupa ketidakrataan jalan. Tetapi kondisi ini tidaklah

mungkin dicapai, sehingga pendekatan yang ditempuh adalah meminimumkan efek gangguan

yang berupa ketidakrataan jalan dengan memasang sistem suspensi diantara roda dan badan

kendaraan.

Sistem suspensi pada kendaraan memegang peranan yang sangat penting dalam

memperoleh kenyamanan. Selain dapat mempengaruhi kestabilan kendaraan dan daya lekat ban

pada jalan, sistem suspensi berfungsi juga untuk mengurangi getaran pada kabin kendaraan yang

disebabkan oleh ketidakrataan permukaan jalan. Umumnya suspensi kendaraan terdiri dari

komponen pasif, yaitu komponen pegas dan komponen peredam. Sistem ini sangat dikenal dan

cukup efektif untuk meredam getaran dari permukaan jalan. Namun demikian masih terdapat

beberapa kendala, antara lain sistem tidak dapat menyesuaikan dengan keadaan jalan yang tidak

rata. Untuk mengatasi hal tersebut dibutuhkan sistem peredam getaran dengan menggunakan

komponen aktif.

Ada dua jenis sistem yang menggunakan komponen aktif, yaitu sistem suspensi aktif dan

sistem suspensi semi-aktif. Pada sistem suspensi aktif tidak digunakan komponen pasif

sedangkan pada sistem suspensi semi-aktif digunakan komponen pasif selain komponen aktif.

Sistem dengan komponen pasif akan mempunyai karakteristik yang tetap untuk berbagai

permukaan jalan. Penggunaan komponen aktif dapat merubah karakteristik sistem sesuai dengan

permukaan jalan, adanya perubahan massa kendaraan akibat perubahan penumpang maupun

bahan bakar.

Keuntungan menggunakan sistem suspensi aktif adalah getaran yang timbul pada badan

kendaraan akibat permukaan jalan yang bergelombang atau tidak rata dapat dikurangi dan

peredam getaran dapat menyesuaikan dengan kondisi jalan. Kekurangannya adalah sistem

suspensi tidak dapat berfungsi apabila sistem pengontrol mengalami kerusakan.

Page 11: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Jenis yang kedua adalah sistem suspensi semi-aktif. Sistem ini masih menggunakan

sistem suspensi konvensional dengan menambah peredam yang dapat diatur. Keuntungan sistem

ini adalah masih dapat berfungsi pada waktu sistem pengontrol mengalami kegagalan. Namun

sistem ini sangat dipengaruhi oleh komponen-komponen pasif yang mempunyai harga

karakteristik tertentu.

Bermacam-macam penelitian telah dilakukan, dengan menggunakan berbagai macam

model kendaraan, mulai dari model kendaraan seperempat sampai dengan model kendaraan

penuh dengan menggunakan berbagai metoda kontrol. Pada penelitian tersebut model yang

digunakan adalah linier, sedangkan untuk model yang nonlinier belum dilakukan[1][4][5][7][8].

Pada makalah yang ditulis oleh D’Hrovat[7], dibahas perancangan sistem suspensi aktif

dengan menggunakan metoda kontrol optimal pada model kendaraan seperempat yang linier.

Dengan menggunakan model yang sama, Purba[1] mengamati karakteristik suspensi aktif dengan

menggunakan pendekatan regulator optimal. Demikian juga Edge C. Yeh dan Yon J. Tsao[5]

membahas penggunaan fuzzy kontrol untuk suspensi aktif.

Acuan [4] membahas mengenai perancangan sistem suspensi semi-aktif dengan

menggunakan strategi kontrol optimal. Model kendaraan yang digunakan adalah model

kendaraan setengah.

Pada penelitian ini diajukan suatu perancangan sistem suspensi semi-aktif dengan

menggunakan Kontrol Logika Fuzzy, yang akan diterapkan pada model yang nonlinier.

Teori kontrol konvensional memiliki kekurangan dalam aplikasi pada sistem nonlinier

dan membutuhkan banyak waktu dalam pengembangannya. Teknologi Intelegensia Buatan lebih

mudah dipelajari dibandingkan penyelesaian persamaan matematis kompleks yang digunakan

dalam kontrol konvensional. Namun pendekatan ini belum dapat menangani masalah

ketidakpastian yang timbul, seperti misalnya gangguan yang tidak diperkirakan sebelumnya.

Solusi terbaik untuk masalah ini diperoleh dengan menggunakan variabel linguistik dan

inferensi fuzzy yang dikemukakan dalam teori himpunan fuzzy.

Teori himpunan fuzzy pertama kali diperkenalkan oleh Lotfi A. Zadeh pada tahun 1965.

Disini dikemukakan secara implisit bahwa penalaran manusia lebih baik daripada mesin sebab

manusia mampu mengambil keputusan yang effektif berdasarkan informasi linguistik yang tidak

pasti. Sampai akhir tahun 1970-an perkembangan bidang baru ini belum begitu pesat dan

Page 12: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

sebagian besar masih bersifat teori sebelum munculnya satu aplikasi penting yaitu Kontrol

Logika Fuzzy .

Prinsip dasar sebuah Kontrol Logika Fuzzy sebenarnya sangat sederhana yaitu

berdasarkan pada suatu model logika yang merepresentasikan proses berfikir seorang operator

ketika sedang mengontrol suatu sistem. Dengan demikian telah terjadi suatu pergeseran dari

pemodelan sistem yang dikontrol menjadi pemodelan proses berfikir seorang pengontrol.

1.2 Pembatasan Masalah

Dalam penelitian ini diasumsikan komponen yang nonlinier adalah peredam dengan

mengabaikan gaya geseknya, sedang komponen yang lainnya adalah linier, dan semua parameter

yang diperlukan dapat diukur. Sensor dan aktuator dapat bekerja secara idial. Sistem dianggap

mempunyai satu derajat kebebasan (hanya bergerak ke arah vertikal).

Page 13: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 KONTROL LOGIKA FUZZY

Prinsip dasar Kontrol Logika Fuzzy sebenarnya sangat sederhana. Bila pada pengontrol konvensional,

sistem yang dikontrol dimodelkan secara analitis oleh sejumlah persamaan diferensial, yang solusinya menentukan

aksi kontrol yang harus diberikan pada sistem, maka Kontrol Logika Fuzzy didasarkan pada suatu model logika

yang merepresentasikan proses berfikir seorang operator ketika sedang mengontrol suatu sistem. Di sini terjadi suatu

pergeseran dari pemodelan sistem yang dikontrol menjadi pemodelan cara berfikir operator.

Kontrol Logika Fuzzy terbukti sukses dalam aplikasinya pada berbagai bidang industri sejak tahun 1980.

Contoh aplikasi misalnya pada bidang kontrol robot, kontrol kecepatan maupun transmisi pada automobil, kontrol

elevator, kontrol reaktor nuklir dan sistem tenaga, dan kontrol untuk proses-proses kimia seperti pemurnian air,

campuran semen, pertukaran panas dan sebagainya.[13]

2.1.1 Teori Himpunan Fuzzy

Teori himpunan fuzzy pertama kali diperkenalkan oleh Lotfi A Zadeh pada tahun 1965. Teori himpunan

fuzzy ini didasari oleh logika fuzzy yang merupakan perluasan dari logika boolean. Pada logika boolean terdapat

tingkat logika 1 dan 0 yang menyatakan benar dan salah, sedang pada logika fuzzy terdapat tingkat logika antara 0

dan 1 yang menyatakan tingkat kebenaran.

Misalkan U adalah kumpulan obyek yang secara umum dinyatakan dengan {u}, yang bisa berharga diskrit

atau kontinu. U disebut semesta pembicaraan (universe of discourse), dan u mewakili elemen-elemen U.

Suatu himpunan fuzzy F dalam semesta pembicaraan U dapat direpresentasikan oleh suatu fungsi

keanggotaan (membership function) µF yang mewakili nilai dalam interval [0,1] untuk tiap u dalam U dan

dinyatakan sebagai:

µF =U→[0,1] 2.1

yang dapat digambarkan dalam bentuk seperti terlihat pada gambar 2.1

Page 14: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 2.1 Himpunan fuzzy dan fungsi keanggotaannya

Himpunan fuzzy F dalam himpunan semesta U dapat direpresentasikan sebagai pasangan antara elemen u

dan tingkat fungsi keanggotaannya, atau

F = {(u, µF (u)) / u ∈ U} 2.2

Semua elemen u dalam U yang memberikan nilai µF u( ) > 0 disebut penyokong (support) dari himpunan

Fuzzy yang bersangkutan. Dalam hal dimana µF u( ) = 0,5 maka u disebut sebagai titik silang dan himpunan fuzzy

dimana penyokongnya bernilai 1,0 disebut sebagai fuzzy tunggal (singleton).

Jika F adalah suatu fuzzy tunggal yang menyokong u, maka ditulis:

F = µF u( )/u 2.3

dimana µF u( ) adalah tingkat keanggotaan u di dalam himpunan F. Selanjutnya, himpunan fuzzy dapat dinyatakan

dalam bentuk:

F = µF u u( ) /∫ jika U kontinu 2.4

F = [ ( ) /µF i ii

n

u u=∑

1] jika U diskrit 2.5

2.1.1 Fungsi Keanggotaan[13]

Dalam mendefinisikan fungsi keanggotaan (membership function) dapat dilakukan dengan dua cara yaitu

dengan numerik dan dengan fungsional. Definisi numerik menyatakan fungsi keanggotaan himpunan fuzzy dalam

sebuah vektor dimana dimensinya tergantung pada tingkat diskritisasi. Definisi fungsional mendefinisikan fungsi

Page 15: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

keanggotaan himpunan fuzzy dalam pernyataan analitik dimana tingkat keanggotaan masing-masing elemen

dihitung didalam semesta pembicaraan. Fungsi keanggotaan yang sering dipakai dalam praktek diantaranya:

a. Fungsi -S yang didefinisikan sebagai berikut:

S(u; a, b, c) =

021 2

1

2

2

untuk untuk a u b

untuk untuk

u au a c a

u c c a b u cu c

<− − ≤ ≤

− − − ≤ ≤>

⎨⎪⎪

⎩⎪⎪

[( ) / ( )][( ) / ( )]

2.6

Gambar 2.2 Fungsi - S

b. Fungsi -π yang didefinisikan sebagai berikut:

π (u; b, c) = S u; c - b,c - b / 2,c) untuk u c

S(u;c, c + b / 2, c + b) untuk u c( ≤− ≥

⎧⎨⎩1

2.7

Gambar 2.3 Fungsi - π

c-b/2 c+b/2

b0.5

Page 16: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

c. Fungsi -T (segitiga) yang didefinisikan sebagai berikut:

( )( )

T u a b uu

ub

ab

ab

( , , ) ,,

= + − ≤+ + ≤ ≤

⎨⎪

⎩⎪

0, jika u < (a - b) atau u > (a + b) jika (a - b) < a

- jika a (a + b) ub

11

2.8

Gambar 2.4 Fungsi - T (segitiga)

2.1.2 Operasi Himpunan Fuzzy [13][11]

Misalkan A dan B adalah dua himpunan fuzzy dalam himpunan semesta U dengan fungsi keanggotaan

masing-masing µ A dan µB . Operasi-operasi teori himpunan seperti komplemen, gabungan dan irisan untuk

himpunan fuzzy didefinisikan sebagai berikut:

1. Komplemen dari A (A’)

µ A u' ( ) =1-µ A u( ) 2.9

2. Irisan dari A dan B (A∩B)

µA B u∩ ( ) = min (µ A u( ) ,µB u( ) ) 2.10

3. Gabungan dari A dan B (A∪B)

µ1.0

0 b a b u

Page 17: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

µA B u∪ ( ) = max (µ A u( ) ,µB u( ) ) 2.11

Relasi fuzzy adalah suatu relasi yang nilai kebenarannya diantara 0 dan 1. Relasi fuzzy dari himpunan

semesta A An1 ,..., didefinisikan sebagai berikut:

R = A A R n nnu u u u

1 1 1× ×∫ ... ( ,..., ) / ( ,..., )µ 2.12

dengan µ menyatakan tingkat kebenaran relasi R.

Jika R dan S adalah relasi fuzzy dalam UxV dan VxW, komposisi R dan S adalah suatu relasi

fuzzy yang dinotasikan dengan R o S dan didefinisikan:

R o S = u v R u v S v w u w× ∗∫ sup( ) / ( , )( , ) ( , )µ µ 2.13

2.1.2 Logika Fuzzy

Dalam logika fuzzy ada dua kaidah atur kesimpulan fuzzy yang penting, yaitu GMP (Generalized Modus

Ponens) dan GMT (Generalized Modus Tollens), yang dapat didefinisikan sebagai berikut:[11]

GMP: premis 1 : x adalah A’

premis 2 : jika x adalah A maka y adalah B

konsekuens : y adalah B’

jika terdapat B = A o R maka berlaku B’ = A’ o R 2.14

Dimana A, A’, B dan B’ adalah himpunan fuzzy sedang xdan y variabel linguistik. Pada Tabel 2.1 bisa

kita lihat kriteria yang berhubungan dengan premis 1 dan konsekuensinya pada GMP.

Tabel 2.1 Kriteria intuitif untuk GMP

Kriteria Premis 1 Konsekuensi

Kriteria 1 x is A y is B

Page 18: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Kriteria 2-1

Kriteria 2-2

Kriteria 3-1

Kriteria 3-2

Kriteria 4-1

Kriteria 4-2

x is very A

x is very A

x is more or less A

x is more or less A

x is not A

x is not A

y is very B

y is B

y is more or less B

y is B

y is unknown

y is not B

GMT:

premis 1 : y adalah B’

premis 2 : jika x adalah A maka y adalah B

konsekuens : x adalah A’

jika terdapat B = A o R maka berlaku A’ = R o B’ 2.15

Kriteria intuitif untuk GMT dapat dilihat pada Tabel 2.2 berikut.

Tabel 2.2 Kriteria intuitif untuk GMT

Kriteria Premis 1 Konsekuensi

Kriteria 5

Kriteria 6

Kriteria 7

Kriteria 8-1

Kriteria 8-2

y is not B

y is not very B

y is not more or less B

y is B

y is B

x is not A

x is not very A

x is not more or less A

x is unknown

x is A

2.1.4 Konfigurasi Dasar Kontrol Logika Fuzzy

Gambar 2.5 memperlihatkan konfigurasi dasar suatu Kontrol Logika Fuzzy yang menunjukkan empat

komponen utama, yaitu masing-masing:

Page 19: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 2.5 Konfigurasi Dasar Kontrol Logika Fuzzy.

1. Fuzzifikasi

Fuzzifikasi bertujuan untuk mentransformasikan masukan nyata yang bersifat bukan fuzzy ke

himpunan fuzzy.

2. Basis pengetahuan

Basis pengetahuan terdiri dari basis data dan basis kaidah atur. Basis data mendefinisikan himpunan fuzzy atas

ruang-ruang masukan dan keluaran. Basis kaidah atur berisi kaidah-kaidah kontrol.

3. Logika pengambilan keputusan

Logika pengambilan keputusan adalah cara pengambilan keputusan dengan menggunakan implikasi fuzzy dan

mekanisme penarikan kesimpulan.

4. Defuzzifikasi

Defuzzifikasi adalah proses pengubahan himpunan fuzzy ke sinyal yang bersifat bukan fuzzy.

2.1.4.1 Strategi Fuzzifikasi

Fuzzifikasi berhubungan dengan ketidakpastian dan ketakpresisian dalam bahasa natural. Fuzzifikasi

merupakan transformasi dari data nyata (crips) yang diperoleh dari pengukuran menjadi himpunan fuzzy dengan

manipulasi data dalam logika pengambilan keputusan berbasis pada teori himpunan fuzzy. Tahap ini berhubungan

dengan ketidakjelasan dan ketidaktelitian dalam bahasa natural dan merupakan peranan yang penting pada kasus

dimana informasi yang tersedia mengandung ketidakpastian.

Secara simbolis fuzzifikasi dapat ditulis sebagai berikut:

x xo = fuzzifier ( ) 2.16

Fuzzifikasi Logika

Pengambilan Keputusan Defuzzifikasi

Sisrtem Yang Dikontrol

Basis Pengetahuan

Page 20: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

dimana xo adalah masukan nyata (crips) yang berasal dari sistem fisis, x adalah himpunan fuzzy, dan fuzzifier

menyatakan operasi fuzzifikasi.

Pada dasarnya fuzzifikasi memiliki fungsi sebagai berikut:

1. Mengukur nilai variabel masukan.

2. Melakukan pemetaan berskala yang merubah jangkauan dari nilai variabel masukan kedalam semesta

pembicaraan yang bersangkutan

4. Merumuskan fungsi fuzzifikasi yang merubah data masukan ke dalam nilai linguistik yang sesuai, yang akan

digunakan sebagai label dari himpunan fuzzy.

Hubungan antara variabel, label dan tingkat keanggotaan dalam himpunan fuzzy dengan

fungsi keanggotaan segitiga (fungsi - T) dapat dilihat pada Gambar 2.6. Variabel yang digunakan

sebagai contoh adalah besar perubahan dalam suatu pengukuran data dimana terdapat besaran

yang ‘negatif besar’ sampai dengan ‘positif besar’.

Gambar 2.6 Hubungan antara variabel, label dan tingkat keanggotaan dalam himpunan fuzzy

dimana:

Label NB = Negatif Besar

ZE = Nol

PB = Positif Besar

NK = Negatif Kecil PK = Positif Kecil

Variabel antara -10 sampai dengan 10 adalah besarnya perubahan yang terjadi dalam suatu pengukuran data.

NB NK ZE 1

PK PB

10 -10 0

Tingkat Keanggotaan

Page 21: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

2.1.4.2 Basis Pengetahuan

Basis pengetahuan merupakan bagian dari konfigurasi Kontrol Logika Fuzzy yang memuat pengetahuan

dari persoalan yang akan diselesaikan dengan Kontrol Logika Fuzzy. Pengetahuan yang dimuat terdiri dari basis

data dan basis kaidah atur fuzzy. Informasi yang ada ini akan digunakan sebagai dasar dalam komponen konfigurasi

yang lain.

Langkah awal yang dilakukan adalah mendefinisikan informasi apa saja yang ada dalam sistem yang

ditinjau. Setelah diketahui data masukan dan keluaran sistem, maka dirumuskan perubahan mendasar yang

dilakukan terhadap data tersebut. Kemudian didefinisikan karakteristik operasi khusus pada model fuzzy yang

diusulkan sambil ditentukan kapan dan dimana sub sistem fuzzy ini akan dipakai dalam keseluruhan sistem. Setelah

didapat gambaran umum dari sistem yang diinginkan maka disusun basis data dan basis kaidah atur fuzzy.

2.1.4.2.1 Basis Data

Basis data berfungsi untuk mendefinisikan himpunan fuzzy dari masukan dan keluaran agar dapat dipakai

oleh kaidah atur fuzzy. Perancangan basis data mempertimbangan aspek berikut ini:

1. Diskritisasi semesta pembicaraan

Untuk merepresentasikan informasi yang mengandung ketidakpastian, maka diperlukan kuantisasi informasi

sehingga informasi ini dapat diolah dalam komputer digital. Tiap segmen kuantisasi akan merupakan

penyokong himpunan fuzzy. Sebagai contoh diskritisasi dapat dilihat pada Tabel 3.3, dimana semesta

pembicaraan didiskritisasi menjadi lima tingkat himpunan fuzzy (NB, NS, ZE, PS, PB).

Tabel 2.3 Contoh Proses Diskritisasi Range NB NS ZE PS PB

xo-12

-12≤ xo≤ -8

-8≤ xo≤ -4

-4≤ xo≤ +4

1,0

0,3

0,0

0,0

0,3

1,0

0,7

0,3

0,0

0,3

0,7

1,0

0,0

0,0

0,0

0,3

0,0

0,0

0,0

0,0

Page 22: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

+4≤ xo≤+8

+8≤ xo≤ +12

+12≤ x0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,7

0,3

0,0

0,7

1,0

0,3

0,0

0,3

1,0

2. Pembagian ruang masukan dan keluaran fuzzy

Pada pembagian ini dilakukan pembagian semesta pembicaraan masukan dan keluaran menjadi variabel

linguistik himpunan fuzzy. Pembagian ini akan menentukan jumlah himpunan fuzzy dan kaidah atur yang dapat

disusun. Variabel linguistik himpunan fuzzy umumnya memiliki arti, seperti NB (negative big), NM (negative

medium), NS (negative small), ZE (zero), PS (positive small), PM (positive medium), PB (positive big) dan

seterusnya.

3. Kelengkapan

Secara intuitif, algoritma pengontrol fuzzy harus selalu mampu membangkitkan aksi kontrol yang sesuai untuk

setiap keadaan dari proses. Sifat ini dikenal sebagai kelengkapan (completeness). Kelengkapan Kontrol

Logika Fuzzy berkaitan dengan basis data, basis kaidah, atau keduanya.

4. Pemilihan fungsi keanggotaan

Dalam pedefinisian fungsi keanggotaan ini terdapat dua metoda yaitu definisi numerik dan definisi fungsional,

seperti yang telah dijelaskan pada sub-bab 3.1.1 diatas. Pemilihan fungsi keanggotaan ini sangat subjektif,

tergantung pada karakteristik sistem yang ditinjau.

2.1.4.2.2 Basis Kaidah Atur Fuzzy

Sistem fuzzy diungkapkan dengan pernyataan linguistik yang berdasar pada pengetahuan pakar (expert

knowledge). Pengetahuan pakar biasanya dinyatakan dalam bentuk aturan ‘IF-THEN’. yang secara mudah dapat

diterapkan oleh pernyataan fuzzy dalam logika fuzzy. Kumpulan pernyataan tersebut disebut kaidah atur fuzzy.

Pada prinsipnya, kaidah atur fuzzy diturunkan dari analisis perilaku sistem yang ditinjau. Kemudian

didefinisikan keadaan sistem yang diinginkan dengan masukan dan keluaran yang ada. Kaidah atur merupakan

pemetaan atau transformasi dari masukan menjadi keluaran pada sistem yang diinginkan. Basis kaidah atur inilah

yang akan diimplementasikan pada logika pengambil keputusan.

Beberapa aspek dalam pembentukan basis kaidah atur fuzzy antara lain:

1. Pemilihan variabel keadaan dan variabel kontrol proses dari sebuah kaidah atur fuzzy.

Page 23: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Kaidah atur fuzzy lebih mudah diformulasikan secara linguistik dari pada numerik. Pemilihan variabel keadaan

dan variabel kontrol proses sangat penting bagi karakterisasi operasi sistem fuzzy. Secara khusus, pemilihan

variabel linguistik dan fungsi keanggotaannya berpengaruh besar pada struktur linguistik Kontrol Logika Fuzzy.

Pada umumnya, variabel linguistik dari sebuah Kontrol Logika Fuzzy mencakup kesalahan (eror), derivatif

error, integral error, dan semacamnya.

2. Sumber dan penurunan kaidah atur fuzzy

Terdapat empat cara penurunan kaidah atur fuzzy yaitu:

a. Penurunan berdasarkan pengalaman dan pengetahuan pakar.

b. Emulasi aksi kontrol.

c. Pemodelan fuzzy dari proses.

d. Proses belajar (learning), misalnya dengan memanfaatkan jaringan syaraf tiruan (JST).

3. Justifikasi kaidah atur fuzzy.

Terdapat dua pendekatan utama dalam kaidah atur fuzzy. Pendekatan pertama adalah dengan metoda heuristik

dimana sekumpulan kaidah fuzzy dibangun dengan menganalisa perilaku proses yang dikontrol berdasarkan

pengetahuan kualitatif. Pendekatan kedua dalam pembentukan basis kaidah atur analog dengan pengontrol

konvensional yang dirancang melalui penempatan pole. Kaidah-kaidah atur fuzzy dari sebuah loop terbuka dan

sistem loop tertutup yang diinginkan diberikan. Tujuannya adalah merancang elemen kontrol linguistik

berdasarkan pada model fuzzy. Ide dasarnya adalah membalik model linguistik orde rendah dari sebuah sistem

loop terbuka.

4. Tipe kaidah atur fuzzy

Ada dua tipe kaidah atur fuzzy yang digunakan secara meluas dalam Kontrol Logika Fuzzy yaitu:

a) Kaidah kontrol fuzzy evaluasi keadaan.

Kebanyakan Kontrol Logika Fuzzy adalah kaidah kontrol evaluasi keadaan, dimana dalam kasus dua

masukan satu keluaran, memiliki bentuk: Jika a adalah Ai dan b adalah Bi maka c adalah Ci. Dimana a,b

adalah variabel linguistik yang merepresentasikan variabel keadaan proses dan c adalah variabel linguistik

yang merepresentasikan variabel kontrol; Ai ,Bi dan Ci adalah nilai linguistik dari variabel linguistik.

b) Kaidah kontrol fuzzy evaluasi obyek.

Metoda ini dikenal juga sebagai kontrol fuzzy prediktif, mengingat teknik ini memprediksikan aksi kontrol

waktu kedepan dan mengevaluasi tujuan kontrol. Kaidah dengan metoda ini berbentuk “Jika indeks kinerja

a adalah A1 dan indeks b adalah B1 bilamana aksi kontrol c dipilih sebagai Ci, maka kaidah ini dipilih dan

nilai aksi kontrol Ci diambil sebagai keluaran dari Kontrol Logika Fuzzy”.

5. Jumlah kaidah atur fuzzy

Page 24: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Tidak ada prinsip umum yang dapat digunakan untuk menentukan jumlah kaidah atur fuzzy. Sejumlah faktor

terlibat didalam penentuan jumlah kaidah ini, seperti kinerja kontrol, efisiensi komputasi, perilaku operator, dan

pemilihan variabel linguistik.

6. Konsistensi kaidah atur fuzzy

Bila penurunan kaidah atur fuzzy didasarkan pada pengalaman operator, kaidah-kaidah ini akan dipengaruhi

atau bergantung kepada kriteria kinerja yang berbeda. Dalam praktek, diperlukan pengecekan konsistensi

kaidah fuzzy untuk meminimumkan kemungkinan kontradiksi.

7. Kelengkapan

Sifat kelengkapan dilibatkan dalam kaidah atur fuzzy melalui pengalaman perancangan dan pengetahuan

perekayasa. Kaidah tambahan dapat digunakan bilamana sebuah kondisi fuzzy tidak dilibatkan dalam basis

kaidah atau bilamana tingkat kesesuaian parsial antara sejumlah masukan dengan kondisi fuzzy yang telah

didefinisikan lebih rendah dari harga tertentu. Kondisi yang pertama memperlihatkan bahwa tidak ada aksi

kontrol yang bekerja. Kondisi yang kedua memperlihatkan bahwa tidak ada kaidah domain yang diaktifkan.

2.1.4.3 Logika Pengambilan Keputusan Penggunaan suatu Kontrol Logika Fuzzy dapat dipandang sebagai suatu langkah pemodelan pengambilan

keputusan manusia dalam penalaran pendekatan dalam logika fuzzy. Secara umum, suatu aturan kontrol fuzzy

adalah suatu relasi fuzzy yang mengekspresikan dalam suatu implikasi fuzzy.

Jika basis data dan basis kaidah atur sistem yang ditinjau sudah diketahui, maka basis

pengetahuan ini digunakan untuk menyusun logika pengambilan keputusan dengan cara

menuliskan aturan yang menghubungkan antara masukan dengan keluaran model fuzzy. Aturan

ini diekspresikan dalam kalimat: ‘jika <masukan> maka <keluaran>‘, dimana masukan dan

keluaran berupa konsep linguistik.

Misalkan terdapat r himpunan fuzzy A A Ai r1 ,..., ,..., yang mengkuantisasi semesta pembicaraan

masukan x . Sejumlah s himpunan fuzzy C C Ck s1 ,..., ,..., mengkuantisasi semesta pembicaraan keluaran z .

Jumlah (r,s) dan fungsi keanggotaan himpunan fuzzy A Ci k dan ditetapkan berdasarkan basis pengetahuan yang

dimiliki. Kumpulan kuantisasi { Ai } dan { Ck } mendefinisikan elemen kaidah atur Fik sebanyak rs aturan.

Aturan ini mencerminkan pengetahuan tentang hubungan masukan-keluaran yang ada dalam model fuzzy.

Saat himpunan nilai masukan fuzzy ‘dibaca’, maka tiap kaidah atur yang mempunyai nilai kebenaran akan

dieksekusi sehingga dihasilkan keluaran fuzzy yang bersangkutan.

Page 25: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

2.1.4.4 Strategi Defuzzifikasi

Pada dasarnya, defuzzifikasi adalah suatu pemetaan dari ruang aksi kontrol fuzzy yang ditentukan meliputi

himpunan semesta keluaran (output universe of discourse) ke ruang aksi kontrol crisp (non fuzzy). Strategi

defuzzifikasi ditujukan untuk menghasilkan suatu aksi kontrol non fuzzy yang paling tepat dalam merepresentasikan

kemungkinan distribusi aksi kontrol fuzzy yang telah dihitung. Hal ini diperlukan sebab dalam banyak aplikasi

nyata/riil yang dibutuhkan adalah aksi kontrol non fuzzy. Ada beberapa strategi yang umum dipakai diantaranya

kriteria max, mean of maximum (MOM) dan center of area (COA). Secara simbolis, defuzzifikasi dapat dinyatakan:

z z0 = defuzzifier( ) 2.17

dimana: zo adalah bilangan non fuzzy (crips) yang merupakan bilangan nyata yang dihasilkan oleh proses

defuzzifikasi, z adalah bilangan fuzzy, dan defuzzifier menyatakan operasi defuzzifikasi.

Metoda kriteria max menghasilkan titik dimana distribusi kemungkinan dari aksi kontrol mencapai nilai

maksimum. Strategi MOM menghasilkan suatu aksi kontrol yang merepresentasikan nilai mean dari seluruh aksi

kontrol lokal yang fungsi keanggotaannya mencapai maksimum. Lebih spesifik, dalam kasus himpunan semesta

diskrit, aksi kontrol dapat diekspresikan oleh persamaan :

zwk

j

j

k

01

==∑ 2.18

dimana wj adalah nilai support ketika fungsi keanggotaan mencapai nilai maksimum µz(wj), dan k adalah banyaknya

nilai support yang demikian.

Strategi COA yang banyak digunakan menghasilkan pusat gravitasi dari distribusi kemungkinan suatu aksi

kontrol. Dalam kasus himpunan semesta kontinu, metoda ini memberikan harga zo dalam bentuk:

zw w

wo

zC

zC

=∫∫µ

µ

( ).

( ) 2.19

dan dalam kasus diskrit, dalam bentuk:

Page 26: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

zw w

w

z j jj

n

z jj

n01

1

= =

=

µ

µ

( ).

( ) 2.20

Dibanding dengan strategi MOM, keluaran dari strategi COA tidak memiliki transien switching, melainkan

suatu transisi yang halus antara harga-harga keluaran untuk masukan yang variabel.

2.1.5 Sistem Umpan Balik Logika Fuzzy[13]

Pada dasarnya dikenal beberapa metoda penurunan suatu basis kaidah atur fuzzy, diantaranya adalah

dengan metoda verbalisasi. Metoda ini didasarkan pada basis aturan kontrol dan pengalaman operator melalui proses

verbalisasi. Pendekatan ini alamiah karena aturan kontrol fuzzy mengemulasikan perilaku manusia melalui

pernyataan kondisional linguistik.

Gambar 2.7 Sistem kontrol lup tertutup dengan Pengontrol Fuzzy

Gambar 2.7 memperlihatkan sistem kontrol lup tertutup dengan Pengontrol Fuzzy dimana E (error) dan CE

(perubahan error) merupakan masukan Pengontrol Fuzzy dan CL adalah besaran yang diberikan pada Plant. Dengan

metoda verbalisasi aturan kontrol loop tertutup fuzzy dapat diturunkan dengan mengamati unjuk kerja sistem.

Aturan ini seperti layaknya tabel pengambilan keputusan berisi kombinasi masukan yang terjadi serta keluaran yang

harus dijalankan. Sebagai contoh diamati ujuk kerja sistem dengan respons step seperti pada Gambar 2.8 berikut.

Y

Yd b

c

d fg

h jk

l

e i

a A B C D E F G H I J K t

CE

Yd E

CL Y

CLF Plant

Page 27: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 2.8 Sistem dengan tanggapan step

Apabila referensi (sub set) fuzzy didefinisikan sebagai [NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB] untuk variabel [E,

CE, CL] maka diperoleh hukum kontrol IF E AND CE IS CL seperti dalam Tabel 2.4. Dari sini, secara umum

penyusunan kaidah atur Kontrol Logika Fuzzy dalam proses kontrol dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Jika keluaran telah sesuai dan beda error adalah nol, maka keluaran dari Kontrol Logika Fuzzy adalah konstan.

2. Jika keluaran belum sesuai dengan yang diinginkan, aksi kontrol tergantung pada tanda dan besarnya error dan

beda error.

3. Jika kondisi menunjukan bahwa error dapat dikoreksi dengan cepat oleh aksi kontrol, maka aksi kontrol dijaga

tetap.

Dengan kata lain keluaran dari Kontrol Logika Fuzzy berubah menurut error dan beda error.

Tabel 2.4 Kaidah Atur Kontrol Logika Fuzzy

Rule No E CE CL Reference Function

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

PB PM PS ZE ZE ZE NB NM NS ZE ZE ZE ZE PB PS NB NS PS NS

ZE ZE ZE NB NM NS ZE ZE ZE PB PM PS ZE NS NB PS PB NS PS

PB PM PS NB NM NS NB NM NS PB PM PS ZE PM NM NM PM ZE ZE

point a point e point I point b point f point j tirik c point g point k point d point h point l set point range A range A range C range C range I range K

shorten rise time shorten rise time shorten rise time reduce overshoot reduce overshoot reduce overshoot reduce overshoot reduce overshoot reduce overshoot reduce oscillation reduce oscillation reduce oscillation braking system shorten rise time reduce overshoot reduce overshoot reduce oscillation braking system braking system

Page 28: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

2.2 SISTEM SUSPENSI

Berdasarkan fungsinya, suspensi adalah komponen yang mengisolasi badan kendaraan dari gangguan yang

diakibatkan oleh gaya eksitasi jalan. Dengan penggunaan suspensi yang baik diharapkan dapat diperoleh

kenyamanan, keandalan mekanik serta masa pakai yang panjang. Untuk itu perlu dirancang suatu sistem suspensi

yang mampu memberikan peredaman yang cepat sehingga diperoleh kenyamanan yang diharapkan. Ada beberapa

cara yang telah dilakukan oleh para peneliti diantaranya dengan merancang sistem suspensi aktif dan semi-aktif

dengan berbagai metoda kontrol.

2.2.1 Sistem Suspensi Pasif

Suspensi pasif terdiri dari komponen pasif, yaitu pegas dan peredam, dimana tidak ada energi dari luar

yang mempengaruhinya. Gambar supensi pasif dengan model kendaraan seperempat dapat dilihat pada gambar 2.9.

2.2.1.1 Karakteristik Pegas dan Peredam

Persamaan pegas dapat dinyatakan dalam bentuk berikut[6]:

F = kx + µ x3 2.21

dimana: F = gaya pegas nonlinier, k, µ = konstanta pegas, x = defleksi pegas

Dengan k=16.000 N/m dan µ =100 N/m3, pegas mempunyai karakteristik seperti terlihat pada gambar

2.10. Pada umumnya defleksi suspensi pada kendaraan kurang dari 10 inchi[12]. Dari Gambar 2.10 dapat dilihat

bahwa pada daerah defleksi tersebut pegas masih mempunyai karakteristik yang linier. Oleh karena itu dalam sistem

suspensi pegas sering kali bisa dianggap linier.

Ms Zs

bs,cks

Mu Zu

kt

Zr

Gambar 2.9 Sistem suspensi pasif

Page 29: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 2.10 Karakteristik pegas

Peredam adalah suatu alat yang dapat menghasilkan gaya reaksi bila diberikan kecepatan kepadanya.

Adapun tujuan penggunaan peredam adalah untuk menyerap energi mekanik dan mengeluarkannya dari sistem.

Suatu peredam dapat dinyatakan oleh persamaan berikut[9] :

F = b x.

+ c x.

x.

2.22

dimana: b, c = koefisien peredam, x.

= Kecepatan

Dengan b=980 Ns/m dan c=200 N(s/m)2, karakteristik peredam dapat diperlihatkan pada gambar 2.11.

Dari gambar dapat dilihat bahwa peredam merupakan komponen yang nonlinier.

Page 30: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 2.11 Karakteristik peredam

2.1.3 Persamaan Gerak Sistem Suspensi Pasif

Dengan asumsi pegas dan peredam seperti pada sub bab 2.1.1, dapat diperoleh persamaan gerak dari sistem

suspensi sebagai berikut:

M Z k Z Z b Z Z c Z Z Z Zs s s s u s s u s u s u

.. . . . . . .( ) ( ) ( )+ − + − + − − = 0 2.23

M Z k Z Z b Z Z c Z Z Z Z k Z Zu u s s u s s u s u s u t r u

.. . . . . . .( ) ( ) ( ) ( )− − − − − − − − − = 0 2.24

Dengan mengambil variabel keadaan :

x Z Zs u1 = −

x Zs2 =.

x Zu3 =

x Zu4 =.

Page 31: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

maka diperoleh:

x x x1 2 4

.= −

x k M x b M x x c M x x x xs s s s s2 1 2 4 2 4 2 4

.( / ) ( / )( ) ( / )( )= − − − − − −

x x3 4

.=

x k M x b Mu x x c M x x x x k M Z xs u s u t u r4 1 2 4 2 4 2 4 3

.( / ) ( / )( ) ( / )( ) ( / )( )= + − + − − + − 2.25

Selanjutnya, persamaan diatas dapat dibentuk menjadi persamaan keadaan berikut:

x Ax GZr

.= + 2.26

xk M b M c M x x b M c M x x

k M b M c M x x k M b M c M x x

xs s s s s s s s

s u s u u t u s u u

. ( / ) ( / ) ( / ) ( / ) ( / )

/ ( / ) ( / ) / ( / ) ( / )

=

−− − − − + −

+ − − − − −

⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

0 1 0 10

0 0 0 12 4 2 4

2 4 2 4

+

⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

000

k M

Z

t u

r

/

2.27

dimana:

Ak M b M c M x x b M c M x x

k M b M c M x x k M b M c M x x

s s s s s s s s

s u s u u t u s u u

=

−− − − − + −

+ − − − − −

⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

0 1 0 10

0 0 0 12 4 2 4

2 4 2 4

( / ) ( / ) ( / ) ( / ) ( / )

/ ( / ) ( / ) / ( / ) ( / )

Page 32: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

G

k Mt u

=

⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

000/

Dengan menggunakan parameter-parameter berikut:

Ms=240 Kg,

Mu=36 Kg,

ks=16.000 N/m,

kt=160.000 N/m,

bs=980 Ns/m dan

c=200 N(s/m)2,

maka dari persamaan 2.6 diperoleh model suspensi pasif sebagai berikut[1][8][12]:

x

xxxx

xxxxx

⎥⎥⎥⎥

⎢⎢⎢⎢

−−−−−+

−+−−−−−

=

4242

4242.

)5556,5()2222,27(4444,4444)5556,5()222,27(4444,4441000

)8333,0()0833,4(0)8333,0()0833,4(6667,661010

rZ

⎥⎥⎥⎥

⎢⎢⎢⎢

+

4444,4444000

2.28

Page 33: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

1. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah merancang suatu sistem kontrol suspensi semi-aktif yang

efisien dan murah dengan menggunakan sistem kontrol berbasis logika fuzzy pada model

kendaraan seperempat. Sehingga gangguan/getaran yang dirasakan oleh pengendara/penumpang

akibat ketidakrataan jalan dapat dikurangi. Hasilnya dari perancangan akan disimulasikan

dengan menggunakan program komputer.

2. Manfaat Penelitian

Perancangan sistem suspensi semi-aktif dengan menggunakan sistem kontrol berbasis

logika fuzzy ini diharapkan menghasilkan suatu sistem suspensi yang murah dan handal.

Perancangan dan pengembangan sistem suspensi ini diharapkan akan membantu industri

pembuat komponen dan konstruksi otomotif sehingga didapatkan suatu produk yang berkualitas

dan murah.

Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi ilmiah dalam

perancangan sistem suspensi dalam bidang otomotif di Indonesia khususnya, dan pengembangan

ilmu pengetahuan dan teknologi pada bidang otomotif pada umumnya, baik dalam hal yang

berkaitan dengan peningkatan sumber daya manusia (SDM) maupun penguasaan teknologi.

Page 34: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

IV METODE PENELITIAN

4.1 Unjuk Kerja Sistem Suspensi Pasif

Untuk mensimulasikan sistem digunakan tiga macam permukaan jalan yaitu permukaan

jalan dalam bentuk impuls (yang mensimulasikan pada saat kendaraan melewati bentuk

permukaan jalan dengan lonjakan tiba-tiba seperti misalnya berupa “polisi tidur”) , sinusoida dan

permukaan jalan dalam bentuk random dengan komponen peredam nonlinier.

Permukaan jalan dalam bentuk sinusoida menggunakan frekuensi 2; 5; 6,2832; 6,4367;

6,6431; 10; 12,5664; 15 dan 25 rad/s dengan lamanya getaran 5 detik[4]. Pada daerah frekuensi

tersebut merupakan daerah frekuensi yang paling terasa pada tubuh manusia.

4.1.1 Unjuk Kerja Sistem Suspensi Pasif Terhadap Gangguan Impuls

Dalam studi simulsi terhadap sistem dengan gangguan impuls dilakukan pengamatan

dengan menggunakan beberapa kondisi kendaraan. Untuk mengetahui unjuk kerja dari sistem

suspensi pasif dengan komponen peredam nonlinier yang digunakan terhadap adanya perubahan

parameter-parameter tersebut, maka pada penelitian ini diamati pengaruh perubahan parameter

dengan cara melakukan variasi yaitu harga masing-masing parameter diambil harga perubahan

parameter yang agak ekstrim yaitu setengah kali dan dua kali dari harga parameter nominalnya.

Dari hasil simulasi diamati harga puncak dan waktu mantap pada defleksi badan

kendaraan (Zs) untuk masing-masing perubahan harga parameter. Yang dimaksud dengan harga

puncak pada penelitian ini adalah harga amplituda tertinggi yang dihasilkan oleh respons sistem,

sedangkan pengertian waktu mantap adalah waktu yang diperlukan oleh respons sistem untuk

kembali kepada posisi awal.

Gambar 4.1 menunjukkan respons yang terjadi pada badan kendaraan saat sistem diberi

gangguan impuls sebesar 0,1 meter dengan parameter nominal untuk kendaraan penumpang

ringan seperti yang ditunjukan pada Tabel 4.1. Dari hasil simulasi tersebut dapat diketahui

respons yang terjadi mempunyai harga puncak 0,0107 meter dan waktu yang diperlukan untuk

menuju keadaan mantap adalah 3,0631 detik.

Page 35: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 4.1 Defleksi pada badan kendaraan (Zs) untuk harga parameter nominal

Tabel 4.1 Harga Parameter Nominal

Parameter

Harga

Massa kendaraan (Ms)

Massa ban (Mu)

Koefisien peredam (bs)

Koefisien kekakuan pegas (ks)

Koefisien peredam (c)

Koefisien kekakuan ban (kt)

240 Kg

36 Kg

980 Ns/m

16.000 Nm

200 N(s/m)2

160.000 N/m Pada koefisien peredam (harga parameter bs) memberikan harga yang berbeda, sistem

memberikan respons yang berbeda. Unjuk kerja sistem dengan koefisien peredam setengah kali

harga koefisien peredam nominal, harga puncak mengalami penurunan menjadi 0,0093 meter

tetapi waktu mantap menjadi lebih besar 5 detik. Sedang untuk harga koefisien peredam dua kali

harga koefisien peredam nominal menunjukan bahwa harga puncak adalah 0,0130 meter dan

waktu mantap menjadi lebih cepat yaitu 1,5 detik. Gambar 4.2 memperlihatkan perbandingan

grafik defleksi badan kendaraan (Zs) untuk koefisien peredam nominal, koefisien peredam

setengah kali koefisien peredam nominal dan harga koefisien peredam dua kali koefisien

peredam nominal.

Page 36: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 4.2 Defleksi pada badan kendaraan (Zs) untuk berbagai harga koefisien peredam (bs)

Adanya perubahan koefisien kekakuan pegas (harga parameter ks) akan menyebabkan

sistem juga memberikan respons yang berbeda. Unjuk kerja sistem dengan harga koefisien

kekakuan pegas setengah kali harga koefisien kekakuan pegas nominal, harga puncak mengalami

penurunan menjadi 0,0098 meter dengan waktu mantap 2,6079 detik. Sedang untuk harga

koefisien kekakuan pegas dua kali harga koefisien kekakuan pegas nominal, menunjukan bahwa

harga puncak adalah 0,0124 meter dan waktu mantap menjadi lebih cepat yaitu 3,82 detik.

Gambar 4.3 memperlihatkan perbandingan grafik defleksi badan kendaraan (Zs) untuk harga

koefisien kekakuan pegas nominal, koefisien kekakuan pegas setengah kali koefisien kekakuan

pegas nominal dan harga koefisien kekakuan pegas dua kali koefisien kekakuan pegas nominal.

Gambar 4.3 Defleksi pada badan kendaraan (Zs) untuk berbagai harga koefisien kekakuan

Page 37: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

pegas (ks) Pengamatan selanjutnya dilakukan untuk perubahan massa kendaraan (harga parameter

Ms). Gambar 4.4 memperlihatkan perbandingan grafik defleksi badan kendaraan (Zs) untuk

harga massa kendaraan nominal, harga massa kendaraan setengah kali harga massa kendaraan

nominal dan harga massa kendaraan dua kalinya harga massa kendaraan nominal. Unjuk kerja

sistem dengan harga massa kendaraan setengah kali massa kendaraan nominal, harga puncak

mengalami penambahan menjadi 0,0187 meter dengan waktu mantap 1,54 detik. Sedang untuk

harga massa kendaraan dua kali harga massa kendaraan nominal menunjukan penurunan harga

puncak menjadi 0,0064 meter dan waktu mantap menjadi lebih lama yaitu lebih dari 5 detik.

Gambar 4.4 Defleksi pada badan kendaraan (Zs) untuk berbagai harga massa kendaraan (Ms)

Gambar 4.5 memperlihatkan perbandingan grafik defleksi badan kendaraan (Zs) untuk

harga massa ban (harga parameter Mu) nominal, massa ban setengah kali massa ban nominal

dan massa ban dua kali massa ban nominal. Unjuk kerja sistem dengan harga massa ban

setengah kali massa ban nominal, harga puncak mengalami penambahan menjadi 0,0117 meter

dengan waktu mantap 3,1233 detik. Sedang untuk harga massa ban dua kali harga massa ban

nominal menunjukan harga puncak 0,0112 meter dan waktu mantap menjadi 3,07 detik.

Page 38: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 4.5 Defleksi pada badan kendaraan (Zs) untuk berbagai harga massa ban (Mu)

Gambar 4.6 Defleksi badan kendaraan (Zs) untuk berbagai harga koefisien peredam (c).

Gambar 4.6 memperlihatkan hasil simulasi dengan harga koefisien peredam (c) nominal,

setengah kali dan dua kali harga koefisien peredam (c) nominal. Unjuk kerja sistem suspensi

pasif dengan harga koefisien peredam setengah kali harga koefisien peredam nominal

memberikan harga puncak 0,0098 meter dan waktu mantap 3,0783 detik, dan untuk harga

koefisien peredam dua kali harga koefisien peredam nominal diperoleh waktu mantap sama

dengan 3,0032 detik dan harga puncak 0,0122 meter.

Page 39: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Tabel 4.2 menunjukan harga puncak dan waktu mantap untuk harga-harga parameter

yang telah ditunjukkan oleh masing-masing gambar di atas.

Tabel 4.2 Harga Puncak dan Waktu Mantap untuk Berbagai Parameter

Parameter

Harga puncak (meter)

Waktu mantap (detik)

Nominal

Ms=0,5Ms nominal

Ms=2Ms nominal

Mu=0,5Mu nominal

Mu=2Mu nominal

bs=0,5bs nominal

bs=2bs nominal

ks=0,5ks nominal

ks=2ks nominal

c = 0,5 c nominal

c = 2 c nominal

0,0107

0,0187

0,0064

0,0117

0,0112

0,0093

0,0130

0,0098

0,0124

0,0098

0,0122

3,0631

1,54

>5

3,1233

3,07

>5

1,5

2,6079

3,82

3,0783

3,0032

Dari hasil simulasi dengan masukan berupa impuls dapat diketahui bahwa yang paling

cepat untuk mencapai waktu mantap adalah pada harga koefisien peredam dua kali harga

koefisien nominal yaitu 1,5 detik dan harga puncak terendah diperoleh pada harga massa

kendaraan dua kali harga massa kendaraan nominal. Harga massa kendaraan (parameter Ms)

dipengaruhi oleh ada tidaknya penumpang, sehingga tidak bisa diatur sesuai dengan kondisi

permukaan jalan. Dengan demikian untuk memperoleh peredaman gangguan dengan baik perlu

diberikan peredam tambahan yang dapat diatur sesuai dengan kondisi permukaan jalan yang

dilalui.

4.1.2 Unjuk Kerja Sistem Suspensi Pasif Terhadap Gangguan Sinusoida

Page 40: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Untuk mengetahui unjuk kerja sistem suspensi pasif terhadap gangguan sinusoida, maka

sistem diberikan masukan (gangguan) permukaan jalan dengan bentuk sinusoida selama 5 detik

dengan berbagai frekuensi.

Gambar 4.7 Defleksi rata-rata badan kendaraan untuk gangguan sinusoida

Gambar 4.7 menunjukkan adanya pengurangan amplituda defleksi badan kendaraan pada

frekuensi 12,6 rad/s untuk sistem suspensi pasif. Defleksi tertinggi terjadi pada daerah frekuensi

5 rad/s sampai dengan 10 rad/s.

Gambar 4.8 Defleksi rata-rata per untuk gangguan sinusoida

Page 41: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 4.8 memperlihatkan defleksi per tertinggi terjadi pada frekuensi 10 rad/s

kemudian turun secara tajam pada daerah frekuensi 15 rad/s. Untuk frekuensi tinggi amplituda

defleksi semakin berkurang .

4.1.2 Unjuk kerja Sistem Suspensi Pasif terhadap Gangguan Random

Untuk mensimulasikan kendaraan yang melewati permukaan jalan yang sebenarnya digunakan sinyal random (bentuk permukaan jalan adalah merupakan bentuk yang random sehingga dapat diwakili dengan mengambil sinyal random) untuk masukan gangguan pada sistem. Gambar 4.9 adalah grafik dari sinyal random yang digunakan sebagai masukan gangguan pada sistem dengan amplituda 0,1 meter. Untuk respons sistem yang terjadi diperlihatkan pada Gambar 4.10. Dari hasil simulasi dapat diketahui untuk masukkan sinyal random dengan amplituda 0,1 meter suspensi pasif mampu meredam amplituda tersebut menjadi sekitar 0,065 meter.

Gambar 4. 9 Sinyal gangguan random dengan amplituda 0,1 meter

Page 42: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 4.10 Amplituda defleksi badan kendaraan dengan masukan sinyal random

dengan amplituda 0,1 meter

Selanjutnya studi simulasi dilakukan untuk kondisi jalan dengan amplituda lebih kecil

yaitu 0,03 meter. Gambar 4.11 dan Gambar 4.12 masing masing memperlihatkan bentuk

permukaan jalan yang diwakili oleh sinyal random dengan amplituda 0,03 meter dan respons

sistem yang terjadi. Dari hasil simulasi yang diperlihatkan pada Gambar 4.12 dapat diketahui

bahwa sistem suspensi pasif mampu meredam amplituda dari 0,03 meter pada permukaan jalan

menjadi sekitar 0,016 meter pada badan kendaraan.

Gambar 4.11 Sinyal gangguan random dengan amplituda 0,03 meter.

Page 43: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 4.12 Amplituda defleksi badan kendaraan dengan masukan sinyal random

dengan amplituda 0,03 meter.

4.2 Persamaan Gerak Sistem Suspensi Semi-aktif Sistem suspensi semi-aktif merupakan penambahan komponen aktif (berupa peredam

variabel) pada sistem suspensi pasif dengan peredam nonlinier. Gambar 4.13 memperlihatkan

sistem suspensi semi-aktif

Gambar 4.13 Sistemsuspensi semi-aktif

Control

SensorZs

Zu

Zr

kt

ks bs,c bv

Ms

Mu

Page 44: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Pada sistem suspensi semi-aktif hadir komponen aktif bv yang merupakan peredam

variabel yang ditambahkan pada sistem suspensi pasif. Gambar 4.14 memperlihatkan gambar

skematis peredam variabel[4]. Harga koefisien peredam dapat dirubah dengan memperbesar atau

memperkecil aliran fluid dengan melakukan perubahan pada sumber tegangan.

Gambar 4.14 Gambar skematis peredam variabel

Dari gambar 4.13 di atas dapat diperoleh persamaan gerak dari sistem suspensi sebagai

berikut:

M Z k Z Z b b Z Z c Z Z Z Zs s s s u s v s u s u s u

.. . . . . . .( ) ( )( ) ( )+ − + + − + − − = 0 4.1

M Z k Z Z b b Z Z c Z Z Z Z k Z Zu u s s u s v s u s u s u t r u

.. . . . . . .( ) ( )( ) ( ) ( )− − − + − − − − − − = 0 4.2

Dengan menggunakan variabel keadaan seperti pada sistem suspensi pasif yaitu:

x Z Zs u1 = −

x Zs2 =.

x Zu3 =

x Zu4 =.

maka diperoleh:

Saluran fluida

Batang piston

Gas

Piston

Floating piston

Fluid

Silinder dalam

Sumber tegangan V

Page 45: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

x x x1 2 4

.= −

x k M x b M x x c M x x x x bM

x xs s s s sv

s2 1 2 4 2 4 2 4 2 4

.( / ) ( / )( ) ( / )( ) ( )= − − − − − − − −

x x3 4

.=

x k M x b Mu x x c M x x x x k M Z x bM

x xs u s u t u rv

u4 1 2 4 2 4 2 4 3 2 4

.( / ) ( / )( ) ( / )( ) ( / )( ) ( )= + − + − − + − + −

4.3

sehingga diperoleh bentuk persamaan keadaan sebagai berikut:

x Ax B b x x GZv r

.( ( ))= + − +2 4 4.4

xk M b M c M x x b M c M x x

k M b M c M x x k M b M c M x x

xs s s s s s s s

s u s u u t u s u u

. ( / ) ( / ) ( / ) ( / ) ( / )

/ ( / ) ( / ) / ( / ) ( / )

=

−− − − − + −

+ − − − − −

⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

0 1 0 10

0 0 0 12 4 2 4

2 4 2 4

+−⎡

⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

− +

⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

01

01

0002 4

/

/

( )

/

M

M

b x x

k M

Zs

u

v

t u

r 4.5

dan dengan menggunakan β = −M Ms u/ dan UbM

x xv

s

= − −( )2 4 maka:

xk M b M c M x x b M c M x x

k M b M c M x x k M b M c M x x

xs s s s s s s s

s u s u u t u s u u

. ( / ) ( / ) ( / ) ( / ) ( / )

/ ( / ) ( / ) / ( / ) ( / )

=

−− − − − + −

+ − − − − −

⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

0 1 0 10

0 0 0 12 4 2 4

2 4 2 4

Page 46: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

+

⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

+

⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

010

000

β

U

k M

Z

t u

r

/

4.6

Dengan demikian diperoleh persamaan keadaan sebagai berikut:

x Ax BU GZr

.= + + 4.7

dimana:

Ak M b M c M x x b M c M x x

k M b M c M x x k M b M c M x x

s s s s s s s s

s u s u u t u s u u

=

−− − − − + −

+ − − − − −

⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

0 1 0 10

0 0 0 12 4 2 4

2 4 2 4

( / ) ( / ) ( / ) ( / ) ( / )

/ ( / ) ( / ) / ( / ) ( / )

B =

⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

010β

; G

k Mt u

=

⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

000/

Dari persamaan 4.6 dan 4.7 terlihat adanya perbedaan dengan sistem suspensi pasif yaitu dengan hadirnya matriks input B. Sementara matriks A dan G adalah sama dengan sistem suspensi pasif. 4.3 Perancangan Pengontrol Fuzzy

4.3.1 Penentuan Sinyal Kontrol

Perancangan Pengontrol Fuzzy bertujuan agar keluaran pengontrol seperti yang

diinginkan sehingga diperoleh keluaran yang diharapkan. Dalam hal ini diinginkan bahwa

gangguan dari permukaan jalan dapat diminimumkan. Dengan kata lain sinyal kontrol yang

dihasilkan dari Pengontrol Fuzzy digunakan untuk meredam gangguan yang ada.

Page 47: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 4.15 Sistem Kontrol

Sinyal kontrol U merupakan masukan plant yang dihasilkan oleh pengontrol, masukan r dalam hal regulator berharga nol, sinyal informasi yang diterima oleh Pengontrol Fuzzy merupakan sinyal error dan perubahan error defleksi badan kendaraan dimana sinyal error (E) = r - Y dan perubahan error = dE. Sistem yang digunakan sama dengan perumusan sistem pada persamaan 4.7.

4.3.2 Penyusunan Basis Data

Dalam penelitian ini, Pengontrol Fuzzy yang dirancang adalah Pengontrol Fuzzy dengan

dua masukan - satu keluaran. Dua masukan masing-masing berupa sinyal error dan perubahan

sinyal error sedangkan keluarannya akan menjadi sinyal masukan plant.

Masukan dan keluaran masing-masing dibagi dalam jumlah himpunan fuzzy yang sama. Fungsi keanggotaan yang digunakan untuk masing-masing himpunan fuzzy adalah fungsi segitiga. Fungsi ini dapat dinyatakan sebagai :

( )( )

µ( ) ,,

x xb

ab

ab

= + − ≤+ + ≤ ≤

⎨⎪

⎩⎪

0, jika x < (a -b) atau x > (a +b) jika (a -b) x < a

- jika a x (a +b) xb

11

4.8

Gambar fungsi segitiga dapat dilihat pada Gambar 4.16.

r +

-

Pengontrol

U

Gangguan

Plant Y

Page 48: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Semesta pembicaraan masukan dibagi dalam 3 himpunan fuzzy masing-masing adalah

sebagai berikut:

Negatif(N)

Nol (ZE)

Positif (P)

Gambar fungsi keanggotaan dapat dilihat pada Gambar 4.17.

Gambar 4.17 Fungsi Segitiga

Gambar 4.18 Fungsi Keanggotaan dan Variabel Linguistik

Dalam hal ini R disebut jangkauan (range). Untuk himpunan fuzzy yang memiliki nilai

linguistik paling kecil atau paling besar, fungsi keanggotaannya adalah seperti terlihat pada

Gambar 4.18. Fungsi keanggotaan untuk himpunan fuzzy dengan nilai linguistik paling kecil

adalah:

b

1

a b x

µ( )x

N ZE 1 P

-R 0 R x

µ( )x

Page 49: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

( )

µ( ),

xxb

Rb

=− + − ≤ ≤

⎨⎪

⎩⎪

1, jika x < -R 0, jika x > (R + b)

jika - R x (-R + b)1 4.9

Sedang untuk himpunan fuzzy dengan nilai linguistik paling besar fungsi

keanggotaannya adalah sebagai berikut:

( )

µ( ),

xxb

Rb

=+ − ≤ ≤

⎨⎪

⎩⎪

1, jika x < R 0, jika x > (R - b)

jika (R - b) x R 1 4.10

Gambar 4.19 Fungsi Keanggotaan untuk Himpunan Fuzzy dengan Nilai Linguistik

Paling Kecil dan Paling Besar

Berdasar dari hasil analisa suspensi pasif dan dilakukan penyesuaian dengan coba-coba

(trial and error) sampai diperoleh pengontrol yang baik, didapatkan untuk masukan E dan DE

masing-masing mempunyai jangkauan -0,03 sampai dengan 0,03 untuk E dan untuk DE

mempunyai jangkauan -0,25 sampai 0,25, sehingga fungsi keanggotaan untuk masing-masing

masukan tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.20 dan Gambar 4.21.

1µ( )x

-R 0 R x

N ZE 1 P

-0,03 0 0,03 E

µ( )E

Page 50: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 4.20 Fungsi Keanggotaan dan Variabel Linguistik untuk E

Gambar 4.21 Fungsi Keanggotaan dan Variabel Linguistik untuk DE

Dengan cara yang sama diperoleh jangkauan untuk keluran U yaitu -8,5 sampai dengan 8,5. Gambar 4.22 memperlihatkan fungsi keanggotaan dan variabel linguistik untuk keluaran (U).

Gambar 4.22 Fungsi Keanggotaan dan Variabel Linguistik untuk U

4.3.3 Penyusunan Basis Kaidah

Kaidah atur disusun berdasarkan dari sinyal keluaran yang berupa error dan beda error

yang umumnya melibatkan unsur pengalaman, yang pada prinsipnya dapat dinyatakan sebagai

berikut:

N ZE 1 P

-0,25 0 0,25 DE

µ( )DE

N ZE 1 P

-8,5 0 8,5 U

µ( )u

Page 51: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

1. Jika variabel yang dikontrol telah mencapai harga yang diinginkan (dalam hal regulator

harga yang diinginkan adalah nol) dan turunan variabel tersebut adalah nol maka masukan

plant adalah nol.

2. Jika variabel mengalami deviasi dari harga yang diinginkan maka aksi kontrol tergantung

dari tanda besarnya deviasi dan turunan deviasi tersebut.

Untuk pengontrol dengan tiga nilai linguistik diperoleh aturan kontrol yang bisa

dinyatakan seperti pada Tabel 4.3. Elemen matriks menyatakan perubahan masukan pada sistem

yang harus diberikan sehubungan dengan adanya kombinasi error (E) dan perubahan error (DE)

pada masukan pengontrol sesuai dengan baris dan kolom pada matriks tersebut.

Tabel 4.3 Matriks aturan kontrol

DE E

P

ZE

N

P

P

P

P

ZE

P

ZE

N

N

N

N

N

Dengan melihat kemungkinan keluaran yang akan diperoleh dapat diturunkan aturan

kontrol berdasarkan penalaran sederhana atas kecenderungan keluaran sebagai fungsi waktu.

Dengan menggunakan aturan seperti pada Tabel 4.3 selanjutnya dapat diperoleh 9 aturan kontrol.

Setiap aturan memberikan kontribusi terhadap pasangan error (E) dan perubahan error (DE) yang

menjadi masukan bagi pengontrol fuzzy. Hasil akhirnya merupakan pengontrol yang diperoleh

melalui proses defuzzifikasi. Adapun ke sembilan aturan kontrol tersebut adalah sebagai berikut:

R1 : If E is P and DE is P then U is P

Page 52: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

R2 : If E is P and DE is ZE then U is P

R3 : If E is P and DE is N then U is P

R4 : If E is ZE and DE is P then U is P

R5 : If E is ZE and DE is ZE then U is ZE

R6 : If E is ZE and DE is N then U is N

R7 : If E is N and DE is P then U is N

R8 : If E is N and DE is ZE then U is N

R9 : If E is N and DE is N then U is N

4.3.3 Defuzzifikasi

Keluaran dari pengontrol fuzzy umumnya terdiri atas beberapa besaran linguistik,

masing-masing dengan derajat keanggotaan tertentu. Untuk bisa digunakan sebagai masukan

bagi plant, maka besaran linguistik ini harus dikonversi menjadi besaran numerik. Metoda

defuzzifikasi yang digunakan pada penelitian ini adalah metoda COA (Centre of Ares) atau yang

lebih dikenal dengan metode titik berat.

Strategi COA ini menghasilkan pusat gravitasi (titik berat) dari distribusi kemungkinan

suatu aksi kontrol.

Page 53: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

V HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN

5.1 Unjuk Kerja Sistem dengan Gangguan Impuls

Untuk mensimulasikan sistem suspensi semi-aktif dengan pengontrol logika fuzzy yang

dirancang dengan gangguan impuls, dilakukan studi simulasi pada beberapa kondisi kendaraan

seperti yang telah dilakukan pada sistem suspensi pasif. Respons sistem hasil simulasi

dibandingkan dengan respons sistem pada sistem suspensi pasif.

Suatu sistem dikatakan baik apabila diberi gangguan dapat menetralisir atau mengurangi

gangguan tersebut sehingga yang dirasakan sekecil mungkin. Untuk itu harga puncak diusahakan

serendah-rendahnya dan waktu mantap sesingkat mungkin. Gambar 5.1 memperlihatkan

defleksi yang dialami oleh badan kendaraan apabila diberi gangguan berupa impuls untuk sistem

suspensi pasif dan sistem suspensi semi-aktif.

Gambar 5.1 Defleksi badan kendaraan (Zs) untuk suspensi pasif dan suspensi semi-aktif

dengan gangguan impuls.

Dari Gambar 5.1 dapat diketahui bahwa massa badan kendaraan telah menjadi stabil

setelah 3,0631 detik untuk suspensi pasif, sedang pada suspensi semi-aktif mengalami penurunan

waktu yaitu menjadi 0,2890 detik untuk menjadi stabil. Harga puncak juga mengalami

penurunan yang berarti yaitu pada suspensi pasif mempunyai harga puncak 0,0107 meter sedang

pada suspensi semi-aktif menjadi 0,0075 meter. Ini berarti bahwa massa kendaraan lebih cepat

kembali ke posisi semula pada suspensi semi-aktif dari pada suspensi pasif. Demikian juga harga

Page 54: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

puncak yang lebih kecil pada suspensi semi-aktif dibanding dengan suspensi pasif. Artinya

dengan penambahan komponen aktif pada suspensi pasif dapat memperbaiki unjuk kerja dari

sistem suspensi.

Suspensi semi-aktif juga mempunyai keunggulan bila dibanding dengan sistem suspensi

aktif diantaranya adalah membutuhkan gaya redam yang lebih sedikit. Disamping itu dalam segi

keamanan sistem suspensi semi-aktif yang dirancang lebih andal dengan adanya komponen pasif

dalam suspensi semi-aktif, sehingga apabila terjadi kegagalan sistem kontrol komponen pasif

masih mampu untuk bekerja dengan baik.

5.1.1 Pengaruh Perubahan Harga Koefisien Peredam (bs) Terhadap Gangguan Impuls

Pengaruh perubahan harga koefisien peredam (bs) (parameter lainnya tetap) terhadap

unjuk kerja sistem suspensi semi-aktif yang dirancang dengan gangguan impuls terlihat dalam

Gambar 5.2.

Gambar 5.2 Pengaruh perubahan koefisien peredam (bs) pada defleksi badan kendaraan (Zs)

dengan gangguan impuls

Gambar 5.2 menunjukan bahwa dengan adanya perubahan harga koefisien peredam,

unjuk kerja sistem untuk harga koefisien peredam setengah kali harga koefisien peredam

nominal, diperoleh bahwa harga puncak mengalami penurunan menjadi 0,0058 meter tetapi

waktu mantap mengalami kenaikan menjadi 0,6466 detik. Pada harga koefisien peredam dua kali

harga koefisien peredam nominal baik harga puncak maupun waktu mantap mengalami kenaikan

Page 55: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

dibanding dengan pada harga koefisien peredam nominal. Untuk harga puncak menjadi 0,0099

meter dari 0,0075 meter pada harga koefisien peredam nominal dan untuk waktu mantap naik

menjadi 0,5451 detik.

5.1.2 Pengaruh Perubahan Harga Koefisien Kekakuan Pegas (ks) Terhadap Gangguan

Impuls

Simulasi selanjutnya dilakukan untuk mengamati unjuk kerja sistem suspensi semi-aktif

yang dirancang dengan adanya perubahan harga koefisien kekakuan pegas (ks). Gambar 5.3

memperlihatkan unjuk kerja sistem untuk harga koefisien kekakuan pegas nominal, harga

koefisien kekakuan pegas setengah kali harga koefisien kekakuan pegas nominal, harga koefisien

kekakuan pegas dua kali harga koefisien kekakuan pegas nominal dan unjuk kerja dari sistem

suspensi pasif.

Gambar 5.3 Pengaruh perubahan koefisien kekakuan pegas (ks) pada defleksi badan

kendaraan (Zs) dengan gangguan impuls

Untuk harga koefisien kekakuan pegas setengah kali harga koefisien kekakuan pegas

nominal (parameter lainnya tetap), dari Gambar 5.3 diketahui bahwa harga puncak mengalami

penurunan bila dibandingkan dengan harga nominalnya. Harga puncak turun menjadi 0,0069

meter dari 0,0107 meter. Sedangkan untuk waktu mantapnya mengalami kenaikan yang cukup

besar yaitu menjadi 0,7176 detik dari 0,2890 detik. Pengamatan untuk harga koefisien kekakuan

Page 56: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

pegas dua kali harga koefisien kekakuan pegas nominal, menunjukan harga puncak naik menjadi

0,0089 meter dari 0,0107 meter pada harga nominalnya. Demikian juga waktu mantapnya

mengalami kenaikan yaitu menjadi 0,8600 detik dari 0,2890 detik.

5.1.3 Pengaruh Perubahan Harga Massa Kendaraan (Ms) Terhadap Gangguan Impuls

Gambar 5.4 memperlihatkan unjuk kerja sistem dengan gangguan impuls dengan harga

massa kendaraan nominal, harga massa kendaraan setengah kali massa kendaraan nominal,

massa kendaraan dua kali massa kendaraan nominal dan unjuk kerja dari sistem suspensi pasif.

Unjuk kerja sistem dengan harga massa kendaraan setengah kali harga massa kendaraan

nominal, menunjukkan harga puncak yang naik menjadi 0,0158 meter dari 0,0075 meter pada

harga nominalnya. Demikian juga waktu mantap mengalami penambahan menjadi 0,5893 detik

dari 0,2890 detik pada harga nominalnya. Selanjutnya jika harga massa kendaraan dua kali harga

massa kendaraan nominal, harga puncaknya menurun dari 0,0075 meter pada harga nominal

menjadi 0,0034 meter. Waktu mantapnya mengalami penambahan dari 0,290 detik menjadi

0,4282 detik.

Gambar 5.4 Pengaruh perubahan massa kendaraan (Ms) pada defleksi badan kendaraan (Zs)

dengan gangguan impuls

Page 57: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

5.1.4 Pengaruh Perubahan Harga Massa Ban/Roda (Mu) Terhadap Gangguan Impuls

Gambar 5.5 Pengaruh perubahan massa ban (Mu) pada defleksi badan kendaraan (Zs)

dengan gangguan impuls

Pengaruh perubahan harga massa ban (parameter lainnya tetap) terhadap unjuk kerja

sistem suspensi semi-aktif dengan gangguan impuls terlihat dalam Gambar 5.5. Untuk harga

massa ban setengah kali massa ban nominal diperoleh bahwa harga puncak mengalami

penambahan menjadi 0,0088 meter demikian juga waktu mantap mengalami kenaikan menjadi

0,7597 detik. Pada harga massa ban dua kali massa ban nominal, harga puncak mengalami

sedikit penurunan sedangkan waktu mantap mengalami kenaikan dibanding dengan Mu

nominal. Untuk harga puncak menjadi 0,0058 meter dari 0,0075 meter pada Mu nominal dan

untuk waktu mantap naik menjadi 0,6677 detik.

5.1.5 Pengaruh Perubahan Koefisien Peredam (c) Terhadap Gangguan Impuls

Pengaruh perubahan harga koefisien peredam (c) yang merupakan komponen nonlinier

pada peredam memberikan respons sistem seperti diperlihatkan pada Gambar 5.6. Dari hasil

simulasi dapat diketahui bahwa untuk harga koefisien peredam (c) setengah kali harga coefisien

peredam (c) nominal, harga puncak menjadi 0,0067 meter dari 0,0075 meter dan untuk waktu

Page 58: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

mantapnya menjadi 0,3880 detik dari 0,2890 detik. Pada harga koefisien peredam dua kali harga

koefisien peredam nominal, waktu mantap naik menjadi 0,4059 detik dari 0,2890 detik juga

harga puncak mengalami kenaikan dari 0,0075 meter menjadi 0,0091 meter.

Gambar 5.6 Pengaruh perubahan koefisien peredam (c) pada defleksi badan kendaraan (Zs)

dengan gangguan impuls

Untuk perbandingan antara harga puncak dan waktu mantap dari masing-masing

perubahan parameter dapat dilihat pada Tabel 5.1.

Tabel 5.1 Perbandingan harga puncak dan waktu mantap

Page 59: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Parameter

Harga puncak (meter)

Waktu mantap

(detik) Suspensi pasif (nominal)

Suspensi semi-aktif (nominal)

bs = 0,5 bs nominal

bs = 2 bs nominal

ks = 0,5 ks nominal

ks = 2 ks nominal

Ms = 0,5 Ms nominal

Ms = 2 Ms nominal

Mu = 0,5 Mu nominal

Mu = 2 Mu nominal

c = 0,5 c nominal

c = 2 c nominal

0,0107

0,0075

0,0058

0,0099

0,0069

0,0089

0,0158

0,0034

0,0088

0,0058

0,0067

0,0091

3,0631

0,2890

0,6466

0,5451

0,7176

0,8600

0,5893

0,4282

0,7597

0,6677

0,3880

0,4059 Dari hasil simulasi dengan masukan berupa impuls untuk beberapa parameter yang

berbeda dapat diketahui bahwa harga puncak yang paling rendah diberikan pada harga parameter

Ms (massa kendaraan) dua kali harga parameter Ms nominal, sedang untuk harga puncak paling

tinggi diberikan pada harga parameter Ms (massa kendaraan) setengah kali harga parameter Ms

nominal. Waktu mantap yang paling cepat diberikan pada harga parameter nominal, dan untuk

waktu mantap yang paling lama diberikan pada harga parameter ks (koefisien kekakuan pegas)

dua kali harga parameter ks nominal. Hasil tersebut bila dibandingkan dengan hasil simulasi

dengan sistem suspensi pasif menunjukan hasil yang lebih bagus baik untuk harga puncak

maupun waktu mantapnya.

5.2 Unjuk Kerja Sistem dengan Gangguan Sinusoida

Jika sistem diberi suatu gangguan berupa sinusoida, maka hasil dari simulasi dapat dilihat

pada Gambar 5.7 dan Gambar 5.8. Dapat diamati bahwa defleksi badan kendaraan mengalami

penurunan pada frekuensi rendah bila dibandingkan dengan sistem suspensi pasif, tetapi pada

frekuensi tinggi ( diatas 12,6 rad/det) defelksi badan kendaraan dengan sistem suspensi pasif

lebih kecil bila dibandingkan dengan sistem suspensi semi-aktif yang dirancang.

Page 60: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 5.7 Defleksi rata-rata badan kendaraan (Zs) akibat gangguan berbentuk sinusoida

Gambar 5.8 Defleksi rata-rata per (Zs - Zu) akibat gangguan berbentuk sinusoida.

Gambar 5.8 memperlihatkan defleksi yang terjadi pada per untuk sistem suspensi pasif

dan pada sistem suspensi semi-aktif dengan pengontrol logika fuzzy yang dirancang. Secara

umum, dapat diamati bahwa hampir disemua daerah frekuensi, defleksi per pada sistem suspensi

semi-aktif yang dirancang mengalami penurunan bila dibandingkan pada sistem suspensi pasif.

5.3 Unjuk Kerja Sistem dengan Gangguan Random

Untuk mensimulasikan sistem yang dirancang mendapat gangguan permukaan jalan

seperti yang sesungguhnya digunakan sinyal random untuk mewakili ketidakrataan jalan yang

Page 61: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

dilaluinya. Bentuk sinyal random yang digunakan baik untuk sinyal random dengan amplituda

0,1 meter maupun sinyal random dengan amplituda 0,03 meter, sama seperti yang digunakan

pada simulasi unjuk kerja sistem suspensi pasif. Gambar 5.9 memperlihatkan gangguan yang

dirasakan pada badan kendaraan untuk sistem suspensi pasif dan sistem suspensi semi-aktif

dengan pengontrol logika fuzzy yang dirancang.

Gambar 5.9 Defleksi pada badan kendaraan akibat gangguan random dengan harga

amplituda 0,1 meter.

Dari Gambar 5.9 dapat diamati bahwa pada gangguan yang sama, sistem suspensi semi-

aktif yang dirancang mampu memberikan peredaman yang lebih baik bila dibandingkan sistem

suspensi pasif.

Pada bentuk permukaan jalan yang diwakili oleh sinyal random dengan amplituda 0,03

meter, hasil simulasi dengan menggunakan sistem suspensi semi-aktif yang dirancang dan

dengan sistem suspensi pasif diperlihatkan pada Gambar 5.10.

Page 62: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 5.10 Amplituda defleksi badan kendaraan akibat pengaruh gangguan dengan

amplituda 0,03 meter.

Dari hasil simulasi seperti yang diperlihatkan pada Gambar 5.10, dapat diketahui bahwa

sistem suspensi semi-aktif yang dirancang mampu memberikan peredaman terhadap gangguan

permukaan jalan yang diwakili sinyal random dengan amplituda 0,03 meter lebih baik

dibandingkan dengan menggunakan sistem suspensi pasif. 5.4 Faktor keamanan dan Kenyamanan

5.4.1 Faktor keamanan

Faktor keamanan dipengaruhi oleh daya lekat ban pada permukaan jalan dan defleksi per

pada sistem suspensi. Untuk memberikan faktor keamanan yang baik maka diusahakan agar ban

dapat melekat pada permukaan jalan dengan baik dan defleksi per diusahakan sekecil mungkin.

Gambar 5.11 memperlihatkan defleksi ban yang terjadi untuk daerah frekuensi sampai dengan 25

rad/s. Daerah frekuensi pada penelitian ini diambil dari penelitian yang dilakukan pada acuan

[4].

Page 63: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Gambar 5.11 Defleksi rata-rata ban untuk gangguan sinusoida Defleksi ban pada frekuensi rendah (dibawah 10 rad/det) pada sistem suspensi semi-aktif

mengalami penurunan bila dibanding dengan sistem suspensi pasif. Sedangkan untuk frekuensi

tinggi sistem suspensi pasif memberikan harga defleksi ban yang lebih kecil dibandingkan

dengan sistem suspensi semi-aktif yang dirancang. Ini berarti untuk daya lekat ban pada

frekuensi rendah, pada sistem suspensi semi-aktif dengan pengontrol logika fuzzy yang

dirancang memberikan hasil yang lebih baik.

Defleksi per (Gambar 5.8) pada sistem suspensi semi-aktif yang dirancang memberikan

harga defleksi yang lebih kecil hampir disemua daerah frekuensi. Ini berarti bahwa pada sistem

suspensi semi-aktif yang dirancang memberikan tingkat keamanan yang lebih baik, karena

dengan defleksi per yang kecil akan memberikan gaya tekan kebawah yang lebih besar pada ban

ke permukaan jalan. Dengan demikian secara umum sistem suspensi semi-aktif dengan

pengontrol logika fuzzy yang dirancang memberikan faktor keamanan yang lebih baik bila

dibanding dengan sistem suspensi pasif.

5.4.2 Faktor kenyamanan

Faktor kenyamanan ditentukan oleh percepatan gerak vertikal badan kendaraan. Semakin

kecil percepatan gerak vertikal badan kendaraan, akan semakin baik pula faktor kenyamanannya.

Dari hasil simulasi dapat diketahui bahwa pada frekuensi rendah (± di bawah 12,6 rad/detik )

sistem suspensi semi-aktif dapat memberikan kenyamanan yang lebih baik dibanding pada

sistem suspensi pasif, sedang pada frekuensi tinggi (± di atas 12,6 rad/detik ) suspensi pasif

Page 64: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

masih menunjukkan kelebihannya. Gambar 5.12 memperlihatkan percepatan rata-rata pada

badan kendaraan untuk kondisi gangguan pada berbagai daerah frekuensi.

Ganbar 5.12 Percepatan rata-rata badan kendaraan untuk gangguan sinusoida

Page 65: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

Dari hasil analisa yang telah diuraikan di atas dapat ditarik beberapa kesimpulan dari

penggunaan Pengontrol Fuzzy dalam sistem suspensi semi-aktif dengan peredam nonlinier, di

antaranya adalah sebagai berikut :

1. Sistem suspensi semi-aktif yang dirancang mampu meminimumkan gangguan yang

dirasakan pada badan kendaraan lebih baik bila dibandingkan dengan sistem suspensi

pasif, yaitu harga puncak defleksi badan kendaraan dapat ditekan menjadi 0,0075

meter dari 0,0107 meter pada sistem suspensi pasif.

2. Sistem suspensi yang dirancang mampu mempercepat waktu mantap bila

dibandingkan dengan sistem suspensi pasif, yaitu 3,0631 detik pada sistem suspensi

pasif menjadi 0,2890 detik sehingga dalam hal kenyamanan untuk faktor lamanya

getaran, sistem suspensi semi-aktif lebih baik.

3. Faktor kenyamanan pada suspensi semi-aktif yang dirancang lebih baik dibanding

sistem pasif pada frekuensi dibawah 12 rad/detik.

4. Faktor keamanan pada sistem suspensi semi-aktif yang dirancang, secara umum lebih

baik bila dibandingkan dengan sistem suspensi pasif.

6.2 Saran-saran

Perancangan sistem suspensi semi-aktif dengan peredam nonlinier menggunakan

Pengontrol Logika Fuzzy ini masih perlu dilakukan perbaikan-perbaikan sebagai berikut:

1. Memberikan pembatas pada kemampuan aktuator dan sensor yang digunakan.

2. Memperhitungkan faktor ketidaklinieran pada pegas yang digunakan.

Untuk penelitian lebih lanjut, perancangan suspensi semi-aktif dengan Pengontrol

59

Page 66: LAPORAN PENELTIAN PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUSPENSI …elektro.undip.ac.id/sumardi/www/DataPribadi/Laporan lengkap dosen... · perancangan sistem kontrol suspensi semi-aktif menggunakan

Logika Fuzzy ini dapat dikembangkan antara lain:

1. Perancangan dilakukan dengan menggunakan model kendaraan setengah atau penuh

sehingga pengaruh gerakan horisontal dan lateral dapat dianalisa.

2. Merancang prototipe yang menggunakan perangkat sistem suspensi semi-aktif

sehingga dapat dilakukan simulasi secara on-line.

3. Merancang sistem kontrol cerdas yang dapat mematikan sistem kontrol apabila sistem

suspensi pasif mempunyai unjuk kerja yang lebih baik bila dibandingkan dengan

sistem suspensi semi-aktif.