Dosen Pembimbing :Hendro Nurhadi, Dipl. –Ing. Ph.D.
Oleh :Bagus AR2105100166
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
Control system : keluaran (output) dari sistem sesuai dengan referensi yang diinginkan Non linear Perubahan parameter
Sistem inverted pendulum : mensimulasikan sebuah mekanisme kontrol untuk mengatur permasalahan kestabilan kestabilan
teknik kontrol adaptif PID
PERUMUSAN MASALAH
cara mengatur posisi pendulum sehingga berada pada titik equilibriumnya dengan toleransi osilasi masih disekitar area stabilisasi yaitu sekitar 20% (overshoot)
BATASAN MASALAH
linear time invariant gerak pendulum meliputi
2 dimensi 2 derajat kebebasan
memiliki variable yang sudah ditentukanM=0.5 kg m=0.2 kg l=0.3 mb=0.1 N/m/sec i=0.006 kg.m2 g=9.8 m/s2
γ=1input gaya impulse sebesar 1 N
Desain system dan algoritma control disimulasikan dengan software SIMULINK/MATLAB versi 7.9
TUJUAN
mendesain adaptive PID controller untuk mengetahui
sistem inverted pendulummenjaga kestabilan
simulasi adaptive PID controller pada sistem inverted pendulum dengan menggunakan simulink MATLAB versi 7.9
TINJAUAN PUSTAKA
HASIL PENELITI TERDAHULU
Lam [11]tujuan utama dari sistem pendulum terbalik adalah menjaga kesetimbangan pendulum dalam posisi tegak atau vertikal dengan mengaplikasikan sebuah gaya dorong (input) pada motor
Martin Foltin [9]Penyesuaian parameter kontroler adaptive PID adalah setelah mengenali prilaku dari closed loop, setelah adanya kerusakan dari transient mode atau kehilangan bagian darinya
HASIL PENELITI TERDAHULU
Feng Lin [13]algoritma untuk tuning PID yang dikemukakan mempunyai banyak keuntungan pada aplikasinya, khususnya kesederhanaan dan kebebasan dari model plant. Simulasi yang dihasilkan terlihat baik untuk berbagai situasi: linier atau nonlinier, stabil atau tidak stabil dari plant.
Sofyan Tan [10]sistem kontrol PID dengan koefisien adaptif berhasil dibangun dan dievaluasi. Kontrol adaptif model reference ini dibangun dengan menambahkan algoritma simultaneous perturbation untuk menyesuaikan koefisien P, I, dan D dari sebuah kontroler PID
KARAKTERISTIK INVERTED PENDULUM
Taklinear dan takstabil. Dapat dilinearkan di sekitar titik kesetimbangan. Kompleksitasnya dapat ditingkatkan. Dapat diterapkan dalam sistem nyata
PENGERTIAN ADAPTIVE
Pengertian umum”to adapt” = mengubah tingkah laku atau karakteristik untuk menyesuaikan diri terhadap keadaan yang baru atau yang tidak diketahui
PENGERTIAN ADAPTIVE
sistem kontrol adaptive terdiri dari 2 loop tertutup
loop pertama adalah normal feedback control terhadap plant dan kontroler
loop yang kedua adalah loop dengan parameter adjustment
PENGERTIAN ADAPTIVE
Gambar blok diagram sistem adaptif [1]
KARAKTERISTIK RESPON
Karakteristik Respon Waktu (Time Respons)spesifikasi performansi pengamatan bentuk respon output sistem terhadap berubahnya waktu Spesifikasi Respon Transient Spesifikasi Respon Steady State
KARAKTERISTIK RESPON
Spesifikasi Respon Transientmulai saat terjadinya perubahan sinyal input/gangguan/beban sampai respon masuk dalam keadaan steady statetolak ukur: rise time, delay time, peak time, settling time, dan %overshoot.
Spesifikasi Respon Steady Statespesifikasi respon sistem yang diamati mulaisaat respon masuk dalam keadaan steady state sampai waktu tak terbatastolak ukur: % eror steady state
KARAKTERISTIK RESPON
Karakteristik Respon Frekuensi (Frequency Respons)spesifikasi performansi pengamatanmagnitude dan sudut fase dari penguatan/gain (output/input) sistem untuk masukan sinyalsinus
MODEL INVERTED PENDULUM
Dimana :massa kereta (M)=0.5 kgMassa pendulum (m)=0.2 kgkoefisien gesek (b)=0.1N/m/secpanjang pendulum (l)=0.3mmomen inersia (i)= 0.006 kg.m2
material pendulum adalah baja percepatan gravitasi (g)=9.8m/s2
Model skematik inverted pendulum
FUNGSI TRANSFER & STATE SPACE
Fungsi transfer
State Space
KONTROLER PIDProporsional (P)Karakteristik :
Menambah atau mengurangi kestabilan Dapat memperbaiki respon transien Mengurangi Error steady state
Integral (I)Karakteristik :
Menghilangkan Error Steady State Respon lebih lambat Dapat menimbulkan ketidakstabilan
Derivatif (D)Karakteristik :
Memberikan efek redaman pada sistem yang berosilasi Memperbaiki respon transien, karena memberikan aksi saat ada
perubahan error D hanya berubah saat ada perubahan error, sehingga saat ada error
statis D tidak beraksi
KONTROLER PIDProporsional (P)Karakteristik :
Menambah atau mengurangi kestabilan Dapat memperbaiki respon transien Mengurangi Error steady state
Integral (I)Karakteristik :
Menghilangkan Error Steady State Respon lebih lambat Dapat menimbulkan ketidakstabilan
Derivatif (D)Karakteristik :
Memberikan efek redaman pada sistem yang berosilasi Memperbaiki respon transien, karena memberikan aksi saat ada
perubahan error D hanya berubah saat ada perubahan error, sehingga saat ada error
statis D tidak beraksi
u(t))
KONTROLER PIDBlok diagram PID :
)()()()(
)()(1)()(
)()(1)()(0
ssEKsEs
KsEKsU
ssETsEsT
sEKsU
dttdeTdtte
TteKtu
di
p
di
p
t
di
p
++=
++=
++= ∫
KONTROLER PIDPenalaan Paramater Kontroler PID
Dasar tinjauan terhadap karakteristik yang diatur (Plant)
Tujuan mendapatkan kinerja sistem sesuai spesifikasi perancangan (Ogata)
Metode Tuning Ziegler-NicholsTabel tetapan empiris metode ZN
Pengendali P PI PID
Ku Ku/0,5 Ku/0,45 Ku/0,6
τI - Tu/1,2 Tu/2
τD - - Tu/8
METODOLOGI PENELITIAN
DIAGRAM ALIR PENELITIAN
start
Design of research(problem statement background,
purpose, methodology)
System model(transfer function & state space)
e 0t inf
Designing PID controller
e 0t inf
Optimizing“adaptive”
P DI
e 0t inf
plant
analysis
end
N
N
N
Y
Y
Literature review
Y
PERANCANGAN MODEL SISTEM DENGANSIMULINK MATLABpemodelan simulink dari inverted pendulum
PERANCANGAN KONTROLER PIDDENGAN SIMULINK MATLABPemodelan simulink dari kontroler PID
PERANCANGAN KONTROLER PIDDENGAN SIMULINK MATLAB
PERANCANGAN KONTROLER PIDDENGAN SIMULINK MATLABBlok diagram kontroler Adaptive PID
ANALISA HASIL SIMULASI
ANALISA SIMULASI OPEN-LOOP
Gambar Skema Open-loop pada simulink MATLAB
Gambar Hasil simulasi open-loop sistem
0 2 4 6 8 100
10
20
30
40
50
60
thet
a (ra
d)
Time (sec)
ANALISA SIMULASI CLOSED-LOOP
Gambar Skema closed-loop pada simulink MATLAB
CLASSICAL PID DAN ADAPTIVE PID TANPA GANGGUAN settling time sekitar 1,645 detik dan overshoot sekitar 0,041
rad (20%) untuk classical PID. adaptive PID juga dapat distabilkan dengan settling time
sekitar 7 detik walaupun nilainya belum pas di nol atausangat kceil sekali selisihnya yaitu 0,0005rad, sedangkannilai overshootnya juga lebih kecil dari classical PID yaitusekitar 0,033 rad (20%).
Gambar Hasil simulasi posisi sudut pendulum tanpa gangguan0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-0.005
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
thet
a (ra
d)
Time (sec)
classical PIDadaptive PID
CLASSICAL PID DAN ADAPTIVE PID TANPA GANGGUAN
(1) (2) (3)Ket :(1) Gambar Hasil simulasi posisi tanpa gangguan(2) Gambar Hasil simulasi kecepatan tanpa gangguan(3) Gambar Hasil simulasi percepatan tanpa gangguan
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
0.2
0.4
0.6
0.8
1
x (m
)
Time (sec)
classical PIDadaptive PID
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
v (m
/s)
Time (sec)
classical PIDadaptive PID
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
a (m
/s2)
Time (sec)
classical PIDadaptive PID
CLASSICAL PID DAN ADAPTIVE PID DENGAN GANGGUAN
Gambar Hasil simulasi posisi sudut pendulum dengan
gangguan 0,5 rad
Kasus 1. rata-rata dan varian gangguan adalah 0,5 rad
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.01
-0.005
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
thet
a (ra
d)
Time (sec)
classical PIDadaptive PID
ControlerClassical
PIDAdaptive PID
Overshoot (rad) 0,043 0,035
Settling time
(sec)2,4 2,54
Steady state
error (5%)0,0108 0,0088
Error maks 0.0128 0.0069
Error min -0.0021 -0.0091
Rata-rata error 1.7787 -0.0294
Standard deviasi 1.8063 0.0295
CLASSICAL PID DAN ADAPTIVE PID DENGAN GANGGUAN
(1) (2) (3)Ket :(1) Gambar Hasil simulasi posisi dengan gangguan(2) Gambar Hasil simulasi kecepatan dengan gangguan(3) Gambar Hasil simulasi percepatan dengan gangguan
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
x (m
)
Time (sec)
classical PIDadaptive PID
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
v (m
/s)
Time (sec)
classical PIDadaptive PID
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
a (m
/s2)
Time (sec)
classical PIDadaptive PID
CLASSICAL PID DAN ADAPTIVE PID DENGAN GANGGUAN
Gambar Hasil simulasi posisi sudut pendulum dengan
gangguan 10 rad
Kasus 1. rata-rata dan varian gangguan adalah 10 rad
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
thet
a (ra
d)
Time (sec)
classical PIDAdaptive PID
ControlerClassical
PIDAdaptive PID
Overshoot (rad) 0,137 0,06
Settling time
(sec)2,365 1,953
Steady state
error (5%)0,2026 0,0147
Error maks 0.1403 0.0113
Error min 0.0751 -0.0150
Rata-rata error 0.1090 0.0001
Standard deviasi 0.0126 0.0059
CLASSICAL PID DAN ADAPTIVE PID DENGAN GANGGUAN
(1) (2) (3)Ket :(1) Gambar Hasil simulasi posisi dengan gangguan(2) Gambar Hasil simulasi kecepatan dengan gangguan(3) Gambar Hasil simulasi percepatan dengan gangguan
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
x (m
)
Time (sec)
classical PIDadaptiva PID
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
v (m
/s)
Time (sec)
classical PIDadaptive PID
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
a (m
/s2)
Time (sec)
classical PIDadaptive PID
ANALISA SIMULASI LOOK UP TABLEKasus 1. rata-rata dan varian gangguan adalah 0,5 rad
Kasus 1. rata-rata dan varian gangguan adalah 10 rad
Gambar look up table classicalPID dengan gangguan 0,5
Gambar look up table classical PID dengan gangguan 10
-0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
theta (rad)
thet
a do
t (ra
d/s)
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
theta
thet
a do
t
ANALISA SIMULASI LOOK UP TABLEKasus 1. rata-rata dan varian gangguan adalah 0,5 rad
Kasus 1. rata-rata dan varian gangguan adalah 10 rad
Gambar look up table adaptive PID dengan gangguan 0,5
Gambar look up table adaptive PID dengan gangguan 10
-0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06-1
0
1
2
3
4
5
theta (rad)th
eta
dot (
rad/
s)-0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04-1
0
1
2
3
4
5
theta (rad)
thet
a do
t (ra
d/s)
KESIMPULAN & SARAN
KESIMPULAN
Model matematika untuk sistem inverted pendulum terdiri dari dua buah persamaan diferensial linier.
Error steady state yang terjadi masih berada pada toleransi yang diijinkan yaitu 5%
Kontroler adaptive PID memiliki improvement sebesar 18% dari kontroler classical PID.
Kontroler adaptive PID yang dirancang mampu mengkompensasi adanya disturbance sehingga pendulum tetap berada pada daerah ekuilibrium.
Reliability dari kontroler adaptive PID lebih baik dibandingkan dengan classical PID.
SARAN
Dapat dikembangkan lagi metode-metode adaptif lain untuk menyelesaikan permasalahan kestabilan pada inverted pendulum.
Implementasi dari mekanisme inverted pendulum dan optimalisasi kontroler adaptivePID untuk penelitian selanjutnya.
Top Related