RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI KECEPATAN KURSI RODA …

RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI KECEPATAN KURSI RODALISTRIK BERBASIS DISTURBANCE OBSERVER

FirdausNRP 2208 204 009

PROGRAM MAGISTERBIDANG KEAHLIAN TEKNIK ELEKTRONIKA

TEKNIK ELEKTROFakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya 2011

ABSTRAKABSTRAKOtomasi kursi roda selama ini telah banyak membuatmobilitas penggunanya dari berbagai macamp gg y gketerbatasan kemampuan menjadi seperti orang normallainnya. Salah satu otomasi yang dilakukan adalahmengatur kecepatan kursi roda tersebut ketika berjalan.P d li k t h dij k i tPengendalian kecepatan harus dijaga konsistenberdasarkan keinginan pengguna terlebih ketika beradapada kondisi jalan seperti tanjakan dan turunan.Pengendali yang bersifat robust dibutuhkan untuk meng-Pengendali yang bersifat robust dibutuhkan untuk mengeliminasi eksistensi ketidakpastian (uncertainty) modelplant, noise dan gangguan (disturbance) yang terjadipada motor penggerak kursi roda. Sistem yang berbasisp p gg y gDisturbance Observer merupakan manifestasi daripengendali tersebut .

Kata kunci: Disturbance Observer Robust Uncertainty Kursi RodaKata kunci: Disturbance Observer, Robust, Uncertainty, Kursi Roda

Latar BelakangLatar Belakang

Kursi roda listrik memberikan fungsi mobilitas yangt b ti b i ilikisangat berarti bagi pengguna yang memiliki

keterbatasan fisik. Kontroler Proporsional Integral Derivativ (PID) banyak

di k d k i d li t ik t k d likdigunakan pada kursi roda listrik untuk mengendalikankecepatannya. Terkadang performa berbagai metodakontroler yang digunakan dalam mengatasi gangguan(disturbance) termasuk noise kurang optimal walaupun(disturbance) termasuk noise kurang optimal walaupunsebenarnya masih bisa ditolerir .

Penerapan metoda disturbance observer yang memilikikapabilitas melawan gangguan ketidakpastiankapabilitas melawan gangguan, ketidakpastian(uncertainty) model plant dan mengeliminasi noise akandicoba diimplementasikan secara real-time.

Perumusan Masalah

Permasalahan yang akan ditemukansolusinya adalah mengenai rancangbangun sistem kendali elektronik berbasisdisturbance observer dalam pengendaliankecepatan kursi roda listrik

Tujuan PenelitianTujuan Penelitian

Memperbaiki performa pengendali agar imun terhadap p p p g g pgangguan seperti noise dan perubahan beban yang terjadi pada saat mengatur arah dan kecepatan kursi roda listrik.

Memahami teori dan aplikasi disturbance observer. Membuat pengendali berbasis mikrokontroler untuk

mendapatkan hardware yang kompak dan praktismendapatkan hardware yang kompak dan praktis. Menciptakan kursi roda listrik yang aman dan nyaman

dalam pengendaliannya khususnya pada kondisi jalan d t j k ddatar, menanjak dan menurun.

Manfaat penelitianManfaat penelitian

Memberikan kontribusi bagi pengguna Memberikan kontribusi bagi penggunakursi roda dalam hal otomatisasi.

Memberikan pemahaman pada teori dan Memberikan pemahaman pada teori danaplikasi disturbance observer.

Memotivasi munculnya ide dalamMemotivasi munculnya ide dalammemodifikasi metoda kendali khususnyauntuk kursi roda listrik.

Dapat menerapkan kendali bersifatrobust dalam kasus lain.

Kajian PustakaElectronic Control of A WheelchairElectronic Control of A Wheelchair Guided by Voice Command mengendalikan gerakan kursi roda menggunakan g g gg

komando suara. Metoda dalam pengendalian kecepatan dan arah kursi

roda adalah PID menggunakan mikrokontroler.roda adalah PID menggunakan mikrokontroler.Kesimpulan: Sistem memberikan akurasi dalam posisi, perpindahan

d t l b b d k di i j l b b hdan putaran walaupun beban dan kondisi jalan berubah. Kursi roda diuji dengan dan tanpa beban dalam

berbagai fase pergerakan: percepatan, kecepatan g gkonstan dan perlambatan. Error posisi dalam percobaan itu kurang dari 100 mm setelah menempuh jarak 10 m dalam track yang lurus. y g

Kajian PustakaDisturbance Observer Design for Track-gfollowing Control in Optical Disk Drive using Structured Singular Valueg g

Memperbaiki performa tracking pada optical disktracking pada optical disk drive

Kesimpulan:E i ifik Error secara signifikan tereduksi.

Gangguan eksternal yang gg y gmerupakan frekuensi dominan saat disk berputar hampir p psemuanya dilemahkan.

Kajian PustakaReal-Time Model Based Electrical Powered Wheelchair Control

Meng-evaluasi efek tiga metoda kendali yang berbeda dalam kecepatan kursi roda yang bervariasi serta slip yang terjadi pada rodanya.rodanya.

Sistem kendali PID, open loop dan robust berbasis model digunakan untuk mengatur laju kursi roda dalam tiga kecepatan yang berbeda dan pada beberapa kondisi jalan seperti teflon, ubin, aspal, rumput serta kemiringan.

Kajian PustakaDisturbance Observer-Based Hybrid Control ofDisturbance Observer Based Hybrid Control of Displacement and Force in a Medical Tele-AnalyzerAnalyzer

Membuat sistem kendali hibrid berbasis Disturbance Observer yang y gdigunakan pada Medical Tele-Analyzer

Perpindahan dan gaya DOB PD

Dasar teoriDi t b ObDisturbance Observer

Pengendali bersifat robust digunakan untuk mengendalikan plant di lingkungan dimana k tid k ti d l d b dketidak pastian model dan gangguan berada.

Pengendali berbasis disturbance observer yang menghasilkan sinyal akselerasi ke plant adalahmenghasilkan sinyal akselerasi ke plant adalah pengendali yang bersifat robust.

sistem kendali ini membentuk perilaku input-p poutput bersifat robust dengan menghilangkan gangguan terhadap plant (d) atau noise () yang mempengaruhi sensormempengaruhi sensor.

Dasar teoriDi t b ObDisturbance Observer

)152()()()()( GGdG

)2.5.2........()()1(

)1.5.2.().........()()()(

nn

ndy

yuydy

PPPQQPPG

sGsuGsdGsy

)3.5.2........()( nn

nuy

PQPPPQ

PPG

)4.5.2.........()( nn

y PPPQPQG

Dasar teoriDi t b ObDisturbance Observer Dengan tujuan mengeliminasi gangguan d dan maka g j g g gg

persamaan 2.5.2 dan 2.5.4 harus sama dengan nol yang berarti Q 1 pada persamaan 2.5.2 dan Q 0 pada persamaan 2.5.4.p

Gangguan pada plant adalah sistem yang berfrekuensi rendah sedangkan noise berfrekuensi tinggi sehingga Q identik dengan sistem low pass filteridentik dengan sistem low pass filter

Untuk kasus gangguan pada plant (d) yang berfrekuensi rendah maka Q 1 sehingga dari Gdy = 0, Gy = 1 dan Guy = Pn yang menunjukkan bahwa gangguan dapat Guy = Pn yang menunjukkan bahwa gangguan dapat dihilangkan.

Dasar TeoriModel Kinematika Mobile Robot dengan Model Kinematika Mobile Robot dengan Diffrential Steering

L

rr

rr

22

R

dr

dr

ω

1

ωLωRν

r

1

22rr

rrL

d

dr

drR

Metoda PenelitianDi Bl k Si t K l hDiagram Blok Sistem Keseluruhan

Metoda PenelitianIdentifikasi dan penentuan Model Identifikasi dan penentuan Model Plant

Optical EncoderKonverter

Frekuensi ke Tegangan

Universal I/O card Komputer

Motor dc Driver Motor

Metoda PenelitianL P FiltLow Pass Filter

Model LPF dipilih jenis Butterworth berordeModel LPF dipilih jenis Butterworth berordeminimal sama dengan orde plant denganfrekuensi sampling 100 Hz dan frekuensi cutoffdipilih 5 Hz

6414056110201.00402,00201,0

)()(

2

2

zz

zzzVizVo

6414.0561.1)( zzzVi

Metoda PenelitianRespon step sistem yangRespon step sistem yang diinginkan

1)(

sVo13,0)( ssVi

Pemodelan PlantSinyal respon motor (biru) dan PRBS (hijau) dan respon step plantSinyal respon motor (biru) dan PRBS (hijau) dan respon step plant

87906208767741001842.0000993.0002836.0

)()(

2

2

zz

zzzVizVo

879062.0876774.1)( zzzVi

Uji Karakteristik LPF

KompensatorKompensator

166718,5030803,11877535,5)( 2

zzzVo649669,0649669,1)( 2

zzzVi

Uji coba Plant Ber-DOB dengan tak ber-DOBO

Uji coba Respon Plant terhadap noise disturbance Uji coba Respon Plant terhadap noise, disturbance dan perubahan model

Respon sistem ber-input ν = 2 (biru), ω = 1 (hijau), motor kiri (merah)

motor kanan (lime)

Percobaan kompensator berbasis k t d ik k t lkomputer dan mikrokontroler

KesimpulanKesimpulan

Respon step plant yang menggunakan DOB dan yang p p p y g gg y gtidak, keduanya memiliki karakter yang sama namun plant yang menggunakan DOB lebih tahan terhadap gangguan, dapat mentolerir ketidak pastian parameter g gg p p pplant dan mengeliminasi noise jika muncul pada pencuplikan sinyal output plant itu sendiri. Keberadaan kompensator adalah untuk menanggapi error antara p gg psetpoint dan output plant (υ dan ω aktual) agar memperpendek settling time sehingga lebih cepat mencapai steady state. Dengan mengendalikan p y g gkecepatan angular dan linier maka arah kursi roda sekaligus dapat dikendalikan.

KesimpulanKesimpulan

Implementasi DOB pada mikrokontrolerImplementasi DOB pada mikrokontroler mengalami kendala karena mengacu pada simulasi langsung pada komputer yangsimulasi langsung pada komputer yang menggunakan card I/O yang juga belum berhasil karena terkendala loop aljabarberhasil karena terkendala loop aljabar yang terjadi

SekianSekian

Terima KasihTerima Kasih