Implementasi Kontrol Umpan Balik Keluaran Berbasis Tapis Kalman dan Regulator Kuadratik Linier pada Sistem Pendulum Terbalik

https://doi.org/10.5614/joki.2019.11.2.2

Authors

  • Ajeng Rizky Octavia
  • David Nathanlius
  • Tua Agustinus Tamba

Keywords:

Pendulum terbalik, LQR, Kalman Filter

Abstract

Sistem pendulum terbalik merupakan salah satu contoh acuan atau benchmark yang sering digunakan dalam studi, analisis dan perancangan sistem kontrol modern. Sistem ini pada dasarnya terdiri dari sebuah tongkat yang dijaga agar senantiasa berada pada posisi vertikal di atas suatu gerobak/kereta melalui pengontrolan gerak horizontal dari gerobak/kereta tersebut. 

Makalah ini melaporkan hasil awal dari kegiatan studi dan penelitian yang dilakukan tim penulis dalam upaya merancang suatu purwarupa sistem pendulum terbalik. Model sistem pendulum yang ditinjau diturunkan secara analitik dalam bentuk model persamaan ruang keadaan linier dengan empat variabel keadaan yang mencakup (i) posisi dan kecepatan sudut simpangan dari tongkat pendulum serta (ii) posisi dan kecepatan gerak horizontal dari gerobak/kereta penyangga tongkat pendulum. Pada model yang digunakan, diasumsikan data pengukuran dari sensor yang dapat digunakan untuk merancang pengontrol hanya ada dua, yaitu sudut simpangan tongkat pendulum serta posisi kereta penyangga. Data pengukuran dari sensor tersebut juga diasumsikan telah tercampur dengan sinyal gangguan.

Berdasarkan karakteristik model dinamik serta data pengukuran tersebut, pengontrolan sistem pendulum terbalik dilakukan dengan teknik kontrol umpan balik keluaran (output feedback control). Lebih spesifik, sistem kontrol yang digunakan terdiri dari (i) tapis Kalman (Kalmanfilter) untuk mengestimasi variabel keadaan sistem yang tidak terukur serta (ii) kontrol umpan balik berbasis LQR pada gerobak penyangga untuk menjaga tongkat pendulum pada posisi vertikal. Simulasi numerik hasil rancangan sistem kontrol umpan balik yang diusulkan dilaporkan untuk mengilustrasikan kinerja estimator dan pengontrol yang dikembangkan.

References

O. Boubaker, 2012, "The inverted pendulum: A fundamental benchmark in control theory and robotics," Proc. International Conference on Education and E-Learning Innovations (ICEELI), pp. 1-6.

C. Fathonah, 2016, Analisis Kestabilan dan Kontrol Optimal Double Pendulum Terbalik pada Kereta Menggunakan Metode Linear Quadratic Regulator (LQR), Disertasi Doktoral, Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim.

M. B. Mochamad, B. S. Bayu D and B. AR Anom, "Sistem kontrol inverted pendulum pada balancing mobile robot, 2011, " Proc. 13th Industrial Electronics Seminar (IES), pp. 24-29.

M. W. Musthofa, 2009, "Desain linear quadratic regulator pada sistem inverted pendulum," Prosiding Seminar Nasional Matematika UNY, pp. 950-959.

A. Laksana and I. Setiawan, 2012, Balancing Robot Beroda Dua Menggunakan MetodeKendali Proporsional Integral, Disertasi Doktoral, Universitas Diponegoro.

R. Syam, 2015, "Rancang bangun self-balancing scooter sebagai moda trasportasi," JurnalMekanikal, vol. 6, no. 1, pp. 522-531.

H.-J. Lee and S. Jung, 2009, "Gyro sensor drift compensation by Kalman filter to control a mobile inverted pendulum robot system," Proc. IEEE International Conference on Industrial Technology, pp. 1"6.

K. Zhou, J. C. Doyle and K. Glover,1996, Robust and Optimal Control. Prentice Hall, New Jersey.

S. Haykin, 2004, Kalman Filtering and Neural Networks. John Wiley & Sons.

E. V. Kumar and J. Jerome, 2013, "Robust LQR controller design for stabilizing and trajectory tracking of inverted pendulum," Procedia Engineering, vol. 64, pp. 169--178.

Published

2019-10-11

How to Cite

[1]
A. Rizky Octavia, D. Nathanlius, and T. Agustinus Tamba, “Implementasi Kontrol Umpan Balik Keluaran Berbasis Tapis Kalman dan Regulator Kuadratik Linier pada Sistem Pendulum Terbalik”, JOKI, vol. 11, no. 2, p. 81, Oct. 2019.

Issue

Vol. 11 No. 2 (2019)

Section

Articles
Copyright & Licensing

An author who publishes in the Jurnal Otomasi Kontrol dan Instrumentasi agrees to the following terms:

  • The author retains the copyright and grants the journal the right of first publication of the work simultaneously licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 License that allows others to share the work with an acknowledgment of the work's authorship and initial publication in this journal
  • Author can enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book) with the acknowledgement of its initial publication in this journal.