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

Penulis

  • Ajeng Rizky Octavia
  • David Nathanlius
  • Tua Agustinus Tamba

Kata Kunci:

Pendulum terbalik, LQR, Kalman Filter

Abstrak

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.

Referensi

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.

Diterbitkan

2019-10-11

Cara Mengutip

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

Terbitan

Vol 11 No 2 (2019): Jurnal Otomasi Kontrol dan Instrumentasi

Bagian

Articles
Copyright & Licensing

Penulis yang menerbitkan di Jurnal Otomasi Kontrol dan Instrumentasi menyetujui persyaratan berikut:

  • Penulis mempertahankan hak cipta dan memberikan jurnal hak publikasi pertama dari karya secara bersamaan berlisensi di bawah Lisensi Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 yang memungkinkan pihak lain untuk berbagi karya dengan menyatakan pengakuan atas kepengarangan karya dan publikasi yang berasal dari jurnal ini
  • Penulis dapat membuat pengaturan kontrak tambahan yang terpisah untuk distribusi non-eksklusif dari versi karya jurnal yang diterbitkan (misalnya, menyimpan ke repositori institusional atau menerbitkannya dalam sebuah buku) dengan menyatakan pengakuan terhadap publikasi yang berasal dari jurnal ini.