NUR IMROATUL UST (2108 100 165)
Komparasi Sistem Kontrol Satelit (ADCS) dengan Metode Kontrol PID dan Sliding-PID
Latar Belakang
Indonesia memiliki bentangan wilayah yang luas.
Satelit tersusun atas beberapa sub-sistem.
ADCS merupakan salah satu sub-sistem satelit.
Perumusan Masalah
Bagaimana merancang suatu sistem kendali yang dapat digunakan untuk mengatur satelit ketika bergerak mengelilingi bumi.
Sistem kendali yang digunakan adalah PID controller
dan Sliding-PID (SPID).
Batasan Masalah
1. Batasan gerakan satelit.
2. Eksentrisitas orbit.
3. Jenis satelit yang dijadikan acuan.
4. Level orbit satelit.
5. Satelit dianggap rigid body.
6. Parameter perancangan :
7. Sub-sistem selain ADCS bekerja dengan baik.
8. Gangguan yang berasal dari luar diabaikan.
Massa Ixx Iyy Izz ω0
0,865 kg 0,0014 kg.m2 0,0014 kg.m2 0,00089 kg.m2 0,00106 rad/s
Tujuan Penelitian
Merancang sistem kendali PID dan SPID guna menjaga posisi satelit agar pada saat bergerak mengelilingi bumi tetap
pada posisi stabil.
Membandingkan respon yang dihasilkan antara PID controller dengan Sliding-PID controller.
Definisi Satelit
Satelit adalah benda yang mengorbit benda lain dengan periode revolusi dan rotasi tertentu.
Klasifikasi berdasarkan
Jenis Orbit Jarak di atas permukaan bumi Orbit Rendah 300 – 1500 km Orbit Menengah 1500 – 36000 km Orbit
Geostasioner Sekitar 35790 km Orbit Geosinkron Sekitar 36000 km Orbit Tinggi Di atas 36000 km
Jenis Massa
Mini satelit 100 – 500 kg Mikro satelit 10 – 100 kg Nano satelit 1 – 10 kg Piko satelit 0,1 – 1 kg
Molekular satelit 0,001 – 10 gram
Ukuran Ketinggian
Definisi Satelit
Sistem satelit secara keseluruhan
(sumber: www.ogj.com)
Attitude Determination and Control System (ADCS)
merupakan salah satu sub-sistem pada satelit yang bertugas untuk mengontrol orientasi satelit selama mengelilingi bumi.
Gambar Definisi titik kontrol (sumber: G. Mosier - NASA GSFC)
Blok diagram ADCS
Ɵ
error signal
Ɵa
Spacecraft Control Actuator gain
∆Ɵ
actual pointing direction
Attitude measurement desired
attitude
+ -
K
(sumber : Oliver L de Weck – Attitude Determination and Control)
Sistem Koordinat
Gambar Koordinat roll, pitch, dan yaw.
(Sumber : James R. Wertz – Spacecraft Attitude Determination and Control)
Penelitian Terdahulu
Nevin Morris
1 • Memodelkan persamaan gerak dinamis satelit
2 • Simulasi Matlab Simulink
3 • Metode LQR (Linear Quadratic Regulator)
Santana
1
• Memodelkan persamaan gerak dinamis satelit Multi- Mission Platform (Brasil)
2
• Linearisasi model satelit untuk penerapan pendekatan
kontrol linier
3
• Metode LQG (Linear Quadratic Gaussian)Sistem Kendali PID Sistem Kendali Sliding-PID
Tidak
PID SPID
PID/SPID
Start
Problem formulation Modelling
Studi literatur
Respon sesuai target?
Ya
Analisa hasil simulasi dengan membandingkan antara sistem yang menggunakan kendali PID, dan kendali SPID
Mengambil kesimpulan dari hasil simulasi dan analisa
Selesai
TUGAS AKHIR\BAB III.docx
Pemodelan ADCS dengan Simulink
Massa Ixx Iyy Izz ω0
0,865 kg 0,0014 kg.m2 0,0014 kg.m2 0,00089 kg.m2 0,00106 rad/s
Perancangan sistem open-loop
Hasil Simulasi Open-Loop
Posisi Sudut Kecepatan Sudut
Percepatan Sudut
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 2 4 6 8 10 12 14 16x 105
Sudut (derajat)
Waktu (sekon)
Sudut x Sudut y Sudut z
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 2000 4000 6000 8000 10000
Kecepatan sudut (rad/s)
Waktu (sekon)
Kecepatan sudut x Kecepatan sudut y Kecepatan sudut z
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 500 1000 1500 2000 2500
Percepatan sudut (rad/s2)
Waktu (sekon)
Sudut x Sudut y Sudut z
Analisa Kestabilan dengan Menggunakan Root Locus
Sudut x Sudut y
Sudut z
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2
x 10-3 -8
-6 -4 -2 0 2 4 6
8x 10-4 Root Locus
Real Axis
Imaginary Axis
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
x 10-3 -6
-4 -2 0 2 4
6x 10-4 Root Locus
Real Axis
Imaginary Axis
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
x 10-4 -4
-3 -2 -1 0 1 2 3
4x 10-4 Root Locus
Real Axis
Imaginary Axis
POLE TERLETAK DI SEBELAH KANAN
REAL AXIS
TIDAK STABIL
Analisa Kestabilan dengan Menggunakan Bode plot
Sudut x Sudut y
Sudut z
60 80 100 120 140 160
Magnitude (dB)
10-4 10-3 10-2 10-1 100
-360 -315 -270 -225 -180
Phase (deg)
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
130 140 150 160 170 180
Magnitude (dB)
10-4 10-3 10-2
-180 -180 -180 -180 -180 -180
Phase (deg)
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
-20 0 20 40 60 80
Magnitude (dB)
10-1 100 101 102
-270 -225 -180
Phase (deg)
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
Analisa Kestabilan dengan Menggunakan Nyquist
Sudut x Sudut y
Sudut z
-5 0 5 10 15 20
x 106 -1.5
-1 -0.5 0 0.5 1
1.5x 107 Nyquist Diagram
Real Axis
Imaginary Axis
-250 -200 -150 -100 -50 0
-4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000
Nyquist Diagram
Real Axis
Imaginary Axis
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0
x 108 -2
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
2x 10-7 Nyquist Diagram
Real Axis
Imaginary Axis
Tidak STABIL
KURVA
MELINGKUPI TITIK (-1,j0).
Perancangan sistem closed-loop
Dengan Menggunakan Kendali PID
Perancangan sistem closed-loop
Dengan Menggunakan Kendali Sliding-PID
Hasil Simulasi dengan menggunakan PID controller
Posisi sudut x Kecepatan sudut x
Percepatan sudut x
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 30 60 90 120 150 180 210
Sudut (derajat)
Waktu (sekon)
Sudut x Sudut y Sudut z
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 10 20 30 40 50
Kecepatan sudut (rad/s)
Waktu (sekon)
Sudut x Sudut y Sudut z
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 0.5 1 1.5 2
x 104
Percepatan Sudut (rad/s2)
Waktu (sekon)
Sudut x Sudut y Sudut z
Hasil Simulasi Perbandingan SPID vs PID
Karakteristik Respon PID SPID
Rise time 0,106 s 0,025 s
Settling time 0,48 s 0,102 s
Steady state error 0,026 % 0,022 %
Maximum overshoot 0,027 derajat -
Karakteristik respon posisi sudut x
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 30 60 90 120 150 180 210
Sudut x (derajat)
Waktu (sekon)
Sliding-PID PID
Karakteristik respon posisi sudut y Karakteristik respon posisi sudut z
Hasil Simulasi Perbandingan SPID vs PID
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 30 60 90
Sudut y (derajat)
Waktu (sekon)
Sliding-PID PID
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 10 20 30 40
Sudut z (derajat)
Waktu (sekon)
Sliding-PID PID
Karakteristik Respon PID SPID
Rise time 0,106 s 0,025 s
Settling time 0,43 s 0,14 s
Steady state error 0,0055 % 0,0053 % Maximum overshoot 0,014 derajat -
Karakteristik Respon PID SPID
Rise time 0,108 s 0,026 s
Settling time 0,39 s 0,117 s
Steady state error 0,019 % 0,013 % Maximum overshoot 0,006 derajat 0,0007 derajat
Kesimpulan
1. Penggunaan kendali Sliding-PID menghasilkan respon yang lebih baik dibandingkan PID.
2. Untuk menstabilkan sistem satelit, dibutuhkan waktu 1,3
detik untuk PID controller dan 0,362 detik untuk Sliding-PID.
3. Kendali Sliding-PID mampu mengurangi steady state error yang terjadi pada kendali PID.
Jenis Controller Sudut x Sudut y Sudut z
PID 0,026 % 0,0055% 0,019%
Sliding-PID 0,022% 0,0053% 0,013%
TERIMA KASIH ATAS PERHATIANNYA
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
SARAN DAN KRITIK DIHARAPKAN UNTUK
PENYEMPURNAAN TUGAS AKHIR INI
Blok Diagram Sliding-PID
Hasil Simulasi
Perbandingan SPID vs PID
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 30 60 90
Sudut y (derajat)
Waktu (sekon)
Sliding-PID PID
Kecepatan sudut Percepatan sudut
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 10 20 30 40
Sudut z (derajat)
Waktu (sekon)
Sliding-PID PID
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 20 40 60 80 100
Kecepatan sudut y (rad/s)
Waktu (sekon)
Sliding-PID PID
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0 5 10 15 20 25 30 35
Kecepatan Sudut z (rad/s)
Waktu (sekon)
Sliding-PID PID
Pembuatan Root locus
1. Masukkan transfer function ke dalam command di bawah ini :
2. Running Program
Running program
3. Hasil Running
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2
x 10-3 -8
-6 -4 -2 0 2 4 6 8
x 10-4 Root Locus
Real Axis
Imaginary Axis
Pembuatan Bode Plot
1. Masukkan transfer function ke dalam command di bawah ini :
2. Running Program
Running program
3. Hasil Running
60 80 100 120 140 160
Magnitude (dB)
10-4 10-3 10-2 10-1 100
-360 -315 -270 -225 -180
Phase (deg)
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
Pembuatan Nyquist
1. Masukkan transfer function ke dalam command di bawah ini :
2. Running Program
Running program
3. Hasil Running
-5 0 5 10 15 20
x 106 -1.5
-1 -0.5 0 0.5 1
1.5x 107 Nyquist Diagram
Real Axis
Imaginary Axis
