RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI KECEPATAN KURSI RODA LISTRIK BERBASIS DISTURBANCE OBSERVER
Firdaus
NRP 2208 204 009
PROGRAM MAGISTER BIDANG KEAHLIAN TEKNIK ELEKTRONIKA
TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2011
ABSTRAK
ABSTRAK
Otomasi kursi roda selama ini telah banyak membuat mobilitas penggunanyap gg y dari berbagaig macam keterbatasan kemampuan menjadi seperti orang normal lainnya. Salah satu otomasi yang dilakukan adalah mengatur kecepatan kursi roda tersebut ketika berjalan.
P d li k t h dij k i t
Pengendalian kecepatan harus dijaga konsisten berdasarkan keinginan pengguna terlebih ketika berada pada kondisi jalan seperti tanjakan dan turunan. Pengendali yang bersifat robust dibutuhkan untuk
meng-Pengendali yang bersifat robust dibutuhkan untuk meng
eliminasi eksistensi ketidakpastian (uncertainty) model plant, noise dan gangguan (disturbance) yang terjadi
pada motor penggerak kursi roda. Sistem yang berbasis
p p gg y g
Disturbance Observer merupakan manifestasi dari
pengendali tersebut .
Kata kunci: Disturbance Observer Robust Uncertainty Kursi Roda
Latar Belakang
Latar Belakang
Kursi roda listrik memberikan fungsi mobilitas yang
t b ti b i iliki
sangat 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 lik
digunakan pada kursi roda listrik untuk mengendalikan kecepatannya. Terkadang performa berbagai metoda kontroler yang digunakan dalam mengatasi gangguan (disturbance) termasuk noise kurang optimal walaupun
(disturbance) termasuk noise kurang optimal walaupun
sebenarnya masih bisa ditolerir .
Penerapan metoda disturbance observer yang memiliki
kapabilitas melawan gangguan ketidakpastian kapabilitas melawan gangguan, ketidakpastian (uncertainty) model plant dan mengeliminasi noise akan
Perumusan Masalah
Permasalahan
yang
akan
ditemukan
solusinya
adalah
mengenai
rancang
bangun sistem kendali elektronik berbasis
disturbance observer
dalam pengendalian
Tujuan Penelitian
Tujuan Penelitian
Memperbaiki performa pengendali agar imun terhadap p p p g g p gangguan 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 praktis
mendapatkan hardware yang kompak dan praktis.
Menciptakan kursi roda listrik yang aman dan nyaman dalam pengendaliannya khususnya pada kondisi jalan
d t j k d
Manfaat penelitian
Manfaat penelitian
Memberikan kontribusi bagi pengguna
Memberikan kontribusi bagi pengguna
kursi roda dalam hal otomatisasi.
Memberikan pemahaman pada teori dan
Memberikan pemahaman pada teori dan
aplikasi
disturbance observer
.
Memotivasi
Memotivasi
munculnya
munculnya
ide
ide
dalam
dalam
memodifikasi metoda kendali khususnya
untuk kursi roda listrik.
Dapat
menerapkan
kendali
bersifat
Kajian Pustaka
Electronic Control of A Wheelchair
Electronic 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 h
dan putaran walaupun beban dan kondisi jalan berubah.
Kursi roda diuji dengan dan tanpa beban dalam berbagai fase pergerakan: percepatan, kecepatan g g
konstan dan perlambatan. Error posisi dalam percobaan itu kurang dari 100 mm setelah menempuh jarak 10 m dalam track yang lurus. y g
Kajian Pustaka
Disturbance Observer Design for Track-
g
following Control in Optical Disk Drive
using Structured Singular Value
g
g
Memperbaiki performa
tracking pada optical disk tracking pada optical disk drive
Kesimpulan:
E i ifik
Error secara signifikan tereduksi.
Gangguan eksternal yang gg y g merupakan frekuensi
dominan saat disk berputar hampir p p
Kajian Pustaka
Real-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 Pustaka
Disturbance Observer-Based Hybrid Control of
Disturbance Observer Based Hybrid Control of
Displacement and Force in a Medical
Tele-Analyzer
Analyzer
Membuat sistem kendali hibrid berbasis Disturbance Observer yang y g digunakan pada Medical Tele-AnalyzerDasar teori
Di t
b
Ob
Disturbance Observer
Pengendali bersifat robust digunakan untuk
mengendalikan
plant
di lingkungan dimana
k tid k
ti
d l d
b
d
ketidak pastian model dan gangguan berada.
Pengendali berbasis
disturbance observer
yang
menghasilkan sinyal akselerasi ke plant adalah
menghasilkan sinyal akselerasi ke plant adalah
pengendali yang bersifat
robust
.
sistem kendali ini membentuk perilaku input-
p
p
output bersifat
robust
dengan menghilangkan
gangguan terhadap
plant
(d) atau
noise
(
) yang
mempengaruhi sensor
mempengaruhi sensor.
Dasar teori
Di t
b
Ob
Disturbance Observer
) 1 5 2 ( ) ( ) ( ) ( ) ( G d G G ) 2 . 5 . 2 ...( ) ( ) 1 ( ) 1 . 5 . 2 .( )... ( ) ( ) ( ) ( n n n dy y uy dy P P P Q Q PP G s G s u G s d G s y ) 3 . 5 . 2 ...( ) ( n n n uy PQ P P P Q PP G ) 4 . 5 . 2 ...( ) ( n n y P P P Q PQ G Dasar teori
Di t b
Ob
Disturbance Observer
Dengan tujuan mengeliminasi gangguan d dan g j g g gg maka 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 filter
identik 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 Teori
Model Kinematika
Mobile Robot
dengan
Model Kinematika
Mobile Robot
dengan
Diffrential Steering
L r r r r 2 2 R d r d r ω 1 ωL ωR ν r 1 2 2 r r r r L d d r d r RMetoda Penelitian
Di
Bl k Si t
K
l
h
Metoda Penelitian
Identifikasi dan penentuan Model
Identifikasi dan penentuan Model
Plant
Optical Encoder Frekuensi ke Konverter Tegangan
Universal I/O card Komputer
Metoda Penelitian
L
P
Filt
Low Pass Filter
Model LPF dipilih jenis Butterworth berorde
Model LPF dipilih jenis Butterworth berorde
minimal sama dengan orde
plant
dengan
frekuensi sampling 100 Hz dan frekuensi cutoff
dipilih 5 Hz
6414
0
561
1
0201
.
0
0402
,
0
0201
,
0
)
(
)
(
2 2
z
z
z
z
z
Vi
z
Vo
6414
.
0
561
.
1
)
(
z
z
z
Vi
Metoda Penelitian
Respon step sistem yang
Respon step sistem yang
diinginkan
1
)
(
s
Vo
1
3
,
0
)
(
s
s
Vi
Pemodelan Plant
Sinyal respon motor (biru) dan PRBS (hijau) dan respon step plant Sinyal respon motor (biru) dan PRBS (hijau) dan respon step plant
879062 0 876774 1 001842 . 0 000993 . 0 002836 . 0 ) ( ) ( 2 2 z z z z z Vi z Vo 879062 . 0 876774 . 1 ) (z z z Vi
Kompensator
Kompensator
166718
,
5
030803
,
11
877535
,
5
)
(
z
z
2
z
Vo
649669
,
0
649669
,
1
)
(
z
z
2
z
Vi
Uji coba Plant Ber-DOB dengan tak
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 l
Kesimpulan
Kesimpulan
Respon p step plantp p yang menggunakan DOB dan yang y g gg y g
tidak, keduanya memiliki karakter yang sama namun
plant yang menggunakan DOB lebih tahan terhadap
gangguan, dapat mentolerir ketidak pastian parameter
g gg p p p
plant dan mengeliminasi noise jika muncul pada
pencuplikan sinyal output plant itu sendiri. Keberadaan
kompensator adalah untuk menanggapi p gg p error antara
setpoint dan output plant (υ dan ω aktual) agar
memperpendek settling time sehingga lebih cepat
mencapai p steady statey . Dengan mengendalikan g g
kecepatan angular dan linier maka arah kursi roda sekaligus dapat dikendalikan.
