KONTROL GETARAN GAGAL AMAN MENGGUNAKAN PEMBANGKIT GAYA AKTIP Djoeli Satrijo

Transkripsi

1 KONROL GEARAN GAGAL AMAN MENGGUNAKAN PEMBANGKI GAYA AKIP Djoeli Satijo Abstact Using the concept of foce geneatos, vaious active vibation configuations have been axained fo thei pefoance potential. It is shown that an active vibation contol syste offes a geat deal of flexibility in that by a pope choice of active copanent its tansisibility chaacteistics n be alteed to suit the equieents. It is also shown how the full potential of active systes n be achieved even when thee ae passive coponents. An active syste is designed in such a way that it gives the desied pefoance even in the event of the failue of the active coponents though the eliability offeed by a passive syste. PENDAHULUAN Isolasi siste ekanik dai getaan yang ditibulkan oleh lingkungan tehadap siste yang beopeasi ensyaatkan penggunaan suatu siste kontol getaan. Dahulu hanya siste kontol getaan pasip yang dipetibangkan oleh peanng kaena siste kontol getaan aktip biayanya ahal. Naun siste pasip eiliki unjuk keja yang tebatas dan peanng tidak eiliki pilihan untuk eneia solusi tesebut. Dala keadaan diana batasan batasan unjuk keja tidak dapat lagi diteia dan biaya siste kontol aktip dapat dipetibangkan dala sudut pandang pebaikan unjuk kejanya, aka siste kontol getaan aktip eupakan solusi yang tebaik. Aspek peanngan siste kontol getaan aktip telah banyak dikaji. Paa paktisi getaan enentukan peanngan suatu siste kontol gbetaan pasip biasanya engacu pada bebeapa liteatu, sebagai contoh Vibation and Shock in Daped Mechanil Systes [8], Influence of Daping in Vibation [7], dan shock and Vibation Handbook [4]. Sebaliknya aspek peanngan pada siste kontol getaan aktip hanya diteui pada bebeapa akalah [, 5, 6, 9]. Sayangnya akalah akalah tesebut tidak ebahas sea uu dan hanya ditujukan untuk peneapan peneapan khusus sehingga paa peanng siste kontol getaan tidak epeoleh infoasi sea utuh tentang keapuan dai siste kontol getaan aktip. ujuan utaa penulisan akalah ini adalah ebeikan infoasi tentang aspek peanngan siste suspensi aktip aga sipeanng siste getaan kontol aktip dapat engapesiasikan keapuan sea utuh dai siste kontol getaan aktip. Seingkali untuk ebeikan keaanan pada kasus kegagalan koponen aktip ditibulkan koponen pasip [, 5, 6, 9]. Penabahan koponen pasip ebeikan pilihan gagal aan pada siste kontol getaan, naun jenis kontol aktip yang dibahas pada liteatu tesebut tidak epeoleh pehatian, khususnya keapuan unjuk kejanya. Hal ini disebabkan adanya asalah biaya. ujuan kedua penulisan akalah ini adalah enunjukkan keapuan yang dapat dipai oleh siste aktip jika dibei koponen pasip. Jadi suatu siste aktip dapat dianng sedeikian upa sehingga ebeikan unjuk keja yang diinginkan dan akan ebeikan jainan opeasi gagal aan elalui keandalan yang diiliki oleh siste pasip. Saat ini siste kontol getaan aktip sudah banyak diteapkan di bebagai bidang ekayasa, sebagai contoh Calcea [] eneapkan siste kontol aktip pada pelindungan pliot pesawat tebang, Esailzadeh [] eneapkan siste kontol pneuatik aktip yang enggunakan katup sevo tiga gebang untuk kendaaan daat, Klinge dan Calzado [6] eneapkan suspensi pneuatik aktip pada keeta penupang, Yosiahi dan Nako [] eneapkan absobe getaan aktip untuk engatu siste getaan kendaaan, Young dan Suggs [0] engebangkan suatu suspensi tepat duduk dengan pinsip hidolik untuk engisolasi fekuensi endah dai geak guling dan angguk pada kendaaan off oad. GAYA KONROL SISEM PASIP Untuk engawali peahaan konsep gaya kontol pada siste isolasi getaan dipegunakan gaba. Pada gaba tesebut siste tedii dai assa, kekakuan k, edaan c. Pada siste deajat kekbebasan tesebut siste endapat gangguan beupa pepindahan x. Bedasakan huku Newton II pesaaan geak dai siste tesebut adalah x c ( x x ) k ( x x ) 0 () atau x 0 (a) c diana c ( x x ) k ( x x ) c Rasio tansisibilitas absolut dai siste pasip tesebut adalah p k / c / k / c / / (3) ROASI Volue 3 Noo Januai 00 6

2 Kaakteistik tansisibilitas siste pasip untuk bebagai haga c / bila k / = s - digabakan pada gaba. Kaakteistik tesebut telah banyak dibahas pada buku buku getaan ekanik. Haga optiu yang dipai pada haga asio edaan = atau c / =.4 s -. SISEM YANG MENGGUNAKAN GABUNGAN PEMBANGKI GAYA AKIP DAN PASIP Siste Pebangkit gaya Aktip dan Pasip Siste ini ditunjukkan pada gaba 3. Kanop dkk [0] enggunakan peeda skyhook. Gaya kontol yang ditibulkan oleh jenis ini adalah sebanding tehadap kecepatan output x. Sebagai tabahan tehadap peeda skyhook siste dilengkapi dengan pegas k. Gaya kontol yang dihasilkan siste pada gaba 3 adalah c k ( x k ( x x x ) ) cx (4) dan (4a) Penguatan upan balik yang digunakan dala ebangkitkan gaya kontol dinyatakan sebagai c. Pesaaan geak untuk kasus ini adalah Siste pasip yang tedii dai sebuah pegas dan sebuah peeda enghasilkan gaya gaya kontol c yang dituliskan dala pesaaan (). Gaya kontol tesebut eupakan penjulahan gaya pegas dan gaya peedaan. Gaya pegas setaa dengan pepindahan elatif (x x ) dan gaya peedaan setaa dengan kecepatan elatif ( x x ). Pada siste kontol getaan pasip, gaya kontolnya ditibulkan oleh saana ekanik tanpa eelukan sube enegi dai lua. Pada siste aktip haus disediakan sube enegi dai lua dan gaya kontol dapat diubah sea linea aupun non linea tehadap paaete peaete geakan, dala hal ini adalah x,x,(x x ),x, x,(x x ),x, x,( x x ) x cx k ( x x ) 0 (5) ROASI Volue 3 Noo Januai 00 7

3 Noenklatu : c = koefisien edaan pada peeda skyhook c = koefisien edaan pada peeda viskos linie c = gaya kontol seua koponen = gaya kontol yang ditibulkan oleh koponen aktip siste k = kekakuan pegas skyhook (k x ) k = kekakuan pegas konvensional = suku penguatan upan balik pecepatan ( x ) = assa siste p = tansisibilitas pepindahan absolut siste pasip ( ) sd = tansisibilitas pepindahan absolut pada siste yang eneapkan peeda skyhook ( ) sd = tansisibilitas pepindahan absolut pada siste yang eneapkan peeda skyhook yang saa sepeti suku penguatan upan balik x ( ) ss = tansisibilitas pepindahan absolut pada siste yang eneapkan pegas skyhook ( ) ss = tansisibilitas pepindahan absolut pada siste yang eneapkan pegas skyhook yang saa sepeti suku penguatan upan balik x ( ) g = tansisibilitas pepindahan absolut pada siste dala bentuk apat yang eupakan gabungan antaa siste aktip dan pasip x = pepindahan assa x = input pepindahan, = tuunan petaa, dan tuunan kedua tehadap waktu = fekuensi peaksa. Rasio tansisibilitas absolut ( ) ps dai siste peeda skyhook adalah ps k / c / k / / Kaakteistik tansisibilitas untuk siste yang tedii dai assa, pegas, dan peeda skyhook ditunjukkan pada gaba 4. Untuk =0, ( ) ps =. Bila gaba 4 dibandingkan dengan gaba, aka tedapat pebedaan unjuk keja antaa siste pasip dengan sisti aktip yang enggunakan peeda skyhook. Pada gaba 4 enunjukkan bahwa seakin besa asio koefisien penguatan edaan tehadap assa akan enuunkan asio tansisibilitas untuk kisaan fekuensi paksa =0 sapai.4(k / ) / ; kalau fekuensi eksitasi elebihi.4(k / ) / peningkatan c / akan enghasilkan peningkatan asio tansisibilitas. PENGARUH PENAMBAHAN SUKU UMPAN BALIK PERCEPAAN Siste assa pegas (pasip) dan peeda skyhook (pebangkit gaya aktip) dapat diodifikasi dengan elibatkan suku upan balik pecepatan. Pesaaan geaknya adalah x cx k x x 0 (7) Dala kasus diana c adalah penguatan upan balik dala suku c x dan adalah penguatan upan balik pecepatan dala suku x. ps ansisibilitas ( ) ps dai siste adalah k / ( / ) c / k / / (8) Kaakteistik tansisibilitas dai kedua nilai yang bebeda hasilnya dapat dilihat pada gaba 5 dan 6. Pebandingan hasil pada gaba 4 dan 5, untuk suatu haga c/ tetentu dengan / = 0.5 akan enuunkan punk asio tansisibilitas. Naun bila dibandingkan dengan gaba 6 untuk suatu haga c/ tetentu dengan / = 3, haga punk tansisibilitasnya akan lebih tinggi daipada saat / =0. SISEM MASSA - PEREDAM DAN PEGAS SKYHOOK Pada siste ini pegas konvensional digantikan oleh pegas skyhook sehingga pesaaan geaknya enjadi x x kx 0 x c (9) ROASI Volue 3 Noo Januai 00 8

4 Gaya kontol yang ditibulkan oleh bagian aktip dai siste dinyatakan oleh kx, diana k adalah penguatan upan balik yang engacu ke konstanta pegas skyhook. Rasio tansisibilitasnya dinyatakan ps k / c / c / / (0) Kaakteistik asio tansisibilitas dapat dilihat pada gaba 7. Peubahan haga k/ eupakan fekuensi esonansi pada haga punknya. Aspek kualitatip dai nilai tansisibilitas tidak dipengauhi oleh peubahan nilai k/. Untuk haga k/ tetentu asio tansisibilitasnya adalah nol bila fekuensi eksitasinya nol dan eningkat dai nol ke haga punk. Bila fekuensi eningkat di atas fekuensi esonansi asio tansisibilitasnya enuun. Siste di atas dapat diodifikasi dengan elibatkan suatu suku upan balik pecepatan. Pesaaan geaknya enjadi x c x x kx 0 () diana k adalah kekakuan pegas skyhook dan adalah penguatan suku upan balik pecepatan. Rasio tansisibilitas untuk kasus tesebut adalah ps k / ( / ) c / c / / () Kaakteistik asio tansisibilitasnya dinyatakan pada gaba 8 dan 9 untuk haga / yang bebeda yaitu 0.5 dan 3. Dengan ebandingkan hasil pada gaba 8 dan 9 dengan gaba 7 dapat diaati bahwa peubahan haga tidak cukup beakna untuk eubah kaakteistik tansisibilitas ROASI Volue 3 Noo Januai 00 9

5 dai siste assa peeda (positip) dan pegas skyhook (aktip). Naun untuk haga k/ tetentu peubahan dala haga enyebabkan suatu peubahan fekuensi esonansi. Melalui pebadingan hasil pada gaba 8 dan 9, hal yang pelu dipehatikan bahwa asio tansisibilitas pada fekuensi tinggi ( > 0 ad/s) dapat dituunkan elalui peningkatan penguatan upan balik pecepatan. SISEM MASSA PEGAS PEREDAM (PASIP) DENGAN PEREDAM SKYHOOK, PEGAS SKYHOOK, DAN SUKU UMPAN BALIK PERCEPAAN Diaga skeatik pada odel ini dapat dilihat pada gaba 3. Bentuk pesaaan geaknya adalah x k x x kx c x x cx 0 (3) Rasio tansisibilitas dai siste tesebut dinyatakan u k / k / ( / ) c / c / ( k / ) ( c / ) / (4) Kaakteistik asio tansisibilitas siste tesebut untuk haga / = 0.5 dan 3 dapat dilihat pada gaba 0 dan. Kaena kebeadaan pegas skyhook (k/ = 6 ), asio tansisibilitas pada = 0 adalah lebih kecil daipada (sekita 0.06)pada gaba 0 dan. Melalui pebandingan hasil dai gaba 0 dan dapat diaati bahwa fekuensi pada haga asio tansisibiltas aksiu tejadi pada ROASI Volue 3 Noo Januai 00 0

6 haga c/ tetentu yang begantung pada suku upan balik pecepatan. Dala kasus / = 3 haga fekuensi tesebut lebih endah daipada / = 0.5, Hal ini dapat disipulkan dai hasil pada gaba 0 dan bahwa kaakteistik tansisibilitas data dapat dipeoleh elalui peilihan bebagai penguatan upan balik yang cocok. Jadi kaakteistik tansisibilitas gaba 0 dan enunjukkan keluwesan dai siste kontyol getaan aktip dan pasip. Kaena kebeadaan koponen pasip, aka bila tejadi kegagalan koponen aktip siste asih befungsi. Hal ini enunjukkan adanya keandalan pada siste tesebut. Naun kebeadaan koponen pasip pada siste aktip akan enuunkan unjuk keja asio tansisibilitasnya. Hal ini akan dibahas pada sub bab beikut ini. SISEM AKIP ANPA KOMPONEN PASIP Diaga skeatik dai siste aktip tanpa koponen pasip ditunjukkan pada gaba. Siste tesebut enawakan keluwesan pada gaya kontol yang dapat enjadi suatu fungsi gabungan dai paaete paaete geak. Kedua bentuk siste di atas dapat digunakan untuk enunjukkan nilai keapuan siste aktip. SISEM AKIP YANG MEMBERIKAN KARAKERISIK RANSMISIBILIAS DAAR DAN RASIO RANSMISIBILIAS NOL Pebanggkit gaya yang enghasilkan gaya kontol dai peeda skyhook dan pegas skyhook. Gaya kontol dinyatakan dala hubungan beikut ini cx kx (5) Dala kasus pesaaan geak assa pada gaba adalah x cx kx 0 (6) Jadi assa akan eiliki getaan bebas dengan fekuensi pibadi tanpa edaan sebesa (k/ ) / dan asio edaan sebesa c/((k ) / ). Setelah waktu tansien asio tansisibilitasnya pada keadaan tunak adalah akan enuju haga nol. SISEM KARAKERISIK RANSMISIBILIAS DAAR DAN RASIO RANSMISIBILIAS NOL Misal pebangkit gaya pada gaya dai siste pada gaba enghasilkan gaya kontol bebentuk x x cx x x k (7) Maka pesaaan geak assa pada siste dinayatakan sebagai beikut x x cx x kx x 0 (8) atau z cz kz 0 (8a) diana z = x x Gaba 3. Kaakteistik tansisibilitas Siste aktip yang beadaptasi tehadap Peubahan fekuensi Rasio tansisibilitas elatip setelah waktu Z tansien adalah 0 atau asio tansisibilitas Z absolutnya. Kalau siste aktip dibuat aga beadaptasi dengan sendiinya tehadap peubahan fekuensi eksitasi aka kaakteistik tansisibilitasnya akan eiliki bentuk sepeti pada gaba 3. Kalau fekuensi eksitasi lebih kecil dai haga atau. x x cx x x k (9) Kalau kx cx (0) Jadi siste aktip yang dibahas pada sub bab ini enawakan suatu keluwesan yang baik dala hal peubahan unjuk keja siste dan juga kaakteistik tansisibilitas data pada bebagai tingkat asio tansisibilitas. 0 ROASI Volue 3 Noo Januai 00

7 Naun siste aktip yang dibahas ini jika koponen aktipnya gagal aka siste tidak tekontol lagi. jadi siste tesebut hanya ebeikan keleluasaan opeasi yang aksiu naun tidak enawakan keandalan sepeti yang ditawakan oleh siste pasip. SISEM AKIP YANG ANDAL Dai diskusi sub bab sebelunya telah disipulkan bahwa siste aktip sebaiknya elibatkan koponen pasip untuk enawakan opeasi gagal aan. Banyak siste aktip yang elibatkan koponen pasip sepeti yang dibahas pada siste gabungan pasip aktip. Naun kobinasi pebangkit gaya aktip dan pasip sejauh ini tidak enawakan keluwesan atau keleluasaan dala opeasinya dibandingkan siste aktip saja. Sistepasip dapat diubah dengan pebangkit gaya aktip untuk eacu siste opeasi siste pasip yang tidak eiliki koponen pasip. apa yang dibutuhkan disini adalah suatu kebutuhan untuk ebangkitkan gaya aktip dengan petolongan pebangkit gaya aktip yang elawan suku suku koponen pasip sehingga siste seakan akan hanya engandung koponen aktip saja. SISEM AKIP GAGAL AMAN YANG MEMBERIKAN KARAKERISIK DAAR DAN RASIO RANSMISIBILIAS NOL Diaga siste aktip gagal aan ditunjukkan pada gaba 4. Pesaaan geak siste tesebut adalah x k x c c x x x k x x 0 () atau x c x k x 0 (a) Pesaaan () iip dengan pesaaan (6), jadi pegas skyhook dan peeda skyhook dapat diealisasikan dengan enggunakan susunan sepeti gaba 4. Keuntungan susunan gaba 4 bila dibandingkan gaba adalah kalau bagian aktip dai siste gagal aka gaba 4 akan befungsi sebagai siste pasip. Pada odus aktip opeasi fekuensi pibadi dan asio edaan dai siste pada gaba 4 dapat diubah elalui pengauh suku upan balik pecepatan untuk ebangkitkan gaya kontol. SISEM AKIP GAGAL AMAN YANG MEMBERIKAN KARAKERISIK RANSMISIBILIAS DAAR DAN RASIO RANSMISIBILIAS NOL Model dai siste ditunjukkan sepeti pada gaba 5. Susunan tesebut ebeikan asio tansisibilitas absolut / atau asio tansisibiltas elatipnya saa dengan nol. Pesaaan geaknya adalah x x k 0 x x c x x () atau z k z c z 0 (a) diana z = x x Pesaaan (a) iip dengan pesaaan (8a). Oleh kaena itu siste pada gaba 5 bepeilaku sepeti pada siste yang hanya eiliki koponen aktip saja. Jadi setelah waktu tansien, asio tansisibilitas elatipnya adalah nol. jadi siste ini enawakan aspek keluwesan opeasi dan juga keandalan opeasi. KESIMPULAN Siste yang enggunakan kobinasi pebangkit gaya aktip dan pasip adalah lebih baik daipada siste pasip dala hal peilihan bebagai suku penguatan upan balik yang dapat ebeikan kaakteistik tansisibilitas data. Siste tesebut juga enawakan keandalan dai siste pasip. Naun dengan siste aktip yang ditawakan pada liteatu getaan tidak enghasilkan kaakteistik tansisibilitas data pada tingkat atau 0 kaena koponen koponen aktip hanya ditabahkan ke koponen - koponen pasip, sedangkan gaya ditibulkan oleh koponen pasip (gaya yang tidak dikehendaki ) tidak teeleini. Siste yang hanya tedii dai koponen koponen aktip enunjukkan kaakteistik tansisibilitas data eskipun pada tingkat tansisibilitas sebesa atau 0 naun siste tesebut saa sekali tidak enawakan aspek keandalan sepeti yang diiliki siste pasip. Meskipun hanya enabahkan koponen aktip ke siste pasip kalaukoponen gaya pasip yang tidak diinginkan dapat dieleini oleh pebangkit gaya aktip, siste yang dihasilkan dapat ensiulasikan opeasi dai siste yang hanya tedii dai koponen aktip saja. Siste tesebut akan enawakan kaakteistik tansisibilitas yang data pada suatu tingkat tansisibilitas. Siste tesebut juga enawakan keandalan dai siste pasip jika koponen aktip engalai kegagalan, sehingga siste akan beopeasi sepeti siste pasip. DAAR PUSAKA. Caltea, P. C., Reseach on Vibation Isolation echniques fo Ai Caft Pilot Potection, Ai oce Repot AMRL R 67-38, 967. ROASI Volue 3 Noo Januai 00

8 . Esailzadeh, E., Sevo Contolled Pnueatic Suspension, Jounal of Mechanil Engineeing, Science, Vol., No., Gi, A.E., Huff, G.., and Wilson, J.N., An Active Suspension fo Off Road Vechicles, Jounal of Vibation, Acustic, Stess, and Reliability in Design, Hais, C. M., and Cede, C. E., Shock and Vibation Handbook, Mc Gaw Hill, Kanopp, D., Cosby, M.J., and Hawood, R.A., Vibation Contol Using Sei Active oce Geneatos, ASME jounal of Engineeing fo Industy, Klinge, D. l., Calzado, A.L., and Hawood, a Pneuatis on off Vechicle Suspension Syste, ASME jounal of Dynaic Measueent and Contol, Ruzika, J. E., and Deby,.., Influence of Daping in Viation Isolation, Pentice Hall, Snowdon, J. C., Vibation and Shock in daped Mechanil Systes, Willy, Sanha, S., and Guntu, R.R., Pneuatic Vibation Contol Using Active oce Geneatos, Jounal of Vibation, Acustic, Stess, and Reliability in Design, Young, R.E., and Suggs, C.W., Seat Suspension Syste of Roll and Pitch in Off Road Vechicles, ansaction of ASAE, Yoshiashi, I., and Nako, M., Optiu Peview Contol of Vechicle Ai Suspension, Bullentin of JSME, Vol.9, No. 38, 976. ROASI Volue 3 Noo Januai 00 3