PEMODELAN DAN ANALISIS KESTABILAN SISTEM MEMRISTOR KUBIK ORDE EMPAT

dokumen-dokumen yang mirip
PENURUNAN METODE NICKALLS DAN PENERAPANNYA PADA PENYELESAIAN PERSAMAAN KUBIK

ANALISIS LAX PAIR DAN PENERAPANNYA PADA PERSAMAAN KORTEWEG-DE VRIES

KAJIAN TENTANG LAX PAIR DAN PENERAPANNYA PADA PERSAMAAN LIOUVILLE

BAB II LANDASAN TEORI. selanjutnya sebagai bahan acuan yang mendukung tujuan penulisan. Materi-materi

BAB II LANDASAN TEORI. eigen dan vektor eigen, persamaan diferensial, sistem persamaan diferensial, titik

PERHITUNGAN NUMERIK DALAM MENENTUKAN KESTABILAN SOLITON CERAH ONSITE PADA PERSAMAAN SCHRÖDINGER NONLINIER DISKRIT DENGAN PENAMBAHAN POTENSIAL LINIER

PEMBUKTIAN RUMUS BENTUK TUTUP BEDA MUNDUR BERDASARKAN DERET TAYLOR

METODE BENTUK NORMAL PADA PENYELESAIAN PERSAMAAN DUFFING

PENGGUNAAN METODE LYAPUNOV UNTUK MENGUJI KESTABILAN SISTEM LINIER

OBSERVER UNTUK SISTEM KONTROL LINIER KONTINU

BAB II KAJIAN TEORI. dinamik, sistem linear, sistem nonlinear, titik ekuilibrium, analisis kestabilan

BAB II KAJIAN TEORI. representasi pemodelan matematika disebut sebagai model matematika. Interpretasi Solusi. Bandingkan Data

BENTUK NORMAL BIFURKASI HOPF PADA SISTEM UMUM DUA DIMENSI

Created By Aristastory.Wordpress.com BAB I PENDAHULUAN. Teori sistem dinamik adalah bidang matematika terapan yang digunakan untuk

KONVOLUSI DISTRIBUSI EKSPONENSIAL DENGAN PARAMETER BERBEDA

BAB II LANDASAN TEORI. pada bab pembahasan. Materi-materi yang akan dibahas yaitu pemodelan

METODE BENTUK NORMAL PADA PENYELESAIAN PERSAMAAN RAYLEIGH

SIFAT-SIFAT DINAMIK DARI MODEL INTERAKSI CINTA DENGAN MEMPERHATIKAN DAYA TARIK PASANGAN

WARP PADA SEBUAH SEGITIGA

PEMODELAN ARUS LALU LINTAS ROUNDABOUT

PEMBUKTIAN BENTUK TUTUP RUMUS BEDA MAJU BERDASARKAN DERET TAYLOR

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN. 4.1 Asumsi yang digunakan dalam sistem mangsa-pemangsa. Dimisalkan suatu habitat dimana spesies mangsa dan pemangsa hidup

METODE PSEUDOSPEKTRAL CHEBYSHEV PADA APROKSIMASI TURUNAN FUNGSI

BAB II LANDASAN TEORI. dalam penulisan skripsi ini. Teori-teori yang digunakan berupa definisi-definisi serta

MODEL DINAMIKA CINTA DENGAN MEMPERHATIKAN DAYA TARIK PASANGAN

REALISASI POSITIF STABIL ASIMTOTIK SISTEM LINIER DISKRIT DENGAN POLE KONJUGAT KOMPLEKS

METODE PSEUDO ARC-LENGTH DAN PENERAPANNYA PADA PENYELESAIAN SISTEM PERSAMAAN NONLINIER TERPARAMETERISASI

JAWABAN ANALITIK SEBAGAI VALIDASI JAWABAN NUMERIK PADA MATA KULIAH FISIKA KOMPUTASI ABSTRAK

BAB II LANDASAN TEORI. Pada bab ini akan dibahas mengenai definisi-definisi dan teorema-teorema

BAB II ELEMEN RANGKAIAN LISTRIK

Model Matematika SIV Untuk Penyebaran Virus Tungro Pada Tanaman Padi

PENYELESAIAN PERSAMAAN DIFERENSIAL TUNDA LINIER ORDE 1 DENGAN METODE KARAKTERISTIK

REALISASI POSITIF STABIL ASIMTOTIK DARI SISTEM LINIER DISKRIT

PENCARIAN AKAR-AKAR PERSAMAAN NONLINIER SATU VARIABEL DENGAN METODE ITERASI BARU HASIL DARI EKSPANSI TAYLOR

Program Perkuliahan Dasar Umum Sekolah Tinggi Teknologi Telkom Persamaan Diferensial Orde II

T 23 Center Manifold Dari Sistem Persamaan Diferensial Biasa Nonlinear Yang Titik Ekuilibriumnya Mengalami Bifurkasi Contoh Kasus Untuk Bifurkasi Hopf

BILANGAN KROMATIK LOKASI UNTUK GRAF C n K m, DENGAN n 3 DAN m 1

Universitas Indonusa Esa Unggul Fakultas Ilmu Komputer Teknik Informatika. Persamaan Diferensial Orde II

DIMENSI METRIK DARI (K n P m ) K 1

II LANDASAN TEORI 2.1 Sistem Persamaan Diferensial Definisi 1 [Sistem Persamaan Diferensial Linear (SPDL)]

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

KARAKTERISASI GRAF POHON DENGAN BILANGAN KROMATIK LOKASI 3

MATERI 2 MATEMATIKA TEKNIK 1 PERSAMAAN DIFERENSIAL ORDE DUA

PENYELESAIAN PERSAMAAN NONLINIER DENGAN METODE MODIFIKASI BAGI DUA

STABILISASI SISTEM DESKRIPTOR LINIER KONTINU

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014

THE EFFECT OF DELAYED TIME OF OSCILLATION IN THE LOGISTIC EQUATION

Penentuan Kestabilan Sistem Hibrid melalui Trayektorinya pada Bidang. Oleh:

BIFURKASI HOPF DALAM MODEL EPIDEMI DENGAN WAKTU TUNDAAN DISKRET

KAITAN SPEKTRUM KETETANGGAAN DARI GRAF SEKAWAN

BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN. ekuilibrium bebas penyakit beserta analisis kestabilannya. Selanjutnya dilakukan

PENERAPAN METODE ADAMS-BASHFORTH-MOULTON ORDE EMPAT UNTUK MENENTUKAN SOLUSI PERSAMAAN DIFERENSIAL LINIER HOMOGEN ORDE TIGA KOEFISIEN KONSTAN

HUBUNGAN ANTARA HIMPUNAN KUBIK ASIKLIK DENGAN RECTANGLE

BAB II LANDASAN TEORI

ORDER UNSUR DARI GRUP S 4

PEMBENTUKAN MODEL RANGKAIAN LISTRIK

SIFAT-SIFAT DASAR FUNGSI KARAKTERISTIK DARI DISTRIBUSI CAUCHY

DEKOMPOSISI PRA A*-ALJABAR

Metode Elemen Batas (MEB) untuk Model Konduksi-Konveksi dalam Media Anisotropik

Model Matematika Jumlah Perokok dengan Nonlinear Incidence Rate dan Penerapan Denda

KESTABILAN MODEL BIOEKONOMI SISTEM MANGSA PEMANGSA SUMBER DAYA PERIKANAN DENGAN PEMANENAN PADA POPULASI PEMANGSA

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. kestabilan model predator-prey tipe Holling II dengan faktor pemanenan.

PENYELESAIAN MASALAH PEMROGRAMAN LINIER BILANGAN BULAT MURNI DENGAN METODE REDUKSI VARIABEL

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

RUANG TOPOLOGI LEMBUT KABUR

Oleh Nara Riatul Kasanah Dosen Pembimbing Drs. Sri Suprapti H., M.Si

KESTABILAN TITIK EQUILIBRIUM MODEL SIR (SUSPECTIBLE, INFECTED, RECOVERED) PENYAKIT FATAL DENGAN MIGRASI

Pengantar Metode Perturbasi Bab 1. Pendahuluan

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah

FUNGSI EVANS, SIFAT-SIFAT DAN APLIKASINYA PADA PELACAKAN NILAI EIGEN DARI MASALAH STURM-LIOUVILLE

Pendahuluan Elektromagnetika

POSITIFITAS DAN KETERCAPAIAN SISTEM LINIER FRACTIONAL WAKTU KONTINU

BILANGAN AJAIB MAKSIMUM DAN MINIMUM PADA GRAF SIKLUS GANJIL

BAB II KAJIAN TEORI. digunakan pada bab pembahasan. Teori-teori ini digunakan sebagai bahan acuan

T 3 Model Dinamika Sel Tumor Dengan Terapi Pengobatan Menggunakan Virus Oncolytic

Modifikasi Kontrol untuk Sistem Tak Linier Input Tunggal-Output Tunggal

BIFURKASI HOPF PADA SISTEM PREDATOR PREY DENGAN FUNGSI RESPON TIPE II

PEMODELAN KOMPETISI ANTAR BAHASA PADA KOMUNITAS MONOLINGUAL DAN BILINGUAL

PENYELESAIAN NUMERIK DARI PERSAMAAN DIFERENSIAL NONLINIER ADVANCE-DELAY

BEBERAPA METODE ITERASI DENGAN TURUNAN KETIGA UNTUK MENYELESAIKAN PERSAMAAN NONLINEAR BESERTA DINAMIKNYA. Zulkarnain 1, M.

PENYELESAIAN NUMERIK DAN ANALISA KESTABILAN PADA MODEL EPIDEMIK SEIR DENGAN PENULARAN PADA PERIODE LATEN

BAB II LANDASAN TEORI. Pada bab ini, akan diuraikan definisi-definisi dan teorema-teorema yang

Penerapan Teknik Serangga Steril Dengan Model Logistik. Dalam Pemberantasan Nyamuk Aedes Aegypti. Nida Sri Utami

Jl. Ir. M. Putuhena, Kampus Unpatti, Poka-Ambon 2 ABSTRAK

BIFURKASI PITCHFORK SUPERKRITIKAL PADA SISTEM FLUTTER

BILANGAN KROMATIK LOKASI DARI GRAF HUTAN LINIER H t

ALGORITMA RUTE FUZZY TERPENDEK UNTUK KONEKSI SALURAN TELEPON

KONSEP DASAR PERSAMAAN DIFERENSIAL

ANALISIS KESTABILAN DARI SISTEM DINAMIK MODEL SEIR PADA PENYEBARAN PENYAKIT CACAR AIR (VARICELLA) DENGAN PENGARUH VAKSINASI SKRIPSI

STABILISASI SISTEM DESKRIPTOR DISKRIT LINIER POSITIF

MODIFIKASI SISTEM PREDATOR-PREY: DINAMIKA MODEL LESLIE-GOWER DENGAN DAYA DUKUNG YANG TUMBUH LOGISTIK

PELABELAN TOTAL (a, d)-sisi ANTIAJAIB SUPER PADA SUBDIVISI GRAF BINTANG

SOLUSI POSITIF DARI PERSAMAAN LEONTIEF DISKRIT

Analisis Kestabilan Model Penurunan Sumber Daya Hutan Akibat Industri

ANALISIS KESTABILAN MODEL MANGSA-PEMANGSA DENGAN MANGSA YANG TERINFEKSI DI LINGKUNGAN TERCEMAR

APROKSIMASI VARIASIONAL UNTUK SOLUSI SOLITON PADA PERSAMAAN SCHRÖDINGER NONLINIER DISKRIT NONLOKAL

Simulasi Model Mangsa Pemangsa Di Wilayah yang Dilindungi untuk Kasus Pemangsa Tergantung Sebagian pada Mangsa

SOLUSI POSITIF DARI SISTEM SINGULAR DISKRIT

STABILISASI SISTEM KONTROL LINIER DENGAN PENEMPATAN NILAI EIGEN

Transkripsi:

Jurnal Matematika UNAND Vol. VI No. 3 Hal. 1 6 ISSN : 2303 2910 c Jurusan Matematika FMIPA UNAND PEMODELAN DAN ANALISIS KESTABILAN SISTEM MEMRISTOR KUBIK ORDE EMPAT PUTRI HANDAYANI, MAHDHIVAN SYAFWAN, EFENDI Program Studi Matematika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Andalas, Kampus UNAND Limau Manis Padang, Indonesia, email : putryhandayani95@gmail.com Abstrak. Pada penelitian ini, model sistem memristor kubik orde empat diformulasi dari hukum sirkuit Kirchhoff dan hukum induksi Faraday dengan menggunakan memduktansi yang dikarakterisasi oleh fungsi kuadrat definit positif. Dengan menggunakan kriteria Routh-Hurwitz, ditinjau kestabilan sistem di sekitar titik ekuilibrium. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa solusi sistem memristor kubik orde empat stabil. Beberapa contoh kasus yang diselesaikan secara numerik telah mengkonfirmasi hasil analisis tersebut. Kata Kunci: Memristor kubik orde empat, kriteria Routh-Hurwitz, hukum sirkuit Kirchhoff, hukum induksi Faraday, Runge-Kutta orde empat 1. Pendahuluan Pada tahun 2008, tim peneliti dari perusahaan Hewlett-Packard di California berhasil mengembangkan komponen elektronik unik yang disebut memristor, yang merupakan singkatan dari memori resistor. Memristor merupakan komponen elektronik dasar keempat setelah resistor, kapasitor, dan induktor. Secara teoritis, eksistensi dari memristor telah dikaji sebelumnya oleh Leon Chua dari University Barkeley, California yang dipublikasikan pada tahun 1971 [2]. Pada dasarnya sebuah memristor adalah sebuah resistor dengan memori. Memristor merupakan sebuah hambatan listrik yang menyimpan informasi seperti halnya dalam ingatan manusia. Dengan adanya memristor, sistem komputer dapat mengingat semua informasi dengan konsumsi daya yang sangat kecil dibanding perangkat daya yang ada saat ini, dan dapat dihidupkan atau dimatikan seperti sebuah saklar lampu [5]. Itoh dan Chua [4] telah membahas analisis persamaan dasar dari beberapa tipe osilator memristor nonlinear yang diperoleh setelah menggantikan diode Chua dengan memristor. Botta [3] kemudian membahas kembali model Itoh dan Chua [4], namun dengan mengganti fungsi memduktansi dengan suatu fungsi kuadrat definit positif, dan parameter yang digunakan adalah parameter yang positif saja. Model memristor Botta ini diperoleh dengan menghapus resistor dari rangkaian listrik yang dimodelkan oleh Chua sebelumnya. Model ini dikenal dengan sistem memristor kubik orde empat. Pembahasan pada penelitian ini mengeksplorasi kembali kajian pada referensi [3]. 1

2 Putri Handayani dkk. 2. Sistem Memristor Memristor adalah perangkat listrik pasif dengan dua terminal dimana fluks magnetik ϕ antara terminal merupakan fungsi dari jumlah muatan listrik q yang melewati perangkat ini [5]. Disebut elemen pasif karena tidak dapat dengan sendirinya membangkitkan tegangan atau arus. Simbol dari memristor diperlihatkan oleh Gambar 1. Gambar 1. Simbol Memristor Setiap memristor dikarakterisasi berdasarkan fungsi memristansi M dan fungsi memduktansi W. Memristansi M yaitu besaran perubahan fluks terhadap perubahan muatan dan memduktansi W adalah besaran perubahan muatan terhadap perubahan fluks [4]. Secara matematis hal ini didefinisikan sebagai M(q) = dϕ(q) dq, (2.1) W (ϕ) = dq(ϕ) dϕ. (2.2) 3. Formulasi Model Sistem Memristor Kubik Orde Empat Sistem memristor dianalisis secara mendalam oleh Itoh dan Chua [4] dengan sirkuit listrik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Dengan mengaplikasikan hukum Gambar 2. Sistem Memristor Itoh dan Chua

Pemodelan dan Analisis Kestabilan Sistem Memristor Kubik Orde Empat 3 sirkuit Kirchoof pada Gambar 2 diperoleh: I 1 = I 3 I, V 3 = V 2 V 1, I 2 = I 3 + I 4, V 2 = V 4, V = V 1. (3.1) Dengan menerapkan hubungan antara tegangan V dan kuat arus I untuk empat komponen elektronik dasar (C, L, R, W (ϕ)), maka sistem (3.1) dapat diubah menjadi sistem persamaan diferensial orde satu, yaitu : C 1 dv 1 = I 3 W (ϕ)v 1, L di 3 = V 2 V 1, dv 2 C 2 = I 3 + GV 2, dϕ 2 = V 4, dϕ = V 1, (3.2) Dalam penelitian ini, sistem memristor Itoh dan Chua pada Gambar 2 dilepas komponen resistornya dari sirkuit listrik sehingga diperoleh sirkuit memristor Botta seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Gambar 3. Sirkuit Memristor Botta Dengan demikian sistem persamaan (3.2) menjadi C 1 dv 1 = I 3 W (ϕ)v 1, L di 3 = V 2 V 1, dv 2 C 2 = I 3, dϕ = V 1. (3.3)

4 Putri Handayani dkk. Untuk penyederhanaan perhitungan, sistem persamaan (3.3) ditransformasi menjadi dx = α(y W (w)x), dy = ξ(x + z), dz = βy, dw = x, (3.4) dimana x = V 1, α = 1, y = I 3, β = 1, z = V 2, ξ = 1, w = ϕ, sedangkan C 1 C 2 L fungsi kubik q(w) dan W (w) diberikan berturut-turut oleh q(w) = w 3 + aw 2 + bw + c, (3.5) W (w) = 3w 2 + 2aw + b, (3.6) dengan a 2 3b 0. Karena C 1, C 2, dan L dibatasi bernilai positif, maka α, β, dan ξ juga bernilai positif. 4. Kriteria Stabil Untuk menganalisis kestabilan titik ekuilibrium, maka perlu diperiksa apakah bagian riil dari semua nilai eigen matriks Jacobiannya bernilai negatif. Salah satu cara yang dapat digunakan adalah kriteria Routh-Hurwitz. Kriteria Routh-Hurwitz merupakan suatu metode yang digunakan untuk menunjukkan kestabilan sistem dengan memperhatikan koefisien dari persamaan karakterisik tanpa menghitung akar-akar secara langsung. Teorema 4.1. [1] Misalkan a 0, a 1, a 2,, a n adalah bilangan riil dan tetapkan a k = 0 jika k > n, maka semua akar polinomial p(z) = a 0 z n + a 1 z n 1 + + a n 1 z + a n, dengan a 0 > 0, mempunyai bagian riil negatif jika dan hanya jika determinan a 1 a 3 a 5... a 2k 1 a 0 a 2 a 4... a 2k 2 0 a 1 a 3... a 2k 3 k = 0 a 0 a 2... a 2k 4 0 0 a 1... a 2k 5...... 0 0 0... a k, untuk setiap k = 1, 2,, n bernilai positif.

Pemodelan dan Analisis Kestabilan Sistem Memristor Kubik Orde Empat 5 5. Analisis Kestabilan Sistem Memristor Kubik Orde Empat Titik ekuilibrium dari sistem (3.4) adalah E = {(x, y, z, w) R 4 x = y = z = 0, w R}, dan matriks Jacobiannya adalah αw (w) α 0 0 J = ξ 0 ξ 0 0 β 0 0 1 0 0 0 Nilai eigen dari matriks Jacobian tersebut adalah λ 1 = 0 dan λ 2,3,4 yang merupakan solusi dari persamaan kubik P (λ) = λ 3 + αw (w)λ 2 + (α + β)ξλ + αξβw (w). (5.1) Untuk memeriksa akar-akar dari persamaan kubik (5.1), digunakan kriteria Routh- Hurwitz, sehingga diperoleh 1 = αw (w), 2 = α 2 ξw (w, 3 = α 3 βξ 2 W (w). Karena k, k = 1, 2, 3, bergantung pada fungsi memduktansi W (w), maka akan dicari nilai-nilai w dari fungsi memduktansi tersebut. Akar-akar dari fungsi memduktansi adalah w 1 = 1 3 a + 1 3 a2 3b, w 2 = 1 3 a 1 3 a2 3b. Karena di awal sudah dibatasi a 2 3b 0, maka akan ditinjau dua kasus, yaitu a 2 3b < 0 dan a 2 3b = 0. (1) Kasus a 2 3b < 0. Jika a 2 3b < 0, maka diperoleh akar-akar w 1 dan w 2 yang bernilai kompleks. Dengan demikian fungsi kuadrat W (w) selalu positif untuk semua w R. Akibatnya 1, 2, 3 > 0, karena α, ξ, β > 0. Jadi berdasarkan kriteria Routh- Hurwitz, bagian riil dari semua akar persamaan (5.1) bernilai negatif, sehingga titik ekuilibrium E stabil. (2) Kasus a 2 3b = 0. Jika a 2 3b = 0, maka diperoleh akar kembar w 1 = w 2 = 1 a. Pandang dua 3 subkasus : Subkasus (2.1). w 1 3 α Pada subkasus ini, fungsi kuadrat W (w) selalu positif sehingga k > 0, k = 1, 2, 3. Dengan demikian titik E stabil. Subkasus (2.2). w = 1 3 α

6 Putri Handayani dkk. Pada subkasus ini W (w) = 0, sehingga kriteria Routh-Hurwitz tidak bisa digunakan. Namun dengan mensubstitusikan nilai W (w) = 0 pada persamaan kubik (5.1), akan diperoleh akar-akar λ 2 = 0 atau λ 3,4 = ±i (α + β)ξ. Perhatikan bahwa bagian riil dari semua nilai eigen λ i bernilai nol, sehingga titik ekuilibrium E = (0,0,0, 1 a) stabil. 3 6. Kesimpulan Berdasarkan hasil formulasi model dan analisis kestabilan, diperoleh bahwa : 1. Model memristor kubik orde 4 diberikan oleh dx = α(y W (w)x), dy = ξ(x + z), dz = βy, dw = x. dengan x = V 1, α = 1 C 1, y = I 3, β = 1 C 2, z = V 2, ξ = 1 L, w = ϕ dan W (w) = w 3 + 2aw + b. 2. Titik ekuilibrium dari sistem memristor di atas adalah E = {(x, y, z, w) R 4 x = y = z = 0, w R}. 3. Berdasarkan analisis kestabilan, diperoleh hasil bahwa titik ekuilibrium E akan stabil jika nilai-nilai parameter memenuhi 7. Ucapan Terima Kasih {(α, β, ξ, a, b) R 5 α, β, ξ > 0 dan a 2 3b 0)}, Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Zulakmal, M.Si, Bapak Dr. Effendi dan Ibu Monika Rianti Helmi, M.Si yang telah memberikan masukan dan saran sehingga makalah ini dapat diselesaikan dengan baik. Daftar Pustaka [1] G. J Olsder. 1994. Mathematical System Theory. Delft, Delft University Press. [2] Chua, Leon O. 1971. Memristor The Missing Circuit Element. IEEE Transactions on Circuit Theory. 18 : 507 519. [3] Botta, Vanessa. 2013. Stability Analysis of Fourth-Order Cubic Memristor Oscillator. Proceeding Series of the Brazilian Society of Applied and Computational Mathematics. 1 : 1 4. [4] Itoh, M dan Chua, L.O. 2008. Memristor Oscillators, Internat. J. Bifur. Chaos Appl. Sci. Eng. 18 : 3183-3206. [5] Arthur, Franciscus. 2009. Konsep Dasar Memristor : Analisis Kurva I-V Titanium Dioxide Memristor. Universitas Indonesia, Jakarta.