Sifat-Sifat Sistem Pendulum Terbalik dengan Lintasan Berbentuk Lingkaran

dokumen-dokumen yang mirip
Jurnal Math Educator Nusantara (JMEN) Sifat-Sifat Sistem Pendulum Terbalik Dengan Lintasan Berbentuk Lingkaran

IMPLEMENTASI MODEL REFERENCE ADAPTIVE SYSTEMS (MRAS) UNTUK KESTABILAN PADA ROTARY INVERTED PENDULUM

IMPLEMENTASI KONTROLER FUZZY TAKAGI SUGENO UNTUK KESTABILAN ROTARY INVERTED PENDULUM

Proceeding Tugas Akhir-Januari

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) B-58

III. PEMODELAN SISTEM PENDULUM TERBALIK

BAB II PEMODELAN MATEMATIS SISTEM INVERTED PENDULUM

Stabilisasi Robot Pendulum Terbalik Beroda Dua Menggunakan Kontrol Fuzzy Hybrid

Kontrol Fuzzy Takagi-Sugeno Berbasis Sistem Servo Tipe 1 Untuk Sistem Pendulum Kereta

BAB II LANDASAN TEORI

Wardaya College. Soal Terpisah. Latihan Soal Olimpiade FISIKA SMA. Spring Camp Persiapan OSN Part I. Departemen Fisika - Wardaya College

Rancang Bangun Rotary Inverted Pendulum (RIP) dengan Menggunakan Kontrol PID

Aplikasi Prinsip Gyroscope untuk Mempertahankan Kesetimbangan Sebuah Sistem Sederhana

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Model Matematik Sistem Mekanik

Treefy Education Pelatihan OSN Online Nasional Jl Mangga III, Sidoarjo, Jawa WhatsApp:

momen inersia Energi kinetik dalam gerak rotasi momentum sudut (L)

BAB I PENDAHULUAN. dengan ditemukannya sistem kontrol proporsional, sistem kontrol integral

Dosen Pembimbing : Hendro Nurhadi, Dipl. Ing. Ph.D. Oleh : Bagus AR

DESAIN KONTROLER FUZZY UNTUK SISTEM GANTRY CRANE

SOAL DINAMIKA ROTASI

Bab 6 Momentum Sudut dan Rotasi Benda Tegar

BAB 7 ANALISA GAYA DINAMIS

STABILISASI SISTEM KONTROL LINIER INVARIANT WAKTU DENGAN MENGGUNAKAN METODE ACKERMANN

Contoh Soal dan Pembahasan Dinamika Rotasi, Materi Fisika kelas 2 SMA. Pembahasan. a) percepatan gerak turunnya benda m.

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Model Matematik Sistem Elektromekanik

DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBANGAN BENDA TEGAR

BAB 1 Keseimban gan dan Dinamika Rotasi

PETA MATERI FISIKA SMA UN 2015

Soal-Jawab Fisika Teori OSN 2013 Bandung, 4 September 2013

Simulasi Control System Design dengan Scilab dan Scicos

Mekanika Robot Berkaki

OPTIMALISASI CRANE ANTI AYUN KONTROLER PD-LQR DENGAN ALGORITMA UPSO UNTUK MENINGKATKAN EFESIENSI PROSES BONGKAR MUAT

Model Dinamik Robot Planar 1 DOF dan Simulasi

GARIS-GARIS BESAR PROGRAM PENGAJARAN

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) B-47

LOGO SEMINAR TUGAS AKHIR. Oleh : Rifdatur Rusydiyah Dosen Pembimbing : DR. Subiono, M.Sc

FIsika DINAMIKA ROTASI

Analisis dan Kontrol Optimal Sistem Gerak Satelit Menggunakan Prinsip Minimum Pontryagin

FISIKA XI SMA 3

Perhitungan Waktu Pemutus Kritis Menggunakan Metode Simpson pada Sebuah Generator yang Terhubung pada Bus Infinite

Dinamika Rotasi, Statika dan Titik Berat 1 MOMEN GAYA DAN MOMEN INERSIA

PUNTIRAN. A. pengertian

ANALISA DAN SIMULASI MODEL QUATERNION UNTUK KESEIMBANGAN PESAWAT TERBANG

KETERKONTROLAN BEBERAPA SISTEM PENDULUM SAKIRMAN

ANALISA KESTABILAN PERSAMAAN GERAK ROKET TIGA DIMENSI TIPE RKX- 200 LAPAN DAN SIMULASINYA

II. TINJAUAN PUSTAKA. Sistem dinamik adalah sistem yang berubah dari waktu ke waktu (Farlow,et al.,

SEMINAR NASIONAL TEKNIK INDUSTRI UNIVERSITAS GADJAH MADA 2011 Yogyakarta, 26 Juli Intisari

Fisika Umum (MA101) Kinematika Rotasi. Dinamika Rotasi

SISTEM FLUTTER PADA SAYAP PESAWAT TERBANG

DEWAN REDAKSI. INTENSIF Jurnal Ilmiah Penelitian Teknologi dan Penerapan Sistem Informasi

BAB II DASAR TEORI. Gambar 2.1. Letak CoM dan poros putar robot pada sumbu kartesian.

Kontrol Fuzzy Takagi-Sugeno Berbasis Sistem Servo Tipe 1 untuk Sistem Pendulum-Kereta

A. Pendahuluan. Dalam cabang ilmu fisika kita mengenal MEKANIKA. Mekanika ini dibagi dalam 3 cabang ilmu yaitu :

DEPARTMEN IKA ITB Jurusan Fisika-Unej BENDA TEGAR. MS Bab 6-1

II LANDASAN TEORI. Contoh. Ditinjau dari sistem yang didefinisikan oleh:

Analisis Reduksi Model pada Sistem Linier Waktu Diskrit

BAB 4 MODEL RUANG KEADAAN (STATE SPACE)

Mesin Arus Bolak Balik

Mekatronika Modul 9 Motor Stepper

SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA & KOMPUTER JAKARTA STI&K SATUAN ACARA PERKULIAHAN

Nama: Gilang Ramadhan NPM : Tugas: Fisika Dasar DINAMIKA

BAB 3 DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBANGAN BENDA TEGAR

Gerak Jatuh Bebas. Sehingga secara sederhana persaman GLBB sebelumya dapat diubah menjadi sbb:

Treefy Education Pelatihan OSN Online Nasional Jl Mangga III, Sidoarjo, Jawa WhatsApp:

Pemodelan dan Analisis Simulator Gempa Penghasil Gerak Translasi

DESAIN KONTROL INVERTED PENDULUM DENGAN METODE KONTROL ROBUST FUZZY

BAB II DASAR TEORI. maka dari hukum Newton diatas dapat dirumuskan menjadi: = besar dari gaya Gravitasi antara kedua massa titik tersebut;

Xpedia Fisika DP SNMPTN 05

Keseimbangan, Momen Gaya, Pusat Massa, dan Titik Berat

JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 2, (2017) ISSN: ( Print) F-313

BAB 3 DINAMIKA STRUKTUR

MODEL MATEMATIKA MANIPULATOR FLEKSIBEL

PERANCANGAN MODEL PREDICTIVE TORQUE CONTROL (MPTC) UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI 3 PHASA DENGAN ROBUST STATOR FLUX OBSERVER

PEMODELAN DAN ANALISA GETARAN MOTOR BENSIN 4 LANGKAH 2 SILINDER 650CC SEGARIS DENGAN SUDUT ENGKOL 90 UNTUK RUBBER MOUNT

Antiremed Kelas 11 FISIKA

PENGENDALIAN OPTIMAL PADA SISTEM STEAM DRUM BOILER MENGGUNAKAN METODE LINEAR QUADRATIC REGULATOR (LQR) Oleh : Ika Evi Anggraeni

KETERKONTROLAN BEBERAPA SISTEM PENDULUM SAKIRMAN

PEMODELAN SISTEM PENDULUM TERBALIK GANDA DAN KARAKTERISASI PARAMETER PADA MASALAH REGULASI OPTIMAL HASBY ASSIDIQI

SATUAN ACARA PERKULIAHAN UNIVERSITAS GUNADARMA

DESAIN KONTROL INVERTED PENDULUM DENGAN METODE KONTROL ROBUST FUZZY

BAB III METODA PENELITIAN

ON SOLUTIONS OF THE DISCRETE-TIME ALGEBRAIC RICCATI EQUATION. Soleha Jurusan Matematika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

STUDI PERHITUNGAN CRITICAL CLEARING TIME PADA BEBAN STATIS BERBASIS CONTROLLING UNSTABLE EQUILIBRIUM POINT

BAHAN AJAR FISIKA KELAS XI IPA SEMESTER GENAP MATERI : DINAMIKA ROTASI

Pelatihan Ulangan Semester Gasal

Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Suatu benda dikatakan memiliki energi jika benda tersebut dapat melakukan usaha.

D. 30 newton E. 70 newton. D. momentum E. percepatan

Kontrol Tracking Fuzzy Menggunakan Model Following untuk Sistem Pendulum Kereta

PERANCANGAN SISTEM KENDALI SLIDING-PID UNTUK PENDULUM GANDA PADA KERETA BERGERAK

PREDIKSI UAS 1 FISIKA KELAS X TAHUN 2013/ Besaran-besaran berikut yang merupakan besaran pokok adalah a. Panjang, lebar,luas,volume

menganalisis suatu gerak periodik tertentu

KONTROL TRACKING FUZZY UNTUK SISTEM PENDULUM KERETA MENGGUNAKAN PENDEKATAN LINEAR MATRIX INEQUALITIES

SATUAN ACARA PERKULIAHAN MATA KULIAH : PENGANTAR ROBOTIKA KODE / SKS : / 3 SKS

Keunggulan Pendekatan Penyelesaian Masalah Fisika melalui Lagrangian dan atau Hamiltonian dibanding Melalui Pengkajian Newton

Desain Sistem Kendali Rotary Pendulum Dengan Sliding-PID

Studi dan Simulasi Getaran pada Turbin Vertikal Aksis Arus Sungai

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Perancangan Perangkat Keras

Kontrol Tracking Fuzzy untuk Sistem Pendulum Kereta Menggunakan Pendekatan Linear Matrix Inequalities

BAB III PERANCANGAN SISTEM

Laporan Kegiatan Pembinaan Olimpiade Fisika di SMA Negeri 8 Yogyakarta Tahun Oleh: Wipsar Sunu Brams Dwandaru NIP

Transkripsi:

Sifat-Sifat Sistem Pendulum Terbalik dengan Lintasan Berbentuk Lingkaran Nalsa Cintya Resti Sistem Informasi Universitas Nusantara PGRI Kediri Kediri, Indonesia E-mail: nalsacintya@ unpkediri.ac.id Abstrak Pendulum terbalik adalah sistem non-linear orde tinggi, miltivariabel dan sistem dinamik yang sangat tidak stabil. Sistem non-linear orde tinggi pada pendulum terbalik harus dilinearisasi agar dapat diselesaikan dengan mudah. Dari perhitungan yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa sistem dari pendulum terbalik adalah sistem yang tak stabil pelana, dapat dikontrol dan dapat diamati. Selain itu sistem juga dapat dibentuk menjadi sistem berbentuk kompanion terkontrol dan bentuk kompanion teramati. Kata kunci Sistem non-linear, pendulum terbalik, miltivariabel, sistem dinamik I. PENDAHULUAN Pendulum terbalik adalah sistem non-linear orde tinggi, miltivariabel dan sistem dinamik yang sangat tidak stabil. Pendulum pada jurnal ini adalah pendulum terbalik yang menggunakan lintasan berbentuk lingkaran. Lintasan berupa lingkaran bertujuan untuk menghilangkan batasan panjang lintasan yang terdapat pada pendulum terbalik dengan lintasan transversal. Pendulum terbalik adalah sistem sistem pendulum yang titik beratnya berada diatas titik tumpunya. Lintasan berupa lingkaran bertujuan untuk menghilangkan batasan lingkaran yang terjadi pada pendulum terbalik dengan lintasan lurus sehingga pendulum dapat disetimbangkan dengan leluasa. Pendulum terbalik adalah system yang tidak stabil. Secara umum, suatu pendulum selalu bergerak kembali ke posisi setimbangnya. Waktu yang diperlukan untuk mencapai posisi kesetimbangannya bergantung pada jarak antara titik tumpu dan titik beratnya. II. METODE PENELITIAN A. Model dari Pendulum Terbalik dengan Lintasan Lingkaran Pendulum terbalik adalah sistem yang terdiri dari kontroler, lengan, pendulum, motor DC dan dua tongkat pendulum. Kontroler membuat pendulum tetap berada pada posisi tegak ke atas pada lengan pemutar. Adapun skema gambar dari Pendulum dapat dilihat pada gambar 1. 20

GAMBAR I. SKEMA RIP DENGAN BEBERAPA PARAMETER Perpotongan antara lengan 1 dan lengan 2 tidak dapat digerakkan namun bebas berputar. Kedualengan memiliki panjang dan dan memiliki massa dan yang berlokasi pada dan, yang merupakan panjang dari sudut rotasi lengan pusat massa. B. Model Fisika Gambar berikut adalah gambar skematik (free body diagram) dari pendulum terbalik beserta arah pergerakannya. GAMBAR II. SKEMATIK PERGERAKAN PENDULUM TERBALIK Kecepatan angular dari masing-masing link adalah: (1) (2) Kecepatan linear dari masing-masing link diberikan oleh: (3) (4) Gaya listrik berbanding lurus dengan kecepatan rotor yang dinyatakan sbb: (5) Torsi yang dihasilkan dinyatakan sbb: (6) Dengan adalah konstanta untuk tegangan dan adalah konstanta untuk torsi. Dalam kondisi tunak (steady state), persamaan yang menggambarkan tegangan motor adalah: (7) Sehingga Dari substitusi persamaan didapatkan 21

Dimana adalah tegangan yang diterapkan. Torsi diperlukan untuk lengan putar untuk mengubah arah rotasi dengan cepat untuk menjaga keseimbangan pendulum. Kecepatan tinggi pada p endulum diperlukan agar lengan dapat bergerak lebih cepat untuk mencegah jatuhnya pendulum. C. Model Matematika Dalam pengendalian optimal pendulum penurunan persamaan matematika yang menjelaskan dinamika dari sistem pendulum terbalik didasari oleh persamaan Euler-Lagrange: Dimana: = vektor posisi sudut (rad) = vektor kecepatan sudut (rad/s) = gaya luar (N) = Lagrangian (J) = Energi yang hilang (J) Dalam persamaan Euler-Lagrange, L didefinisikan sebagai: (11) Dan Energi kinetik dari link 1 adalah: (12) (13) Karena pusat massa dari lengan seimbang pada awal, sedemikian hingga (14) Energi kinetik dari link 2 dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut: Energi potensial dari link 1 dan link 2 adalah: 22

Total Energi yang hilang dari sistem adalah jumlahan energi yang hilang dari tongkat pendulum (link 2) dan lengan (link 1), dinyatakan oleh persamaan berikut: Dari persamaan (11), maka didapat Lagrangian: (16) (17) Persamaan Euler-lagrange dari masing-masing variabel adalah: (18) Dengan memasukkan persamaan sebelumnya kedalam persamaan Euler-Lagrange, akan menghasilkan persamaan non-linear dari dinamika RIP sebagai berikut: (21) D. Linearisasi Model Untuk melinearkan model yang didapatkan, digunakan pendekatan sbb: Sehingga persamaan menjadi: (22) (23) (24) (25) Dimana didefinisikan: Dengan eliminasi, diperoleh persamaan: (26) 23

(27) Maka persamaan (2-26), (2,27) sistem RIP dapat dinyatakan sebagai berikut: Adapun persamaan dapat dibentuk dalam sebuah matriks: Dengan merupakan simpangan maksimal dari link 1 dan link 2 sedangkan merupakan kecepatan sudut dari msing-masing link.adapun untuk nilai pada masing-masing parameter telah dilampirkan pada tabel 1. TABEL I. PARAMETER DARI SISTEM RIP Parameter Nilai Parameter Nilai 0.830 0.00208 0.100 0.001 0.600 9.8100 0.300 28.600 0.000 0.1680 0.000 1.680 0.300 0.09810 0.002 60.00 0.100 Sehingga dengan memasukkan nilai parameter ke dalam persamaan, didapatkan matriks berikut. III. HASIL & PEMBAHASAN A. Keterkontrolan Diberikan sistem linear invariant waktu yang disajikan oleh persamaan: 24

Dari matriks sebelumnya dapat dicari apakah suatu sistem dapat dikontrol atau tidak, yaitu dengan memperhatikan. Dengan memperhitungkan maka: Dikarenakan rank = dimensi = 4 maka matriks tersebut terkontrol. B. Keteramatan Dari sistem sebelumnya akan dicari apakah sistem dapat diamati atau tidak, yaitu dengan memperhatikan. Sehingga Dikarenakan rank = dimensi = 4 maka sistem dapat teramati. C. Bentuk Kompanion Terkontrol Pada bagian ini dibahas suatu bentuk yang dinamakan bentuk kompanion. Bentuk kompanion ini bermanfaat terutama untuk masalah penempatan pole-pole yang sesuai diinginkan sehingga sistem loop-tutup terstabilkan. Bentuk awal: Kemudian ditransformasi menjadi: Dengan mengubah matriks awal menjadi bentuk transformasi maka didapatkan matriks baru sebagai berikut. 25

Kemudian untuk mencari matriks dengan cara, didapatkan : Sehingga didapatkan Dengan mengingat bentuk transformasi kompanion terkontrol adalah sbb Maka didapatkan bentuk kompanion terkontrol: D. Bentuk Kompanion Teramati Bentuk awal: Bentuk transformasi: Dengan mengubah matriks awal menjadi matriks transformasi maka didapatkan matriks kompanion teramati: 26

E. Kestabilan Sebelumnya harus dapat dicari nilai eigen dari suatu sistem pada persamaan (30) tersebut. Dengan cara Dari persamaan matriks didapat nilai eigen:, Dari teorema yang telah dijelaskan diatas, dapat dilihat bahwa sistem tersebut merupakan sistem yang tak stabil pelana. IV. KESIMPULAN & SARAN Dari perhitungan yang telah dilakukan diatas, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa sistem dari pendulum terbalik adalah sistem yang dapat dikontrol dan dapat diamati. Selain itu sistem juga dapat dibentuk menjadi sistem berbentuk kompanion terkontrol dan bentuk kompanion teramati. Sistem pendulum terbalik merupakan sistem yang tidak stabil pelana. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan dapat mengubah sistem yang tidak stabil pelana menjadi sistem yang stabil serta dapat dikontrol untuk mendapatkan solusi paling maksimum. DAFTAR PUSTAKA [1] Subiono, (2013). Sistem Linear dan Kontrol Optimal, Jurusan Matematika Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. [2] Shailaja Kurode, a. C. (2011). Swing-Up and Stabilization of Rotary Inverted Pendulum using Sliding Modes. 10685-10690. 27