Perancangan dan Implementasi Embedded Fuzzy Logic Controller Untuk Pengaturan Kestabilan Gerak Robot Segway Mini 1 Helmi Wiratran 2209105020
2 Latarbelakang (1) Segway PT: Transportasi alternatif dengan motto Keep it green, A Clean, eco-friendly machine
3 Permasalahan Bagaimana menjaga Robot segway agar tetap seimbang sesuai dengan masukan yang diberikan. Robot segway memiliki titik berat yang berada di atas sumbu putar motor penggeraknya, sehingga menyebabkan sistem ini tidak akan stabil apabila diberi ganguan.
4 Tujuan penelitian Menerapkan algoritma fuzzy pada mikrokontroler AVR untuk menjaga kestabilan robot Memilik respons yang cepat terhadap perubahan kemiringan sudut elevasi
Robot Segway 5
Inverted Pendulum (1) 6
7 Inverted Pendulum (2) Stabil Condong Ke Kanan Condong Ke Kiri
8 Pengenalan logika fuzzy (1) Dr. Lotti A. Zadeh (1965) - Konsep ketidak pastian atau kesamaran - Penerapkan fuzzy pada pemrogram PC.
Pengenalan logika fuzzy (2) 9
10 Arsitekture logika fuzzy Untuk mendapatkan keluaran diperlukan 4 tahapan diantaranya : 1. Pembentukan himpunan fuzzy (fuzzyfikasi). 2. Aplikasi fungsi implikasi (fuzzy rules) 3. Komposisi aturan 4. Penegasan (defuzzyfikasi)
11 Spesifikasi Sistem Robot segway mini dapat menyeimbangkan dirinya secara otomatis tanpa bantuan gaya luar. sensor accelerometer MMA7260Q 3-axis sebagai sensor sudut keseimbangan. Kriteria seimbang : berosilasi antara -8 hingga 8 Robot segway mini dapat menyeimbangkan diri secara otomatis dengan gangguan sebesar sudut 5 derajat saja.
12 Perancangan Dan Implementasi Perancangan Perangkat Keras Desain Mekanik Desain Sistem elektronik Perancangan Perangkat Lunak Logika Fuzzy
13 Blok diagram Perancangan Sistem M i k r o k o n t r o l e r + L C D + K e y p a d Driver Motor Motor GearBox S e t p o i n t + - Sensor Accelerometer
14 Desain Mekanik 12.5 cm 2 cm 13 cm 8 cm 9 cm 18 cm Tampak atas Tampak Depan
Desain Mekanik 15
16 Desain Sistem Elektronik Catu Daya Regulator 5VDC ADC Accelerometer MMA7260Q Mikrokontroler DRIVER MOSFET Motor Kanan/Kiri LCD 2x16 ATMega32 Keypad Serial
Sistem Minimum 17
Driver Motor MOSFET 18
Sensor MMA7260Q 19
20 Perhitungan Sudut arctan A A x y
21 Perancangan Logika Fuzzy Fuzzy-PD Input error dan Delta Error (sudut) Output PWM r + - d dt e - + e Ke Ke Fuzzy Controller Ku u Robot Segway-Mini y Sensor Accelerometer
22 Fungsi Keanggotaan -Ѳ +Ѳ
23 Fungsi Keanggotaan Error (1) NB : error < -15⁰ NM : -15⁰ < error < -5 NK : -10⁰ < error < 0 Z : -5⁰ < error < 5 PK : 0⁰ < error < 10 PM : 5⁰ < error < 15 PB : error > 15
Degree of membership 24 Fungsi Keanggotaan Error (2) 1 NB NM NK ZERO PK PM PB 0.8 0.6 0.4 0.2 0-20 -15-10 -5 0 5 10 15 20 ERROR
25 Fungsi Keanggotaan Delta Error (1) NB : delta_error < -15⁰ NM : -15⁰ < delta_error < -5 NK : -10⁰ < delta_error < 0 Z : -5⁰ < delta_error < 5 PK : 0⁰ < delta_error < 10 PM : 5⁰ < delta_error < 15 PB : delta_error > 15
Degree of membership 26 Fungsi Keanggotaan Delta Error (2) 1 NB NM NK ZERO PK PM PB 0.8 0.6 0.4 0.2 0-20 -15-10 -5 0 5 10 15 20 DELTA-ERROR
27 Fungsi Keanggotaan PWM (1) NB :PWM< -21⁰ NM : -21⁰ < PWM < -7 NK : -14⁰ < PWM < 0 Z : -7⁰ < PWM < 7 PK : 0⁰ < PWM < 14 PM : 7⁰ < PWM < 21 PB : PWM > 21
Degree of membership 28 Fungsi Keanggotaan PWM (2) 1 NB NM NK ZERO PK PM PB 0.8 0.6 0.4 0.2 0-25 -20-15 -10-5 0 5 10 15 20 25 PWM
29 Fuzzy Rule Penerapan rule - rule logika fuzzy, yaitu : 1. IF (e = NB) AND ( e = NB)THEN (PWM = NB) 2. IF (e = NB) AND ( e = NM) THEN (PWM = NB) 3. IF (e = NB) AND ( e = NS) THEN (PWM = NM) 4. IF (e = NB) AND ( e = Z) THEN (PWM = NM) 5... 6... 46 IF (e = PB) AND ( e = Z) THEN (PWM = PM) 47 IF (e = PB) AND ( e = PS) THEN (PWM = PB) 48 IF (e = PB) AND ( e = PM )THEN (PWM = PB) 49 IF (e = PB) AND ( e = PB) THEN (PWM = PB)
30 Tabel Fuzzy Error NB NM NS Z PS PM PB NB NB NB NB NM NM NM Z NM NB NB NM NM NM Z PM Delta Error NS NB NM NM NK Z PM PM Z NM NM NK Z PK PM PM PS NM NM Z PK PM PM PB PM NM Z PM PM PM PB PB PB Z PM PM PM PB PB PB
31 Defuzzifikasi Metode rata- rata (Average) : u * : nilai keluaran k : harga maksimum u i : nilai keluaran maksimum ke-j µ i (u i ) : derajat keanggotaan elemenelemen pada u * k u i 1 k i 1 i * ( u ( u i ) i )
32 Diagram alir MULAI Timer 0 (Ts=1ms) Timer 1 (PWM) ADC 8 Bit Setpoint = 0 Error=0 Derror=0 Baca Parameter Ke, Ked, Ku Baca Sensor Hitung Error dan Delta-Error T Fuzzifikasi Inferensi Fuzzy Defuzzifikasi Keluarkan nilai hasil defuzzifikasi Untuk Menggerakan motor Tombol stop? Y Berhenti
33 Pengujian FLC Ke = 0.9 Ked = 0.7 Ku = 3
PWM Sudut (derajat) 34 Pengujian FLC (1) 40 20 Respon Sudut Kemiringan Respon sudut Set point 0-20 -40 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Waktu (milidetik) 100 grafik PWM terhadap waktu PWM 50 0-50 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Waktu (milidetik)
PWM Sudut (derajat) 35 Pengujian FLC (2) 40 30 20 10 0-10 -20 Respon Sudut Kemiringan Respons sudut Set Point -30 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 Waktu (milidetik) 100 50 grafik PWM terhadap waktu PWM 0-50 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 Waktu (milidetik)
36 Video http://www.youtube.com/user/helmoik
37 Kesimpulan FLC dapat menstabilkan robot dengan sudut osilasi (-8) (+8) derajat Fungsi Keanggotaan Output PWM didapatkan dari Percobaan Parameter FLC K e = 0.9, K ed = 0.7, dan K u = 3 didapatkan dari hasil percobaan Desain mekanik, torsi motor dan kecepatan motor berpengaruh dalam kestabilan
Terima Kasih 38