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 Otomasi kursi roda selama ini telah banyak membuat mobilitas penggunanya dari berbagai macam keterbatasan kemampuan menjadi seperti orang normal lainnya. Salah satu otomasi yang dilakukan adalah mengatur kecepatan kursi roda tersebut ketika berjalan. 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- eliminasi eksistensi ketidakpastian (uncertainty) model plant, noise dan gangguan (disturbance) yang terjadi pada motor penggerak kursi roda. Sistem yang berbasis Disturbance Observer merupakan manifestasi dari pengendali tersebut. Kata kunci: Disturbance Observer, Robust, Uncertainty, Kursi Roda
Latar Belakang Kursi roda listrik memberikan fungsi mobilitas yang sangat berarti bagi pengguna yang memiliki keterbatasan fisik. Kontroler Proporsional Integral Derivativ (PID) banyak digunakan pada kursi roda listrik ik untuk mengendalikan kecepatannya. Terkadang performa berbagai metoda kontroler yang digunakan dalam mengatasi gangguan (disturbance) termasuk noise kurang optimal walaupun sebenarnya masih bisa ditolerir. Penerapan metoda disturbance observer yang memiliki kapabilitas melawan gangguan, ketidakpastian (uncertainty) model plant dan mengeliminasi noise akan dicoba diimplementasikan secara real-time.
Perumusan Masalah Permasalahan yang akan ditemukan solusinya adalah mengenai rancang bangun sistem kendali elektronik berbasis disturbance observer dalam pengendalian kecepatan kursi roda listrik
Tujuan Penelitian Memperbaiki performa pengendali agar imun terhadap 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. Menciptakan kursi roda listrik yang aman dan nyaman dalam pengendaliannya khususnya pada kondisi jalan datar, menanjak dan menurun.
Manfaat penelitian Memberikan kontribusi bagi pengguna kursi roda dalam hal otomatisasi. Memberikan pemahaman pada teori dan aplikasi disturbance observer. Memotivasi munculnya ide dalam memodifikasi metoda kendali khususnya untuk kursi roda listrik. Dapat menerapkan kendali bersifat robust dalam kasus lain.
Kajian Pustaka Electronic Control of A Wheelchair Guided by Voice Command mengendalikan gerakan kursi roda menggunakan komando suara. Metoda dalam pengendalian kecepatan dan arah kursi roda adalah PID menggunakan mikrokontroler. Kesimpulan: Sistem memberikan akurasi dalam posisi, perpindahan dan putaran walaupun beban b dan kondisi i jalan berubah. b Kursi roda diuji dengan dan tanpa beban dalam berbagai fase pergerakan: percepatan, kecepatan konstan dan perlambatan. Error posisi dalam percobaan itu kurang dari 100 mm setelah menempuh jarak 10 m dalam track yang lurus.
Kajian Pustaka Disturbance Observer Design for Track- following Control in Optical Disk Drive using Structured Singular Value Memperbaiki performa tracking pada optical disk drive Kesimpulan: Error secara signifikan tereduksi. Gangguan eksternal yang merupakan frekuensi dominan saat disk berputar hampir semuanya dilemahkan.
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. 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 Displacement and Force in a Medical Tele- Analyzer Membuat sistem kendali hibrid berbasis Disturbance Observer yang digunakan pada Medical Tele-Analyzer Perpindahan dan gaya DOB PD
Dasar teori Disturbance Observer Pengendali bersifat robust digunakan untuk mengendalikan plant di lingkungan dimana ketidak k pastian model dan gangguan berada. Pengendali berbasis disturbance observer yang menghasilkan sinyal akselerasi ke plant adalah pengendali yang bersifat robust. sistem kendali ini membentuk perilaku input- output bersifat robust dengan menghilangkan gangguan terhadap plant (d) atau noise () yang mempengaruhi sensor.
Dasar teori Disturbance Observer y ( s ) G d ( s ) G u ( s ) G G G G dy uy y dy n uy PPn (1 Q) Q( P P ) P PPn Q( P Pn ) Pn PQ Q P P ) P n ( n n...(2.5.2)...(2.5.3)...(2.5.4) ( s )...(2.5.1) y
Dasar teori Disturbance Observer Dengan tujuan mengeliminasi gangguan gg d dan 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. Gangguan pada plant adalah sistem yang berfrekuensi rendah sedangkan noise berfrekuensi tinggi sehingga Q 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 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 ω L ω R ν r 1 2 2 r r r r L d d r d r R
Metoda Penelitian Diagram Blok Sistem Keseluruhan
Metoda Penelitian Identifikasi dan penentuan Model Plant Optical Encoder Konverter Frekuensi ke Tegangan Universal I/O card Komputer Motor dc Driver Motor
Metoda Penelitian Low Pass Filter Model LPF dipilih jenis Butterworth berorde minimal sama dengan orde plant dengan frekuensi sampling 100 Hz dan frekuensi cutoff dipilih 5 Hz 2 Vo( z) 0,0201z 0,0402z 0.0201 2 Vi ( z ) z 1.561 z 0.6414
Metoda Penelitian Respon step sistem yang diinginkan Vo( s) 1 Vi( s) 0,3s 1
Pemodelan Plant Sinyal respon motor (biru) dan PRBS (hijau) dan respon step plant 2 Vo( z) 0.002836z 0.000993z 0.001842 2 Vi ( z ) z 1.876774 z 0.879062
Uji Karakteristik LPF
Kompensator Vo( z) Vi( z) 5,877535z z 2 2 11,030803z 5,166718 1,649669z 0,649669
Uji coba Plant Ber-DOB dengan tak ber- DOB
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 komputer dan mikrokontroler k
Kesimpulan Respon step pplant yang menggunakan DOB dan yang tidak, keduanya memiliki karakter yang sama namun plant yang menggunakan DOB lebih tahan terhadap gangguan, gg dapat mentolerir ketidak pastian parameter plant dan mengeliminasi noise jika muncul pada pencuplikan sinyal output plant itu sendiri. Keberadaan kompensator adalah untuk menanggapi error antara setpoint dan output plant (υ dan ω aktual) agar memperpendek settling time sehingga lebih cepat mencapai steady state. Dengan mengendalikan kecepatan angular dan linier maka arah kursi roda sekaligus dapat dikendalikan.
Kesimpulan Implementasi DOB pada mikrokontroler mengalami kendala karena mengacu pada simulasi langsung pada komputer yang menggunakan card I/O yang juga belum berhasil karena terkendala loop aljabar yang terjadi
Sekian Terima Kasih