Studi dan Disain Pengendali Sebuah Mobile Inverted Pendulum dengan Dua Roda Bergerak Bebas pada Bidang Horizontal

Abstract

This research has carried out for a two-wheeled Mobile Inverted Pendulum (MIP) moves free in the horizontal plane by using a linearization process with local stability analysis methods, and it was founded an encouraging results, namely that the control system design applied to the dynamics of MIP results from linearization processes can also success be applied with in the dynamics of nonlinear MIP. Secondly, it has also been discovered during research at the Department of Mechanical and Mechatronics at National Chung Cheng University in Taiwan, a new design for determining feedback gain at MIP plants with the intended method of local stability analysis, so that new design results are made better than optimal design results. The third, has also been found in the results of research in Taiwan, a simulation process that can overcome difficulties in programming, namely the simulation process using Simulink on Matlab R2016 as the last edition at that time in Taiwan. A Mobile Inverted Pendulum has a dynamic consisting of two parts of second order differential equations with two main variables namely the position of the inverted pendulum angle and the position of the wheel. The two second-order differential equations are nonlinear, and have a dynamic response that oscillates continuously and this response is declared unstable. In the nonlinear MIP plant, it is very difficult to do the design process in the control system to stabilize the intended MIP plant. Therefore it is very necessary to find a new method that is sufficiently appropriate to carry out the control process for stabilizing the nonlinear MIP plant, and the MIP system that has been stabilized or balanced must be tested for its strength by carrying out certain variations. The results shown are started from the response of the original MIP plant or without control. The second result will be shown the response of the simulation results with a linearization process with feedback gain using the new method. The third result will be shown the response of the simulation results to apply the feedback linearization process gain to the nonlinear MIP plant. The results of this simulation must be guaranteed to be stable and robust despite changes in parameter variations or response performance specifications. The fourth result will also show the superiority compared to the simulation results using standard optimal processes. Ensure the results of the design of the new method will be better than the optimal results intended.

Telah dilakukan penelitian untuk sebuah Mobile Inverted Pendulum (MIP) dengan Dua Roda bergerak bebas pada bidang horizontal menggunakan proses linierisasi metoda analisis stabilitas lokal, dan ditemukan hasil yang menggembirakan yaitu bahwa desain sistem kendali yang diterapkan pada dinamika MIP hasil proses linierisasi, dapat juga diterapkan dengan sukses pada dinamika MIP yang nonlinier. Yang kedua, telah ditemukan juga saat riset di Departemen Mekanik dan Mekatronika di National Chung Cheng University di Taiwan, suatu desain baru penentuan gain umpan balik pada plant MIP dengan metoda analisis stabilitas lokal dimaksud, sehingga hasil disain baru yang dibuat lebih baik dari hasil disain optimal. Yang ketiga, telah ditemukan juga dalam hasil riset di Taiwan, suatu proses simulasi yang dapat mengatasi kesulitan dalam pemrograman yaitu proses simulasi menggunakan Simulink pada Matlab R2016 sebagai edisi terakhir saat itu di Taiwan. Sebuah Mobile Inverted Pendulum memiliki dinamika yang terdiri dari dua bagian persamaan diferensial orde kedua dengan dua variable utama yaitu posisi sudut inverted pendulum dan posisi roda. Kedua persamaan diferensial orde kedua dimaksud bersifat nonlinier, dan memiliki respon dinamik yang berosilasi terus menerus dan respon ini dinyatakan tidak stabil. Pada plant MIP yang nonlinier tersebut, sangatlah sulit dilakukan proses desain dalam sistem kendali untuk menstabilkan plant MIP dimaksud. Oleh karena itu sangatlah perlu dicari metode baru yang cukup tepat untuk melakukan proses pengendalian untuk stabilisasi plant MIP nonlinier dimaksud, dan sistem MIP yang sudah distabilkan atau diseimbangkan tersebut harus diuji kekokohannya dengan melakukan variasi-variasi tertentu. Hasil yang ditampilkan diawali dari respon plant MIP aslinya atau tanpa pengendali. Hasil kedua akan ditunjukkan respon hasil simulasi dengan proses linierisasi dengan gain umpan balik menggunakan metoda baru. Hasil ketiga akan ditunjukkan respon hasil simulasi penerapan gain umpan balik proses linierisasi kepada plant MIP yang nonlinier. Hasil dari simulasi ini harus tetap dijamin stabil dan kokoh walaupun mengalami perubahan dalam variasi parameter atau spesifikasi performansi respon. Hasil keempat, akan ditunjukkan pula keunggulannya dibanding hasil simulasi menggunakan proses optimal standar. Dipastikan hasil desain metoda baru akan lebih baik dari hasil optimal dimaksud.