Pengembangan Sistem Penyeimbang (Self-Balancing) Sepeda Dengan Roda Inersia: Sistem Dan Kontrol

Sihombing, Jeremy Joel (2024) Pengembangan Sistem Penyeimbang (Self-Balancing) Sepeda Dengan Roda Inersia: Sistem Dan Kontrol. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5007201117-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2026. Download (2MB) | Request a copy

Abstract

Sepeda adalah alat transportasi yang sering digunakan dalam aktivitas sehari-hari karena umum dan efisien bagi sebagian orang. Beberapa keuntungan menggunakan sepeda yaitu ramah lingkungan, ringan, dan dapat digunakan untuk aktivitas fisik yang dapat dimanfaatkan oleh segala usia. Penelitian ini berfokus pada perancangan sistem sepeda self-balancing yang dapat menyeimbangkan dirinya sendiri saat diberikan gaya eksternal. Prinsip yang digunakan untuk menyeimbangkan sepeda adalah momentum sudut sehingga dapat meningkatkan stabilitas sepeda. Penelitian ini menyajikan model dinamika sepeda terlinearisasi dengan roda inersia. Model ini diturunkan dari persamaan Euler-Lagrange dan dilinierkan di sekitar posisi tegak. Model ini mengintegrasikan model motor DC untuk mewakili dinamika sistem secara lengkap. Untuk mencapai operasi yang seimbang, dirancang sistem kontrol umpan balik penuh-keadaan menggunakan metode Regulator Kuadrat Linear (LQR). Sistem kontrol yang dirancang diimplementasikan pada prototipe 3D yang dilengkapi dengan aktuator dan sensor. Hal ini memungkinkan analisis menyeluruh dari interaksi sistem motor-sepeda. Roda inersia dibuat menggunakan bahan dengan kepadatan yang disesuaikan untuk mencapai momentum sudut yang diinginkan untuk gerakan objek vertikal. Performa motor DC JGB37-520 dalam sistem sepeda, saat menggunakan roda inersia tanpa baut, menunjukkan deviasi maksimum sebesar 1,998° dari posisi tegak ke atas. Roda inersia menggunakan 12 baut menunjukkan deviasi maksimum sebesar 4,760° dari posisi tegak ke atas, sedangkan roda inersia menggunakan 24 baut menunjukkan deviasi maksimum sebesar 7,774° dari posisi tegak ke atas. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa dengan kemampuan motor dan sistem kontrol LQR yang diterapkan, kemampuan sepeda untuk mempertahankan posisi tegak ke atas kira-kira 0,5 detik saat inersia 1.0623×10-4 kg.m2 diterapkan, kira-kira 1 detik saat inersia 2.7395×10-4 kg.m2 diterapkan, dan kira-kira 1,5 detik saat inersia 4.6432×10-4 kg.m2 m2 diterapkan, dengan input tegangan dibatasi di bawah 12 volt. Input tegangan yang diberikan untuk sudut awal 0° dengan variasi inersia menghasilkan respons kecepatan sudut yang lambat untuk menyeimbangkan sistem sepeda.
========================================================================================================================
A bicycle is a mobility device that is often used in daily life activities because it is common and efficient for some people. There are some advantages of using a bicycle such as it is environmentally friendly, it is lightweight, and it is used for physical activity that can be utilized by any kind of people. In the research, it mainly concentrated on designing the system of self-balancing bicycle that can stabilize itself while given an external force. The principle that is used to balance the bicycle is angular momentum so it can increase the bicycle stability. This work presents a linearized bicycle dynamics model with inertial wheels. The model is derived from the Euler-Lagrange equations and linearized around the upright position. It integrates a DC motor model to represent the complete system dynamics. To achieve balanced operation, a full-state feedback control system is designed using the Linear Quadratic Regulator (LQR) method. The designed control system is implemented on a 3D prototype equipped with actuators and sensors. This allows for comprehensive analysis of the motor-bicycle system interaction. The inertia wheels are fabricated using materials with densities matches to achieve the desired angular momentum for vertical object movement. The performance of the JGB37-520 DC motor in the bicycle system, when using an inertia wheel without bolts, exhibits a maximum deviation of 1.998° from the vertical upward position. The inertia wheel using 12 bolts shows a maximum deviation of 4.760° from the vertical upward position, while the inertia wheel using 24 bolts shows a maximum deviation of 7.774° from the vertical upward position. Experimental results indicate that with the motor capabilities and the LQR control system implemented, the ability of the bicycle to maintain a vertical upward position approximately 0.5 seconds when an inertia of 1.0623×10-4 kg.m2 was applied, approximately 1 second when an inertia of 2.7395×10-4 kg.m2 was applied, and approximately 1.5 seconds when an inertia of 4.6432×10-4 kg.m2 was applied, with a voltage input limited to less than 12 volts. The voltage input applied for an initial tilt angle of 0° with varying inertia resulted in a relatively slow angular velocity response for balancing the bicycle system.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Inertia wheel, LQR, Self-balancing bicycle, LQR, Penyeimbang sepeda, Roda inersia
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ541 Flywheels.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Jeremy Joel Sihombing
Date Deposited:	14 Aug 2024 08:04
Last Modified:	14 Aug 2024 08:09
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/115383

Actions (login required)

View Item