Kontrol Kecepatan dan Kemudi untuk Path-Tracking pada Kendaraan Otonom FWD dan 4WD-4WS Menggunakan Model Predictive Control

Fahri, Zhafran Azzahra (2025) Kontrol Kecepatan dan Kemudi untuk Path-Tracking pada Kendaraan Otonom FWD dan 4WD-4WS Menggunakan Model Predictive Control. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5022211077-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (3MB)

Abstract

Penelitian ini mengembangkan sistem kontrol hierarkis yang mengintegrasikan Model Predictive Control (MPC) sebagai supervisory control dengan kontroler PID untuk mengontrol kecepatan dan kemudi pada kendaraan otonom. Sistem diimplementasikan pada dua konfigurasi kendaraan: Front Wheel Drive (FWD) dan Four Wheel Drive-Four Wheel Steering (4WD-4WS), kemudian diuji melalui simulasi MATLAB pada berbagai skenario manuver termasuk lintasan lingkaran, tank-turn, slip-turn, dan lintasan lemniscate.
Sistem kontrol hierarkis MPC-PID berhasil diimplementasikan dengan hasil berbeda pada setiap kondisi operasi. Pada kendaraan FWD dengan kecepatan 5 m/s, sistem mencapai RMSE tracking sangat rendah yaitu 0.0128 m untuk radius 2 meter, 0.008 m untuk radius 4 meter, dan 0.0056 m untuk radius 6 meter. Namun pada kecepatan 20 m/s, sistem mengalami ketidakstabilan dengan RMSE meningkat menjadi 0.5745 m, 2.1894 m, dan 3.3006 m untuk radius yang sama, mengidentifikasi kecepatan kritis sekitar 5.66 m/s. Untuk manuver tank-turn, sistem mencapai akurasi rotasi dengan error minimal 2.24° dan ITAE heading 346.2281. Pada skenario slip-turn, sistem berhasil mencapai rotasi 358.0239° dari target 360° dengan error RMSE hanya 1.98°. Trajectory tracking lemniscate menunjukkan performa excellent dengan Position RMSE 0.0242 m dan Heading RMSE 1.13°.
Kendaraan 4WD-4WS mendemonstrasikan keberhasilan sistem kontrol pada kecepatan tinggi (20 m/s) dengan RMSE tracking 0.1417-0.1421 m untuk radius 4-6 meter. Manuver tank-turn mencapai akurasi heading 99.2% dengan error hanya 0.7°, sedangkan slip-turn berhasil dengan akurasi 98.1%. Trajectory tracking lemniscate menghasilkan Position RMSE 0.0200 m dengan koordinasi optimal antara front dan rear steering. Parameter kontrol optimal konsisten menggunakan MPC (Q_1=500,Q_2=100,r_w=0.1) yang menunjukkan robustness formulasi terhadap variasi kondisi operasi.
==============================================================
This research develops a hierarchical control system integrating Model Predictive Control (MPC) as supervisory control with PID controllers for speed and steering control on autonomous vehicles. The system is implemented on two configurations: Front Wheel Drive (FWD) and Four Wheel Drive-Four Wheel Steering (4WD-4WS), tested through MATLAB simulation on circular trajectories, tank-turn, slip-turn, and lemniscate trajectories.
The hierarchical MPC-PID control system was successfully implemented with varying results under different operating conditions. For FWD vehicles at 5 m/s, the system achieved tracking RMSE of 0.0128 m for 2-meter radius, 0.008 m for 4-meter radius, and 0.0056 m for 6-meter radius. At 20 m/s, the system experienced instability with RMSE increasing to 0.5745 m, 2.1894 m, and 3.3006 m for the same radii, identifying critical speed of 5.66 m/s. Tank-turn maneuvers achieved rotational accuracy with error of 2.24° and ITAE heading of 346.2281. Slip-turn scenarios achieved rotation of 358.0239° from target 360° with RMSE error of 1.98°. Lemniscate trajectory tracking demonstrated Position RMSE of 0.0242 m and Heading RMSE of 1.13°.
The 4WD-4WS vehicle demonstrated control system performance at 20 m/s with tracking RMSE of 0.1417-0.1421 m for 4-6 meter radii. Tank-turn maneuvers achieved heading accuracy of 99.2% with error of 0.7°, while slip-turn achieved 98.1% accuracy. Lemniscate trajectory tracking produced Position RMSE of 0.0200 m with coordination between front and rear steering. Control parameters consistently used MPC (Q_1=500,Q_2=100,r_w=0.1), demonstrating robustness against variations in operating conditions.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Kontrol Kecepatan dan Kemudi, Path-Tracking, Kendaraan Otonom, FWD, 4WD-4WS, Model Predictive Control, Speed and Steering Control, Path-Tracking, Autonomous Car, FWD, 4WD-4WS, Model Predictive Control
Subjects:	T Technology > TL Motor vehicles. Aeronautics. Astronautics > TL152.8 Vehicles, Remotely piloted. Autonomous vehicles.
Divisions:	Faculty of Intelligent Electrical and Informatics Technology (ELECTICS) > Electrical Engineering
Depositing User:	Zhafran Azzahra Fahri
Date Deposited:	24 Jul 2025 03:25
Last Modified:	24 Jul 2025 03:25
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/121013

Available Versions of this Item

• Kontrol Kecepatan dan Kemudi untuk Path-Tracking pada Kendaraan Otonom FWD dan 4WD-4WS Menggunakan Model Predictive Control. (deposited 24 Jul 2025 02:39)
  • Kontrol Kecepatan dan Kemudi untuk Path-Tracking pada Kendaraan Otonom FWD dan 4WD-4WS Menggunakan Model Predictive Control. (deposited 24 Jul 2025 03:25) [Currently Displayed]

Actions (login required)

View Item