Rancang Bangun Dan Analisis Dinamis Sistem Inertia Wheel Pendulum Dengan Metode Pengendalian LQR

Indrawan, Billy (2022) Rancang Bangun Dan Analisis Dinamis Sistem Inertia Wheel Pendulum Dengan Metode Pengendalian LQR. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111840000009-Undergraduate Thesis.pdf Download (3MB)

Abstract

Sistem kontrol telah menjadi bagian integral dari masyarakat modern. Hampir setiap aspek kehidupan sehari – hari kurang lebih dipengaruhi oleh beberapa jenis sistem kontrol. Untuk menghasilkan performa yang unggul dan menekan biaya, namun sembari mempertimbangkan kebutuhan pengguna sangat dibutuhkan dapat dilakukan suatu pendekatan dalam mendesain sistem kontrol yaitu pendekatan metodologi desain berbasis model. Dengan menggunakan pendekatan desain berbasis model, pada insinyur dapat membuat model, menguji, dan menemukan kesalahan di tiap tahapan pengujian. Menggunakan desain berbasis kontrol juga dapat melihat respons atau perilaku dari sistem dengan berbagai strategi sistem kontrol. Inverted Pendulum (IP) yang merupakan sistem yang tidak stabil secara inheren. IP mempunyai pusat massa lebih tinggi dari pusat pivotnya dan harus secara aktif distabilkan agar tetap tegak. Hal tersebut menjadikan sistem ini banyak dipakai sebagai model untuk memvalidasi performa berbagai algoritma kontrol. IP telah diteliti selama bertahun – tahun dan berbagai metode penyeimbang telah diterapkan seperti Menyeimbangkan pendulum dengan roda inersia atau Inersia Wheel Pendulum (IWP), Pendulum yang dilengkapi dengan sistem kereta (cart) atau inverted pendulum cart system (IPCS), dan Wheel Inverted Pendulum (WIP). Pada penelitian ini menggunakan sistem Inertia Wheel Pendulum untuk mengayunkan
dan menyeimbangkan pendulum ke posisi vertikal ke atas karena IWP memiliki persamaan gerak yang relatif sederhana jika dibandingkan dengan model IP lainnya. Sistem kontrol di desain dengan menurunkan persamaan gerak sistem IWP dengan persamaan lagrange, kemudian persamaan gerak tersebut dilinierisasi untuk memudahkan mendesain sistem kontrol lalu dinyatakan dengan persamaan state space. Hasil penurunan persamaan gerak digunakan untuk mendesain sistem kendali. Sistem kontrol yang digunakan yaitu LQR untuk mengetahui performa simulasi dan percobaan dalam menyeimbangkan sistem IWP pada posisi vertikal ke atas. Hasil analisis menunjukkan sistem IWP yang dikontrol dengan gain yang didapat menggunakan metode LQR mampu mengembalikan sistem IWP pada posisi vertikal ke atas saat simulasi dan percobaan. Respons hasil simulasi dan percobaan sistem IWP dengan menunjukkan sudut awal maksimal sistem IWP dapat menyeimbangkan pada posisi vertikal ke atas adalah 12°. Perbandingan hasil simulasi dan percobaan terbaik yaitu pada respons sistem IWP saat diberikan sudut awal 11° dimana transient response dari kedua hasil saling berdekatan. Kontrol swing-up dan balancing yang diterapkan mampu mengayunkan pendulum dari posisi vertikal ke bawah hingga stabil pada posisi vertikal ke atas tanpa harus memberikan sudut awal.
==================================================================================================================================
Control systems have become an integral part of modern society. Almost every aspect of daily life is less affected by some kind of control system. In order to produce superior performance and reduce costs, while taking into account the much-needed user needs, an approach in designing control systems can be applied, namely a model-based design methodology approach. By using a model-driven design approach, engineers can model, test, and find faults at every stage of the test. Using control-based design can also see the response or behavior of the system with various control system strategies. Inverted Pendulum (IP) which is an inherently unstable system. The IP has a center of mass higher than the center of its pivot and must be actively balanced to remain upright. This makes this system widely used as a model to validate the performance of various control algorithms. IP has been researched for many years and various stabilization methods have been applied such as Balancing the pendulum with an inertial wheel or Inertial Wheel Pendulum (IWP), Pendulum equipped with a cart system (cart) or inverted pendulum cart system (IPCS), and Wheel Inverted Pendulum ( WIP). In this study, the Inertia Wheel Pendulum system is used to swing and balance the pendulum to an upward vertical position because the IWP has a relatively simple equation of motion when compared to other IP models. The control system is designed by deriving the equation of motion of the IWP system with the Lagrange equation, then the equation of motion is linearized to facilitate the design of the control system and then expressed by the state space equation. The results of the derivation of the equation of motion are used to design the control system. The control system used is LQR to determine the performance of simulations and experiments in balancing the IWP system in an upward vertical position. The results of the analysis show that the IWP system which is controlled with gain obtained using the LQR method is able to return the IWP system to an upward vertical position during simulations and experiments. The response of the simulation and experimental results of the IWP system by showing that the initial angle of the IWP system can balance the vertical position up is 12°. The best comparison between simulation and experimental results is the response of the IWP system when given an initial angle of 11° where the temporary response of the two results is close to each other. The swing-up and balancing controls applied are able to swing the pendulum from a vertical position down to balance in a vertical position up without having to provide an initial angle.

Item Type:	Thesis (Other)
Additional Information:	RSM 621.816 Ind r-1 2022
Uncontrolled Keywords:	Inertia Wheel Pendulum, Inverted Pendulum, Self-Balancing, Swing-up, LQR,
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ1230 Cutting and sawing machinery
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Mr. Marsudiyana -
Date Deposited:	14 Feb 2025 07:59
Last Modified:	14 Feb 2025 07:59
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/118746

Actions (login required)

View Item