RANCANG BANGUN STABILISASI SISTEM PENDULUM TERBALIK BERBASIS PENGENDALI PID

Abstract

Abstrak

Pendulum terbalik adalah sistem dinamis, nonlinear, dan sangat tidak stabil yang mensimulasikan permasalahan kestabilan dalam bidang pengaturan. Sistem ini memiliki satu input yaitu gaya dan dua output yaitu sudut pendulum dan posisi kereta sehingga proses pengendaliannya menjadi rumit. Tujuan dari penelitian ini merancang dan mengimplementasikan pengendali PID untuk stabilisasi rancang bangun sistem pendulum terbalik. Perancangan dilakukan dengan berdasar pada model dinamik sistem yang telah divalidasi untuk memastikan kesesuaian dinamika. Skema pengendali yang digunakan adalah two-loop paralel PID Controllers dengan metode penalaan Linear Quadratic Regulator (LQR). Model dinamik sistem memberikan nilai RMSE untuk masing-masing output  dan  berturut-turut sama dengan 0.043 dan 0.016, sehingga model dianggap mampu merepresentasikan dinamika sistem pendulum terbalik. Pada perancangan pengendali diperoleh nilai konstanta-konstanta PID yaitu . Implementasi pengendali pada sistem fisik diketahui bahwa pengendali PID yang dirancang memiliki kemampuan menstabilkan sistem dan ketahanan terhadap gangguan yang baik, dengan nilai RMSE pada masing-masing posisi kereta dan sudut pendulum berturut-turut sama dengan m, dan  radian, serta deviasi maksimum pada uji gangguan sama dengan 0.1 m dan 0.102 radian.

Kata Kunci: Pendulum terbalik, pengendali PID, penalaan LQR, stabilisasi sistem

Abstract

Inverted pendulum is a dynamic, nonlinear, and very unstable system which simulates the problems of stability in control theory. This system has one input which is the force and the two outputs which are the pendulum angle and the cart position so that the control process becomes rather complicated. Aims of this research is to design and to implement PID controller for stabilization of the inverted pendulum system. The design is done based on the dynamical model of the system which has been validated to ensure the suitability of the dynamics. The controller scheme used is two-loop parallel PID Controller with Linear Quadratic Regulator (LQR) tuning method. The system dynamic model gives the RMSE values for each output  and  are 0.043 and 0.016, respectively, so the model is considered capable of representing the dynamics of the inverted pendulum system. On the controllers design, PID constants obtained are Implementation of the designed controllers on the physical systems is known that PID controllers have a good performance in both system stabilization and disturbance rejection, with RMSE values for each cart position and pendulum angle respectively equal to m, and radians. The maximum deviation at the distrubance test are equal 0.1 m and 0.102 radians.

Keywords: Inverted pendulum, PID Controllers, LQR Tuning, System stabilization