PERANCANGAN KENDALI PID DENGAN SISTEM TUNING OTOMATIS MENGGUNAKAN METODE LOGIKA FUZZY PADA ROBOT INVERTED PENDULUM BERODA DUA

BODHI SETIAWAN, Dr. Fahmizal, S.T., M.Sc.

2024 | Tugas Akhir | D4 Teknologi Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol

Sistem Robot Inverted Pendulum Beroda Dua (RIPBD) merupakan sistem

nonlinier yang bersifat tidak stabil. Robot ini bergerak menggunakan aktuator

berupa motor DC yang juga berfungsi untuk mempertahankan robot tetap berdiri

tegak. Sistem kendali dengan sensor umpan balik yang tepat diterapkan pada sistem

robot ini untuk mempertahankan kestabilannya. Stabilitas sistem ini sangat

bergantung pada akurasi dan kecepatan respon sensor, serta kemampuan motor DC

dalam menyesuaikan pergerakan untuk menjaga keseimbangan.

Penelitian ini memaparkan implementasi logika fuzzy untuk menentukan

parameter kendali PID pada RIPBD secara simulasi menggunakan Simscape

Multibody. Aturan fuzzy dibuat dengan memanfaatkan error (e) dan turunan

pertamanya (e?) sebagai input untuk menghasilkan skema penjadwalan penguat (gain

scheduling). Pemanfaatan error dan turunan pertamanya sebagai masukan

memungkinkan sistem untuk lebih adaptif dalam menanggapi perubahan kondisi,

sehingga pengendalian yang dilakukan lebih presisi dan responsif.

Logika fuzzy yang digunakan dalam sistem RIPBD berhasil menghasilkan

parameter-parameter PID yang dinamis sesuai dengan aturan fuzzy yang ditetapkan.

Sistem kendali fuzzy-PID mampu menjaga kestabilan RIPBD dengan baik. Kendali

fuzzy-PID ini mampu melakukan tuning PID secara on-line, dengan model yang

menunjukkan performa terbaik adalah MF7. Fuzzy-PID MF7 mengalami rise time

pada waktu 1,0450 detik dan settling time pada waktu 1,3290 detik, yang

menandakan bahwa desain kendali fuzzy-PID ini menghasilkan respon yang paling

cepat. Selain itu, kendali fuzzy-PID MF7 juga memiliki peak sebesar 1,0910 dan

overshoot sebesar 0,0910%, yang mana adalah paling rendah dibanding dengan desain

kendali yang lainnya.

The Two-Wheeled Inverted Pendulum Robot (TWIPR) system is a nonlinear

system that is inherently unstable. This robot moves using actuators in the form of

DC motors, which also function to maintain the robot’s upright position. A control

system with appropriate feedback sensors is applied to the robot system to maintain

stability. The stability of this system greatly depends on the accuracy and response

speed of the sensors, as well as the ability of the DC motors to adjust movements to

keep balance.

This study presents the implementation of fuzzy logic to determine the PID

control parameters in RIPBD through simulations using Simscape Multibody. The

fuzzy rules are created by utilizing error (e) and its derivative (e?) as inputs to

generate a gain scheduling scheme. Utilizing error and its derivative as inputs allows

the system to be more adaptive in responding to changing conditions, resulting in

more precise and responsive control.

The fuzzy logic used in the TWIPR system successfully produces dynamic PID

parameters according to the established fuzzy rules. The fuzzy-PID control system

is able to maintain the stability of the TWIPR effectively. This fuzzy-PID control

can perform online PID tuning, with the model showing the best performance being

MF7. The fuzzy-PID MF7 experiences a rise time of 1.0450 seconds and a settling

time of 1.3290 seconds, indicating that this fuzzy-PID control design produces the

fastest response. Additionally, the fuzzy-PID MF7 control has a peak of 1.0910 and an

overshoot of 0.0910%, which is the lowest compared to other control designs.

Kata Kunci : Logika fuzzy, Inverted pendulum, mobile robot, PID