Implementasi Kontrol Umpan Balik Keluaran Berbasis Tapis Kalman dan Regulator Kuadratik Linier pada Sistem Pendulum Terbalik

Abstract

Sistem pendulum terbalik merupakan salah satu contoh acuan atau benchmark yang sering digunakan dalam studi, analisis dan perancangan sistem kontrol modern. Sistem ini pada dasarnya terdiri dari sebuah tongkat yang dijaga agar senantiasa berada pada posisi vertikal di atas suatu gerobak/kereta melalui pengontrolan gerak horizontal dari gerobak/kereta tersebut.\xa0 Makalah ini melaporkan hasil awal dari kegiatan studi dan penelitian yang dilakukan tim penulis dalam upaya merancang suatu purwarupa sistem pendulum terbalik. Model sistem pendulum yang ditinjau diturunkan secara analitik dalam bentuk model persamaan ruang keadaan linier dengan empat variabel keadaan yang mencakup (i) posisi dan kecepatan sudut simpangan dari tongkat pendulum serta (ii) posisi dan kecepatan gerak horizontal dari gerobak/kereta penyangga tongkat pendulum. Pada model yang digunakan, diasumsikan data pengukuran dari sensor yang dapat digunakan untuk merancang pengontrol hanya ada dua, yaitu sudut simpangan tongkat pendulum serta posisi kereta penyangga. D ata pengukuran dari sensor tersebut juga diasumsikan telah tercampur dengan sinyal gangguan. Berdasarkan karakteristik model dinamik serta data pengukuran tersebut, pengontrolan sistem pendulum terbalik dilakukan dengan teknik kontrol umpan balik keluaran ( output feedback control ). Lebih spesifik, sistem kontrol yang digunakan terdiri dari (i) tapis Kalman (Kalman filter ) untuk mengestimasi variabel keadaan sistem yang tidak terukur serta (ii) kontrol umpan balik berbasis LQR pada gerobak penyangga untuk menjaga tongkat pendulum pada posisi vertikal. Simulasi numerik hasil r ancangan sistem kontrol umpan balik yang diusulkan dilaporkan untuk mengilustrasikan kinerja estimator dan pengontrol yang dikembangkan.