Sistem Kendali Semi Aktif pada Pengendalian Orientasi Platform

Ali Basrah, Pulungan (2023) Sistem Kendali Semi Aktif pada Pengendalian Orientasi Platform. Doctoral thesis, Universitas Andalas.

	Text (Daftar Pustaka) Daftar Pustaka.pdf - Published Version Download (242kB)
	Text (Disertasi Full Text) Disertasi Fulltext.pdf - Published Version Restricted to Repository staff only Download (5MB)
	Text Cover dan Abstrak.pdf Download (219kB)
	Text Bab 1 (Pendahuluan).pdf Download (171kB)
	Text Bab 5 (Penutup).pdf Download (153kB)

Abstract

Pengendalian orientasi platform umumnya dilakukan dengan mekanisme kendali aktif atau kendali pasif. Pemilihan mekanisme pengedalian ini didasarkan kepada kebutuhan sistem, seperti kecepatan dan akurasi. Kendali aktif sangat sesuai digunakan untuk pengendalian yang membutuhkan kecepatan dan akurasi tinggi. Namun, pada kecepatan rendah dan tidak membutuhkan keakurasian tinggi, kendali aktif juga banyak digunakan, seperti pengendalian orientasi platform. Selain indikator kecepatan dan akurasi, pemilihan sistem kendali juga harus memperhatikan aspek kesederhaan, kemudahan pengoperasian dan investasi yang dibutuhkan serta yang sangat penting konsumsi energi saat pengoperasian. Kendali aktif memiliki keunggulan dalam kecepatan dan akurasi, namun membutuhkan konsumsi energi relatif besar. Di sisi lain, kendali pasif memiliki keterbatasan dalam kemampuan kinerja, karena tidak dapat beradaptasi terhadap perubahan skenario dan konfigurasi operasi. Berdasarkan aspek-aspek tersebut, untuk pengendalian orientasi platform berkecepatan rendah dan tidak membutuhkan keakurasian tinggi dibutuhkan suatu mekanisme kendali yang sederhana serta konsumsi energi relatif rendah. Alternatif mekanisme pengendalian yang dapat diterapkan adalah metode semi aktif dengan teknik pengendalian parameter dinamik yaitu massa dan kekakuan. Dalam hal ini, sistem kendali semi aktif diterapkan fokus pada pengendalian orientasi platform dengan kecepatan rendah dan tidak membutuhkan presisi tinggi menggunakan secondary driver dengan daya kecil. Sistem kontrol semi aktif ini menawarkan mekanisme kontrol orientasi dengan teknik pemberian momen tambahan. Pada penelitian ini, momen tersebut dihasilkan dengan dua mekanisme yaitu, dengan massa konstan posisi berubah dan massa berubah posisi tetap. Massa konstan merupakan sebuah benda padat yang memiliki berat lebih kecil dibandingkan dengan massa platform. Variasi momen tambahan pada massa konstan diperoleh dari perubahan posisi massa tambahan terhadap titik keseimbangan platform. Perubahan posisi ini diberikan oleh motor stepper yang memutar ballscrew sebagai tempat kedudukan dan lintasan massa tambahan. Mekanisme berikutnya adalah pemberian massa berubah posisi tetap. Mekanisme ini diberikan melalui sistem fluida berupa air yang ditempatkan pada penampung di dua sisi platform. Volume air diatur dengan mengalirkan air dari penampung satu ke penampung dua menggunakan motor DC sebagai pompa air dan solenoide valve sebai pengatur arah aliran. Selain sistem massa, kontrol semi aktif ini juga dilengkapi dengan torsi pegas yang digunakan untuk menjaga keseimbangan platform. Nilai torsi pegas τs diperoleh dari perhitungan kekakuan rotasional ekuivalen kτ. Optimasi parameter dilakukan dengan serangkaian uji simulasi dan eksperimen. Uji simulasi diberikan untuk mengetahui respon sistem terhadap perubahan nilai massa dan posisi massa tambahan. Respon sistem dinalisis berdasarkan kecepatan perpindahan posisi massa tambahan dan aliran air atau debit air. Uji eksperimen bertujuan mengetahui orientasi platform dan efektifitas sistem kendali orientasi dari sisi konsumsi energi aktuator. Stabilitas sistem pengendalian orientasi diperoleh dengan memanfaatkan kekakuan rotasional ekuivalen dan inherent damping yang berasal dari gesekan dan mekanisme didipasi energi lainnya. Rasio inherent damping dapat ditentukan dengan metode logarithmic degrement berdasarkan respon sistem saat pengujian. Hasil pengukuran percepatan sistem pada saat pengujian dianalisis menggunakan metode logarithmic degrement dan diperoleh rasio inherent damping ζ = 0,11. Berdasarkan hasil simulasi, terlihat adanya osilasi yang diakibatkan kecepatan perpindahan massa tambahan dan aliran air. Kecepatan terbaik untuk menghindari osilasi untuk setiap nilai redaman dan setiap posisi massa tambahan adalah 0,005 m/detik. Debit air (q) = 0,045 l/s sebagai aliran air terbaik untuk menghindari osilasi berlebihan akibat perubahan nilai ∆m. Gangguan eksternal hanya berpengaruh pada maksimum overshoot, bukan pada steady state. Overshoot maksimum pada kondisi gangguan eksternal terjadi tidak selalu pada puncak awal osilasi. Pengujian Orientasi platform dilakukan dengan pengaturan posisi massa pada ballscrew dan diputar motor stepper. Hasil pengujian, untuk kτ = 6,9 Nm/rad, r = 0,1 m dan 0,2 m diperoleh orientasi maksimum sistem platform panel surya 25.400 arah timur dan 25.800 arah barat dan selisih antara hasil eksperimen dan simulasi adalah < 10% atau 5,67%. Pengujian dengan massa berubah dilakukan dengan memindahkan air dari penampung satu ke penampung dua di sisi kiri dan kanan platform menggunakan pompa air dan solenoid valve sebagai pengatur arah aliran. Untuk nilai kτ = 10,45 Nm/rad, ∆m = 0,69 kg dan 0,45 kg orientasi maksimum sistem platform adalah 20,740 arah timur dan 20,760 arah barat, selisih antara hasil eksperimen dan simulasi adalah < 10% atau 8,9%. Saat pengujian orientasi platform, juga dilakukan pengukuran arus, tegangan dan lama operasi untuk mengetahui konsumsi energi aktuator. Konsumsi energi pada motor stepper selama operasi relatif kecil, yaitu 0,23 Wh atau 0,11% dan pompa air selama masa operasi juga relatif kecil, yaitu 1,78 Wh atau 0,79%. Berdasarkan simulasi dan pengujian, menunjukkan bahwa kendali orientasi berbasis sistem kendali semi aktif untuk platform kecepatan rendah menggunakan momen tambahan dengan mekanisme perpindahan posisi massa dan perubahan massa memiliki kinerja meyakinkan. Hal ini dapat dilihat dari respon sistem, orientasi dan konsumsi energi selama periode pengukuran. Kata kunci; Kendali semi aktif, orientasi, platform, massa tambahan, konsumsi energi

Actions (login required)

View Item