Top Banner
Oleh: Dimas Avian Maulana-1207100045 Dosen Pembimbing: Subchan, Ph.D
35

Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Mar 17, 2019

Download

Documents

ngothuan
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Oleh:

Dimas Avian Maulana-1207100045

Dosen Pembimbing:

Subchan, Ph.D

Page 2: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Robot mobil adalah salah satu contoh dari wahana nir awak (WaNA) yang dapat dikendalikan dari jauh atau memiliki sistem pengendali otomatis untuk bergerak dan berpindah haluan. Robot mobil menjadi salah satu sarana yang digunakan oleh pihak militer untuk untuk melakukan pengintaian, penjelajahan, dan pengawasan ke tempat-tempat yang berbahaya bagi manusia. Pada penerapannya ada beberapa lintasan yang dianggap berbahaya untuk dilalui, didefinisikan suatu lintasan terlebih dahulu agar robot mobil bergerak sesuai lintasan tersebut. Robot mobil tidak bisa mengikuti lintasan dengan baik tanpa diberi perintah terlebih dahulu dan dikendalikan. Untuk itu, diperlukan suatu metode untuk mengendalikan robot mobil agar dapat bergerak mengikuti lintasan dalam misinya untuk melakukan pengintaian, penjelajajahan dan pengawasan. Dalam tugas akhir ini, diterapkan model predictive controller (MPC) untuk mendesain suatu desain pengendalian. Lebih lanjut lagi digunakan MPC Linear dalam mendesain pengendalian robot mobil tersebut. Hasil yang diperoleh adalah bahwa MPC Linear dapat diterapkan dalam desain pengendalian robot mobil dengan beberapa bentuk lintasan.

Kata kunci : desain pengendalian, robot mobil, model predictive control (mpc)

Page 3: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Wahana Nir Awak (WaNA)

Robot Mobil Lintasan

Trajectory Tracking

Pengendalian Robot Mobil

Model predictive control

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Page 4: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Masalah yang akan dibahas adalah bagaimana penerapan

model predictive control pada desain pengendalian robot mobil

beroda empat

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Page 5: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

โ€ข Digunakan MPC linear.

โ€ข Karena masih berupa prototype, dianggap tidak ada hambatan pada lintasan dan robot mobil tidak pernah tergelincir.

โ€ข Lebar lintasan yang dilalui robot mobil adalah 1 ๐‘š

โ€ข Kontrol masukannya adalah kecepatan linear ๐‘ฃ dan sudut kemudi ๐œ™ . Kecepatan linear ๐‘ฃ tidak bernilai nol.

โ€ข State (ruang keadaan) dari model tersebut dianggap sama dengan model yang sebenarnya.

โ€ข Digunakan horizon prediksi ๐‘ = 3 dan dilakukan iterasi sebanyak 10 kali

โ€ข Posisi robot mobil berada pada selang 0 โ‰ค ๐œƒ < ๐œ‹2

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Page 6: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

โ€ข Tujuan yang ingin dicapai dalam Tugas Akhir ini adalah

diterapkannya MPC untuk mendesain pengendalian robot mobil

beroda empat.

โ€ข Manfaat yang diharapkan dari Tugas Akhir ini adalah:

โ€ข Mengendalikan robot mobil sesuai lintasan

โ€ข Sebagai rujukan untuk navigasi, panduan, dan kendali pada WaNA

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Page 7: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

๐‘ฅ =๐‘‘๐‘ฅ

๐‘‘๐‘ก= ๐‘ฃ cos ๐œƒ โ€ฆโ€ฆ (1)

๐‘ฆ =๐‘‘๐‘ฆ

๐‘‘๐‘ก= ๐‘ฃ sin ๐œƒ โ€ฆ โ€ฆ (2)

Gambar 1: Dimensi fisik Robot Mobil Gambar 2: Sistem kemudi robot mobil (1)

๐ฟ

๐‘ฅ, ๐‘ฆ

Roda Depan

Roda Belakang ๐œƒ

๐œ™

๐‘‹

๐‘Œ

Page 8: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

๐œ… ๐‘ก =1

๐‘… ๐‘ก

๐œ… ๐‘ก =tan ๐œ™ ๐‘ก

๐ฟ

๐œ… ๐‘ก =๐‘‘๐œƒ

๐‘‘๐‘ 

๐œƒ =๐‘‘๐œƒ

๐‘‘๐‘ก=

๐‘‘๐œƒ

๐‘‘๐‘ โˆ™๐‘‘๐‘ 

๐‘‘๐‘ก

๐œƒ = ๐œ… ๐‘ก โˆ™ ๐‘ฃ ๐‘ก

๐œƒ =tan๐œ™

๐ฟ๐‘ฃ โ€ฆ โ€ฆ (3)

Gambar 2: Sistem kemudi robot mobil (2)

๐ฟ

๐‘…

๐œ™

๐œ™

Page 9: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Sehingga dari persamaan (1), (2), dan (3) dan dengan

memisalkan dengan memisalkan ๐‘ฅ = ๐‘ฅ1, ๐‘ฆ = ๐‘ฅ2, dan ๐œƒ = ๐‘ฅ3,

dapat dituliskan sebuah sistem dinamik dari kinematika robot

mobil sebagai berikut :

๐‘ฅ 1 = ๐‘ฃ cos ๐‘ฅ3 โ€ฆ โ€ฆ (1) ๐‘ฅ 2 = ๐‘ฃ sin ๐‘ฅ3 โ€ฆ โ€ฆ (2)

๐‘ฅ 3 =๐‘ฃ

๐ฟtan๐œ™ โ€ฆ โ€ฆ 3

โ€ข Atau jika dinyatakan dalam bentuk kompak

๐‘ฅ = ๐‘“ ๐‘ฅ, ๐‘ข โ€ฆโ€ฆ 4

Page 10: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Model Predictive Contol atau MPC adalah suatu metode proses

kontrol lanjutan yang banyak diterapkan pada proses industri.

MPC adalah algoritma pengendali peubah banyak (Wikipedia,

Model Predictive Control, 2004). Ada dua tipe MPC, yaitu MPC

Linear dan MPC Nonlinear

3 komponen yang memegang peranan penting yaitu :

โ€ข Model prediksi

โ€ข Fungsi objektif

โ€ข Aturan kontrol (control law)

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Page 11: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

MPC Linear MPC Nonlinear

1. Menggunakan model linear

๐‘ฅ = ๐ด๐‘ฅ + ๐ต๐‘ข

2. Fungsi objektif kuadratik

๐น = ๐‘ฅ๐‘‡๐‘„๐‘ฅ + ๐‘ข๐‘‡๐‘…๐‘ข

3. Kendala linear ๐น๐‘ฅ + ๐บ๐‘ข < 0

4. Diselesaikan dengan menggunakan

Quadratic program (pada MATLAB

menggunakan quadprog)

1. Menggunakan model nonlinear

๐‘ฅ = ๐‘“ ๐‘ฅ, ๐‘ข

2. Fungsi objektif bisa berupa

nonkuadratik ๐น = ๐‘ฅ, ๐‘ข

3. Kendala nonlinear ๐‘•(๐‘ฅ, ๐‘ข) < 0

4. Diselesaikan dengan

menggunakan Nonlinear

program (pada MATLAB

menggunakan fmincon)

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Tabel 1: Tipe MPC

Page 12: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Gambar 4: Skema MPC

Page 13: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Didefinisikan ๐‘ฅ ๐‘˜ = ๐‘ฅ ๐‘˜ โˆ’ ๐‘ฅ๐‘Ÿ ๐‘˜ โ†’ 0 sebagai aturan kontrol

โ€ข Diharapkan nilai ๐‘ฅ ๐‘˜ mendekati nol sehingga robot mobil

bergerak sama persis dengan referensi lintasan.

Page 14: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Gambar 5: Algoritma Trayektori Lintasan

Step 0 Input kontrol referensi ๐‘ฅ๐‘Ÿ 0 , ๐‘ข๐‘Ÿ dan

๐‘ฅ 0

Step1 Bila kondisi STOP belum terpenuhi,

kerjakan step 2-5

Step 2 Dapatkan nilai error posisi untuk

iterasi ๐‘˜ ๐‘ฅ ๐‘˜ = ๐‘ฅ ๐‘˜ โˆ’ ๐‘ฅ๐‘Ÿ ๐‘˜

Step 3 Mendapatkan prediksi nilai kontrol

optimal untuk sampling ke ๐‘˜, ๐‘˜ + 1, dan ๐‘˜ + 2

dari MPC

Step 4 Dapatkan nilai error kontrol untuk

iterasi ๐‘˜ ๐‘ขโˆ— ๐‘˜ = ๐‘ข โˆ— ๐‘˜ โˆ’ ๐‘ข๐‘Ÿ ๐‘˜

Step 5 Mendapatkan posisi sebenarnya

๐‘ฅ ๐‘˜ + 1 robot mobil

Step 6 Tes kondisi STOP

Step 7 Plot grafik referensi lintasan

Step 8 Plot grafik posisi sebenarnya robot

mobil

Step 9 Plot state ๐‘ฅ, ๐‘ฆ, dan ๐œƒ

Page 15: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Metode pengendalian optimal yang digunakan pada MPC linear ini

adalah quadratic programming. Didefinisikan fungsi objektif (da Silva

Jr., Kรผhne, & Lages, 2005)

๐ฝ ๐‘˜ = ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘˜ + ๐‘—|๐‘˜ ๐’ฌ๐‘ฅ ๐‘˜ + ๐‘—|๐‘˜ + ๐‘ข ๐‘‡ ๐‘˜ + ๐‘— โˆ’ 1|๐‘˜ โ„›๐‘ข (๐‘˜ + ๐‘—

๐‘

๐‘—=1

โˆ’ 1|๐‘˜) โ€ฆ โ€ฆ (5)

โ€ข Dengan :

๐‘ : horizon prediksi

๐’ฌ : matriks pembobot state-space

โ„› : matriks pembobot kontrol

๐‘Ž ๐‘š|๐‘› menyatakan nilai ๐‘Ž pada saat ๐‘š yang diprediksi pada saat ๐‘›

Page 16: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Matriks ๐’ฌ merupakan matriks semidefinit positif ๐’ฌ โ‰ฅ 0 dan

matriks โ„› merupakan matriks definit positif โ„› > 0 . Masalah

optimasi dapat ditulis kembali dalam bentuk QP secara umum.

Didefinisikan vektor-vektor berikut ini (da Silva Jr., Kรผhne, &

Lages, 2005):

๐‘ฅ ๐‘˜ + 1 โ‰œ

๐‘ฅ ๐‘˜ + 1|๐‘˜

๐‘ฅ ๐‘˜ + 2|๐‘˜โ‹ฎ

๐‘ฅ ๐‘˜ + ๐‘|๐‘˜

๐‘ข ๐‘˜ โ‰œ

๐‘ข ๐‘˜|๐‘˜

๐‘ข ๐‘˜ + 1|๐‘˜โ‹ฎ

๐‘ข ๐‘˜ + ๐‘ โˆ’ 1|๐‘˜

Page 17: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Sehingga dapat ditulis kembali fungsi objektif (5) sebagai

berikut:

๐ฝ ๐‘˜ = ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘˜ + 1 ๐’ฌ ๐‘ฅ ๐‘˜ + 1 + ๐‘ข ๐‘‡ ๐‘˜ โ„› ๐‘ข ๐‘˜ โ€ฆโ€ฆ (6)

dengan:

๐’ฌ โ‰œ

๐’ฌ 0 โ‹ฏ 00 ๐’ฌ โ‹ฏ 0โ‹ฎ โ‹ฎ โ‹ฑ โ‹ฎ0 0 โ‹ฏ ๐’ฌ

โ„› โ‰œ

โ„› 0 โ‹ฏ 00 โ„› โ‹ฏ 0โ‹ฎ โ‹ฎ โ‹ฑ โ‹ฎ0 0 โ‹ฏ โ„›

Page 18: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Didefinisikan

๐‘ฅ ๐‘˜ + 1 = ๐ด ๐‘˜ ๐‘ฅ ๐‘˜|๐‘˜ + ๐ต ๐‘˜ ๐‘ข ๐‘˜ โ€ฆ โ€ฆ (7)

dengan:

๐ด ๐‘˜ โ‰œ

๐ด ๐‘˜|๐‘˜

๐ด ๐‘˜|๐‘˜ ๐ด ๐‘˜ + 1|๐‘˜โ‹ฎ

๐›ผ ๐‘˜, 0

๐ต ๐‘˜ โ‰œ

๐ต ๐‘˜|๐‘˜ 0 โ€ฆ 0

๐ด ๐‘˜ + 1|๐‘˜ ๐ต ๐‘˜|๐‘˜ ๐ต ๐‘˜ + 1|๐‘˜ โ€ฆ 0โ‹ฎ โ‹ฎ โ‹ฑ โ‹ฎ

๐›ผ ๐‘˜, 1 ๐ต ๐‘˜|๐‘˜ ๐›ผ ๐‘˜, 2 ๐ต ๐‘˜ + 1|๐‘˜ โ€ฆ ๐ต ๐‘˜ + ๐‘ โˆ’ 1|๐‘˜

Dimana:

๐›ผ ๐‘˜, ๐‘— didefinisikan sebagai:

๐›ผ ๐‘˜, ๐‘— = ๐ด ๐‘˜ + ๐‘–|๐‘˜

๐‘โˆ’1

๐‘–=๐‘—

Page 19: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Fungsi objektif (7) ditulis kembali sebagai berikut

๐ฝ ๐‘˜ =1

2๐‘ข ๐‘‡ ๐‘˜ ๐ป ๐‘˜ ๐‘ข ๐‘˜ + ๐‘“๐‘‡ ๐‘˜ ๐‘ข ๐‘˜ + ๐‘‘ ๐‘˜ โ€ฆ โ€ฆ (8)

dengan:

๐ป ๐‘˜ โ‰œ 2 ๐ต ๐‘‡ ๐‘˜ ๐’ฌ ๐ต ๐‘˜ + โ„› ๐‘“ ๐‘˜ โ‰œ 2๐ต ๐‘‡ ๐‘˜ ๐’ฌ ๐ด ๐‘˜ ๐‘ฅ ๐‘˜|๐‘˜ ๐‘‘ ๐‘˜ โ‰œ ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘˜|๐‘˜ ๐ด ๐‘‡ ๐‘˜ ๐’ฌ ๐ด ๐‘˜ ๐‘ฅ ๐‘˜|๐‘˜

Matriks ๐‡ adalah Matriks Hessian, definit positif yang

mendeskripsikan bagian kuadratik dari fungsi objektif tersebut.

Sedangkan ๐Ÿ mendeskripsikan bagian linear. ๐ tidak bergantung

pada ๐’– dan tidak berpengaruh pada penentuan nilai ๐’–โˆ—.

Page 20: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Fungsi objektif (7) menjadi sebagai berikut

๐ฝ ๐‘˜ =1

2๐‘ข ๐‘‡ ๐‘˜ ๐ป ๐‘˜ ๐‘ข ๐‘˜ + ๐‘“๐‘‡ ๐‘˜ ๐‘ข ๐‘˜ โ€ฆ โ€ฆ (9)

yang merupakan pernyataan standar yang digunakan dalam

masalah quadratic programming dan masalah optimasi yang

diselesaikan pada waktu sampling dinyatakan sebagai:

๐‘ข โˆ— = ๐‘Ž๐‘Ÿ๐‘” min๐‘ข

๐ฝ โ€ฒ ๐‘˜

โ€ข Agar performansi kontrol baik, perlu diberikan suatu batasan

pada kontrol masukannya (Wang, 2009). Didefinisikan batasan

untuk kontrol masukan pada iterasi ke-๐‘˜

๐‘ข๐‘š๐‘–๐‘› โ‰ค ๐‘ข ๐‘˜ + ๐‘—|๐‘˜ โ‰ค ๐‘ข๐‘š๐‘Ž๐‘˜๐‘ 

Page 21: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Dari persamaan tersebut dapat dinyatakan ke dalam dua bentuk

pertidaksamaan

๐‘ข ๐‘˜ + ๐‘—|๐‘˜ โ‰ค ๐‘ข๐‘š๐‘Ž๐‘˜๐‘  โˆ’๐‘ข ๐‘˜ + ๐‘—|๐‘˜ โ‰ค โˆ’๐‘ข๐‘š๐‘–๐‘›

โ€ข Jika dinyatakan dalam bentuk matriks ๐ผ

โˆ’๐ผ๐‘ข ๐‘˜ + ๐‘—|๐‘˜ โ‰ค

๐‘ข๐‘š๐‘Ž๐‘˜๐‘ 

โˆ’๐‘ข๐‘š๐‘–๐‘›

dengan :

๐‘— โˆˆ 0,๐‘ โˆ’ 1

Page 22: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Nilai ๐‘ข optimal yang akan meminimumkan ๐ฝ, diperoleh dari

๐ฝโ€ฒ = 0. Jika ๐ป ๐‘˜ simetris, maka turunan pertama ๐ฝ โ€ฒ ๐‘˜ adalah

๐‘‘๐ฝ โ€ฒ ๐‘˜

๐‘‘๐‘ข=

๐‘‘

๐‘‘๐‘ข

1

2๐‘ข ๐‘‡ ๐‘˜ ๐ป ๐‘˜ ๐‘ข ๐‘˜ + ๐‘“๐‘‡ ๐‘˜ ๐‘ข ๐‘˜

๐‘‘๐ฝ โ€ฒ ๐‘˜

๐‘‘๐‘ข= ๐ป ๐‘˜ ๐‘ข ๐‘˜ + ๐‘“ ๐‘˜

โ€ข Syarat perlu untuk memperoleh nilai minimum ๐ฝ adalah

๐‘‘๐ฝ โ€ฒ ๐‘˜

๐‘‘๐‘ข= 0

๐‘ข ๐‘˜ = โˆ’๐ปโˆ’1 ๐‘˜ ๐‘“ ๐‘˜ โ€ฆโ€ฆ (10)

Dalam tugas akhir ini akan digunakan subroutine quadprog

dalam MATLAB untuk menyelesaikan masalah optimasi

Page 23: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

1. Mengkaji kinematika robot mobil dan MPC

2. Membentuk desain pengendalian

3. Simulasi permasalahan dengan menggunakan MPC Linear

4. Analisis dan Pembahasan

5. Penyimpulan Hasil dan Pemberian Saran

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Page 24: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Dari kinematika robot mobil akan diperoleh suatu referensi lintasan

dengan mendiskritkan kinematika robot mobil dengan menggunakan

beda hingga maju dan mengambil nilai ๐ฟ = 4/5. maka:

๐‘ฅ๐‘Ÿ1 ๐‘˜ + 1 = ๐‘ฅ๐‘Ÿ1 ๐‘˜ + ๐‘ฃ๐‘Ÿ ๐‘˜ โˆ†๐‘ก cos ๐‘ฅ๐‘Ÿ3 ๐‘˜

๐‘ฅ๐‘Ÿ2 ๐‘˜ + 1 = ๐‘ฅ๐‘Ÿ2 ๐‘˜ + ๐‘ฃ๐‘Ÿ ๐‘˜ โˆ†๐‘ก sin ๐‘ฅ๐‘Ÿ3 ๐‘˜

๐‘ฅ๐‘Ÿ3 ๐‘˜ + 1 = ๐‘ฅ๐‘Ÿ3 ๐‘˜ +5

4๐‘ฃ๐‘Ÿ ๐‘˜ โˆ†๐‘ก tan ๐œ™๐‘Ÿ ๐‘˜

Page 25: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Dilakukan linearisasi sebelum mencari nilai ๐‘ฅ, ๐‘ฆ, dan ๐œƒ. Sebuah

model linear diperoleh dari penghitungan sebuah model error

yang berhubungan dengan referensi robot mobil. Didefinisikan

referensi robot mobil

๐‘ฅ ๐‘Ÿ = ๐‘“ ๐‘ฅ๐‘Ÿ , ๐‘ข๐‘Ÿ โ€ฆโ€ฆ (11) โ€ข Dengan mengekspansikan persamaan (4) disekitar titik ๐‘ฅ๐‘Ÿ , ๐‘ข๐‘Ÿ

dan menghilangkan turunan tingkat tinggi akan diperoleh:

๐‘‘๐‘ฅ

๐‘‘๐‘ก= ๐‘“ ๐‘ฅ๐‘Ÿ , ๐‘ข๐‘Ÿ +

๐œ•๐‘“ ๐‘ฅ, ๐‘ข

๐œ•๐‘ฅ ๐‘ฅ=๐‘ฅ๐‘Ÿ๐‘ข=๐‘ข๐‘Ÿ

๐‘ฅ โˆ’ ๐‘ฅ๐‘Ÿ

+๐œ•๐‘“ ๐‘ฅ, ๐‘ข

๐œ•๐‘ข ๐‘ฅ=๐‘ฅ๐‘Ÿ๐‘ข=๐‘ข๐‘Ÿ

๐‘ข โˆ’ ๐‘ข๐‘Ÿ โ€ฆโ€ฆ (12)

atau

๐‘ฅ = ๐‘“ ๐‘ฅ๐‘Ÿ , ๐‘ข๐‘Ÿ + ๐‘“๐‘ฅ,๐‘Ÿ ๐‘ฅ โˆ’ ๐‘ฅ๐‘Ÿ + ๐‘“๐‘ข,๐‘Ÿ ๐‘ข โˆ’ ๐‘ข๐‘Ÿ โ€ฆโ€ฆ (13)

Page 26: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Dimana ๐‘“๐‘ฅ,๐‘Ÿ ๐‘ฅ โˆ’ ๐‘ฅ๐‘Ÿ dan ๐‘“๐‘ข,๐‘Ÿ ๐‘ข โˆ’ ๐‘ข๐‘Ÿ menyatakan matriks

jacobian ๐‘“ yang berhubungan dengan ๐‘ฅ dan ๐‘ข disekitar titik

referensi ๐‘ฅ๐‘Ÿ , ๐‘ข๐‘Ÿ

โ€ข Kemudian, dengan mengurangkan persamaan (11) dan (13)

menghasilkan:

๐‘ฅ = ๐‘“๐‘ฅ,๐‘Ÿ๐‘ฅ + ๐‘“๐‘ข,๐‘Ÿ๐‘ข

Page 27: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Dengan menghampiri ๐‘ฅ dengan beda maju dan mengambil

waktu sampling โˆ†๐‘ก = 1๐‘ , diperoleh suatu model prediksi sebagai

berikut:

๐‘ฅ ๐‘˜ + 1 = ๐ด ๐‘˜ ๐‘ฅ ๐‘˜ + ๐ต ๐‘˜ ๐‘ข ๐‘˜ โ€ฆโ€ฆ (14)

๐ด =1 0 โˆ’๐‘ฃ๐‘Ÿ ๐‘˜ sin ๐‘ฅ 3 ๐‘˜

0 1 ๐‘ฃ๐‘Ÿ ๐‘˜ cos ๐‘ฅ 3 ๐‘˜0 0 1

๐ต =

cos ๐‘ฅ 3 ๐‘˜ 0

sin ๐‘ฅ 3 ๐‘˜ 05

4tan ๐œ™๐‘Ÿ ๐‘˜

5

4๐‘ฃ๐‘Ÿ sec2 ๐œ™๐‘Ÿ ๐‘˜

Page 28: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

โ€ข Persamaan (12) dapat ditulis sebagai:

๐‘ฅ ๐‘˜ + 1 = ๐ด ๐‘˜ ๐‘ฅ ๐‘˜ + ๐ต ๐‘˜ ๐‘ข ๐‘˜ โ€ฆโ€ฆ (15) dengan

๐ด ๐‘˜ =1 0 โˆ’๐‘ฃ๐‘Ÿ ๐‘˜ sin ๐‘ฅ 3 ๐‘˜

0 1 ๐‘ฃ๐‘Ÿ ๐‘˜ cos ๐‘ฅ 3 ๐‘˜0 0 1

๐ต ๐‘˜ =

cos ๐‘ฅ 3 ๐‘˜ 0

sin ๐‘ฅ 3 ๐‘˜ 05

4tan ๐œ™๐‘Ÿ ๐‘˜

5

4๐‘ฃ๐‘Ÿ ๐‘˜ sec2 ๐œ™๐‘Ÿ ๐‘˜

Page 29: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

โ€ข Robot mobil diasumsikan bergerak pada lintasan yang bebas hambatan, dan hanya bergerak maju.

โ€ข Diberikan suatu batasan pada kontrol sudut kemudi yaitu โˆ’ ๐œ‹6 โ‰ค ๐œ™ โ‰ค ๐œ‹

6 . Tanda negatif menyatakan robot mobil sedang melakukan pergerakan ke kanan (belok ke kanan), sedangkan tanda positif menyatakan hal yang sebaliknya (belok ke kiri) dengan acuan 0ยฐ terletak pada sumbu-๐‘ฅ positif sesuai dengan koordinat kartesius. ๐œƒ menyatakan posisi mobil terhadap sumbu-๐‘ฅ positif pada koordinat kartesius dan ๐œƒ0 menentukan arah gerak pertama robot mobil tersebut.

โ€ข Simulasi desain pengendalian ini dilakukan dengan memberikan nilai matriks pembobot state-space ๐’ฌ = 0,01 โˆ— ๐‘’๐‘ฆ๐‘’(9) dan matriks pembobot kontrol โ„› = 0,01 โˆ— ๐‘’๐‘ฆ๐‘’(6) . Dalam simulasi tugas akhir ini, source code dikerjakan dalam kondisi statis, dimana variabel-variabel yang diperlukan didefinisikan terlebih dahulu.

โ€ข Karena digunakan MPC dengan ๐‘ = 3 , dengan kata lain akan diprediksi kontrol untuk dua langkah kedepan, maka matriks ๐’ฌ berupa matriks 9 ร— 9 dan matriks โ„› berupa matriks 6 ร— 6. Simulasi dilakukan dengan kontrol referensi yang konstan dalam beberapa lintasan.

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Page 30: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

โ€ข Dengan mengambil Posisi awal referensi lintasan robot mobil ๐‘ฅ๐‘Ÿ0

, ๐‘ฆ๐‘Ÿ0, ๐œƒ๐‘Ÿ0

= 0,0,0 , Kontrol referensi ๐‘ฃ๐‘Ÿ , ๐œ™๐‘Ÿ = 0.8, ๐œ‹ 12 , Posisi awal robot mobil ๐‘ฅ0, ๐‘ฆ0, ๐œƒ0 = 0,0, ๐œ‹ 18 dan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh:

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Gambar 4: Pergerakan robot mobil untuk ๐œ™๐‘Ÿ = ๐œ‹12

0 1 2 3 4 5 6 7 80

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18Grafik Posisi Robot Mobil

posisi-x (meter)

posis

i-y (

mete

r)

Posisi Referensi

Posisi Sebenarnya

Page 31: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Gambar 4: State

๐‘ฅ, ๐‘ฆ, dan ๐œƒ untuk

๐‘ฅ0, ๐‘ฆ0, ๐œƒ0 =0,0, ๐œ‹ 18

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

2

4

6

8Posisi pada sumbu-x

waktu sampling (detik)

posis

i-x (

mete

r)

Posisi Referensi

Posisi Sebenarnya

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.05

0.1

0.15

0.2Posisi pada sumbu-y

waktu sampling (detik)

posis

i-y (

mete

r)

Posisi Referensi

Posisi Sebenarnya

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.05

0.1

0.15

0.2Posisi sudut mobil

waktu sampling (detik)

posis

i sudut

(radia

n)

Posisi Referensi

Posisi Sebenarnya

Page 32: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Iterasi Referensi Sebenarnya

๐‘ฅ ๐‘ฆ ๐œƒ ๐‘ฅ ๐‘ฆ ๐œƒ

1 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,1745

2 0,8000 0,0000 0,0058 0,8000 0,0000 0,0058

3 1,6000 0,0047 0,0117 1,6000 0,0047 0,0117

4 2,3999 0,0140 0,0175 2,3999 0,0140 0,0175

5 3,1998 0,0281 0,0234 3,1998 0,0281 0,0234

6 3,9996 0,0468 0,0292 3,9996 0,0468 0,0292

7 4,7992 0,0701 0,0351 4,7992 0,0701 0,0351

8 5,5988 0,0982 0,0409 5,5988 0,0982 0,0409

9 6,3981 0,1309 0,0468 6,3981 0,1309 0,0468

10 7,1972 0,1683 0,0526 7,1972 0,1683 0,0526

Iterasi Error

๐‘ฅ ๐‘ฆ ๐œƒ

1 0,0000 0,0000 0,1745

2 0,0000 0,0000 0,0000

3 0,0000 0,0000 0,0000

4 0,0000 0,0000 0,0000

5 0,0000 0,0000 0,0000

6 0,0000 0,0000 0,0000

7 0,0000 0,0000 0,0000

8 0,0000 0,0000 0,0000

9 0,0000 0,0000 0,0000

10 0,0000 0,0000 0,0000

Tabel 2: Posisi Referensi dan Posisi Sebenarnya Tabel 3: Error

Page 33: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

โ€ข Dari analisis dan pembahasan yang telah dilakukan dalam menerapkan MPC

untuk mendesain pengendalian pada robot mobil beroda empat diperoleh

kesimpulan bahwa:

1. Model Predictive Controller (MPC) dapat diterapkan pada desain

pengendalian robot mobil beroda empat.

2. MPC linear memberikan hasil yang cukup baik untuk memberikan prediksi

nilai kontrol optimal dengan menghasilkan error yang paling besar pada

posisi sudut ๐œƒ sebesar 0,1745.

3. Dengan mengambil horizon prediksi ๐‘ = 3, waktu sampling ๐‘ก = 1๐‘  dan

iterasi sebanyak 10 kali diperoleh nilai ๐‘ฅ ๐‘˜ yang mendekati dengan nilai

๐‘ฅ๐‘Ÿ ๐‘˜

4. Dari hasil simulasi, robot mobil dapat mengikuti lintasan dengan baik pada

beberapa lintasan, terutama lintasan lurus ๐œ™๐‘Ÿ ๐‘˜ = 0.

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Page 34: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

โ€ข Saran yang diajukan dari Tugas Akhir ini untuk penelitian

selanjutnya adalah sebagai berikut:

1. Source code simulasi pada tugas akhir ini dilakukan secara

statis, tidak dinamis. Diharapkan pada penelitian selanjutnya

dikembangkan source code simulasi yang dinamis guna

mempercepat running program dan menambah variasi

lintasan.

2. Digunakan horizon prediksi yang lebih besar, misal ๐‘ = 5

dan dilakukan iterasi lebih banyak lagi daripada iterasi yang

dilakukan pada tugas akhir ini

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup

Page 35: Dimas Avian Maulana-1207100045 Subchan, Phย ยท โ€ขPosisi robot mobil berada pada selang r Q๐œƒ< ... pertidaksamaan + | ... Grafik Posisi Robot Mobil posisi-x (meter)) Posisi Referensi

Bordons, C., & Camacho, E. F. (1999). Model Predictive Control. Sevilla: Springer-Verlag

London Limited.

da Silva Jr., J. M., Kรผhne, F., & Lages, W. F. (2005). Mobile Robot Trajectory Tracking Using

Model Predictive Control. VII SBAI / II IEEE Latin America Robotics Symposium, 1-7.

Hartini, S. (2011). Implementasi Metode Ensemble Kalman Filter (EnKF) Untuk Mengestimasi

Posisi Robot Mobil. Tugas Akhir Jurusan Matematika. Surabaya, Jawa Timur, Indonesia:

Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Naidu, D. S. (2003). Optimal Control System. Idaho: CRC Press.

Orukpe, P. E. (2005). Basics of Model Predictive Control. ICM, EEE-CAP (hal. 1-27). London:

Imperial College.

Sotelo, M. A. (2003). Lateral Control Strategy for Autonomous Steering of Ackerman-like

Vehicles. Robotics and Autonomous Systems 45, 223-233.

Wang, L. (2009). Model Predictive Control System Design and Implementation using MATLAB.

Melbourne: Springer.

Wikipedia. (2004). Model Predictive Control. Wikipedia: The Free Encyclopedia: <URL

http://en.wikipedia.org/wiki/Model_predictive_control>

Wikipedia. (2006). Mobile Robot. Wikipedia: The Free Encyclopedia: <URL

http://en.wikipedia.com/wiki/Mobile_robot>

Pendahuluan Tinjauan Pustaka

Metodologi Penelitian

Analisis dan Pembahasan

Penutup