NUR IMROATUL UST (2108 100 165) Komparasi Sistem Kontrol Satelit (ADCS) dengan Metode Kontrol PID dan Sliding-PID
NUR IMROATUL UST (2108 100 165)
Komparasi Sistem Kontrol Satelit (ADCS) dengan Metode Kontrol PID dan Sliding-PID
Latar Belakang
Indonesia memiliki bentangan wilayah yang luas.
Satelit tersusun atas beberapa sub-sistem.
ADCS merupakan salah satu sub-sistem satelit.
Perumusan Masalah
Bagaimana merancang suatu sistem kendali yang dapat digunakan untuk mengatur satelit ketika bergerak mengelilingi bumi.
Sistem kendali yang digunakan adalah PID controller dan Sliding-PID (SPID).
Batasan Masalah
1. Batasan gerakan satelit. 2. Eksentrisitas orbit. 3. Jenis satelit yang dijadikan acuan.
4. Level orbit satelit. 5. Satelit dianggap rigid body. 6. Parameter perancangan :
7. Sub-sistem selain ADCS bekerja dengan baik.
8. Gangguan yang berasal dari luar diabaikan.
Massa Ixx Iyy Izz ω0
0,865 kg 0,0014 kg.m2 0,0014 kg.m2 0,00089 kg.m2 0,00106 rad/s
Tujuan Penelitian
Merancang sistem kendali PID dan SPID guna menjaga posisi satelit agar pada saat bergerak mengelilingi bumi tetap pada posisi stabil.
Membandingkan respon yang dihasilkan antara PID controller dengan Sliding-PID controller.
Definisi Satelit
Satelit adalah benda yang mengorbit benda lain dengan periode revolusi dan rotasi tertentu.
Klasifikasi berdasarkan
Jenis Orbit Jarak di atas
permukaan bumi
Orbit Rendah 300 – 1500 km
Orbit Menengah 1500 – 36000 km
Orbit Geostasioner
Sekitar 35790 km
Orbit Geosinkron Sekitar 36000 km
Orbit Tinggi Di atas 36000 km
Jenis Massa
Mini satelit 100 – 500 kg
Mikro satelit 10 – 100 kg
Nano satelit 1 – 10 kg
Piko satelit 0,1 – 1 kg
Molekular satelit 0,001 – 10 gram
Ukuran Ketinggian
Definisi Satelit
Sistem satelit secara keseluruhan
(sumber: www.ogj.com)
Attitude Determination and Control System (ADCS)
merupakan salah satu sub-sistem pada satelit yang bertugas untuk mengontrol orientasi satelit selama mengelilingi bumi.
Gambar Definisi titik kontrol (sumber: G. Mosier - NASA GSFC)
Blok diagram ADCS
Ɵ error signal
Ɵa Spacecraft Control
Actuator gain
∆Ɵ
actual pointing direction
Attitude measurement
desired attitude
+
- K
(sumber : Oliver L de Weck – Attitude Determination and Control)
Sistem Koordinat
Gambar Koordinat roll, pitch, dan yaw. (Sumber : James R. Wertz – Spacecraft Attitude Determination and Control)
Penelitian Terdahulu
Nevin Morris
1 • Memodelkan persamaan
gerak dinamis satelit
2 • Simulasi Matlab Simulink
3 • Metode LQR (Linear
Quadratic Regulator)
Santana
1 • Memodelkan persamaan
gerak dinamis satelit Multi-Mission Platform (Brasil)
2 • Linearisasi model satelit untuk
penerapan pendekatan kontrol linier
3 • Metode LQG (Linear
Quadratic Gaussian)
Sistem Kendali PID Sistem Kendali Sliding-PID
Tidak
PID SPID
PID/SPID
Start
Problem formulation
Modelling
Studi literatur
Respon sesuai target?
Ya Analisa hasil simulasi dengan membandingkan antara sistem yang
menggunakan kendali PID, dan kendali SPID
Mengambil kesimpulan dari hasil simulasi dan analisa
Selesai
TUGAS AKHIR\BAB III.docx
Pemodelan ADCS dengan Simulink
Massa Ixx Iyy Izz ω0
0,865 kg 0,0014 kg.m2 0,0014 kg.m2 0,00089 kg.m2 0,00106 rad/s
Perancangan sistem open-loop
Hasil Simulasi Open-Loop
Posisi Sudut Kecepatan Sudut
Percepatan Sudut
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
2
4
6
8
10
12
14
16x 105
Sud
ut (
dera
jat)
Waktu (sekon)
Sudut xSudut ySudut z
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
2000
4000
6000
8000
10000
Kec
epat
an s
udut
(ra
d/s)
Waktu (sekon)
Kecepatan sudut xKecepatan sudut yKecepatan sudut z
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
500
1000
1500
2000
2500
Per
cepa
tan
sudu
t (r
ad/s
2)
Waktu (sekon)
Sudut xSudut ySudut z
Analisa Kestabilan dengan Menggunakan Root Locus
Sudut x Sudut y
Sudut z
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2
x 10-3
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8x 10
-4 Root Locus
Real Axis
Imag
inary
Axis
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
x 10-3
-6
-4
-2
0
2
4
6x 10
-4 Root Locus
Real Axis
Imag
inary
Axis
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
x 10-4
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4x 10
-4 Root Locus
Real Axis
Imag
inary
Axis
POLE TERLETAK DI SEBELAH KANAN
REAL AXIS
TIDAK STABIL
Analisa Kestabilan dengan Menggunakan Bode plot
Sudut x Sudut y
Sudut z
60
80
100
120
140
160
Magn
itude
(dB)
10-4
10-3
10-2
10-1
100
-360
-315
-270
-225
-180
Phas
e (de
g)
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
130
140
150
160
170
180
Magn
itude
(dB)
10-4
10-3
10-2
-180
-180
-180
-180
-180
-180
Phas
e (de
g)
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
-20
0
20
40
60
80
Magn
itude
(dB)
10-1
100
101
102
-270
-225
-180
Phas
e (de
g)
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
Analisa Kestabilan dengan Menggunakan Nyquist
Sudut x Sudut y
Sudut z
-5 0 5 10 15 20
x 106
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5x 10
7 Nyquist Diagram
Real Axis
Imag
inary
Axis
-250 -200 -150 -100 -50 0-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000Nyquist Diagram
Real Axis
Imag
inary
Axis
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0
x 108
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2x 10
-7 Nyquist Diagram
Real Axis
Imag
inary
Axis
Tidak STABIL
KURVA MELINGKUPI TITIK
(-1,j0).
Perancangan sistem closed-loop
Dengan Menggunakan Kendali PID
Perancangan sistem closed-loop
Dengan Menggunakan Kendali Sliding-PID
Hasil Simulasi dengan menggunakan PID controller
Posisi sudut x Kecepatan sudut x
Percepatan sudut x
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
30
60
90
120
150
180
210
Sud
ut
(dera
jat)
Waktu (sekon)
Sudut xSudut ySudut z
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
10
20
30
40
50
Kec
epat
an s
udut
(ra
d/s)
Waktu (sekon)
Sudut xSudut ySudut z
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
0
0.5
1
1.5
2
x 104
Per
cepa
tan
Sud
ut (
rad/
s2)
Waktu (sekon)
Sudut xSudut ySudut z
Hasil Simulasi Perbandingan SPID vs PID
Karakteristik Respon PID SPID
Rise time 0,106 s 0,025 s
Settling time 0,48 s 0,102 s
Steady state error 0,026 % 0,022 %
Maximum overshoot 0,027 derajat -
Karakteristik respon posisi sudut x
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
30
60
90
120
150
180
210
Sud
ut x
(de
raja
t)
Waktu (sekon)
Sliding-PIDPID
Karakteristik respon posisi sudut y Karakteristik respon posisi sudut z
Hasil Simulasi Perbandingan SPID vs PID
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
30
60
90
Sudut
y (
dera
jat)
Waktu (sekon)
Sliding-PIDPID
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
10
20
30
40
Sudut
z (
dera
jat)
Waktu (sekon)
Sliding-PIDPID
Karakteristik Respon PID SPID
Rise time 0,106 s 0,025 s
Settling time 0,43 s 0,14 s
Steady state error 0,0055 % 0,0053 %
Maximum overshoot 0,014 derajat -
Karakteristik Respon PID SPID
Rise time 0,108 s 0,026 s
Settling time 0,39 s 0,117 s
Steady state error 0,019 % 0,013 %
Maximum overshoot 0,006 derajat 0,0007 derajat
Kesimpulan
1. Penggunaan kendali Sliding-PID menghasilkan respon yang lebih baik dibandingkan PID.
2. Untuk menstabilkan sistem satelit, dibutuhkan waktu 1,3 detik untuk PID controller dan 0,362 detik untuk Sliding-PID.
3. Kendali Sliding-PID mampu mengurangi steady state error yang terjadi pada kendali PID.
Jenis Controller Sudut x Sudut y Sudut z
PID 0,026 % 0,0055% 0,019%
Sliding-PID 0,022% 0,0053% 0,013%
TERIMA KASIH ATAS PERHATIANNYA
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
SARAN DAN KRITIK DIHARAPKAN UNTUK PENYEMPURNAAN TUGAS AKHIR INI
Blok Diagram Sliding-PID
Hasil Simulasi Perbandingan SPID vs PID
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
30
60
90
Sudut
y (
dera
jat)
Waktu (sekon)
Sliding-PIDPID
Kecepatan sudut Percepatan sudut
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
10
20
30
40
Sudut
z (
dera
jat)
Waktu (sekon)
Sliding-PIDPID
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
20
40
60
80
100
Kecepata
n s
udut
y (
rad/s
)
Waktu (sekon)
Sliding-PIDPID
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
5
10
15
20
25
30
35
Kecepata
n S
udut
z (
rad/s
)
Waktu (sekon)
Sliding-PIDPID
Pembuatan Root locus
1. Masukkan transfer function ke dalam command di bawah ini :
2. Running Program
Running program
3. Hasil Running
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2
x 10-3
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8x 10
-4 Root Locus
Real Axis
Imag
inary
Axis
Pembuatan Bode Plot
1. Masukkan transfer function ke dalam command di bawah ini :
2. Running Program
Running program
3. Hasil Running
60
80
100
120
140
160
Mag
nitu
de (d
B)
10-4
10-3
10-2
10-1
100
-360
-315
-270
-225
-180
Phas
e (d
eg)
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
Pembuatan Nyquist
1. Masukkan transfer function ke dalam command di bawah ini :
2. Running Program
Running program
3. Hasil Running
-5 0 5 10 15 20
x 106
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5x 10
7 Nyquist Diagram
Real Axis
Imag
inar
y Ax
is