Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Sistem Kendali Gerak Segway Berbasis Mikrokontroler T1 612007020 BAB IV

32

BAB IV

HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

1.1. Pengujian Accelerometer dan Low Pass Filter

Pengujian ini dilakukan dengan mengganti nilai koefisien low pass filter, dari pergantian nilai tersebut akan terlihat perbedaannya. Hasil pengujian tersebut ditunjukan pada Gambar 4.1, Gambar 4.2 dan Gambar 4.3.

70 75 80 85 90 95 100 105 110

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

Sudut VS Waktu Sampling (a=0.95)

sudut sudut +LPF

Gambar 4.1. Grafik Pengujian Accelerometer Dengan Koefisien Filter a=0.95.

Gambar 4.2. Grafik Pengujian Accelerometer Dengan Koefisien Filter a=0.93.

70 75 80 85 90 95 100 105 110

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

Sudut VS Waktu Sampling (a=0.93)

Berdasarkan hasil pengujian tersebut terlihat bahwa sudut yang terukur terbatas sebesar 70o sampai 110o. Pembatasan tersebut terbukti berhasil membatasi derau yang terjadi, sehingga inputan filter tidak mengalami perubahan nilai yang terlalu besar. Nilai sudut yang terukur tidak mengalami masalah sebab keluarannya masih dapat menyesuaikan keadaan. Sedangkan pada pengujian koefisien filter didapatkan bahwa nilai maksimum koefisien filter adalah sebesar 0.98, sebab apabila terus ditingkatkan maka respon keluarannya akan semakin lambat atau tertunda lebih dari 200ms. Sedangkan koefisien filter minimumnya adalah sebesar 0.93, sebab apabila lebih rendah maka keluaran filter akan meloloskan derau lebih banyak sehingga sistem menjadi tidak stabil. Dari grafik-grafik pengujian tersebut terlihat bahwa derau keluaran accelerometer berhasil diredam oleh low pass filter. Pada grafik dengan koefisien a=0.95 terlihat bahwa derau yang berhasil diredam jauh lebih banyak dibanding dengan a=0.93 dan a=0.91. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa jika koefisien semakin ditingkatkan maka derau akan semakin teredam namun waktu tundanya juga akan semakin besar.

Dari pengujian dengan koefisien a=0.95, terlihat bahwa perubahan sudut terbesar yang diakibatkan oleh derau adalah sebesar 102.8o-75.1o= 27.7o dan perubahan sudut hasil low pass filter terbesar adalah sebesar 95.4o-93.6o= 1.8o.Dengan kata lain peredaman yang terjadi adalah sebesar (1-(1.8/27.7))x100%= 93.5%.Sedangkan pada koefisien a= 0.93 terjadi peredaman sebesar 89.4% dan pada koefisien a= 0.91 sebesar 84.9%. Sehingga dapat dikatakan bahwa koefisien a=0.95 lebih cocok digunakan sebab

70 75 80 85 90 95 100 105 110

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

Sudut VS W aktu Sampling (a=0.91)

sudut sudut +LPF

34

1.2. Pengujian Gyroscope dan Respon Sistem

Berdasarkan persamaan pada bagian elektrik sensor gyroscope, nilai yang dihasilkan oleh sensor ini merupakan nilai kecepatan sudut dalam satuan dps. Dimana hasil pengujian sensor ini dapat dilihat pada Gambar 4.4, serta Gambar 4.5.

Gambar 4.4. Grafik Pengujian Gyroscope Terhadap Nilai Sudut.

-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

Kec_Sudut dan Sudut

Kec Sudut Sudut +LPF

-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

Kec_Sudut dan PID

Kec Sudut PID+LPF

Berdasarkan hasil pengujian tersebut, terlihat bahwa kecepatan sudut yang terukur selalu berlawanan arah dengan sudut yang terjadi, serta akan meningkat saat nilai PID mulai meningkat. Hal ini menunjukan bahwa sensor yang digunakan berhasil merespon kondisi yang terjadi. Sesuai dengan fungsinya, sensor ini digunakan untuk meredam kecepatan yang berlebihan, sehingga saat keluaran PID mengalami peningkatan secara cepat maka keluaran sensor ini juga akan meningkat. Sehingga dengan peningkatan tersebut maka keluaran PID akan berkurang.

Respon sistem dapat ditentukan berdasarkan perubahan sudut yang terjadi saat sistem dijalankan. Karena nilai sensor ini berfungsi untuk mengukur kecepatan sudut atau perubahan sudut per waktu sampling akibat reaksi atau respon dari sistem, maka perubahan nilai sensor ini dapat dikatakan sebagai respon dari sistem. Dari hasil percobaan tanpa beban pengendara, nilai sensor ini selalu mengalami perubahan pada setiap pengambilan nilainya. Sehingga dapat dikatakan bahwa respon sistem = waktu sampling yaitu sebesar 4ms.

4.3. Pengujian PID

Pengujian ini dilakukan dengan mengganti nilai konstanta PID agar terlihat pengaruh dari masing-masing konstanta Kp, Ki dan Kd. Hasil pengujian tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.6, Gambar 4.7, Gambar 4.8, Gambar 4.9 dan Gambar 4.10.

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

PID Dengan Kp=2, Ki=75, kd=1.4

36

Gambar 4.7. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=5, Ki=75 dan Kd=1.4.

Gambar 4.8. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=2, Ki=50 dan Kd=1.4.

-100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

PID Dengan Kp=5, Ki=75, kd=1.4

PID+LPF Sudut +LPF

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

PID Dengan Kp=2, Ki=50, kd=1.4

Gambar 4.9. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=2, Ki=100 dan Kd=1.4.

Gambar 4.10. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=2, Ki=75 dan Kd=2.

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

PID Dengan Kp=2, Ki=100, kd=1.4

PID+LPF Sudut +LPF

-120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

PID Dengan Kp=2, Ki=75, kd=2

38

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Beban dan Kecepatan.

Berdasarkan hasil-hasil pengujian tersebut dapat disimpulkan beberapa pembuktian. Yang pertama peningkatan Kp akan meningkatkan rise time sistem, yang kedua peningkatan Ki yang berlebihan dapat memperbanyak osilasi sistem dan yang ketiga peningkatan Kd yang terlalu besar dapat memperbesar error sistem. Dari pengujian yang telah dilakukan didapatkan perbandingan konstanta-konstanta idealnya yaitu sebesar Kp=2, Ki=75 dan Kd=1.4.

4.4. Pengujian Beban dan Kecepatan

Pengujian dilakukan pada kondisi jalan datar dengan memberi beban yang bervariasi kemudian diukur kecepatan maksimumnya. Pengukuran kecepatan maksimum tersebut menggunakan speedometer untuk kendaraan sepeda. Dari pengujian yang telah dilakukan, didapatkan hasil seperti yang terlihat pada Tabel 4.1.

No Beban Kecepatan

1 <10 kg 5.5 km/jam

2 <20 kg 5.5 km/jam

3 <30 kg 5.5 km/jam

4 <40 kg 5.5 km/jam

5 <50 kg 5.5 km/jam

6 <60 kg 5.5 km/jam

7 <=70 kg 5.5 km/jam

Berdasarkan Tabel 4.1, terlihat bahwa kecepatan maksimum untuk setiap bebannya tidak mengalami penurunan. Hal ini menunjukan bahwa kemampuan driver motor untuk menyuplai arus ke motor dapat maksimum sehingga torsi motor masih dapat tercapai.

Gambar 4.11. Foto Pengujian Segway di Jalan Miring.

4.5. Pengujian Bidang Miring

Pengujian ini dilakukan dengan beban 53 kg pada jalan aspal yang memiliki kemiringan maksimal sekitar 10o seperti terlihat pada gambar 4.11. Dari hasil pengujian ini didapatkan bahwa kemampuan segway melewati bidang miring adalah sampai 10o, selebihnya kemampuan motor menjadi berkurang. Sampai pada percobaan dengan kemiringan jalan 15o, hasilnya segway sudah tidak dapat melewati bidang tersebut. Hal ini disebabkan oleh faktor torsi motor yang masih kurang besar untuk menangani beban pada bidang dengan kemiringan yang besar.

4.6. Pengujian Ketahanan Catu Daya

Pengujian ini dilakukan dengan mengamati waktu yang digunakan alat selama masih dapat berkerja dengan normal pada lintasan datar. Hasil yang didapat dari beberapa pengamatan adalah ketahanan catu daya sekitar 60 menit saat digunakan pada kecepatan rata-rata 2.7 km/jam dengan beban 53 kg pada permukaan jalan yang halus. Sedangkan pada permukaan aspal yang kasar, ketahanan catu daya berkurang menjadi sekitar 30 menit. Jadi berdasarkan hasil tersebut dapat dikatakan bahwa sistem ini mengkonsumsi arus sekitar 14.4A dalam waktu ±60 menit pada kecepatan 2.7 km/jam dan beban 53 kg pada permukaan jalan yang halus, dan ±30 menit pada permukaan jalan

40

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Catu Daya Pada Permukaan Jalan Halus.

Tabel 4.3. Hasil Pengujian Catu Daya Pada Permukaan Jalan Kasar.

dengan kecepatan rata-rata 2.7 km/jam pada beban 53 kg, dapat menempuh jarak sekitar 2700 m pada permukaan jalan yang halus dan 1350 m pada permukaan jalan yang kasar. Dari hasil tersebut 1 motor akan mengkonsumsi arus sekitar 7.2A pada permukaan jalan yang halus dan sekitar 14.4A pada permukaan jalan yang kasar. Dari beberapa percobaan yang telah dilakukan terjadi perbedaan waktu, hal ini tergantung dari cara pemakaian dan medan yang dilalui. Apabila digunakan dengan kecepatan tinggi dan medan yang dilalui memiliki kemiringan yang cukup besar, maka waktu ketahanan catu daya juga akan berkurang. Hasil percobaan yang telah dilakukan dapat dilihat pada Tabel 4.2 dan Tabel 4.3.

No Percobaan Waktu Kecepatan Rata-Rata

1 I 58 menit 2.8 km/jam

2 II 57 menit 2.8 km/jam

3 III 62 menit 2.7 km/jam

4 IV 61 menit 2.7 km/jam

No Percobaan Waktu Kecepatan Rata-Rata

1 I 23 menit 2.9 km/jam

2 II 27 menit 2.8 km/jam

3 III 30 menit 2.7 km/jam

Berdasarkan hasil pengujian tersebut, terlihat bahwa kecepatan sudut yang terukur selalu berlawanan arah dengan sudut yang terjadi, serta akan meningkat saat nilai PID mulai meningkat. Hal ini menunjukan bahwa sensor yang digunakan berhasil merespon kondisi yang terjadi. Sesuai dengan fungsinya, sensor ini digunakan untuk meredam kecepatan yang berlebihan, sehingga saat keluaran PID mengalami peningkatan secara cepat maka keluaran sensor ini juga akan meningkat. Sehingga dengan peningkatan tersebut maka keluaran PID akan berkurang.

Respon sistem dapat ditentukan berdasarkan perubahan sudut yang terjadi saat sistem dijalankan. Karena nilai sensor ini berfungsi untuk mengukur kecepatan sudut atau perubahan sudut per waktu sampling akibat reaksi atau respon dari sistem, maka perubahan nilai sensor ini dapat dikatakan sebagai respon dari sistem. Dari hasil percobaan tanpa beban pengendara, nilai sensor ini selalu mengalami perubahan pada setiap pengambilan nilainya. Sehingga dapat dikatakan bahwa respon sistem = waktu sampling yaitu sebesar 4ms.

4.3. Pengujian PID

Pengujian ini dilakukan dengan mengganti nilai konstanta PID agar terlihat pengaruh dari masing-masing konstanta Kp, Ki dan Kd. Hasil pengujian tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.6, Gambar 4.7, Gambar 4.8, Gambar 4.9 dan Gambar 4.10.

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

Gambar 4.7. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=5, Ki=75 dan Kd=1.4.

Gambar 4.8. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=2, Ki=50 dan Kd=1.4. -100

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

PID Dengan Kp=5, Ki=75, kd=1.4

PID+LPF Sudut +LPF

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

PID Dengan Kp=2, Ki=50, kd=1.4

Gambar 4.9. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=2, Ki=100 dan Kd=1.4.

Gambar 4.10. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=2, Ki=75 dan Kd=2. -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

PID Dengan Kp=2, Ki=100, kd=1.4

PID+LPF Sudut +LPF

-120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59

PID Dengan Kp=2, Ki=75, kd=2

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Beban dan Kecepatan.

Berdasarkan hasil-hasil pengujian tersebut dapat disimpulkan beberapa pembuktian. Yang pertama peningkatan Kp akan meningkatkan rise time sistem, yang kedua peningkatan Ki yang berlebihan dapat memperbanyak osilasi sistem dan yang ketiga peningkatan Kd yang terlalu besar dapat memperbesar error sistem. Dari pengujian yang telah dilakukan didapatkan perbandingan konstanta-konstanta idealnya yaitu sebesar Kp=2, Ki=75 dan Kd=1.4.

4.4. Pengujian Beban dan Kecepatan

Pengujian dilakukan pada kondisi jalan datar dengan memberi beban yang bervariasi kemudian diukur kecepatan maksimumnya. Pengukuran kecepatan maksimum tersebut menggunakan speedometer untuk kendaraan sepeda. Dari pengujian yang telah dilakukan, didapatkan hasil seperti yang terlihat pada Tabel 4.1.

No Beban Kecepatan

1 <10 kg 5.5 km/jam 2 <20 kg 5.5 km/jam 3 <30 kg 5.5 km/jam 4 <40 kg 5.5 km/jam 5 <50 kg 5.5 km/jam 6 <60 kg 5.5 km/jam 7 <=70 kg 5.5 km/jam

Berdasarkan Tabel 4.1, terlihat bahwa kecepatan maksimum untuk setiap bebannya tidak mengalami penurunan. Hal ini menunjukan bahwa kemampuan driver motor untuk menyuplai arus ke motor dapat maksimum sehingga torsi motor masih dapat tercapai.

Gambar 4.11. Foto Pengujian Segway di Jalan Miring.

4.5. Pengujian Bidang Miring

Pengujian ini dilakukan dengan beban 53 kg pada jalan aspal yang memiliki kemiringan maksimal sekitar 10o seperti terlihat pada gambar 4.11. Dari hasil pengujian ini didapatkan bahwa kemampuan segway melewati bidang miring adalah sampai 10o, selebihnya kemampuan motor menjadi berkurang. Sampai pada percobaan dengan kemiringan jalan 15o, hasilnya segway sudah tidak dapat melewati bidang tersebut. Hal ini disebabkan oleh faktor torsi motor yang masih kurang besar untuk menangani beban pada bidang dengan kemiringan yang besar.

4.6. Pengujian Ketahanan Catu Daya

Pengujian ini dilakukan dengan mengamati waktu yang digunakan alat selama masih dapat berkerja dengan normal pada lintasan datar. Hasil yang didapat dari beberapa pengamatan adalah ketahanan catu daya sekitar 60 menit saat digunakan pada kecepatan rata-rata 2.7 km/jam dengan beban 53 kg pada permukaan jalan yang halus. Sedangkan pada permukaan aspal yang kasar, ketahanan catu daya berkurang menjadi sekitar 30 menit. Jadi berdasarkan hasil tersebut dapat dikatakan bahwa sistem ini mengkonsumsi arus sekitar 14.4A dalam waktu ±60 menit pada kecepatan 2.7 km/jam

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Catu Daya Pada Permukaan Jalan Halus.

Tabel 4.3. Hasil Pengujian Catu Daya Pada Permukaan Jalan Kasar.

dengan kecepatan rata-rata 2.7 km/jam pada beban 53 kg, dapat menempuh jarak sekitar 2700 m pada permukaan jalan yang halus dan 1350 m pada permukaan jalan yang kasar. Dari hasil tersebut 1 motor akan mengkonsumsi arus sekitar 7.2A pada permukaan jalan yang halus dan sekitar 14.4A pada permukaan jalan yang kasar. Dari beberapa percobaan yang telah dilakukan terjadi perbedaan waktu, hal ini tergantung dari cara pemakaian dan medan yang dilalui. Apabila digunakan dengan kecepatan tinggi dan medan yang dilalui memiliki kemiringan yang cukup besar, maka waktu ketahanan catu daya juga akan berkurang. Hasil percobaan yang telah dilakukan dapat dilihat pada Tabel 4.2 dan Tabel 4.3.

No Percobaan Waktu Kecepatan Rata-Rata

1 I 58 menit 2.8 km/jam

2 II 57 menit 2.8 km/jam

3 III 62 menit 2.7 km/jam

4 IV 61 menit 2.7 km/jam

No Percobaan Waktu Kecepatan Rata-Rata

1 I 23 menit 2.9 km/jam

2 II 27 menit 2.8 km/jam

3 III 30 menit 2.7 km/jam