Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Sistem Kendali Logika Fuzzy pada Kesetimbangan Pendulum Terbalik Berbasis Mikrokontroler
SISTEM KENDALI LOGIKA FUZZY
PADA KESETIMBANGAN PENDULUM TERBALIK
BERBASIS MIKROKONTROLER
Oleh
Ranjit Hendriyanto
NIM : 612006066
Skripsi
Untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh
Ijazah Sarjana Teknik Elektro
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
SALATIGA
Januari 2014
ffi
PERPUSTAKAAN IIN IvERSITAS
UN I VERSiTAS KF.ISTEli 5A'1'1lr\ IVACAl!A
jl. Iliponesarri !f -'60 S,rla6*a 50? I i
]ar,:'I'eegah. hrdoln:rir
Ieip. tJ29ii'Erraii: iiLrarr(ir,lcln.i:L:.r.edu
3?.1?.1)., Yw';. tt)-98, .tZL4'3"1
q
Li-tp: r',,'liir:u-'..u-k.r,.*:du
PERNYATAAN TIDAK PTAGIAT
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama
RANJIT HENDRIYANTO
NIM
617446066
Email
Fakultas
TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER
Program
Judul tugas akhir
SISTEM KENDALI LOGIKA FUZZY PADA KESETIMBANGAN
: 612006066(O,student.uksw.edu
Studi : TEKNIK ELEKTRO
PENDULUM TERBALIK BERBASIS MIKROKONTROLER
Pembimbing
1.
Gunawan Dewantoro, M. Sc.Eag
2. Ir. F. Dalu Setiaji,
M.T
Dengan ini menyatakan bahwa:
L. Hasil karya yang saya serahkan ini adalah asli dan belum pernah diajukan untuk mendapatkan gelar
kesarjanaan baik di Universitas Kristen Satya Wacana maupun di institusi pendidikan lainnya.
2. Hasil karya saya ini bukan saduran/terjemahan melainkan msrupakan gagasan, rumusan, dan hasil
pelaksanaan penelitian/implementasi saya sendiri, tanpa bantuan pihak lain, kecuali arahan pembimbing
akademik dan narasumber penelitian.
3. Hasil karya
saya
ini merupakan hasil revisi terakhir setelah drujikan yang telah diketahui dan disetujui oleh
pembimbing.
4. Dalan karya
saya
'
ini tidak terdapat karya atau pendapat ymg telah ditulis atau dipublikasikan orang lain,
kecuali yang digunakan sebagai acuan dalam naskah dengan menyebutkan nama pengararg dan dicanfumkan
dalam daftar pustaka.
Pemyataan ini saya buat dengan sesungguhnya. Apabila di kemudian hari terbukti ada penyimpangan dan
ketidakbenaran dalam pernyataan ini maka saya bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar
yutg telah diperoleh karena karya saya ini, serta sanksi lain yar,g sesuai dengan ketentuan yang berlaku di
Universitas Kristen Satya Wacana.
Rarcjit Hendriyanto
F-LtB-080
-t
Sistem Kendali Logika Furzry
Pada Kesetimbangan Pendulum Terbalik
Berbasis Mikrokontroler
Oleh:
Ranjit Hendriyanto
NIM : 6120A5066
Skripsi ini telah diterima dan disahkan
Sebagai salah satu persyaratan guna mencapai
Sarjana Teknik Elektro
Dalam
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektro dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Disahkan oleh
Pembimbing
I
:
Pembimbing
II
Ir. F. Dalu Setiaji. M.T
ranggar .1.1,.t.&. rut
INTISARI
Secara umum suatu pendulum bergerak kembali ke posisi kesetimbangannya.
Pendulum terbalik adalah sistem pendulum yang titik beratnya berada di atas titik
tumpunya sehingga kesetimbangan yang dapat dicapai merupakan kesetimbangan labil.
Pada proyek akhir ini pendulum terbalik dibuat di atas kereta beroda. Kontrol
gerak maju dan mundur kereta berdasarkan derajat kemiringan pendulum. Metode
kontrol yang baik diperlukan agar pendulum mencapai posisi seimbang saat bergerak
maju dan mundur dengan kecepatan yang berbeda-beda.
Dalam proyek ini digunakan metode Logika Fuzzy sebagai kontrol penggerak
kereta ini. Masukan sistem pada kereta ini adalah kemiringan pendulum yang diperoleh
dari sensor accelerometer. Output dari sistem ini adalah nilai PWM untuk
menggerakkan motor. Kontroler proyek ini digunakan mikrokontroler sebagai
pengendali sistem.
Kata kunci : pendulum terbalik, logika fuzzy, mikrokontroler
ii
ABSTRACT
In general, a pendulum move back to the balance position. Inverted pendulum is
a dynamic and non-linear plant.
In the final project, inverted pendulum is made on the wheeled cart. Forward and
reverse motion control based on tilt degree of the pendulum. Good control method is
needed to achieve balance position of the pendulum when forward and reverse motion.
The final project designed by Fuzzy Logic method as driving control the cart.
Input system of the cart is tilt degree of the pendulum from accelerometer. Pulse Width
Modulation as the output system to move forwad and reverse. Micocontroller as the
control system.
Keywords : inverted pendulum, fuzzy logic, microcontroller
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat
karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam pembuatan skripsi ini masih banyak
kekurangan. Hambatan yang datang tidak dapat diatasi tanpa dorongan dan bantuan dari
berbagai pihak, yaitu :
1. Orang tua saya dan adik saya yang selalu memberikan dukungan melalui doa – doa
dan kebutuhan lainnya.
2. Bapak Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng selaku pembimbing I yang telah
meluangkan waktu dan tenaga untuk membimbing dalam pembuatan tugas skripsi.
3. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, M.T selaku pembimbing II yang telah meluangkan waktu
dan tenaga untuk membimbing dalam pembuatan tugas skripsi.
4. Bapak Dr. Iwan Setiawan selaku Dekan Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer.
5. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, M.T. selaku Kepala Program Studi Teknik Elektronika.
6. Seluruh dosen Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer yang telah memberikan
ilmu – ilmu selama perkuliahan.
7. Seluruh pengurus laboratorium yang telah membantu dalam pelaksaan praktikum
semasa perkuliahan.
8. Teman – teman saya Bonus, Angling, Dion, Candra, Danus, Samudra, Heru, Ary,
Aryo yang memberikan dukungan sampai selesainya skripsi ini.
9. Teman – teman lainnya yang tidak mungkin saya sebutkan satu persatu yang telah
menemani dan mendukung selama masa perkuliahan.
10. Semua pihak lain yang telah mendukung dalam penulisan skripsi ini
Salatiga, Januari 2014
Penulis
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN
INTISARI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ii
KATA PENGANTAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii
DAFTAR ISI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .iv
DAFTAR GAMBAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
DAFTAR TABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ix
BAB I.
PENDAHULUAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.1. Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.2. Latar Belakang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.3. Batasan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4. Sistematika Penulisan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
BAB II. DASAR TEORI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1. Inverted Pendulum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
2.1.1. Kestabilan Sistem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
2.2. Sensor Accelerometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.1. Sensor Accelerometer ADXL345 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3. Logika Fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
2.3.1. Himpunan Fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.1.1. Fungsi Keanggotaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.1.2. Operator Dasar Himpunan Fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
v
2.3.1.3. Fungsi Implikasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.2. Sistem Fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.2.1. Fuzzifikasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
2.3.2.2. Sistem Inferensi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
2.3.2.3. Deffuzifikasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4. Mikrokontroler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22
2.4.1. ATMEGA328 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4.2. Konfigurasi Pin ATMEGA328 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5. Motor DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
BAB III. PERANCANGAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.1. Cara Kerja Alat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2. Perancangan Perangkat Keras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.2.1. Kereta Beroda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
3.3.2. Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.3. Tangkai Bandul Terbalik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.4. Modul Sensor Accelerometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
3.2.5. Modul Mikrokontroler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
3.2.6. Modul Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.7. Perakitan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.3. Perancangan Perangkat Lunak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
3.3.1. Fuzzifikasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
3.3.2. Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
3.3.3. Inferensi Tsukamoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
3.3.4. Deffuzifikasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
vi
BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.1. Pengujian Sensor Accelerometer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.2. Pengujian Mikrokontroler dengan Penggerak Motor DC. . . . . . . . . . . . 45
4.3. Pengujian Sistem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
4.4. Analisa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.1. Kesimpulan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
5.2. Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
DAFTAR PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
LAMPIRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
vii
DAFTAR GAMBAR
GAMBAR
1.1
HALAMAN
Inverted Pendulum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2.1. Pendulum Terbalik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2. Diagram Blok ADXL345 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3. Konfigurasi Pin ADXL345 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
2.4. Diagram Blok Sistem Fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
2.5. Himpunan Fuzzy untuk variabel umur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
2.6. Representasi Linear Naik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.7. Representasi Linear Turun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.8. Kurva Segitiga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
2.9. Kurva Bentuk Bahu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
2.10. Fungsi Implikasi Min . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..17
2.11. Fungsi Implikasi Dot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 17
2.12. Inferensi dengan Metode Tsukamoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.13. Diagram Blok ATMEGA328 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.14. Konfigurasi Pin ATMEGA328 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
2.15. Motor DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1. Blok Diagram Alat Secara Keseluruhan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
3.2. Blok Diagram Kontroler PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3. Blok Diagram Kontroler Fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
3.4. Kereta Beroda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.5. Motor DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.6. Bandul Logam. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
viii
3.7. Kayu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.8. Potensiometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.9. ADXL345 Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.10. Sensor Accelerometer ADXL345 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
3.11. Untai Mikrokontroler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..35
3.12. Mikrokontroler Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.13. Untai L293D dan Motor DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
3.14. Driver Motor L293D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
3.15. Bandul Terbalik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
3.16. Sensor Accelerometer di Bandul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
3.17. Diagram Alir Sistem secara keseluruhan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..37
3.18. Membership Function Error Sudut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
3.19. Membership Function Delta Error Sudut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
3.20. Membership Function PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
3.21. Membership Function Error dan Delta Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.22. α-Predikat Pertama (α1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..41
3.23. α-Predikat Kedua (α2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
3.24. α-Predikat Ketiga (α3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
3.25. α-Predikat Keempat (α4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
4.1.
Kereta Pendulum Terbalik Keseluruhan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.2. Membership Function Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
4.3. Membership Function Delta Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
4.4. Membership Function Error Sudut 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.5. Membership Function Delta Error 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..47
4.6. Membership Function PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
ix
DAFTAR TABEL
TABEL
HALAMAN
2.1. Konfigurasi Pin ADXL345 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2. Konfigurasi Pin ATMEGA328 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.1. Aturan IF-THEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.1. Hasil Pengukuran Sudut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..45
4.2. Pengujian Penggerak Motor DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3. Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
x
PADA KESETIMBANGAN PENDULUM TERBALIK
BERBASIS MIKROKONTROLER
Oleh
Ranjit Hendriyanto
NIM : 612006066
Skripsi
Untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh
Ijazah Sarjana Teknik Elektro
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
SALATIGA
Januari 2014
ffi
PERPUSTAKAAN IIN IvERSITAS
UN I VERSiTAS KF.ISTEli 5A'1'1lr\ IVACAl!A
jl. Iliponesarri !f -'60 S,rla6*a 50? I i
]ar,:'I'eegah. hrdoln:rir
Ieip. tJ29ii'Erraii: iiLrarr(ir,lcln.i:L:.r.edu
3?.1?.1)., Yw';. tt)-98, .tZL4'3"1
q
Li-tp: r',,'liir:u-'..u-k.r,.*:du
PERNYATAAN TIDAK PTAGIAT
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama
RANJIT HENDRIYANTO
NIM
617446066
Fakultas
TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER
Program
Judul tugas akhir
SISTEM KENDALI LOGIKA FUZZY PADA KESETIMBANGAN
: 612006066(O,student.uksw.edu
Studi : TEKNIK ELEKTRO
PENDULUM TERBALIK BERBASIS MIKROKONTROLER
Pembimbing
1.
Gunawan Dewantoro, M. Sc.Eag
2. Ir. F. Dalu Setiaji,
M.T
Dengan ini menyatakan bahwa:
L. Hasil karya yang saya serahkan ini adalah asli dan belum pernah diajukan untuk mendapatkan gelar
kesarjanaan baik di Universitas Kristen Satya Wacana maupun di institusi pendidikan lainnya.
2. Hasil karya saya ini bukan saduran/terjemahan melainkan msrupakan gagasan, rumusan, dan hasil
pelaksanaan penelitian/implementasi saya sendiri, tanpa bantuan pihak lain, kecuali arahan pembimbing
akademik dan narasumber penelitian.
3. Hasil karya
saya
ini merupakan hasil revisi terakhir setelah drujikan yang telah diketahui dan disetujui oleh
pembimbing.
4. Dalan karya
saya
'
ini tidak terdapat karya atau pendapat ymg telah ditulis atau dipublikasikan orang lain,
kecuali yang digunakan sebagai acuan dalam naskah dengan menyebutkan nama pengararg dan dicanfumkan
dalam daftar pustaka.
Pemyataan ini saya buat dengan sesungguhnya. Apabila di kemudian hari terbukti ada penyimpangan dan
ketidakbenaran dalam pernyataan ini maka saya bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar
yutg telah diperoleh karena karya saya ini, serta sanksi lain yar,g sesuai dengan ketentuan yang berlaku di
Universitas Kristen Satya Wacana.
Rarcjit Hendriyanto
F-LtB-080
-t
Sistem Kendali Logika Furzry
Pada Kesetimbangan Pendulum Terbalik
Berbasis Mikrokontroler
Oleh:
Ranjit Hendriyanto
NIM : 6120A5066
Skripsi ini telah diterima dan disahkan
Sebagai salah satu persyaratan guna mencapai
Sarjana Teknik Elektro
Dalam
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektro dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Disahkan oleh
Pembimbing
I
:
Pembimbing
II
Ir. F. Dalu Setiaji. M.T
ranggar .1.1,.t.&. rut
INTISARI
Secara umum suatu pendulum bergerak kembali ke posisi kesetimbangannya.
Pendulum terbalik adalah sistem pendulum yang titik beratnya berada di atas titik
tumpunya sehingga kesetimbangan yang dapat dicapai merupakan kesetimbangan labil.
Pada proyek akhir ini pendulum terbalik dibuat di atas kereta beroda. Kontrol
gerak maju dan mundur kereta berdasarkan derajat kemiringan pendulum. Metode
kontrol yang baik diperlukan agar pendulum mencapai posisi seimbang saat bergerak
maju dan mundur dengan kecepatan yang berbeda-beda.
Dalam proyek ini digunakan metode Logika Fuzzy sebagai kontrol penggerak
kereta ini. Masukan sistem pada kereta ini adalah kemiringan pendulum yang diperoleh
dari sensor accelerometer. Output dari sistem ini adalah nilai PWM untuk
menggerakkan motor. Kontroler proyek ini digunakan mikrokontroler sebagai
pengendali sistem.
Kata kunci : pendulum terbalik, logika fuzzy, mikrokontroler
ii
ABSTRACT
In general, a pendulum move back to the balance position. Inverted pendulum is
a dynamic and non-linear plant.
In the final project, inverted pendulum is made on the wheeled cart. Forward and
reverse motion control based on tilt degree of the pendulum. Good control method is
needed to achieve balance position of the pendulum when forward and reverse motion.
The final project designed by Fuzzy Logic method as driving control the cart.
Input system of the cart is tilt degree of the pendulum from accelerometer. Pulse Width
Modulation as the output system to move forwad and reverse. Micocontroller as the
control system.
Keywords : inverted pendulum, fuzzy logic, microcontroller
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat
karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam pembuatan skripsi ini masih banyak
kekurangan. Hambatan yang datang tidak dapat diatasi tanpa dorongan dan bantuan dari
berbagai pihak, yaitu :
1. Orang tua saya dan adik saya yang selalu memberikan dukungan melalui doa – doa
dan kebutuhan lainnya.
2. Bapak Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng selaku pembimbing I yang telah
meluangkan waktu dan tenaga untuk membimbing dalam pembuatan tugas skripsi.
3. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, M.T selaku pembimbing II yang telah meluangkan waktu
dan tenaga untuk membimbing dalam pembuatan tugas skripsi.
4. Bapak Dr. Iwan Setiawan selaku Dekan Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer.
5. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, M.T. selaku Kepala Program Studi Teknik Elektronika.
6. Seluruh dosen Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer yang telah memberikan
ilmu – ilmu selama perkuliahan.
7. Seluruh pengurus laboratorium yang telah membantu dalam pelaksaan praktikum
semasa perkuliahan.
8. Teman – teman saya Bonus, Angling, Dion, Candra, Danus, Samudra, Heru, Ary,
Aryo yang memberikan dukungan sampai selesainya skripsi ini.
9. Teman – teman lainnya yang tidak mungkin saya sebutkan satu persatu yang telah
menemani dan mendukung selama masa perkuliahan.
10. Semua pihak lain yang telah mendukung dalam penulisan skripsi ini
Salatiga, Januari 2014
Penulis
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN
INTISARI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ii
KATA PENGANTAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii
DAFTAR ISI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .iv
DAFTAR GAMBAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
DAFTAR TABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ix
BAB I.
PENDAHULUAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.1. Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.2. Latar Belakang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.3. Batasan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4. Sistematika Penulisan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
BAB II. DASAR TEORI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1. Inverted Pendulum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
2.1.1. Kestabilan Sistem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
2.2. Sensor Accelerometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.1. Sensor Accelerometer ADXL345 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3. Logika Fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
2.3.1. Himpunan Fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.1.1. Fungsi Keanggotaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.1.2. Operator Dasar Himpunan Fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
v
2.3.1.3. Fungsi Implikasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.2. Sistem Fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.2.1. Fuzzifikasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
2.3.2.2. Sistem Inferensi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
2.3.2.3. Deffuzifikasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4. Mikrokontroler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22
2.4.1. ATMEGA328 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4.2. Konfigurasi Pin ATMEGA328 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5. Motor DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
BAB III. PERANCANGAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.1. Cara Kerja Alat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2. Perancangan Perangkat Keras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.2.1. Kereta Beroda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
3.3.2. Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.3. Tangkai Bandul Terbalik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.4. Modul Sensor Accelerometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
3.2.5. Modul Mikrokontroler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
3.2.6. Modul Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.7. Perakitan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.3. Perancangan Perangkat Lunak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
3.3.1. Fuzzifikasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
3.3.2. Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
3.3.3. Inferensi Tsukamoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
3.3.4. Deffuzifikasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
vi
BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.1. Pengujian Sensor Accelerometer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.2. Pengujian Mikrokontroler dengan Penggerak Motor DC. . . . . . . . . . . . 45
4.3. Pengujian Sistem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
4.4. Analisa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.1. Kesimpulan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
5.2. Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
DAFTAR PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
LAMPIRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
vii
DAFTAR GAMBAR
GAMBAR
1.1
HALAMAN
Inverted Pendulum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2.1. Pendulum Terbalik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2. Diagram Blok ADXL345 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3. Konfigurasi Pin ADXL345 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
2.4. Diagram Blok Sistem Fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
2.5. Himpunan Fuzzy untuk variabel umur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
2.6. Representasi Linear Naik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.7. Representasi Linear Turun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.8. Kurva Segitiga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
2.9. Kurva Bentuk Bahu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
2.10. Fungsi Implikasi Min . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..17
2.11. Fungsi Implikasi Dot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 17
2.12. Inferensi dengan Metode Tsukamoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.13. Diagram Blok ATMEGA328 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.14. Konfigurasi Pin ATMEGA328 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
2.15. Motor DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1. Blok Diagram Alat Secara Keseluruhan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
3.2. Blok Diagram Kontroler PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3. Blok Diagram Kontroler Fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
3.4. Kereta Beroda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.5. Motor DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.6. Bandul Logam. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
viii
3.7. Kayu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.8. Potensiometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.9. ADXL345 Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.10. Sensor Accelerometer ADXL345 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
3.11. Untai Mikrokontroler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..35
3.12. Mikrokontroler Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.13. Untai L293D dan Motor DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
3.14. Driver Motor L293D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
3.15. Bandul Terbalik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
3.16. Sensor Accelerometer di Bandul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
3.17. Diagram Alir Sistem secara keseluruhan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..37
3.18. Membership Function Error Sudut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
3.19. Membership Function Delta Error Sudut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
3.20. Membership Function PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
3.21. Membership Function Error dan Delta Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.22. α-Predikat Pertama (α1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..41
3.23. α-Predikat Kedua (α2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
3.24. α-Predikat Ketiga (α3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
3.25. α-Predikat Keempat (α4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
4.1.
Kereta Pendulum Terbalik Keseluruhan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.2. Membership Function Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
4.3. Membership Function Delta Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
4.4. Membership Function Error Sudut 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.5. Membership Function Delta Error 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..47
4.6. Membership Function PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
ix
DAFTAR TABEL
TABEL
HALAMAN
2.1. Konfigurasi Pin ADXL345 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2. Konfigurasi Pin ATMEGA328 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.1. Aturan IF-THEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.1. Hasil Pengukuran Sudut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..45
4.2. Pengujian Penggerak Motor DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3. Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
x