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