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

ffiPERPUSTAKAAN IIN IvERSITAS

UN I VERSiTAS KF.ISTEli 5A'1'1lr\ IVACAl!Ajl. Iliponesarri !f -'60 S,rla6*a 50? I i

]ar,:'I'eegah. hrdoln:rirIeip. tJ29ii'- 3?.1?.1)., Yw';. tt)-98, .tZL4'3"1

Erraii: iiLrarr(ir,lcln.i:L:.r.edu q Li-tp: r',,'liir:u-'..u-k.r,.*:du

PERNYATAAN TIDAK PTAGIAT

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama

NIM

Fakultas

Judul tugas akhir

RANJIT HENDRIYANTO

617446066

TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER

Email : 612006066(O,student.uksw.edu

Program Studi : TEKNIK ELEKTRO

SISTEM KENDALI LOGIKA FUZZY PADA KESETIMBANGAN

PENDULUM TERBALIK BERBASIS MIKROKONTROLER

Pembimbing 1. Gunawan Dewantoro, M. Sc.Eag

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 olehpembimbing. '

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 diUniversitas Kristen Satya Wacana.

2.

F-LtB-080

Rarcjit Hendriyanto

-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 II

Ir. F. Dalu Setiaji. M.T

ranggar .1.1,.t.&. rut

Pembimbing I

ii

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

iii

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

iv

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

v

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

vi

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

vii

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

viii

DAFTAR GAMBAR

GAMBAR HALAMAN

1.1 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

ix

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

x

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