line follower berbasis PID

Posted by : Unknown Selasa, 30 April 2013

Robot line follower berbasis PID menggunakan LED dan Photo Diode sebagai sensornya untuk mendeteksi jalur yang telah dibuat. Cara supaya robot dapat mendeteksi jalur yang dibuat adalah dengan memposisikan robot pada jalur, yang diusahakan posisi jalur hitam berada di tengah-tengah sensor Proportional.

Sensor Photodioda adalah salah satu jenis sensor peka cahaya. Photodiode akan mengalirkan arus yang membentuk fungsi linear terhadap intensitas cahaya yang diterima. Hubungan antara keluaran sensor photodiode dengan intensitas cahaya yang diterimanya ketika dipanjar mundur adalah membentuk suatu fungsi linear.

Pada rancangan sensor photodiode di bawah, nilai resistansinya akan berkurang bila terkena cahaya dan bekerja pada kondisi reverse bias. Untuk pemberian pantulan cahayanya LED merah, komponen ini mempunyai cahaya yang terang dan tidak menyebar, sehingga membuat pantulan cahaya ke photodiode cukup.

Sensor photodiode tidak terkena cahaya

Saat photodiode tidak terkena cahaya, maka nilai resistansinya akan besar atau dapat diasumsikan tak hingga, sehingga tidak ada arus bocor yang mengalir menuju komparator.

Sensor photodiode terkena cahaya

Saat photodiode terkena cahaya, maka photodiode akan bersifat sebagai sumber tegangan dan nilai resistansinya akan menjadi kecil, sehingga aka nada arus bocor yang mengalir ke komparator.

Kontrol motor pada robot line follower ini dirancang dengan menggunakan kontrol PID. Dimana kontrol yang digunakan adalah kontrol Proportional dan kontrol Derivatif saja pada saat robot bekerja. Nilai P disini merupakan respon langsung terhadap nilai error, sedangkan nilai D adalah laju perubahan nilai error pada setiap pengambilan sampling atau pengambilan data, dan dalam mengontrol sesuatu yang membutuhkan respon yag cepat dan tiba-tiba, kontrol yang paling ideal disini adalah kontrol P dan D. dalam hal ini kontrol integral tidak digunakan pada saat robot bekerja, sebab nilai I hanya akan menimbulkan osilasi pada motor. Selain itu, nilai pada program dari pengaturan kontrol PID di atas akan disimpan di dalam EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory).

- Kontrol PID

Sistem kontrol PID merupakan suatu sistem untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik dari sistem tersebut. Komponen kontrol PID ini terdiri dari 3 jenis yaitu, proportional, integrative dan derivative. Kontrol yang digunakan pada rancangan robot ini adalah kontrol proportional dan kontrol derivative.

Kontrol Proportional – Derivatif

Pengontrol derivatif member respons terhadap sinyal-sinyal error yang berubah terhadap waktu, tetapi tidak terhadap sinyal-sinyal error konstan. Karena untuk sinyal-sinyal konstan, laju perubahan error terhadap waktu adalah sama dengan nol. Berdasar alas an ini, kontrol derivatif D dikombinasikan dengan kontrol proposional P sehingga:

Keluaran pengontrol PD=K_px error + K_Dxlaju perubahan error terhadap waktu

Waktu

Gambar 4 Kontrol PD

(Sumber: W.Bolton, 2006)

Gambar 4 menunjukkan bagaimana, dengan kontrol proposional plus derivatif, keluaran pengontrol dapat berubah ketika terdapat suatu error yang berubah secara konstan. Tampak bahwa terjadi perubahan mula-mula yang cepat pada keluaran pengontrol sebagai akibat dari aksi derivatif yang diikuti oleh perubahan bertahap karena aksi proposional. Dengan demikian bentuk kontrol ini merespon dengan lebih baik terhadap perubahan proses yang terjadi secara cepat jika dibandingkan dengan hanya kontrol proposional. Namun demikian, sebagaimana halnya kontrol proposional, kontrol ini memerlukan error keadaan tunak untuk mengatasi perubahan konstan pada kondisi masukan atau perubahan nilai pengaturan.

Persamaan untuk kontrol PD di atas dapat dituliskan dalam bentuk persamaan berikut:

Keluaran pengontrol PD = Kp (error + T_Dx laju perubahan error)

K_D/K_pdikenal sebagai waktu aksi derivatif T_Dsehingga:

Kontrol PD dapat menangani perubahan-perubahan proses yang cepat secara lebih baik dibandingkan dengan kontrol P saka. Kontrol ini tetap memerlukan error keadaan tunak untuk mengatasi perubahan konstan pada kondisi-kondisi masukan atau perubahan pada nilai yan ditetapkan.

Gambar 5 Karakteristik sinyal error

(Sumber: W.Bolton, 2006)

Kondisi ideal pada robot adalah bergerak maju lurus mengikuti garis, dengan kata lain PV = 0 (nilai sensor = 00011000). Dari sini dapat diasumsikan bahwa Set Point (SP) / kondisi ideal adalah saat SP = 0. Nilai sensor yang dibaca oleh sensor disebut Process Variable (PV) / nilai aktual pembacaan. Menyimpangnya posisi robot dari garis disebut sebagai bobot (b), yang didapat dari b = SP – PV. Dengan mengetahui besar bobot, mikrokontroller dapat memberikan nilai PWM motor kiri dan kanan yang sesuai agar dapat menuju ke posisi ideal (SP = 0). Besarnya nilai PWM ini dapat diperoleh dengan menggunakan kontrol Proporsional (P), dimana P = bobot * Kp (Kp adalah konstanta proporsional yang nilainya di set sendiri dari hasil tuning).

Kontrol D digunakan untuk mengukur seberapa cepat robot bergerak dari kiri ke kanan atau dari kanan ke kiri. Semakin cepat bergerak dari satu sisi ke sisi lainnya, maka semakin besar nilai D. Konstanta D (Kd) digunakan untuk menambah atau mengurangi imbas dari derivatif. Dengan mendapatkan nilai Kd yang tepat pergerakan sisi ke sisi yang bergelombang akibat dari kontrol proporsional bisa diminimalisasi. Nilai D didapat dari D = Kd * diff. Dalam program nilai error (SP – PV) saat itu menjadi nilai bobot_lalu, sehingga diff didapat dari bobot – bobot_lalu.