Apa maksud pid pada line follower

TELKA, Vol.2, No.2, November 2016, pp. 150~159

ISSN (e): 2540-9123 

ISSN (p): 2502-1982

Pengontrolan Kecepatan Mobile Robot

Line Follower Dengan Sistem Kendali PID

Hendri Miftahul1, Firdaus2, Derisma3

1,3Jurusan Sistem Komputer Universitas Andalas

Jl. Universitas Andalas, Limau Manis, Pauh, Limau Manis, Pauh, Kota Padang, Sumatera Barat 25163

2Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang

Kampus Limau Manis, Limau Manis, Pauh, Kota Padang, Sumatera Barat 25163

Abstrak – Perkembangan teknologi robotika telah mampu menciptakan robot cerdas yang memiliki

keistimewaan-keistimewaan khusus, salah satunya yaitu mobile robot line follower. Mobile robot line

follower merupakan suatu jenis robot beroda yang memiliki sensor untuk mendeteksi suatu garis dengan

pola tertentu yang bergerak mengikuti garis tersebut. Untuk memberikan perubahan pergerakkan mobile

robot line follower menjadi lebih halus tanpa menimbulkan pergerakan yang kaku maka pengaturan

kecepatan mobile robot line follower dapat dilakukan dengan menggunakan sistem kendali PID

(Proportional Integral Derivative). Sistem kendali PID digunakan untuk mengkoreksi error dari

pengukuran variabel input (sensor) agar output sistem sesuai dengan nilai set point untuk menghasilkan

error yang sekecil mungkin. Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan, didapatkan nilai parameter

kontrol PID yang terbaik dengan nilai Kp=9, Kd=3 dan Ki=1, dimana nilai tersebut mampu merespon

posisi mobile robot line follower agar selalu mendekati nilai set point dan memiliki waktu yang tercepat

mencapai finis dengan waktu 6930 ms.

Kata kunci: mobile robot line follower, sensor, PID (Proportional Integral Derivative)

1. Pendahuluan

Robotika merupakan suatu bidang kajian ilmu yang terus berkembang dengan sangat pesat.

Saat ini perkembangan teknologi robotika telah mampu menciptakan robot cerdas yang memiliki

keistimewaan-keistimewaan khusus. Mobile robot [1] merupakan sebuah robot yang bergerak,

dimana sistem robot tersebut mampu memindahkan dirinya sendiri dari posisi A ke posisi B,

dimana kedua posisi tersebut berada pada jarak tertentu (keseluruhan badan robot berpindah

tempat), bisa dikatakan bahwa robot tersebut bergerak dinamis. Salah satu jenis mobile robot yang

memiliki keistimewaan dan sering dikembangkan yaitu mobile robot line follower (pengikut

garis).

Robot jenis line follower bergerak menggunakan aktuator berupa motor DC. Biasanya jenis

penggerak robot line follower memiliki 2 buah motor DC yang dipasang di sebelah kiri dan kanan

robot. Untuk dapat menggerakkan robot maka masing-masing motor DC diatur kecepatannya

melalui sebuah rangkaian driver motor.

Pengaturan kecepatan masing-masing motor DC sangat menentukan tingkat kestabilan

perubahan pergerakan mobile robot line follower dari kondisi berbelok ke kondisi bergerak lurus

maupun sebaliknya.

Pengaturan kecepatan motor DC ini dapat dilakukan dengan menggunakan sistem kendali

PID (Proportional Integral Derivative). Pengendali PID[2] adalah suatu sistem pengendali yang

merupakan gabungan antara pengendali Proportional, Integral dan Derivative. Sistem kendali

PID digunakan untuk mengkoreksi error dari pengukuran variabel input (sensor) agar output

sistem sesuai dengan nilai set point untuk menghasilkan error yang sekecil mungkin. Berdasarkan

latar belakang diatas, maka penulis akan merancang merancang dan membuat mobile robot line

follower yang dikontrol dengan pengendali PID untuk mengatur kecepatan motor DC berbasis

TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol 

ISSN (e): 2540-9123

ISSN (p): 2502-1982

Mikrokontroler ATMega 8535 sehingga pergerakkan robot line follower menjadi lebih halus dan

tidak kaku.

2. Metode Penelitian

2.1. Perancangan Sistem

Sebelum melakukan perancangan sistem, terlebih dahulu dibuat diagram blok sebagai

langkah awal pembuatan sistem.

Gambar 1. Diagram Blok Sistem

2.1.1. Mikrokontroler ATMega 8535

Mikrokontroler[11] merupakan sebuah sistem mikroprosesor di mana di dalamnya sudah

terdapat Central Processing Unit (CPU), Read Only Memory (ROM), Random Access Memory

(RAM) , Input/Output (I/O), clock dan perlatan internal lainnya yang sudah terhubung dan

terorganisasi dengan baik dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai.

2.1.2. Driver Motor L298

L298 adalah IC yang dapat digunakan sebagai driver motor DC. IC ini menggunakan prinsip

kerja H-Bridge. Tiap H-Bridge dikontrol menggunakan level tegangan TTL yang berasal dari

output mikrokontroler.

2.1.3. Motor DC Magnet Permanen

Motor DC (direct current) merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah

sebagai sumber tenaganya. Dengan memberikan beda tegangan pada kedua terminal tersebut,

motor akan berputar pada satu arah, dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik maka arah

putaran motor akan terbalik pula. Polaritas dari tegangan yang diberikan pada dua terminal

menentukan arah putaran motor sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua terminal

menentukan kecepatan motor.

2.1.4. Liquid Crystal Display (LCD)

Liquid Crystal Display (LCD)[12] adalah suatu display dari bahan cairan Kristal yang

pengoperasiannya menganut sistem dot matrix.

2.1.5. Light Emitting Diode (LED)

LED[5] adalah perangkat semikonduktor yang memancarkan cahaya berspektrum sempit

ketika dialirkan listrik dengan arah maju. Efek ini merupakan bentuk dari electroluminescence.

Warna dari cahaya yang dipancarkan tergantung pada komposisi dan keadaan semikonduktor

yang digunakan, dan dapat berupa infrared, cahaya tampak atau mendekati ultraviolet.

Mikrokontroler Driver Motor Motor DC

LCD

Sensor

Set Point Output

error

PV

TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol 

ISSN (e): 2540-9123

ISSN (p): 2502-1982

2.1.6. Photodioda

Photodioda[6] merupakan salah satu jenis sensor optik yang digunakan dalam rangkaian

elektronika untuk mengukur intensitas cahaya. Photodioda disusun menggunakan 2 buah pin.

Bagian yang panjang berkutub positif (+) dan bagian yang pendek berkutub negatif (-). Keluaran

photodiada adalah arus listrik yang berubah sesuai intensitas cahaya yang masuk. Semakin terang

atau semakin banyak intensitas cahaya yang masuk, keluaran photodioda semakin kecil.

2.2. Perancangan Hardware

2.2.1. Rangkaian Sistem Minimum ATmega 8535

Rangkaian sistem minimum dalam penelitian ini tergambar pada gambar berikut.

Gambar 2. Skema Rangkaian Sistem Minimum

2.2.2. Rangkaian Sensor

Rangkaian sensor dalam penelitian terlihat pada gambar 3.

Gambar 3. Rangkaian Sensor

2.2.3. Rangkaian Driver Motor

TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol 

ISSN (e): 2540-9123

ISSN (p): 2502-1982

Rangkaian driver motor dalam penelitian terlihat pada gambar 4.

Gambar 4. Rangkaian Driver Motor

2.3. Perancangan Mekanik

Hasil perancangan mekanik robot line follower dapat dilihat pada gambar 5.

Gambar 5. Hasil Perancangan Mekanik Robot Line Follower

2.4. Perancangan Kendali PID

Berdasarkan ketiga parameter kontrol maka keseluruhan nilai PID yang didapatkan adalah

dengan menjumlahkan seperti persamaan 1.

PID = P + I + D (1)

2.4.1. Perancangan Software Robot Line Follower dengan Kendali PID

TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol 

ISSN (e): 2540-9123

ISSN (p): 2502-1982

Flowchart perancangan software Robot Line follower terlihat pada gambar 6 dan gambar

7 berikut.

Gambar 6. Flowchart Utama Robot Line Follower

Mulai

Inisialisasi nilai Kp, Ki, Kd dan

Set Point

Baca data sensor

Pemrosesan dengan metoda

PID

Gerakan robot

Selesai

Dapatkan nilai error dari

pembacaan sensor

TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol 

ISSN (e): 2540-9123

ISSN (p): 2502-1982

Gambar 7. Flowchart Program Kendali PID Robot Line Follower

Mulai

Dapatkan nilai PV berdasarkan

pembacaan sensor

Dapatkan nilai error

error = SP - PV

Dapatkan nilai P

P = Kp * error

Dapatkan nilai D

D1 = Kd * 10

D2 = D1/Ts

D3 = error – last error

D = D2 * D3

Dapatkan nilai I

I1 = Ki/10

I2 = error + last error

I3 = I1 + I2

I = I3 * Ts

Dapatkan nilai PWM

llpwm = 200 – PID

rrpwm = 200 + PID

llpwm <

MINPWM

llpwm = MINPWM

llpwm >

MAXPWM

llpwm = MAXPWM

rrpwm <

MINPWM

rrpwm >

MAXPWM

rrpwm = MINPWM

rrpwm = MAXPWM

Selesai

T

T

Y

T

T Y

Y

Y

Gerakkan robot

Robot (llpwm, rrpwm)

Dapatkan nilai PID

PID = P + I + D

TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol 

ISSN (e): 2540-9123

ISSN (p): 2502-1982

3. Hasil dan Analisa

3.1. Pengujian Alat

3.1.1. Pengujian Sensor Garis

Tabel 1. Hasil Pengukuran Tegangan Photodioda

Nilai tegangan di permukaan putih dan permukaan hitam pada masing-masing sensor

didapatkan dari hasil pengukuran menggunakan multimeter. Berdasarkan tabel 1 dapat

disimpulkan bahwa ketika sensor berada dipermukaan putih nilai tegangannya lebih rendah dari

pada ketika sensor berada di garis hitam.

3.1.2. Pengujian PWM (Pulse Width Modulation)

Pulse Width Modulation (PWM)[9] secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar

sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, untuk mendapatkan tegangan rata-rata

yang berbeda. Tabel 2. Nilai LPWM dan RPWM Motor

TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol 

ISSN (e): 2540-9123

ISSN (p): 2502-1982

Dari tabel 2 didapatkan nilai PWM masing-masing motor pada tiap posisi pembacaan sensor.

Nilai PWM tersebut didapatkan dari pembacaan nilai PWM yang keluar dari LCD. Dapat

diperhatikan bahwa saat PV bernilai 0 nilai PWM motor kanan dan motor kiri adalah sama yaitu

bernilai 255. Pada saat nilai PV tidak sama dengan 0 maka nilai PWM motor kanan dan motor

kiri memiliki nilai PWM yang berbeda sesuai dengan besarnya perubahan nilai PV. Semakin

besar nilai perubahan PV maka semakin berkurang nilai PWM salah satu motor.

3.2. Pengujian PID

3.2.1. Pengujian pada Garis Lurus

Data hasil pengujian akan disajikan dalam bentuk grafik pengujian PID. Grafik pengujian

PID dapat dilihat pada gambar 8.

Gambar 8. Grafik Pengujian PID

Gambar 4. terlihat bahwa dengan menggunakan kendali PID pada saat robot diletakkan

pada posisi error = -8, robot mampu bergerak dengan baik dan selalu mendekati nilai set point,

dimana nilai set point dari robot ini yaitu 0.

3.2.2. Pengujian pada Lintasan

Tabel 3. Pengujian Waktu pada Lintasan

TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol 

ISSN (e): 2540-9123

ISSN (p): 2502-1982

Berdasarkan tabel 3 dengan memberikan nilai parameter Kp, Ki dan Kd yang berbeda dapat

kita simpulkan bahwa dengan pemberian nilai parameter Kp=9, Kd=3 dan Ki=1 didapatkan waktu

tercepat dalam mencapai garis finis yaitu dengan waktu 6930 ms.

4. Penutup

4.1. Kesimpulam

Berdasarkan pengujian dan analisa yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan beberapa

hal sebagai berikut :

1. Pemberian nilai variabel Kp, Kd dan Ki yang dilakukan dengan metoda Trial and error

didapatkan nilai parameter kontrol PID yang terbaik dengan nilai Kp=9, Kd=3 dan Ki=1,

dimana nilai tersebut mampu merespon posisi robot line follower agar selalu mendekati nilai

set point dan memiliki waktu yang tercepat mencapai finis dengan waktu 6930 ms.

2. Pengujian robot line follower pada garis lurus sepanjang ±1 meter didapatkan perubahan nilai

error yang memiliki rentang nilai dari error bernilai -8 sampai dengan error bernilai 3.

Adapun kondisi ideal dari robot line follower yaitu terletak pada posisi error = 0 atau pada

nilai PV = 0.

3. Nilai maksimal PWM pada robot line follower ini yaitu bernilai 255 dan nilai minimal PWM

dari robot line follower yaitu bernilai -255.

4. Kendali PID mampu mengkoreksi nilai error, dimana nilai error tersebut diolah dengan

perhitungan PID untuk dijadikan sinyal kendali yang diteruskan ke motor sehingga

kecepatan motor dapat berubah-ubah sesuai dengan bobot pembacaan sensor sehingga

menimbulkan pergerakkan robot line follower menjadi lebih halus tanpa menimbulkan

pergerakan yang kaku

4.2. Saran-saran

Adapun saran yang dapat diberikan untuk membuat sistem dapat berjalan menjadi lebih

sempurna sehingga sistem tersebut dapat memiliki fungsi yang lebih baik adalah sebagai berikut

1. Menentukan nilai parameter kontrol proportional, integral dan derivative dapat dilakukan

dengan metoda osilasi lain seperti Ziegler-Nichols karena metoda tersebut telah

menggunakan rumus-rumus yang sederhana yang dapat mempersingkat waktu dalam

pencarian nilai parameter PID.

2. Untuk posisi sensor, antara sensor yang satu dengan sensor yang lainnya sebaiknya diberi

pembatas untuk mengurangi intensitas cahaya yang datang dari luar.

Daftar Pustaka

[1] Pramana, Agus, dkk. 2007. Perancangan Prototipe Kontrol Mobile Robot Pemindah

Benda. Universitas Bina Nusantara.

[2] Laksana, Andra. Balancing Robot Beroda Dua Mengggunakan Metode Kendali

Proporsional Integral. Universitas Diponegoro.

[3] Raditya, Bregas. 2011. Pengendali Motor Servo DC Menggunakan PI untuk

Diimplementasikan pada Mesin CNC. Universitas Bina Nusantara.

[4] Harry, dkk. 2006. Kontrol Posisi pada Motor DC dengan FPGA. Universitas Bina

Nusantara.

[5] Antoni, dkk. 2007. Perancangan Modul dengan Pengaturan Grayscale pada Dot Matrix

(Prototype). Universitas Bina Nusantara.

TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol 

ISSN (e): 2540-9123

ISSN (p): 2502-1982

[6] Fajar, Khairul. 2011. Analisis Efisiensi Sensor Cahaya (LDR, Photodioda dan

Phototransistor) pada Rancang Robot Pemadam Api. Universitas Islam Negeri Maulana

Malik Ibrahim Malang.

[7] Pitowarno, Endra. 2006. Robotika Desain, Kontrol dan Kecerdasan Buatan. Yogyakarta:

Andi Yogyakarta.

[8] Firdaus. 2010. Rancang Bangun Sistem Kendali Kecepatan Kursi Roda Listrik

Berbasiskan Disturbance Observer. Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya.

[9] Prayogo, Rudito. 2012. Pengaturan PWM (Pulse Width Modulation) dengan PLC.

Universitas Brawijaya Malang.

[10] Novendy, dkk. 2006. Pengimplementasian Ultrasonic terhadap Mobile Robot sebagai

Penjejak (Object Follower). Universitas Bina Nusantara.

[11] Syahrul. 2012. Mikrokontroler AVR ATmega 8535. Bandung: Informatika Bandung.

[12] Budy. 2011. Sistem Pengamanan Kunci Sepeda Motor Menggunakan Radio Frequency

Identification (RFID). STMIK AMIKOM Yogyakarta.