POSITION CONTROL OF ARM MECHANISM USING PID CONTROLLER

ABSTRACT

This paper presents the application of rotary encoder for a motion of a gripper mechanism using PID controller. The approach consists of a robotic arm’s whose movement are controlled by a brush DC motor. The brush DC motor shaft was mounted to the rotating wheels where a rope and pulley system was used to lift the robotic arm. The strategy of feedback compensation is used when controlling a system using a PID controller. With the presence of rotary encoder enables the microcontroller to control the speed of the robotic arm with the PID controller. As results, the robotic arm can be operated smoothly and achieved the desired position compared to the ON and OFF controller. The program using PID controller has been created with the microcontroller as the controller for the system. The robotic arm has been interface with rotary encoder and implemented with PID controller and it is possible for any robotic application if the feedback signal is provided.

1.INTRODUCTION

Robotic Arm controller is the challenging and demanding activity in industrial field as well as military and other applications. Robots are generally used to do unsafe, dangerous, highly repetitive, and unpleasant tasks which have many different functions such as material handling, assembly, arc welding, resistance welding, machines tool load and unload functions, painting, spraying, etc.

A robotic arm is a robot manipulator, normally programmable with analogous functions to a human arm. Usually robots are set up for a task by the teach-and-repeat technique.Therefore, a portable control device (a teach pendant) is used to teach a robot its task manually by a trained operator (programmer). Robot speeds during these programming sessions are slow.

Robot localization has been acknowledged as one of theproblem in robotic Positioning technique such as odometry still seems to be effective and relatively cheap method of providing robot with current position. Basically, the method of estimation for a wheel-type robot’s position employ the rotation encoder ( also called odometry system) of a wheel, etc.

The requirement for precision position sensors is based on a diversity of industries that need precision motion. Normally, a rotary electromagnetic motor actuates using gearing arrangement. The measurement of a gearing ratio is calculated between the motor and the motion stage. When the gearing ratio is high, then a relatively low resolution rotary position sensor at the motor will result in high resolution motion measurements at the motion stage.

The demands for advanced technology in various fields have inspired the development of small or uncomplicated systems. For instance, the direct-drive motion systems will obtained very high positioning resolution. The absence of gearing in these systems denotes that higher resolution position sensors are required to achieve the greater positioning precision.

Direct drive rotary motorscan generate high torque and enable precision servo control over very small angles.The load of rotary motor is coupled directly to the drive as a result reducing the need for transmission components that introduce backlash, hysteresis, gear tooth error or belt stretch.Therefore, their dynamic reaction is excellent. A ring encoder provides an appropriate solution, better than the frameless format of torque motors with great internal diameter offers no obvious coupling to fit a shaft encoder. Additionally, the ring encoder is coupled rigidly to the drive, eliminating “play” in the system. Whatever the application, reliable direct position feedback is the key.

The most recognizable position feedback solution is a rotary encoder. In tuning and selecting the correct rotary encoder, it is depends on a convincing requirement specification, knowledge of the factors affecting encoder precision and a good understanding of how performance shortfalls may be overcome to get an accurate position of a motion mechanism. In this project, the rotary encoder is used to get an accurate position of an arm mechan ism and it is applied to a robot application.

2.METHODOLOGYThe project starts by design and constructing of arm mechanism and electronic circuit for the mechanism. Then it continues with program development and tuning the PID controller. Finally, demonstrate rotary encoder application on the arm mechanism using the tuned PID controller to locate the arm at the desired position.The entire project development is illustrated in Figure 1.A.MECHANICAL MODULEThe design concept of the arm is to pick the object from one place and place it to another place. From initial study, the gripper is designed to grip the object from the allocation of the starting gripper is on the open grip which the gripper then will gripthe object if only it the arm arrive at object location and the gripper design consist of movable part.Figure 2 shows the constructed lifting mechanism for the robotic arm.The designed structure of the arm mechanism consists of two poles connected each other with the lifting system. The lifting movement of the arm mechanism was design using the three rollers to move along each pole. The pulley system have to be used in order to lift the robotic arm since direct mounting of the brush DC motor to the robotic arm results in the brush DC motor unable to lift the robotic arm due to insufficient torque. Two DC motor was used for the lifting system rather than one DC motor such to increase the lifting speed and torque. Figure 3 shows the pulley system used in the lifting system of robot arm. coupling to fit a shaft encoder.

Figure 1 : rebotic arm develomment

Figure 2 : robotic arm structure

Figure 3 : pulley for lifting system

The rotary encoder was mounted directly on the lifting structure in such way that when the arm is lift up or down, the roller of the encoder will rotate and the pulse was generated according to the distance of the movement of the arm. The encoder was attached such that the roller of the encoder will move on the pole of the lifting system since the pole has linear and smooth surface.

Therefore, the encoder can generate pulse more accurate on the linear surface rather than on the rough surface or surface with obstacle since rough or non-linear surface can cause miss counting of the encoder pulse that will interrupt the precision and accuracy of the encoder.Figure 3 shows the mounted rotary encoder on the robotic arm lifting system.

The mounting of the encoder was constructed in away that the roller or encoder wheel can move through the lifting pole smoothly. Figure 4 shows the encoder mounting that had constructed. The mounting was design in such way that the roller of the encoder always touch the pole and when there are obstacle on the pole, the mounting will slightly adjusted to allowed the roller can still move through the pole since the spring was used with the encoder mounting to make the encoder wheel always contacted with the lifting pole.

The encoder wheel is constructed as shown in Figure 5. The small size of wheel used in this project to reduce the load on the encoder shaft and to reduce the friction between the wheel and pole surface which can reduce the accuracy of the encoder.

B.ELECTRONIC CIRCUIT MODULEThe configuration of the electronic circuit for the arm systemis shown in Figure 6.The microcontroller used in this project is PIC microcontroller. Therefore the microcontroller board was design using Proteussoftware and fabricate for the application of the PIC microcontroller.

Overview of the electronic circuit constructed is display in Figure 7. The electronic circuit consist of microcontroller board, liquid crystal display (LCD) circuit, DC motor drivers circuit and encoder circuit.

Figure 8 shows the development of microcontroller board. This microcontroller board was developed based on two side tracks which is upper and bottom side of the printed circuit board(PCB). This board was used as master or main board where all the command or instruction that the user applies to the project was through the microcontroller on this board. All the variable was varied in this controller based on the programming apply to the microcontroller.In addition, the microcontroller board is used to interface to the rotary encoder.

Next, Figure 9 illustrates the LCD display which shows the pulse count, error, PWM and different speed. The first line showing the speed and error value, while in the second line there are two values corresponding to the pulses count and motor PWM speed.

C.PROGRAMMING MODULEThis module discusses on the development of the program for data transfer into microcontroller.There are two programs consisting of two modes which are named as teaching mode and run mode. During the teaching mode, the robotic arm was moved manually until it reaches the desired location.Figure 10 showing the deliberate flowchart for the programming part of the robot’s arm interfacing with rotary encoder. While in the run mode, the program is run with the predefined set point value previously obtained from the teaching mode.The importance of the first program which is the teaching mode program is to get the set point value which could be manually done while the second program which is run mode program is the main program using the set point obtained.

D.PID CONTROLLERThe PID (proportional integral derivative) controller is utilized to control a robot arm. By selecting the PID gains, the robot can move along the designed trajectory.The PID provides robust and reliable performance for most systems if the PID parameters are determined or tuned to ensure a satisfactory closed-loop performance.The PID control is one of the earlier control strategies [10].The basic idea behind a PID controller is to read a sensor, then compute the

desired actuator output by calculating proportional, integral, and derivative responses and summing those three components to compute the output [11]. In the PID controller, the proportional component depends only on the difference between the set point and the process variable. It reduces error but does not eliminate it. Meanwhile, integral mode corrects for any offset that may occur between the desired value and the process output automatically over time. Derivative action anticipates where the process is heading by looking at the time rate of change of the controlled variable. Derivative actiondepends on the slope of the error, unlike P and I. If the error is constant, derivative action has no effect [12].Generally, there are few variables required to complete the equation of the PID controller system. For the programming of the PID controller, the PID terms have been converted to a simpler form as listed in Equation (1) until (4)

below [13]:

e= SV–PV (1)Integral = Integral + E(2)Derivative = e – ep (3)Output= (KP x e) + (KIx Integral) + (KDx Derivative)(4)

where e is error, SV is set value, PV is process value, ep is previouserror, KP is proportional gain, KI is integral gain while KDis derivative gainIn the PID control program, the controller measured the error signal by subtracting the set value with the feedback value. Then the program calculates the proportional, integral and derivative term. The proportional term is the multiplication of the error or feedback value with the proportional gain that has set. The integral term is multiplication of the integral gain with the addition of previous value of integral with the feedback value.Meanwhile,the derivative term is the multiplication of derivative gain with the result of the subtractive of error value with the last error. Note that the last error is the previous value of the error signal. It means that in the iteration process, the error value of the nthiteration used as the last error of the iteration of (n + 1).

3.SIMULATIONSimulation of the PID controller was done with the Proteus ISIS software as shown in Figure 11. The function of the simulation is to verify the program developed in order to debug any error occurs from the program.The program load for this simulation contain of quadrature encoder interface (QEI) module to operate the encoder. The timer interrupt function was used to display the current value of the PWM value supplied to the motor with predefined time.

Figure 12 shows the illustration of LCD display on the Proteus software on the simulation for testing the program had been developed.The set time for the timer interrupt function is 5 cycles. Meaning that, for every 5 cycles, the LCD will display the current value of the motor speed. The first line will display the speed and error value while the second line showing the current pulses value and the pulse width modulation (PWM) motor. The PWM and pulse of the encoder during the simulation process saredisplay in Figure 13. The top and the bottom on the display arethe PWM and the encoder pulse respectively.

4.RESULT AND DISCUSSIONThe performance of PID controller was tested where some experiments were done in variation of PID parameter. The proportional constant (KP), integral constant(KI) and derivative constant (KD) of the PIDcontroller was based on Ziegler–Nichols tuning method until the satisfied results was obtained. The PID gain parameter such as KP was chosen to decrease the rise time, K was chosen to reduce the overshoot and settling time and finally KI was chosen to eliminate the steady state error.The system response from the experiments is plotted in a graphic so the performance of the system can be observed which the set point is 1500 pulse. Figure 14shows the response of the lifting mechanism of robotic arm system when the value of proportional gain KPwas varied. of KP is changed from 0.7, 1, 2, 3, and 5 while value of KI and KD is maintained at 0.1 and 1 respectively.

Response shows that by increasing the value of KP results in faster response or decrease the rise time of the robotic arm system decrease the steady state error but increase the overshoot of the system response. In Figure 15,the response of changing parameter of KIwhen KP and KD remain constant. The value of the KI is responsible for the steady state error of the lifting mechanism of robotic arm system. When value of the KI increased, it decreased the value of steady state error, increase the system response and increase theovershoot and settling time on the system.The selected value of KI used in the performance test is the 0.1, 0.2, 0.4, 0.8 and 1 while the value of KP and KD remains constant at 1 and 1respectively.The response of changing parameter of KD when KP and KIr emain constant was illustrated inFigure16. From the figure, the value of the KD is responsible for the handling the overshoot of the lifting mechanism of robotic arm system. As value of the KD increased, it decreased the value of overshoot of the response and decrease the settling time on the system. From the figure, the selected value of KD used in the performance test is the 0.2, 0.4, 0.8, 1.0 and 1.2 while the value of KP and KI remains constant at 1 and 0.1 respectively.

Furthermore, the comparison between the PID controller and the ON and OFF controller was done as shown in Figure 17. It shown that for the ON and OFF controller, the final value is well

above the set point. Compared with the PID controller, the lifting of the robot arm movement is smoother and precise. The KP, KI and KD of the PID controller were changed heuristically with the lifting of robotic arm system. The value was chosen such that it provides the best possible outcome of the lifting system where the final value is as close possible to the set point value and the movement of the lifting of robotic arm is smooth. Most of all, the movement of the lifting should be smooth with the implementation of the PID controller. The final tuned value of the KP, KI and KD is 1, 0.2 and 1 respectively.

5.CONCLUSIONSThe rotary encoder was successfully used as the feedback signal to the PIC microcontroller. The pulse value generated using the rotary encoder was used as a measure between the process value and the set point producing error. The PID controller then compensated the lifting system for robotic arm to the appropriate speed.PID controller was successfully applied in the lifting system of robotic arm and used to replace the ON and OFF controller. The program using PID controller has been created with the PIC microcontroller as the controller of the system. Through Ziegler–Nichols tuning method, the optimum again of KP, KIand KD obtained as 1, 0.2 and 1 respectively. The PID controller system performs better than ON and OFF controller system which produced a more stable and consistent output compared to the ON and OFF controller system.With the PID controller system, the movement for lifting robotic arm is greatly smooth and reached to the desired position precisely. It also proves to be efficient as it compensated the lifting system to the appropriate speed as required by the robotic arm.

REFRENCES:

[1]M. Ogino, I. Tsukinoki, K. Hosoda,and M. Asada, “Controlling Lateral Stepping of a Biped Robot by Swinging TorsoToward Energy Efficient Walking”Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Sendal, Japan, September 2004, pp.1359-1364.

http://www.jatit.org/volumes/Vol47No2/53Vol47No2.pdf

GOOGLE TRANSLATE

POSISI PENGENDALIAN ARM MEKANISME MENGGUNAKAN PID CONTROLLER

Latar Belakang

Makalah ini menyajikan aplikasi rotary encoder untuk gerak mekanisme gripper menggunakan kontroler PID. Pendekatan ini terdiri dari lengan robot ini yang gerakan dikendalikan oleh sikat motor DC. Sikat DC poros motor dipasang ke roda berputar di mana tali dan katrol sistem digunakan untuk mengangkat lengan robot. Strategi kompensasi umpan balik digunakan ketika mengendalikan sistem menggunakan kontroler PID. Dengan hadirnya rotary encoder memungkinkan mikrokontroler untuk mengontrol kecepatan lengan robot dengan kontroler PID. Sebagai hasil, lengan robot dapat dioperasikan dengan lancar dan mencapai posisi yang diinginkan dibandingkan dengan ON dan OFF kontroler. Program menggunakan kontroler PID telah dibuat dengan mikrokontroler sebagai pengendali untuk sistem. Lengan robot telah antarmuka dengan rotary encoder dan dilaksanakan dengan kontroler PID dan mungkin untuk aplikasi robot jika sinyal umpan balik disediakan.

1. PERKENALAN

Robotic Arm kontroler adalah kegiatan yang menantang dan menuntut dalam bidang industri serta militer dan aplikasi lainnya. Robot biasanya digunakan untuk melakukan tidak aman, berbahaya, sangat berulang-ulang, dan menyenangkan tugas yang memiliki banyak fungsi yang berbeda seperti material handling, perakitan, pengelasan busur, resistensi pengelasan, alat mesin memuat dan membongkar fungsi, lukisan, penyemprotan, dll Sebuah lengan robot adalah robot manipulator, biasanya diprogram dengan fungsi analog dengan lengan manusia. Biasanya robot diatur untuk tugas oleh technique.Therefore mengajar-dan-repeat, perangkat kontrol portabel (liontin mengajar) digunakan untuk

mengajarkan robot tugasnya secara manual oleh operator yang terlatih (programmer). Kecepatan robot selama sesi pemrograman ini lambat. Robot lokalisasi telah diakui sebagai salah satu theproblem dalam teknik Positioning robot seperti odometry nampaknya masih metode yang efektif dan relatif murah menyediakan robot dengan posisi saat ini. Pada dasarnya, metode estimasi untuk posisi roda-jenis robot menggunakan encoder rotasi (juga disebut sistem odometry) roda, dll Persyaratan untuk posisi sensor presisi didasarkan pada keragaman industri yang membutuhkan gerak presisi. Biasanya, motor elektromagnetik rotary actuates menggunakan pengaturan gearing. Pengukuran rasio gearing dihitung antara motor dan tahap gerak. Ketika rasio gearing tinggi, maka sensor resolusi posisi rotary relatif rendah di motor akan menghasilkan tinggi pengukuran gerak resolusi pada tahap gerak. Tuntutan untuk teknologi maju di berbagai bidang telah mengilhami pengembangan sistem kecil atau rumit. Misalnya, sistem gerak langsung-drive akan diperoleh resolusi posisi yang sangat tinggi. Tidak adanya bersiap dalam sistem ini menunjukkan bahwa sensor posisi resolusi yang lebih tinggi diperlukan untuk mencapai presisi posisi yang lebih besar. Berkendara rotary langsung motorscan menghasilkan torsi tinggi dan memungkinkan presisi servo kontrol atas beban angles.The sangat kecil motor rotary digabungkan langsung ke drive sebagai akibat mengurangi kebutuhan untuk komponen transmisi yang memperkenalkan reaksi, hysteresis, kesalahan gigi gigi atau sabuk peregangan. Oleh karena itu, reaksi dinamis mereka sangat baik. Sebuah encoder cincin memberikan solusi yang tepat, lebih baik daripada format tanpa bingkai motor torsi dengan diameter besar tidak menawarkan kopling jelas sesuai encoder poros. Selain itu, encoder cincin digabungkan kaku untuk drive, menghilangkan "bermain" dalam sistem. Apapun aplikasi, dapat diandalkan umpan balik posisi langsung adalah kuncinya. Solusi umpan-balik posisi yang paling dikenal adalah rotary encoder. Dalam tuning dan memilih rotary encoder yang benar, itu tergantung pada kebutuhan spesifikasi meyakinkan, knowledge faktor yang mempengaruhi presisi encoder dan pemahaman yang baik tentang bagaimana kekurangan kinerja dapat diatasi untuk mendapatkan posisi akurat dari mekanisme gerak. Dalam proyek ini, rotary encoder digunakan untuk mendapatkan posisi akurat dari isme lengan mekanis dan itu diterapkan untuk aplikasi robot.

2.METHODOLOGY Proyek ini dimulai dengan desain dan membangun mekanisme lengan dan sirkuit elektronik untuk mekanisme. Kemudian berlanjut dengan pengembangan program dan tuning kontroler PID. Akhirnya, menunjukkan aplikasi rotary encoder pada mekanisme lengan menggunakan kontroler PID yang disetel untuk menemukan lengan di position.The diinginkan pembangunan seluruh proyek diilustrasikan dalam Gambar 1. a.MODUL MECHANICAL Konsep desain lengan adalah untuk memilih objek dari satu tempat dan tempat ke tempat lain. Dari penelitian awal, gripper dirancang untuk pegangan objek dari alokasi gripper awal adalah pada pegangan terbuka yang gripper kemudian akan gripthe objek jika hanya itu lengan tiba di lokasi objek dan desain gripper terdiri dari part.Figure bergerak 2 menunjukkan

mekanisme angkat yang dibangun untuk lengan robot.Struktur dirancang dari mekanisme lengan terdiri dari dua kutub terhubung satu sama lain dengan sistem angkat. Gerakan mengangkat mekanisme lengan adalah desain menggunakan tiga rol bergerak sepanjang masing-masing tiang. Sistem katrol telah digunakan untuk mengangkat lengan robot sejak pemasangan langsung sikat motor DC dengan hasil lengan robot di sikat motor DC dapat mengangkat lengan robot karena torsi cukup. Dua motor DC digunakan untuk mengangkat sistem lebih dari satu motor DC tersebut untuk meningkatkan kecepatan mengangkat dan torsi. Gambar 3 menunjukkan sistem katrol yang digunakan dalam sistem angkat lengan robot. kopling cocok encoder poros.

The rotary encoder dipasang langsung pada struktur lifting sedemikian rupa bahwa ketika lengan adalah mengangkat naik atau turun, roller dari encoder akan berputar dan denyut nadi dihasilkan sesuai dengan jarak dari gerakan lengan. Encoder itu ditempelkan sehingga roller encoder akan bergerak pada tiang dari sistem angkat sejak tiang memiliki permukaan linear dan halus.

Oleh karena itu, encoder dapat menghasilkan pulsa yang lebih akurat pada permukaan linear bukan padapermukaan kasar atau permukaan dengan kendala karena permukaan kasar atau non-linear dapat menyebabkan penghitungan kehilangan pulsa encoder yang akan mengganggu presisi dan akurasi encoder.Figure 3 menunjukkan rotary encoder terpasang pada sistem lengan robot mengangkat.

Pemasangan encoder itu dibangun di jauh bahwa roller atau encoder roda dapat bergerak melalui tiang angkat lancar. Gambar 4 menunjukkan pemasangan encoder yang telah dibangun. Pemasangan itu desain sedemikian rupa bahwa roller encoder selalu menyentuh tiang dan ketika ada kendala pada tiang, pemasangan sedikit akan disesuaikan dengan memungkinkan roller masih dapat bergerak melalui tiang sejak musim semi itu digunakan dengan encoder pemasangan untuk membuat roda encoder selalu dihubungi dengan tiang angkat.

Roda encoder dibangun seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Ukuran kecil roda yang digunakan dalam proyek ini untuk mengurangi beban pada poros encoder dan untuk mengurangi gesekan antara roda dan permukaan tiang yang dapat mengurangi akurasi encoder.

b. ELECTRONIC CIRCUIT MODUL Konfigurasi sirkuit elektronik untuk lengan Systemis ditunjukkan pada Gambar 6.Mikrokontroler yang digunakan dalam proyek ini adalah mikrokontroler PIC. Oleh karena itu papan mikrokontroler adalah desain menggunakan Proteussoftware dan mengarang untuk aplikasi mikrokontroler PIC.Gambaran dari sirkuit elektronik yang dibangun adalah tampilan pada Gambar 7. sirkuit elektronik terdiri dari papan mikrokontroler, layar kristal cair (LCD) sirkuit, driver motor DC sirkuit dan sirkuit encoder. Gambar 8 menunjukkan perkembangan papan mikrokontroler. Papan mikrokontroler ini dikembangkan berdasarkan dua lagu sisi yang sisi atas dan bawah dari papan sirkuit cetak (PCB). Board ini digunakan sebagai master atau papan utama di mana semua perintah atau instruksi bahwa pengguna berlaku untuk proyek ini

melalui mikrokontroler di forum ini. Semua variabel bervariasi dalam controller ini didasarkan pada pemrograman berlaku untukmicrocontroller.In Selain itu, papan mikrokontroler digunakan untuk antarmuka dengan rotary encoder.Berikutnya, Gambar 9 menggambarkan layar LCD yang menunjukkan jumlah pulsa, kesalahan, PWM dan kecepatan yang berbeda. Baris pertama menunjukkan kecepatan dan kesalahan nilai, sementara di baris kedua ada dua nilai yang sesuai dengan pulsa menghitung dan kecepatan motor PWM.

C.PROGRAMMING MODUL Modul ini membahas tentang pengembangan program untuk transfer data ke microcontroller.There dua program yang terdiri dari dua mode yang disebut sebagai modus pengajaran dan modus run. Selama modus pengajaran, lengan robot dipindahkan secara manual hingga mencapai location.Figure diinginkan 10 menunjukkan diagram alur yang disengaja untuk bagian pemrograman lengan robot berinteraksi dengan rotary encoder. Sementara di mode run, program ini dijalankan dengan set yang telah ditetapkan nilai titik sebelumnya diperoleh dari mengajar mode.The pentingnya program pertama yang merupakan program modus mengajar adalah untuk mendapatkan set nilai titik yang bisa dilakukan secara manual sedangkan yang kedua Program yang menjalankan program modus adalah program utama menggunakan set point yang diperoleh.

D.PID CONTROLLER PID (turunan proporsional integral) kontroler digunakan untuk mengontrol lengan robot. Dengan memilih keuntungan PID, robot bisa bergerak sepanjang dirancang trajectory.The PID memberikan kinerja yang kuat dan dapat diandalkan untuk sebagian besar sistem jika parameter PID ditentukan atau disetel untuk memastikan kontrol loop tertutup performance.The PID memuaskan adalah salah satu sebelumnya strategi pengendalian [10] an ide dasar di balik kontroler PID adalah untuk membaca sensor, kemudian menghitung keluaran aktuator yang diinginkan dengan menghitung proporsional, integral, dan tanggapan derivatif dan menjumlahkan tiga komponen untuk menghitung output [11]. Dalam kontroler PID, komponen proporsional tergantung hanya pada perbedaan antara set point dan variabel proses. Ini mengurangi kesalahan tapi tidak menghilangkannya. Sementara itu, modus terpisahkan mengoreksi offset yang mungkin terjadi antara nilai yang diinginkan dan output proses otomatis dari waktu ke waktu. Aksi derivatif mengantisipasi dimana proses menuju dengan melihat tingkat perubahan terhadap waktu dari variabel yang dikontrol. Actiondepends Derivatif di lereng kesalahan, tidak seperti P dan I. Jika kesalahan konstan, tindakan derivatif tidak berpengaruh [12] .Generally, ada beberapa variabel yang dibutuhkan untuk menyelesaikan persamaan sistem pengontrol PID. Untuk pemrograman controller PID, istilah PID telah dikonversi ke bentuk yang lebih sederhana seperti yang tercantum dalam Persamaan (1) sampai (4) di bawah ini [13]:e = SV-PV (1)Integral = Integral + E (2)Derivatif = e - ep (3)Output = (KP xe) + (KIX Integral) + (KDX Derivatif) (4)

dimana e adalah kesalahan, SV diatur nilai, PV adalah nilai proses, ep adalah previouserror, KP adalah keuntungan proporsional, KI adalah keuntungan yang tidak terpisahkan sementara kdis turunan gainIn program kontrol PID, controller mengukur sinyal kesalahan dengan mengurangkan nilai yang ditetapkan dengan nilai umpan balik. Kemudian program menghitung jangka proporsional, integral dan derivatif. Istilah proporsional adalah perkalian dari nilai error atau umpan balik dengan gain proporsional yang telah ditetapkan. Istilah terpisahkan adalah perkalian dari gain terpisahkan dengan penambahan nilai sebelumnya dari terpisahkan dengan umpan balik value.Meanwhile, istilah derivatif adalah perkalian keuntungan derivatif dengan hasil subtraktif dari nilai kesalahan dengan kesalahan terakhir. Perhatikan bahwa kesalahan terakhir adalah nilai sebelumnya dari sinyal kesalahan. Ini berarti bahwa dalam proses iterasi, nilai error dari nthiteration yang digunakan sebagai kesalahan terakhir dari iterasi (n + 1).

3.SIMULATION Simulasi kontroler PID dilakukan dengan software Proteus ISIS seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11. Fungsi simulasi adalah untuk memverifikasi program yang dikembangkan dalam rangka untuk debug kesalahan terjadi dari beban Program program.The untuk simulasi ini berisi antarmuka quadrature encoder (QEI) modul untuk mengoperasikan encoder. Fungsi timer interrupt digunakan untuk menampilkan nilai sekarang dari nilai PWM yang diberikan ke motor dengan waktu yang telah ditetapkan. Gambar 12 menunjukkan ilustrasi dari layar LCD pada perangkat lunak Proteus pada simulasi untuk menguji program telah dikembangkan.Proyek waktu yang ditetapkan untuk fungsi timer interrupt adalah 5 siklus. Artinya, untuk setiap 5 siklus, LCD akan menampilkan nilai saat ini dari kecepatan motor. Baris pertama akan menampilkan kecepatan dan kesalahan nilai sementara baris kedua menunjukkan nilai pulsa saat ini dan modulasi lebar pulsa (PWM) bermotor.PWM dan pulsa dari encoder selama saredisplay proses simulasi pada Gambar 13. Bagian atas dan bawah pada layar arethe PWM dan pulsa encoder masing-masing.

4.HASILDAN PEMBAHASAN Kinerja PID diuji di mana beberapa percobaan yang dilakukan di variasi parameter PID. Konstanta proporsional (KP), konstanta integral (KI) dan konstan derivatif (KD) dari PIDcontroller didasarkan pada metode penyetelan Ziegler-Nichols sampai hasil puas diperoleh. PID gain parameter seperti KP dipilih untuk mengurangi waktu naik, K dipilih untuk mengurangi overshoot dan settling time dan akhirnya KI dipilih untuk menghilangkan keadaan respon sistem error.The stabil dari percobaan diplot dalam grafik sehingga kinerja sistem dapat diamati yang set point adalah 1500 pulsa. Gambar 14shows respon dari mekanisme pencabutan sistem lengan robot ketika nilai gain proporsional KPwas bervariasi. KP berubah dari 0,7, 1, 2, 3, dan 5 sedangkan nilai KI dan KD dipertahankan pada 0,1 dan 1 masing-masing. Respon menunjukkan bahwa dengan meningkatkan nilai hasil KP di respon lebih cepat atau mengurangi waktu naik dari sistem lengan robot mengurangi error steady state tetapi meningkatkan overshoot dari respon sistem. Pada Gambar 15, respon dari perubahan parameter

KIwhen KP dan KD tetap konstan. Nilai KI bertanggung jawab atas kesalahan steady state dari mekanisme pencabutan sistem lengan robot. Ketika nilai KI meningkat, menurun nilai error steady state, meningkatkan respon sistem dan meningkatkan theovershoot dan waktu menetap pada nilai system.The dipilih dari KI yang digunakan dalam uji kinerja adalah 0,1, 0,2, 0,4, 0,8 dan 1 sedangkan nilai KP dan KD tetap konstan pada 1 dan 1respectively.The respon dari perubahan parameter KD saat KP dan Kir konstan Emain digambarkan inFigure16. Dari gambar, nilai KD bertanggung jawab atas penanganan overshoot dari mekanisme pencabutan sistem lengan robot. Sebagai nilai KD meningkat, menurun nilai overshoot dari respon dan mengurangi waktu penyelesaian pada sistem. Dari gambar, nilai yang dipilih dari KD yang digunakan dalam uji kinerja adalah 0,2, 0,4, 0,8, 1,0 dan 1,2 sedangkan nilai KP dan KI tetap konstan pada 1 dan 0,1 masing-masing. Selanjutnya, perbandingan antara kontroler PID dan ON dan OFF kontroler dilakukan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 17. Ini menunjukkan bahwa untuk ON dan OFF controller, nilai akhir yang baik di atas set point. Dibandingkan dengan kontroler PID, pencabutan gerakan lengan robot halus dan tepat. KP, KI dan KD dari kontroler PID berubah heuristik dengan pencabutan sistem lengan robot. Nilai dipilih sedemikian rupa sehingga memberikan hasil terbaik dari sistem lifting mana nilai akhir adalah mungkin sebagai dekat dengan nilai set point dan gerakan mengangkat lengan robot halus. Kebanyakan dari semua, gerakan mengangkat harus halus dengan pelaksanaan kontroler PID. Nilai akhir disetel dari KP, KI dan KD adalah 1, 0,2 dan 1 masing-masing.

5. KESIMPULAN The rotary encoder telah berhasil digunakan sebagai sinyal umpan balik ke mikrokontroler PIC. Nilai pulsa yang dihasilkan dengan menggunakan rotary encoder digunakan sebagai ukuran antara nilai proses dan kesalahan set point memproduksi. PID kontroler kemudian dikompensasi sistem angkat untuk lengan robot untuk controller speed.PID tepat berhasil diterapkan dalam sistem angkat lengan robot dan digunakan untuk menggantikan ON dan OFF kontroler. Program menggunakan kontroler PID telah dibuat dengan mikrokontroler PIC sebagai pengontrol dari sistem. Melalui metode penyetelan Ziegler-Nichols, optimal lagi KP, KIand KD diperoleh sebagai 1, 0,2 dan 1 masing-masing. Sistem pengontrol PID melakukan lebih baik daripada ON dan OFF sistem pengontrol yang menghasilkan output yang lebih stabil dan konsisten dibandingkan dengan ON dan OFF kontroler system.With sistem pengendali PID, gerakan untuk mengangkat lengan robot adalah sangat halus dan mencapai posisi yang diinginkan tepat. Hal ini juga terbukti efisien karena kompensasi sistem lifting dengan kecepatan yang sesuai seperti yang dipersyaratkan oleh lengan robot.

POSITION CONTROL OF ARM MECHANISM USING PID CONTROLLER

WAHYU RAKHMAWATI 2015-11-092NUR JULIANIS SUPRIYANTO 2015-11-098

C

ELECTRICAL ENGINEERING (S1)SEKOLAH TINGGI TEKNIK PLN

JAKARTA2015

TABLE OF CONTANTS

Cover Paper.................................................................................................... iTable of Contants........................................................................................... iiChapter I Introduction.................................................................................... 11.1 Background.............................................................................................. 1Chapter II Discussion..................................................................................... 22.1 Definition …............................................................................................ 22.2 Methodology……................................................................................... 22.3 Simulation………………........................................................................ 7Chapter III Closing........................................................................................ 93.1 Result And Discussion............................................................................. 93.2 Conclusions.............................................................................................. 11References...................................................................................................... 12

ii