Loading.....
PENELITIAN | PENGUJIAN | PELATIHAN | BIMBINGAN TEKNIS

Kendali Adaptif Robust “Dari Lahir hingga Aplikasinya”

Kendali Adaptif Robust

“Dari Lahir hingga Aplikasinya”

 

Penelitian dalam bidang kendali adaptif memiliki sejarah panjang yang melibatkan pergulatan aktivitas yang intens terkait tentang definisi pasti dari kendali adaptif itu sendiri,  contoh-contoh ketidakstabilan sistem kendalinya, perdebatan tentang bukti-bukti ilmiah dari kestabilan dan robustness sistem kendali adaptif, maupun aplikasi dari kendali adaptif dalam kehidupan sehari-hari.

Perancangan autopilot untuk pesawat berkinerja tinggi sejak tahun 1950an telah memotivasi munculnya penelitian yang intens di bidang kendali adaptif. Perubahan dinamika sistem yang sangat ekstrim dari satu titik operasi ke titik operasi yang lain pada pesawat berkinerja tinggi membutuhkan kendali yang bukan hanya sekedar kendali dengan umpan balik gain konstan. Pada kasus pesawat tersebut dibutuhkan kendali yang lebih canggih berupa kendali adaptif yang mampu belajar dan mengantisipasi perubahan dinamika sistem pesawat yang tak terduga. Kendali adaptif berbasis model acuan(MRAC) yang diusulkan oleh Whitaker et al. di [1,2] merupakan salah satu kendali adaptif yang dapat digunakan untuk kasus autopilot pesawat tersebut. Metode sensivitas dan aturan MITdigunakan untuk merancang hukum kendali adaptif dari beberapa skema kendali adaptif yang direkomendasikan peneliti yang lain. Ada juga skema penempatan pole adaptif berbasis kasus linear quadratic optimal yang diusulkan oleh Kalman di [3].

 

Penelitian kendali adaptif di bidang penerbangan sering disifati dengan istilah “kaya akan antusisme, perangkat keras yang tidak memadai, serta teori yang belum ada”[4].Kurangnya pembuktian terkait kestabilan sistem dan kurangnya pemahaman tentang sifat-sifat dari skema kendali adaptif yang diusulkan, ditambah lagi dengan terjadinya beberapa kecelakaan di pengujian penerbangan [5] membuat minat di bidang kendali adaptif hampir saja hilang.

Tahun1960an menjadi era yang sangat penting bagi perkembangan teori kendali,khususnya kendali adaptif. Pada masa ini muncul teknik state space dan teori kestabilan berbasis Lyapunov.Perkembangan dalam pemrograman dinamis[6,7], kendali ganda[8] dan kendali stokastik secara umum, juga pada identifikasi dan estimasi parameter sistem[9,10] memainkan peranan yang krusial dalam perumusan dan desain ulang terkait kendali adaptif. Pada tahun 1966 Parks[29] berhasil menemukan cara baru untuk menggantikan hukum kendali adaptif berbasis aturan MIT yang selama ini digunakan pada skema MRAC sejak 1950 yaitu dengan menggunakan pendekatan desain Lyapunov.Meskipun pendekatan baru tersebut hanya bisa diterapkan pada plant berjenis LTI(parameter sistem tidak berubah terhadap waktu), namun hasil penelitian mereka telah membuka babak baru bagi pembuktian ilmiah yang lebih kokoh akan kestabilan kendali adaptif untuk kelas model plant yang lebih luas lagi.

Semakin meningkatnya pengetahuan terkait kestabilan sistem dan juga kemajuan dalam teori kendali  sejak 1960an membuat pemahaman yang makin meningkat akan kendali adaptif dan ini memberi dampak pada menguatnya kembali ketertarikan pada bidang kendali adaptif yang mulai terlihat di tahun 1970an. Di sisi lain, perkembangan dan kemajuan teknologi komputer dan elektronik yang berbarengan memungkinkan penerapan kendali yang rumit, termasuk kendali adaptif di dalamnya. Tahun 1970an menjadi saksi akan munculnyaterobosan di bidang desain kendali adaptif. Skema MRAC berbasis pendekatan desain Lyapunovditeliti dan dianalisis secara mendalam di [11-13]. Konsep positivity dan hyperstability digunakan untuk memperluas kelas skema MRAC dengan sifat-sifat kestabilan yang lebih mapan[14]. Pada saat yang bersamaan, penelitian dalam pengembangan plant diskret di ranah stokastik maupun deterministik menghasilkan beberapa kelas skema kendali adaptif yang memiliki kestabilan lebih kokoh[15,16]. Keseluruhan penelitian yang sukses terkait skema kendali adaptif dengan kestabilan yang tinggi tersebut dibarengi dengan keberhasilan penerapannya di lapangan[17-19].

Namun demikian, dibalik kesuksesan akan penerapan skema kendali adaptif yang telah dicapai di tahun 1970an tersebut, ternyata menyisakan kontroversi terutama tentang kepraktisan kendali adaptif. Salah satunya adalah penelitian yang menemukan bahwa skema adaptif era 1970an tersebut  akan menjadi tidak stabil jika diberi gangguan kecil[11]. Sifat nonrobust kendali adaptif tersebut bahkan menjadi makin kontroversial ketika makin banyak hasil penelitian di awal tahun 1980an yang menunjukkan contoh-contoh ketidakstabilan sistem kendali adaptif terutama jika terdapat dinamika sistem yang tidak bisa dimodelkan dan juga akibat adanya gangguan terbatas dari luar[20-21]. Hal ini mendorong banyak peneliti untuk mengkaji mekanisme ketidakstabilan dan cara mengatasinya. Pertengahan tahun 1980an muncul beberapa hasil penelitian yang menghasilkan desain ulang dan modifikasi kendali adaptif yang robust terhadap gangguan. Inilah yangmengawali berdirinya displin cabang ilmu baru yang dikenal kemudian sebagai kendali adaptif robust. Suatu kendali adaptif dikatakan robust jika kendali tersebut memberikan sinyal yang terbatas akibat adanya kelas tertentu dari dinamika yang tidak bisa dimodelkan dan adanya gangguan terbatas serta memberikan galat kinerja yang terbatas sesuai dengan besarnya galat pemodelannya.

Hasil penelitian terkait kendali adaptif robust terus berlanjut sepanjang 1980an dan melibatkan pendalaman berbagai konsep modifikasi robustness serta bagaimana penyatuannya dengan kerangka kerja yang lebih umum[11,22-23].

Solusi permasalahan robustness  dalam kendali adaptif ini membawa kepada solusi terhadap permasalahan yang telah lama ada yaitu tentang permasalahan kendali plant linier yang mempunyai parameter yang belum diketahui dan berubah terhadap waktu. Di akhir tahun 1980an,beberapa hasil penelitian yang inovatif di bidang kendali adaptif untuk plant linier dengan parameter berubah terhadap waktu pun dipublikasikan[24].

Fokus dari penelitian kendali adaptif sejak akhir 1980an hingga awal 1990an adalah pada kualitas kinerjanya dan juga pengembangan hasil penelitian 1980an yang diperluas pada kelas tertentu plant nonlinier dengan parameter yang tidak diketahui. Semua usaha tersebut memunculkan kelas baru skema adaptif yang didorong dari teori sistem nonlinier[25-26] dan bersamaan dengan itu juga muncul skema kendali adaptif dengan kinerja transient dan steady-state yang meningkat[27-28].

Kendali adaptif memang topik penelitian yang sangat menarik dan sepertinya memiliki banyak teknik yang tidak saling terkait. Namun dengan semakin majunya konsep teori kendali dan makin canggihnya teknologi mikrokontroler, maka bisa disimpulkan bahwa kendali adaptif robust mempunyai masa depan yang cerah seiring dengan makin banyaknya aplikasi kendali adaptif di semua bidang kehidupan, mulai dari lingkup rumahan, industri bahkan lingkup multinasional di laboratorium ruang angkasa.

 

 

REFERENSI

 

[1]       Osburn,P.V., A.P. Whitaker and A. Kezer, “New Developments in the Design of Mo-delReference Adaptive Control Systems,” Paper No. 61-39, Institute of theAerospace Sciences, 1961.

[2]       Whitaker,H.P., J. Yamron, and A. Kezer, “Design of Model Reference Adaptive ControlSystems for Aircraft,” Report R-164, Instrumentation Laboratory, M. I. T.Press, Cambridge, Massachusetts, 1958.

[3]            Kalman,R.E. “Design of a Self Optimizing Control System,” Transaction of the ASME, Vol. 80, pp. 468-478, 1958.

[4]            Åström, K.J., “Theory and Applications of Adaptive Control–A Survey,” Automatica, Vol. 19, no. 5, pp. 471-486,1983.

[5]        Taylor,L.W. and E.J. Adkins, “Adaptive Control and the X-15,” Proceedings of Princeton University Conference on Aircraft FlyingQualities, Princeton University   Press, Princeton, New Jersey, 1965.

[6]            Bellman,R.E., Dynamic Programming, PrincetonUniversity Press, Princeton, New Jer-sey, 1957.

[7]            Bellman,R.E. Adaptive Control Processes–A GuidedTour, Princeton University Press, Princeton, New Jersey, 1961.

[8]            Fel’dbaum,A.A., Optimal Control Systems,Academic Press, New York, 1965.

[9]            Åström, K.J. and P. Eykhoff, “System Identification–A Survey,” Automatica, Vol. 7, pp. 123, 1971.

[10]        Tsypkin,Y.Z., Adaptation and Learning inAutomatic Systems, Academic Press, New York, 1971.

[11]        Egardt,B., Stability of Adaptive Controllers,Lecture Notes in Control and Information Sciences, Vol. 20, Springer-Verlag,Berlin, 1979.

[12]        Morse,A.S., “Global Stability of Parameter Adaptive Control Systems,” IEEE Transactions on Automatic Control,Vol. 25, pp. 433-439, 1980.

[13]       Narendra,K.S., Y.H. Lin and L.S. Valavani, “Stable Adaptive Controller Design, Part II:Proof of Stability,” IEEE Transactions onAutomatic Control, Vol. 25, no. 3, pp. 440-448, 1980.

[14]        Landau,I.D. Adaptive Control: The ModelReference Approach, Marcel Dekker, Inc., New York, 1979.

[15]        Goodwin,G.C., P.J. Ramadge and P.E. Caines, “Discrete-Time Multivariable AdaptiveControl,” IEEE Transactions on AutomaticControl, Vol. 25, no. 3, pp. 449-456, 1980.

[16]        Goodwin,G.C. and K.C. Sin, Adaptive FilteringPrediction and Control, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1984.

[17]        Harris,C.J. and S.A. Billings (Eds), Self-Tuningand Adaptive Control: Theory and Applica-tions, Peter Peregrinus, London,1981.

[18]        Narendra,K.S. and R.V. Monopoli (Eds.), Applicationsof Adaptive Control, Academic Press, New York, 1980.

[19]        Unbehauen,H., (Ed.) Methods and Applications inAdaptive Control, Springer-Verlag, Berlin, 1980.

[20]        Ioannou,P.A. and P.V. Kokotovic, Adaptive Systemswith Reduced Models, Lecture Notes in Control and Information Sciences,Vol. 47, Springer-Verlag, New York, 1983.

[21]        Rohrs,C.E., L. Valavani, M. Athans, and G. Stein, “Robustness of Continuous-timeAdaptive Control Algorithms in the Presence of Unmodeled Dynamics,” IEEE Tran-sactions on Automatic Control, Vol. 30, no. 9, pp. 881-889,1985.

[22]        Ioannou,P.A. and A. Datta, “Robust Adaptive Control: Design, Analysis and RobustnessBounds,” in P.V. Kokotovic (Ed.), GraingerLectures: Foundations of Adaptive Control, Springer-Verlag, New York, 1991.

[23]        Ioannou,P.A. and J. Sun, “Theory and Design of Robust Direct and Indirect AdaptiveControl Schemes,” Int. Journal of Control,Vol. 47, no. 3, pp. 775-813, 1988.

[24]        TsakalisK.S. and P.A. Ioannou, Linear TimeVarying Systems: Control and Adaptation, Prentice Hall, Englewood Cliffs,New Jersey, 1993.

[25]        Kanellakopoulos,I., Adaptive Control of Nonlinear Systems,Ph.D Thesis, Report No. UIUC-ENG-91-2244, DC-134, University of Illinois atUrbana-Champaign, Coordina-ted Science Lab., Urbana, IL 61801.

[26]        Kanellakopoulos,I., P.V. Kokotovic and A.S. Morse, “Systematic Design of Adaptive Controllersfor Feedback Linearizable Systems,” IEEE Transactionson Automatic Control, Vol. 36, pp. 1241-1253, 1991.

[27]        Sun,J., “A Modified Model Reference Adaptive Control Scheme for Improved TransientPerformance,” Proceedings of 1991American Control Conference, pp. 150-155, June 1991.

[28]        Datta,A. and P.A. Ioannou, “Performance Improvement Versus Robust Stability in ModelReference Adaptive Control,” Proceedingsof the 30th IEEE Conference on  Decisionand Control, pp. 1082-1087, December, 1991.

[29]        Parks,P.C. “Lyapunov Redesign of Model Reference Adaptive Control Systems,” IEEE Transactions on Automatic Control,Vol. 11, pp. 362-367, 1966.

Penulis : Iput Kasiyanto S.T.

Diposting oleh Hard Pada 06-November-2018 14:29:15

Kembali Share via facebook
   
PUSAT PENELITIAN SISTEM MUTU DAN TEKNOLOGI PENGUJIAN
LEMBAGA ILMU PENGETAHUAN INDONESIA (P2SMTP-LIPI)
Kawasan Puspiptek Gedung 417 Setu, Tangerang Selatan, Banten Indonesia
Telp : (+62-21) 7560 227, 75871137, 75871130, Fax : (+62-21)7560227, 75871137
email : smtp@mail.lipi.go.id, amteq@mail.lipi.go.id, bpsmtp@mail.lipi.go.id, sp_pustan@mail.lipi.go.id