I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b er   20 25 ,   p p .   5 2 6 6 ~ 5 2 7 5   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 6 . pp 5 2 6 6 - 5 2 7 5           5266       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Enha ncing   Seg wa y   sco o ter  o ptimiz a tion for a da ptive  stability   with  p ro po rtiona l deriva tive con t ro l sy stem       Dia n Ar t a nto ,   I g na t ius   Der a dja d P ra no wo ,   P et rus   Su t y a s a di    M e c h a t r o n i c En g i n e e r i n g   T e c h n o l o g y F a c u l t y   o f   V o c a t i o n a l   S t u d i e s S a n a t a   D h a r ma  U n i v e r s i t y ,   Y o g y a k a r t a ,   I n d o n e s i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   2 5 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J u l 1 7 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Sep   1 4 ,   2 0 2 5       Th is  stu d y   p re se n ts  a   lo c a ll y   m a n u fa c tu re d   S e g wa y   sc o o ter  u ti li z i n g   a   p ro p o rti o n a d e riv a ti v e   (P D)  c o n t ro sy ste m   fo r   a d a p ti v e   sta b il i ty   u n d e l o a d   v a riatio n s.   Th e   s y ste m   e m p lo y a   lo o k u p   tab le  c o rre latin g   P p a ra m e ters   with   u se we ig h c a teg o ries   ( 5 0 6 0   k g ,   6 0 7 0   k g ,   7 0 8 0   k g ).   C o n stru c ted   fro m   li g h twe i g h ste e a n d   p o w e re d   b y   a   2 4   li th iu m - io n   b a tt e ry ,   th e   p ro t o ty p e   s u p p o rts   u p   to   8 5   k g   wh il e   m a in tain i n g   e n e r g y   e fficie n c y .   Ex p e rime n tal  re su lt c o n firm  t h e   P c o n tro ll e r’s  e ffe c ti v e n e ss   in   a c h iev in g   sta b il it y   wit h   m in ima o sc il lati o n   a c ro ss   a ll   tes ted   lo a d s.  It  su sta in s   a   ste a d y - sta te  e rro b e lo 0 . 5 °  (5 0 6 0   k g )   a n d   u n d e 1 °  ( 7 0 8 0   k g ),   with   o sc il latio n s   u n d e 7 °  a n d   re c o v e ry   fr o m   3 5 °  d ist u rb a n c e s.  Co m p a re d   to   c o m p lex   m e th o d li k e   g e n e ti c   a lg o r it h m o f u z z y   l o g ic,   t h e   P D   sy ste m   o ff e rs  g re a ter   sim p li c it y   a n d   c o st - e fficie n c y .   It  m a tch e fu z z y - P ID  sta b il it y   wh il e   re d u c in g   c o m p u tati o n a l   o v e rh e a d   b y   2 0 4 0 %   a n d   p o we c o n su m p ti o n   to   1 0 2 0   W/ s ,   o u t p e rfo rm in g   c o n v e n t io n a P I in   d y n a m ic  lo a d   a d a p ta b i li ty .   Th e   in teg ra ti o n   o P c o n tr o with   lo c a ll y   so u rc e d   m a teria ls  u n d e rsc o re th e   so lu ti o n ’s  s u sta in a b il it y   a n d   p r a c ti c a li ty ,   p r o v i d in g   a   sc a lab le,  e n e rg y - e fficie n p a ra d i g m   fo r   p e rs o n a l   tran sp o rtatio n   wi th   ro b u st   p e r fo rm a n c e   a c ro ss   v a ry in g   c o n d it io n s.   K ey w o r d s :   Ad ap tiv s tab ilit y     L o ad   v a r iatio n   P r o p o r tio n al   d er iv ativ e   c o n tr o l   Seg way   s co o ter   Su s tain ab ilit y   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   I g n atiu s   Der ad jad   Pra n o wo   Me ch atr o n ics E n g i n ee r in g   T e ch n o lo g y ,   Facu lty   o f   Vo ca tio n al  Stu d ies,  San ata  Dh ar m Un iv er s ity   Yo g y ak ar ta  5 5 2 8 2 I n d o n esia    E m ail: d r ad jad @ u s d . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   T r an s p o r tatio n   is   an   im p o r tan t   elem en i n   m o d er n   s o ciety ,   a n d   Seg way   s co o ter s   h av e   em e r g ed   as  an   in n o v ativ s o lu tio n   th at  is   ef f icien an d   en v i r o n m e n tally   f r ien d ly .   W ith   two   ax ially   m o u n ted   wh ee ls ,   th e   Seg way   o f f er s   g r ea f lex ib ilit y   an d   m a n eu v e r ab ilit y .   Ho we v er ,   th ese  s tr u ctu r es  also   h av e   ch allen g es  in   ter m s   o f   s tab ilit y   b ec a u s th e   ax ially   lo ca ted   w h ee ls   ar p r o n to   i m b alan ce ,   esp ec ially   wh en   th e   p latf o r m   is   lo ad ed   b y   th u s er .   T o   o v e r co m t h is ,   r eliab le  an d   s o p h is ticated   co n tr o s y s tem   is   n ee d ed   th at  ca n   b ala n ce   th e   Seg way   au to m atica lly   wh ile  e n s u r in g   p r ec is n av ig atio n .     Var io u s   co n tr o ap p r o ac h es   h av b ee n   ap p lied   to   th e   Seg way   to   im p r o v its   s t ab ilit y   an d   p er f o r m an ce Gad ek a r   et  a l.   [ 1 ]   co m p r eh e n s iv ely   r ev iew ed   r ec en ad v an ce m en ts   in   t wo - wh ee led   r o b o ts ,   h ig h lig h tin g   co n tr o s y s tem   i n n o v atio n s .   Pin to   et  a l.   [ 2 ]   d ev elo p ed   Seg way   r o b o f o r   in tellig en tr an s p o r t   s y s tem s ,   f o cu s in g   o n   n av ig ati o n   an d   s tab ilizatio n .   Desh m u k h   et  a l.   [ 3 ]   a d d r ess ed   m ec h a n ical  d esig n   asp ec ts   in   th eir   f ab r icatio n   o f   h an d le - eq u ip p ed   Seg way .   L et  a l.   [ 4 ]   p io n ee r ed   au g m en ted   r ea lity   ( AR )   tactile   n av ig atio n   s y s tem s   f o r   Seg way s ,   en h an cin g   u s er   in te r ac tio n .   Am o n g   th ese,   Mu d e n g   et  a l .   [ 5 ]   d em o n s tr ated   th at  p r o p o r tio n al - in teg r al - d er i v ativ ( PID )   c o n tr o is   h ig h ly   ef f ec tiv e   f o r   r ea l - tim e   er r o r   r ed u ctio n   an d   p o s itio n   co n tr o l.  T h is   wid esp r ea d   ad o p tio n   s tem s   f r o m   PID 's  s tr aig h tf o r war d   im p lem en tatio n   an d   r eliab le  p er f o r m an ce   ac r o s s   d y n am ic  c o n d itio n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   s eg w a s co o ter o p timiz a tio n   fo r   a d a p tive  s ta b ilit w ith   p r o p o r tio n a l     ( Dia n   A r ta n to )   5267   PID   is   o f ten   co m b in ed   with   Kalm an   f ilter in g   f o r   en h a n ce d   s tab ilit y Kh an   et  a l.   [ 6 ]   p r o p o s ed   h y b r i d   s tab ilizatio n   tech n iq u es  f o r   u p war d   co n tr o o f   s elf - b alan ci n g   Seg way s .   T h ai  et  a l.   [ 7 ]   im p lem en ted   tim e - v ar y in g   PID   f o r   tr ajec to r y   tr ac k in g   in   m o b ile  r o b o ts .   Su ty asad an d   Par n ich k u n   [ 8 ]   o p tim ized   lo w - co s t   s co o ter s   u s in g   PD  co n tr o with   v ib r atio n   r esis tan ce .   Ku r n ia wan   et  a l.   [ 9 ]   a p p lied   PID   co n tr o ller s   in   Seg way   lin e - tr ac in g   ap p licatio n s .   Fu   [ 1 0 ]   in teg r ated   PID   with   Kalm an   f ilter in g   f o r   elec tr ic  v e h icle  ( E V)   s tab ilit y   an d   ac cu r ac y .   Yu liawan   et  a l.   [ 1 1 ]   im p r o v e d   DC   m o to r   PID   p er f o r m an ce   u s in g   Kalm an   f ilter s .   Fo r   n o n lin ea r   s y s tem s ,   lin ea r   q u ad r atic  r eg u lato r   ( L QR )   a n d   H∞  co n tr o ls   o f f e r   r o b u s al ter n ativ es:   Fah m et  a l.   [ 1 2 ]   d esig n ed   L QR - b ased   s tab ilizer s   f o r   two - wh ee led   r o b o ts .   Do   et  a l.   [ 1 3 ]   m o d ele d   o p tim al   co n tr o f o r   s elf - b ala n cin g   r o b o ts   u s in g   L QR .   Har to n o   et  a l.   [ 1 4 ]   co m b i n ed   PID   with   L QR   f o r   DC   m o to r   p o s itio n   co n tr o l.  Kh an   et  a l.   [ 6 ]   d em o n s tr ated   H∞  co n tr o l' s   s u p er io r ity   in   h a n d lin g   e x ter n al  d is tu r b an ce s .   T h e   s am p le  an d   h o l d   in p u ( SHI )   t ec h n iq u e   was  ad v a n ce d   b y   W an g   a n d   Z h u   [ 1 5 ] ,   wh o   u s ed   d u al - lo o p   co n tr o t o   m in im ize  o s cillatio n s   wh ile  c o n v er tin g   n o n - m in im u m   p h as s y s tem s .   Gen etic  alg o r ith m s   f u r th er   o p tim ize   co n tr o s y s tem s Ha  et  a l.   [ 1 6 ]   ap p lied   GA - tu n ed   PID   f o r   m o b ile  r o b o tr ajec to r y   tr ac k in g .   T awf ee q   et  a l.   [ 1 7 ]   im p lem en ted   GA  f o r   s elf - b alan cin g   p latf o r m s   o n   m o b ile  ca r s .   Fu zz y   co n tr o co n tr ib u tes  s ig n if ican tly   to   n o n lin ea r   s tab ilizatio n Su m an tr et  a l.   [ 1 8 ]   d ev elo p e d   Fu zz y - PID   co n tr o ller s   f o r   en er g y - ef f icien elec tr ic  s k ateb o ar d s .   Hu an g   et  a l.   [ 1 9 ]   im p lem en ted   T ak a g i - Su g en o   an d   Ma m d an f u zz y   m o d els  o n   in v er te d   p en d u lu m s .   R ah m awa ty   [ 2 0 ]   h y b r id ize d   f u zz y   co n tr o f o r   two - wh ee led   r o b o s tab ilizati o n .   L iu   et  a l.   [ 2 1 ]   s h o wed   m o d el  p r ed ictiv co n tr o ( MPC )   ex ce ls   in   p r o ac tiv e   s tab ilizatio n   b y   p r e d ictin g   d y n am ics,  alb eit  with   h ig h er   c o m p lex ity   th an   PID .     R ec en ad v an ce s   in clu d e   n eu r o - f u zz y   h y b r id s   [ 2 2 ]   th at  ad ap tiv ely   tu n f u zz y   r u les  u s i n g   n e u r al  n etwo r k s ,   th o u g h   th e y   d em a n d   f ield - p r o g r am m ab le   g ate  a r r ay s   ( FP GA)   h ar d war e.   Similar ly ,   ad a p tiv s lid in g   m o d co n tr o [ 2 3 ]   ac h iev es  n ea r - p er f ec d is tu r b an ce   r ejec tio n   b u i n d u ce s   m o to r   c h atter in g .   W h ile  tr ac k in g   co n tr o ller s   lik MPC   [ 2 4 ]   o p t im ize  tr ajec to r y   f o llo win g ,   an d   o b s er v er - b ased   m eth o d s   [ 2 5 ]   elim in ate  s tead y - s tate  er r o r ,   b o t h   s u f f e r   f r o m   h ig h   c o m p u tatio n al  c o s ts   an d   s en s itiv ity   to   m o d el   d ev iatio n s .   I n   co n t r ast,  th is   wo r k   ad o p ts   PD  co n tr o f o r   its   m in im alis tic   d esig n ,   lev er ag in g   lo o k u p   tab le  to   h an d le  lo ad   v ar iatio n s .   T h is   ap p r o ac h   b alan ce s   p e r f o r m an c e,   co s t,  an d   im p lem en t a b ilit y cr itical  f o r   r eso u r ce - c o n s tr a in ed   d ep l o y m en ts .   T h d ev elo p m en o f   lo ca lly   s o u r ce d   Seg way   s co o ter s   f o cu s es  n o o n ly   o n   im p lem en tin g   th is   ad v an ce d   co n tr o tech n o lo g y   b u also   o n   im p r o v i n g   s u s tain ab ilit y   an d   en er g y   ef f icien cy .   T h is   r esear ch   aim s   to   cr ea te  a   m o d o f   tr a n s p o r ta tio n   th at  is   n o o n ly   ef f icien t   a n d   e n v ir o n m en tally   f r ien d ly   b u also   ec o n o m ical  an d   ea s ily   ac ce s s ib le  to   th wid er   co m m u n ity .   B y   u tili zin g   lo ca r aw  m ater ials ,   Seg way   is   ex p ec ted   to   b ec o m r elev a n tr an s p o r t atio n   s o lu tio n   in   I n d o n esia,  s u p p o r tin g   en er g y   s u s tain ab ilit y   an d   r ed u cin g   d ep en d e n ce   o n   f o s s il  f u el  v eh i cles.  T h is   wo r k   alig n s   with   em er g in g   c o n tr o tec h n o lo g y   tr en d s L in   et  a l.   [ 2 6 ]   an aly ze d   d y n a m ic  m o d elin g   o f   r i d er less   e - s co o ter s .   N g u y en   et  a l.   [ 2 7 ]   ad v an ce d   Seg w ay   r o b o tic  m o b ilit y   p latf o r m s .   Hass an   et  a l.   [ 2 8 ]   im p lem en ted   s p ee d   s tab ilize r s   f o r   b r u s h less   DC   ( B L DC )   m o to r s   in   s co o ter s .   W ith   an   in teg r ated   ap p r o ac h   b etwe en   PID   co n tr o tech n o lo g y   a n d   Seg way   s co o ter s   m ad f r o m   lo ca m ater ials ,   it  i s   h o p ed   th at  it  will  b ec o m p io n ee r   in   en v ir o n m en tally   f r ie n d ly   tr an s p o r tatio n   th at  s u p p o r ts   s u s tain ab le  tech n o lo g y .     W h ile   Se g w ay s   o f f e r   ef f i ci en t   u r b a n   m o b ili ty ,   t h ei r   s tab ili za t io n   u n d e r   v a r i ab le  u s e r   l o ad s     ( 5 0 8 0   k g )   r e m ai n s   c h all e n g in g .   C o n v e n ti o n a PI c o n t r o lle r s   e x h i b it   i n te g r al   wi n d u p   d u r i n g   l o a d   t r a n s i ti o n s   [ 8 ] ,   w h il a d v a n c e d   m et h o d s   ( e. g . ,   n e u r o - f u zz y   [ 2 2 ] ,   MPC   [ 2 1 ] [ 2 4 ] )   im p o s p r o h ib iti v c o m p u t ati o n al  c o s ts .   T h is   w o r k   a d d r ess es  t h ese  g ap s   b y   p r o p o s i n g   a   p r o p o r ti o n al - d e r i v a ti v ( PD )   co n t r o s y s te m   wit h   w ei g h t - ad ap ti v g a in s .   Ou r   aim   is   t o   ac h ie v e   r o b u s s t a b ili ty   ( o s c ill ati o n s   < 5 ° ,   r ec o v e r y   f r o m   3 5 °   d is tu r b a n c es)   u s in g   lo w - c o s t   h ar d w a r e ,   t h e r e b y   e n h a n ci n g   ac c ess i b il it y   o f   s u s t ain a b le   p er s o n a t r a n s p o r t .   M o r ab o u h o t h p r o p o s e d   s y s t em   w o r k s   an d   r e s ea r c h   m e th o d s   a n d   r es u lts   ca n   b s ee n   i n   t h f o ll o w in g   s e c tio n s .   T h e   p a p e r   is   o r g an ize d   as   f o ll o ws:   s e cti o n   2   ill u s t r a tes   t h e   h a r d wa r e   a n d   s o f t wa r e   o f   t h e   d e v e lo p m e n t   s y s te m   u s e d   in   t h is   s tu d y .   Se cti o n   3   a d d r ess e d   th r es u lts   a n d   d is c u s s i o n ,   wh ile   s ec ti o n   4   c o n cl u d es   t h is   s t u d y .       2.   M E T H O ( P RO P O SE SY ST E M )   2 . 1 .     P re v io us   wo rk s   T h PID   co n tr o m eth o d o lo g y   is   em p lo y ed   in   m y r i ad   o f   im p lem e n tatio n s ,   r a n g in g   f r o m   co n v en tio n al  PID   to   PID   c h ar ac ter ized   b y   v ar iab le   p ar am et er s   an d   o p tim izatio n   tech n iq u es  u tili zin g   g en etic   alg o r ith m s   ( GA) .   T h p r in cip al  m er its   o f   th e   PID   ap p r o ac h   in clu d r ap id   r esp o n s tim an d   s tr aig h tf o r war d   im p lem en tatio n ,   r en d er in g   it  ap p r o p r iate  f o r   f u n d am e n tal  co n tr o s y s tem s   th at  n ec ess itate  p o s itio n al  s tab ilit y ,   as  s u b s tan tiated   in   t h ar ticle   [ 5 ] .   No n eth eless ,   th is   tech n iq u ex h ib its   d im in is h ed   ef f icac y   u n d er   s u b s tan tial  lo ad s   o r   in   n o n - lin ea r   s ce n ar i o s   with o u ap p r o p r iate  m o d if i ca tio n s .   T h i n co r p o r atio n   o f   GA  o p tim izatio n ,   as   illu s tr ated   in   th in v esti g atio n   [ 1 6 ] ,   en h an ce s   th ad ap tiv r esp o n s to   f lu ctu atin g   lo a d s ,   alb eit  at  th co s o f   in cr ea s ed   co m p lex it y .   T h in t eg r atio n   o f   PD  co n tr o with   Kalm an   f ilter   p r o v es  to   b m o r ad v an ta g eo u s   f o r   ec o n o m ically   co n s tr ain e d   s y s tem s   th at  n ec es s itate  b a s ic  eq u ilib r iu m   with o u th r eq u ir em en f o r   co m p r eh e n s iv au t o m atic  s tab ilizatio n .   Fo r   i n s tan ce ,   [ 8 ]   d e m o n s tr ates  th at  th e   co m b in ati o n   o f   PD  c o n tr o an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 2 6 6 - 5 2 7 5   5268   th Kalm an   f ilter   e n s u r es  s tab ilit y   an d   r esis tan ce   to   v ib r atio n s   at  m in im al  c o s t,  alth o u g h   th is   am alg am atio n   is   n o t id ea lly   s u ited   f o r   in tr ica te  ap p licatio n s .   L QR   co n tr o l,  wh eth er   im p lem en ted   in d ep e n d en tly   o r   in   co n ju n ctio n   with   o th er   m eth o d o l o g ies  s u ch   as  H∞  an d   PID ,   f ac ilit ates  o p tim al  co n tr o f o r   th e   m ain te n an ce   o f   eq u ilib r iu m   in   a   s tead y - s tate  co n d itio n .   T h is   s y n er g is tic  ap p licatio n   is   ev id en ce d   in   s tu d ies  s u ch   as  [ 6 ] ,   wh ich   em p l o y s   b o th   L QR   an d   H∞  to   ac h iev e   d im in is h ed   co n t r o ef f o r ts   alo n g s id s tab le  p er f o r m an ce ,   d e s p ite  th in cr ea s ed   co m p lex ity   ass o ciate d   with   its   im p lem en tatio n .   On   m o r f u n d am e n tal  lev el,   W an g   an d   Z h u   [ 1 5 ]   in teg r ates  L QR   with   SHI   m ec h an is m ,   wh ich   is   co m p atib le  with   b asi m icr o co n t r o ller   ap p licatio n s .   Fu zz y   lo g ic,   en c o m p ass in g   b o th   th T ak a g i - Su g en o   an d   Ma m d an m o d els,  is   u tili ze d   in   r esear ch   en d ea v o r s   n ec ess itatin g   ad ap t atio n   to   n o n - lin ea r   c o n d itio n s   wh ile  m ain tain in g   co m m en d ab le  s tab ilit y .   Fo r   in s tan ce ,   th in v esti g atio n   [ 1 9 ]   illu s tr ates  th at  f u zz y   c o n tr o m eth o d o lo g ies  ca n   ac h iev s u b s tan tial  s tab ilit y ,   d esp ite  th co m p lex ity   in h er e n in   th eir   im p lem en tatio n ,   o f t en   n ec ess itatin g   th u s o f   FP GA.   T h f u s io n   o f   f u zz y   lo g ic  with   PID   co n tr o ( ter m ed   f u zz y - PID )   as  p r esen ted   in   [ 1 8 ]   y ield s   d y n a m ic  ad ap tab ilit y   to   lo a d   f lu ctu atio n s ,   th er e b y   en h an cin g   en er g y   ef f icien c y   s ig n if ican t ly .   MPC   is   em p l o y e d   f o r   a n t ici p a to r y   s ta b il iza ti o n ,   d el iv er i n g   s m o o t h   r es p o n s es   a n d   r o b u s t   s t ab i lit y .   I n   th e   r es ea r c h   [ 2 1 ] ,   MPC   h as   b ee n   d em o n s t r at e d   t o   o f f e r   s u p er i o r   c o n t r o l   i n   d y n a m ic   e n v ir o n m en ts .   H o w ev e r its   co m p le x i ty   s u r p ass es  th at   o f   tr ad iti o n al   P I c o n tr o l   s y s te m s .   T h ese  d iv er s e   co n tr o m et h o d o lo g ies  ea ch   p o s s ess   d is tin ct  ad v an tag es  a n d   d is ad v a n tag es,  wh ich   ar e   ch o s en   b ased   o n   co n s id er atio n s   o f   s tab ilit y   r eq u ir em en ts ,   f in an cial  co n s tr ain ts ,   an d   th e   co m p lex ity   o f   th ap p licatio n s .   PID   an d   PD  m eth o d o l o g ies  co n tin u e   to   b f av o r ed   f o r   s im p ler   a n d   m o r co s t - ef f ec tiv im p lem en tatio n s ,   wh er ea s   t h e   am alg am atio n   o f   L QR   an d   f u zz y   lo g ic  ex h ib its   g r ea ter   e f f icac y   in   a d d r ess in g   non - lin ea r   co n d itio n s   with   h eig h ten ed   p r ec is io n .   T h P I co n t r o m et h o d   h as  em er g e d   as  o n o f   th m o s t   p r e v al en a p p r o a ch es   d u e   t o   its   c a p ac it y   f o r   r e al - ti m e   r esp o n s i v e n ess   t o   p o s i ti o n al   v a r i ati o n s   an d   its   ef f e cti v e n ess   i n   m i ti g ati n g   e r r o r s   r esu lti n g   f r o m   ab r u p ch an g es .   Ne v e r t h e less ,   i ts   p e r f o r m an ce   li m it ati o n s   u n d er   s i g n if ic an p a r a m e tr i u n c er tai n ti es  n ec ess ita te  c o m p l e m e n ta r y   s tr ate g i es  f o r   p r ac ti ca d e p l o y m e n ts .   T h e   p r o p o s e d   a d a p ti v e   PD   s y s te m   i n   th is   s t u d y   ad d r ess es t h is   g a p   th r o u g h   d y n a m ic   g ai n   a d j u s t m en t   m ec h an is m s .       2 . 2 .    H a rdwa re   pro po s ed    Fig u r 1   illu s tr ates  th p r o t o ty p o f   th Seg way   s co o te r .   T h d esig n   o f   th e   Seg way   s co o ter   in co r p o r ates  lo ca lly   s o u r ce d   r aw  m ater ials .   T h u tili ze d   d ir ec cu r r en t   m o to r   is   th MY 1 0 1 6 z2 ,   ch a r ac ter ized   b y   s p ec if icatio n s   o f   2 5 0   watts,  2 4   v o lts ,   1 2   am p s ,   an d   r o tat io n al  s p ee d   o f   3 3 0   r ev o lu tio n s   p er   m in u te,   with   a   to r q u e   o f   0 . 8 0   New to n - m eter s .   2 4 1 2 AH  L ith iu m - I o n   b a tter y   s er v es  as  th e   d esig n ated   p o wer   s o u r ce .   T h is   p r o to ty p ex h ib its   d im en s io n s   m ea s u r in g   7 0 0 × 4 0 0 × 1 2 0 0   m illi m eter s .   I h as  u n d er g o n test in g   an d   is   co n f ir m e d   to   s u p p o r m ax im u m   p ass en g er   weig h o f   8 5   k il o g r am s .   T h co n s tr u ctio n   o f   th is   Seg way   s co o ter   p r o to ty p em p lo y s   lig h tweig h t   s teel  m ater ial,   wh ich   is   s u b s eq u en tly   c o ated   with   p r o tecti v p ain t la y er .               Fig u r 1 .   Pro t o ty p o f   Seg way   s co o ter       2 . 3 .    So f t wa re   pro po s ed   T o   ac co m m o d ate   th p r o p o s ed   f u n ctio n alities ,   Fig u r e   2   ill u s tr ates  th s ch em atic  r e p r esen tatio n   o f   th co n tr o s y s tem   d ev is ed   to   au g m e n b o th   s tab ilit y   an d   e f f icien cy .   I n   s u m m ar y ,   th e   f l o wch ar p r esen ted   b elo is   s eg m en ted   in to   f iv e   d is tin ct  p h ases .   T h p r o ce s s   co m m e n ce s   with   th e   in itializatio n   p h ase,   wh ic h   en co m p ass es  s en s o r   co n f ig u r atio n   an d   th e   estab lis h m en o f   PID   p ar am eter s ,   s u cc ee d e d   b y   th s elec tio n   o f   weig h f o r   d y n am ic   ad ju s tm e n ts   to   th e   PID   co n tr o l.   Su b s e q u en tly ,   s af ety   m ec h a n is m   is   in co r p o r ated   t o   s af eg u ar d   u s er s   if   th tilt   s u r p ass es  th d esig n ated   s af th r e s h o ld .   Fu r th e r m o r e,   co m p r e h en s iv m o n ito r in g   s y s tem   is   am alg am ated   to   m an ag d iv er s lo a d   v ar iatio n s   a n d   o p er atio n al  co n d itio n s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   s eg w a s co o ter o p timiz a tio n   fo r   a d a p tive  s ta b ilit w ith   p r o p o r tio n a l     ( Dia n   A r ta n to )   5269   I n   ac co r d an ce   with   th d esig n   o f   th e   co n tr o s y s tem ,   th im p lem en tatio n   o f   th e   s y s tem   is   ex ec u ted   u tili zin g   th h ar d war e   co n f ig u r atio n   d ep icted   in   Fig u r 3 .   T h cir cu itr y   illu s tr ated   in   Fig u r 3   em p lo y s   th e   STM 3 2   m icr o co n t r o ller ,   wh i ch   is   ac claim ed   f o r   its   s u p er io r   p r o ce s s in g   s p ee d   an d   r em ar k ab le  en e r g y   ef f icien cy .   T o   f ac ilit ate  au to m atic  weig h d etec tio n ,   weig h s en s o r   is   in teg r ated   in to   t h cir cu itry ,   th e r eb y   en h an cin g   th ad a p tab ilit y   o f   th co n tr o l sy s tem   to   f lu ctu atio n s   in   lo ad   weig h t.           Fig u r 2 .   B alan ce   s co o ter   co n t r o l sy s tem   f lo wch ar t           Fig u r 3 .   B alan ce   s co o ter   co n t r o l sy s tem   cir cu it   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 2 6 6 - 5 2 7 5   5270   2 . 4 .    Co ntr o m e t ho d   T h Seg way   is   m o d elle d   as  a n   in v e r ted   p en d u lu m   o n   two   wh ee ls .   T h s y s tem   h as  two   d eg r ee s   o f   f r ee d o m th lin ea r   d is p lace m en o f   th b ase  x   an d   t h an g u lar   d is p lace m en o f   th p en d u lu m   ( ch ass is )   θ .   T h e   eq u atio n s   o f   m o tio n   ar d e r iv e d   u s in g   th E u ler - L a g r an g m eth o d .   L et:   -   m     b th m ass   o f   th c h ass is   ( in clu d in g   th e   u s er ) ,   -     b th m ass   o f   th b ase  ( in clu d in g   wh ee ls   an d   m o to r s ) ,   -     b th d is tan ce   f r o m   th w h ee l a x le  to   th ce n ter   o f   m ass   o f   t h ch ass is ,   -     b th m o m en t o f   in er tia  o f   th ch ass is   ab o u t its   ce n ter   o f   m ass ,   -     b th wh ee l r a d iu s ,   -   τ    b th to r q u ap p lied   b y   th m o to r s .   T h eq u atio n s   o f   m o tio n   ar e:     ( + ) ¨ +  ¨   ˙ 2 = /   ( 1 )      ¨  + ( +  2 ) ¨  =   ( 2 )     Fo r   s m all  an g les  ( θ    0 ) ,   we  c an   lin ea r ize  b y   s ettin g   s in θ    θ co s θ    1 ,   an d   θ˙ 2     0 .   T h l in ea r ized   eq u atio n s   b ec o m e:     (   +   ) ¨   +    ¨   =     /     ( 3 )      ¨   +   (   +    2 ) ¨        =     ( 4 )     So lv in g   f o r     a n d   θ ¨ ,   we  g et  th s tate - s p ac r ep r esen tatio n .   T h s tate  v ec to r   is   ch o s en   as  x   =   [ θ , θ ˙, x , x ˙] T .   T h e   o u tp u t is th tilt   an g le  θ .   T h PD c o n tr o l la is   g iv en   b y :     =  (   ) +    (     ˙ )   ( 5 )     Sin ce   th d esire d   tilt   an g le  an d   its   d er iv ativ ar ze r o   f o r   b al an cin g ,   th is   s im p lifie s   to :     =   ˙   ( 6 )     wh er Kp   an d   Kd   ar e   th p r o p o r tio n al  an d   d er i v ativ g ain s ,   r esp ec tiv ely .       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h ex p e r im en tal  p r o ce d u r in v o lv es  th m a n ip u latio n   o f   th p ass en g er   lo a d   th at  th v eh icle  is   r eq u ir ed   to   s u p p o r t .   T h ese  l o a d   m o d if icatio n s   ar e   ac co m p a n ied   b y   co r r esp o n d i n g   a d ju s tm en ts   in   th c o n tr o l   co n s tan p ar am eter s .   Giv e n   th at  th em p lo y e d   co n tr o ller   is   PD  co n tr o ller ,   th e   p ar am ete r s   b ein g   m o d if ied   in clu d b o th   th e   p r o p o r tio n al  an d   d e r iv ativ co n s tan ts .   Fo u r   d is tin ct  v ar iatio n s   o f   PD  co n t r o co n s tan ts   h a v e   b ee n   s y s tem atica lly   p r ep ar ed   to   ac co m m o d ate  f o u r   s p ec if ic  lo ad in g   co n d itio n s .   C o m p r eh en s iv d etails   r eg ar d in g   th d is tr ib u tio n   o f   t h lo ad ,   alo n g s id th r esp ec t iv v alu es  o f   ea ch   PD  co n s tan t,  ar p r esen ted   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   L o o k - u p   tab le  o f   PD  co n s tan t a n d   lo a d   v a r iatio n   Lo a d   v a r i a t i o n   P r o p o r t i o n a l   ( K p )   D e r i v a t i v e   ( K d )   5 0   t o   6 0   k g   8 . 0   1 . 0   6 0   t o   7 0   k g   9 . 0   1 . 4   7 0   t o   8 0   k g   1 0 . 0   2 . 0       I n   th e   in itial  ex p er im en t,   o p ti m al  s ettin g s   wer id en tifie d   f o r   lo ad s   r an g in g   b etwe en   5 0   to   6 0   k g .   T h v eh icle  d em o n s tr ated   ef f ec tiv o p er atio n   u tili zin g   co m b i n atio n   o f   Kp 8 . 0   a n d   K d 1 . 0 .   T h ese  p ar am eter s   m in im ized   s tead y - s tate  er r o r   to   u n d er   0 . 5 °  wh ile  en s u r i n g   s m o o t h   ac ce ler atio n   p r o f iles   d u r in g   test in g .     Fig u r 4   illu s tr ates  th p er f o r m an ce   o f   th s y s tem   with   th s p ec if ied   PD  co n s tan s ett in g s .   I is   ev id en f r o m   Fig u r 4   th at  th s y s tem   o p e r ates  s ati s f ac to r ily   with in   th lo ad   r an g o f   5 0   to   6 0   k g .   Up o n   alter in g   th e   test   lo ad   to   th e   r an g o f   6 0   to   7 0   k g ,   wh ile  th v eh icle  r em ai n s   u p r ig h t,  a   p r o n o u n ce d   i n cr ea s in   th f o r war d   a n d   b ac k war d   o s cillatio n   o f   th e   h an d leb ar   is   o b s er v ed .   Similar ly ,   an   i n cr ea s in   lo a d   f r o m   7 0   to   8 0   k g   r esu lts   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   s eg w a s co o ter o p timiz a tio n   fo r   a d a p tive  s ta b ilit w ith   p r o p o r tio n a l     ( Dia n   A r ta n to )   5271   an   ev en   m o r p r o n o u n ce d   am p litu d o f   o s cillatio n ,   in d icatin g   th at  th PD  co n tr o ller   lac k s   ad eq u ate  s tr en g th   f o r   s tab ilizatio n .   T h s y s tem   r em ain s   in   s tab le   co n d itio n ,   o r   th v eh icle  co n tin u es  to   s tan d   u p r ig h t,  with   th e   h an d leb ar   m o v e m en b ein g   p a r tially   s u p p o r ted   b y   t h p ass en g er .   T h is   im p lies   th at  th p a s s en g er s   co n tr ib u te   m ar g in ally   to   t h eq u ilib r iu m   o f   th s y s tem .           Fig u r 4 .   Sy s tem   p e r f o r m an ce   with   p r o p o r tio n al  c o n s tan t 8 . 0   an d   d er iv ativ c o n s tan t 1 . 0       Fig u r 5   d elin ea tes  a n   e x p er i m en aim ed   at  d eter m in in g   t h m o s e f f ec tiv e      an d      v alu es  to   en s u r s y s tem   s tab ilit y   with in   th lo a d   r a n g o f   6 0   t o   7 0   k g .   T h is   f ig u r also   d ep icts   th e   s y s tem   p er f o r m an ce   ac r o s s   th lo ad   r a n g es  o f   5 0   to   6 0   k g   an d   7 0   to   8 0   k g .   T h f ig u r e   in d icate s   th at   th s y s tem   o p er ates  ef f ec tiv ely   with in   th e   lo ad   r a n g o f   6 0   to   7 0   k g .   No tab l y ,   th s y s tem   ac h iev es  s tab ilit y   with o u t   ex h ib itin g   s ig n if ican o s cillatio n s .   Ho we v er ,   a   co m p ar ativ a n aly s is   o f   s y s tem   p er f o r m an ce   at  id e n tical  co n s tan v al u es  ac r o s s   d if f er in g   lo ad   r an g es   r ev ea ls   th at  th s y s tem   e n co u n ter s   m o r p r o n o u n ce d   o s cillatio n s .   T h is   p h en o m en o n   ca n   b attr ib u ted   to   th ex ce s s iv ely   h ig h   v alu e   o f   th PD c o n tr o ller   co n s tan ts .     C o n v er s ely ,   at  l o ad s   b etwe en   7 0   k g   an d   8 0   k g ,   th s y s tem   d is p lay s   o s cillatio n s   ch ar ac te r ized   b y   a   lar g er   a m p litu d e.   Ho wev er ,   th ese  o s cillatio n s   d o   n o t   m an if e s at  h ig h   f r e q u en c y .   T h is   o b s er v atio n   s u g g ests   th at  th co n tr o llin g   co n s tan ts   ar n o o v er ly   lar g e,   alb eit  s ti ll  in s u f f icien tly   s m all.   T h is   i s   ev id en ce d   b y   th e   g r ap h ical   r ep r esen tatio n   in d icatin g   th at   th l o ad   r an g e   ex h i b its   s u b s tan tial  am p litu d e.   T h u n d er ly i n g   ca u s o f   th is   b eh av io r   is   th s y s tem 's  in ad eq u ac y   in   r ein s tatin g   th h an d leb ar   to   an   u p r ig h p o s itio n .   Nev er th eless ,   in   th is   s ce n ar io ,   th p ass en g e r s   ass is th s y s tem   in   ac h iev i n g   b alan ce .   T h e r ef o r e ,   d esp ite  th s lig h tly   g r ea ter   er r o r   d ev iatio n ,   t h s y s tem   is   s till   ca p ab le  o f   m ain tain i n g   its   u p r ig h p o s itio n .           Fig u r 5 .   Sy s tem   p e r f o r m an ce   with   p r o p o r tio n al  c o n s tan t 9 . 0   an d   d er iv ativ c o n s tan t 1 . 4       Fig u r 6   illu s tr ates  an   ex p er im en tal  in v esti g atio n   co n ce r n i n g   g ain   co m b i n atio n s   f o r   lo a d s   s itu ated   with in   th r an g e   o f   7 0   to   8 0   k g .   T h e   s p ec if ic  g ain   c o m b in atio n   em p lo y ed   is   ch ar ac ter iz ed   b y    1 0 . 0   an d    2 . 0 .   I n   th c o n tex o f   th is   e x p er im en t,  it  is   ev i d en th at  t h s y s tem   ex h ib its   co m m e n d a b le  p er f o r m an ce   wh en   s u b jecte d   to   lo ad s   r a n g in g   f r o m   7 0   to   8 0   k g .   T h s y s tem   en co u n ter s   m in i m a o s cillatio n s ,   n o ex ce ed in g   7 °   in   m ag n itu d e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 2 6 6 - 5 2 7 5   5272   Up o n   th ap p licatio n   o f   a n   id e n tical  g ain   wh ile  alter in g   th l o ad   to   r an g o f   5 0   to   6 0   k g ,   th s y s tem   ex p er ien ce s   o s cillatio n s   ch ar ac ter ized   b y   a   h eig h ten ed   f r eq u en c y .   T h is   p h en o m en o n   in d icate s   th at  th p r o p o r tio n al - d er iv ativ c o n tr o co n s tan is   ex ce s s iv ely   lar g e.   Fu r th er m o r e,   wh en   t h lo a d   is   ad ju s ted   to   th e   in ter v al  o f   6 0   to   7 0   k g ,   th s y s tem   co n tin u es  to   d is p lay   o s cillato r y   b eh av io r ,   alb eit  with   en h an ce d   d a m p in g ,   r esu ltin g   in   lo wer   o s cillatio n   f r eq u e n cy   r elativ t o   th 5 0   to   6 0   k g   lo ad   r an g e .             Fig u r 6 .   Sy s tem   p e r f o r m an ce   with   p r o p o r tio n al  c o n s tan t 1 0 . 0   an d   d er iv ativ c o n s tan t 2 . 0       Fig u r 7   d elin e ates  th p er f o r m an ce   o f   t h s y s tem   u n d er   c o n d itio n s   o f   n o   lo ad .   T h o p t im al  g ain   s ettin g s   f o r   s ce n ar io s   d ev o i d   o f   lo ad   ar Kp 4 . 0   an d   Kd : 0 . 8 .   Un d er   th is   s p ec if ic  co m b in atio n   o f   p r o p o r tio n al - d er iv ativ c o n tr o ller   co n s tan t s ,   th s y s tem   m ain tain s   a   p o s itio n   clo s ely   alig n ed   with   th ze r o - d eg r ee   ( 0 o p o in t,  with   th m ax im u m   f l u c tu atio n   o b s er v ed   b ein g   2 o .   Fig u r 7   f u r th er   d ep icts   th e   s y s tem ' s   r esp o n s to   an   ex ter n al  d is tu r b an ce ,   wh er ein   p u s h   i n d u ce s   o s cillatio n s   r ea ch in g   u p   t o   3 5 o h o wev er ,   th s y s tem   u ltima tely   r ev er ts   to   its   eq u ilib r iu m   p o s itio n .     T h r esu lts   o f   th n u m er ical  p er f o r m a n ce   in d ex   o f   PD  co n tr o o n   all  lo ad   v ar iatio n s   ca n   b s h o wn   in   T ab le  2 .   Fro m   T ab le  2 ,   it  is   s h o wn   th at   th c o n tr o ller   co n s i s ten tly   m ain tain s   s ettlin g   tim e s   u n d er   1 . 5   s ec o n d s   an d   o v er s h o o ts   b elo 5 ac r o s s   all  te s ted   lo ad   co n d itio n s .   T h ese  r esu lts   in d icate   wel l - d am p ed ,   r esp o n s iv e   s y s tem   s u itab le  f o r   r ea l - tim b alan cin g   o n   m icr o c o n tr o ller .           Fig u r 7 .   No - lo ad   s y s tem   p e r f o r m an ce       T ab le  2 .   Per f o r m an ce   in d ices  o f   PD  co n tr o ller   ac r o s s   lo ad   c o n d itio n s   Lo a d   v a r i a t i o n   R i se   T i me  ( s)   S e t t l i n g   T i me   ( s)   O v e r sh o o t   ( % )   S t r e a d y   S t a t e   Er r o r   ( o )   5 0   t o   6 0   k g   0 . 1 8   0 . 8 5   4 . 3   0 . 4 8   6 0   t o   7 0   k g   0 . 2 2   1 . 1 0   3 . 7   0 . 6 5   7 0   t o   8 0   k g   0 . 3 0   1 . 4 5   3 . 0   0 . 9 5   N o   L o a d   0 . 1 2   0 . 6 2   2 . 5   0 . 1 2     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   s eg w a s co o ter o p timiz a tio n   fo r   a d a p tive  s ta b ilit w ith   p r o p o r tio n a l     ( Dia n   A r ta n to )   5273   T h r esu lts   o f   th e   an aly s is   ab o v ar e   s u p p o r ted   b y   th e   r esu lts   o f   s im u latio n s   u s in g   Scilab   s o f twar e.   B y   u s in g   an   in v e r ted   p en d u lu m   m o d el,   as  s h o wn   in   Fig u r 8 ,   th e   p er f o r m a n ce   o f   th e   b ala n ce   s co o ter   s y s tem   ca n   b s im u lated   with   Scilab   s o f twar e.   B y   u s in g   th m o d el  eq u atio n s   p r o v id e d   b y   Scil ab   s o f twar an d   b y   en ter in g   th p ar am eter s   o f   th e   DC   m o to r   u s ed ,   s u ch   as  th n o m in al  s p ee d   a n d   to r q u o f   t h DC   m o to r ,   th e n   th lo ad   v ar iatio n s   a n d   also   t h Kp   an d   Kd   v alu es,  t h s y s tem   p er f o r m a n ce   r esu lts   ca n   b o b tain ed   as  s h o wn   in   Fig u r 9 .   Fig u r 9   s h o ws  th s y s tem   p e r f o r m a n ce   g r ap h ,   s im u latio n   r esu lts   u s in g   Sci lab   s o f twar e.   T h er ar 3   g r ap h s Fig u r 9 ( a)   g r ap h   o f   tilt   an g le  r esp o n s e,   Fig u r 9 ( b )   g r ap h   o f   m o to r   co n tr o to r q u e,   an d   Fig u r 9 ( c )   g r ap h   o f   m o to r   p o wer   co n s u m p tio n .   T h co n tr o r esp o n s is   s ee n   f o r   tilt   an g le  o f   n o   m o r th a n   7 o ,   with   a   m ax im u m   to r q u o f   u p   to   1 . 2   Nm ,   with   p o wer   o f   1 0 - 2 0   W atts /s ec o n d .   I ap p ea r s   th at  th e   s im u latio n   r esu lts   u s in g   Scilab   s o f twar p r o d u ce   co n tr o r esu lt v alu es th at  ar c lo s to   th r ea l te s t v alu es.           Fig u r 8 .   I n v er te d   p en d u lu m   m o d el  an d   th eq u atio n s   p r o v i d ed   b y   Scilab   s o f twar e         ( a)       ( b )       ( c)     Fig u r 9 .   Gr a p h   o f   s im u latio n   r esu lts   o f   th in v er te d   p en d u lu m   m o d el  u s in g   Scilab   s o f twar ( a)   g r a p h   o f   tilt   an g le  r esp o n s e,   ( b )   g r ap h   o f   m o to r   co n tr o l to r q u e,   a n d   ( c)   g r ap h   o f   m o to r   p o wer   co n s u m p tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 2 6 6 - 5 2 7 5   5274   I n   th r ea lm   o f   co n tr o s y s tem s   p er tin en to   d ev ices  s u ch   as  Seg way   s co o ter s ,   P co n tr o l,  GA,   an d   Fu zz y   lo g ic  ea ch   o f f er   d is tin ct  ad v an tag es  an d   ch allen g es.  T h PD  co n tr o d ev elo p ed   in   th is   s tu d y   ef f ec tiv ely   co m b in es  p r o p o r ti o n al  an d   d er iv ativ co m p o n en ts   to   c o r r ec cu r r en d is cr ep a n cies  an d   an ticip ate  f u tu r er r o r s .   I d em o n s tr ates  s ig n if i ca n ef f icac y   in   p r eser v i n g   s t ab ilit y   an d   p r o v i d in g   r ap id   r e s p o n s iv en ess   u n d er   v ar y in g   lo ad   c o n d itio n s ,   i n clu d in g   d y n am ic  p ass en g er   weig h ts .   W h ile  GA  an d   f u zz y   lo g ic  p r o v id s u p e r io r   ad a p tab ilit y   to   n o n - lin ea r   c o n d itio n s   an d   ex ter n al  d is tu r b an ce s ,   th e y   o f ten   r eq u i r h ig h er   c o m p u tatio n al  r eso u r ce s   an d   in tr icate   co n f ig u r atio n s .   I n   co n tr ast,  t h PD  co n tr o l’ s   s tr aig h tf o r war d   im p lem en tatio n ,   co u p led   with   its   in teg r atio n   with   a   lo o k u p   tab le,   allo ws  f o r   p r ec is an d   en er g y - e f f icien o p er atio n ,   m ak in g   it  p ar ticu l ar ly   s u itab le  f o r   lo w - co s t,  r e s o u r ce - co n s tr ain e d   ap p licatio n s .   T h is   b alan ce   b et wee n   p er f o r m an ce   an d   s im p licity   u n d er s co r es  th p r ac ticality   o f   PD  co n tr o f o r   s ca lab le  p er s o n al  tr an s p o r tatio n   s o lu tio n s .       4.   CO NCLU SI O N   Fro m   th o u tco m es  o f   ex p e r im en tal  in v esti g atio n s   an d   o b s er v atio n s ,   it  ca n   b in f e r r e d   th at  th d ev elo p e d   s y s tem   h as  d em o n s tr ated   co m m en d ab le  o p er atio n al  p er f o r m an ce .   T h r esear c h   in d icate s   th at  PD   co n tr o ca n   m ain tain   s tab ilit y   with   m in im al  o s cillatio n s   with in   d esig n ated   lo ad   r an g es;  h o wev er ,   it  m ay   n o ex h ib it  eq u iv alen ef f ec tiv en e s s   in   h ig h ly   d y n am ic  o r   n o n - lin ea r   en v ir o n m en ts .   T o   ad d r e s s   th is   lim itatio n ,   lo o k - u p   tab le  co r r elatin g   PD  co n s tan ts   with   p ass en g er   weig h ts   was  im p lem en ted ,   ef f ec ti v ely   h an d lin g   lo a d - in d u ce d   n o n lin ea r ities .   T h is   h y b r id   ap p r o ac h   ex p an d e d   th e   o p er atio n al   en v el o p e   wh ile  p r eser v in g   c o n tr o ller   s im p licity .   T h am alg am atio n   o f   th ese  s tr ateg ies  en ab led   th s co o ter   to   m ain tain   o s cillatio n s   u n d er   5 o   in   eith er   th f o r war d   o r   r e v er s d ir ec tio n ,   p r o v id e d   th e   s y s tem   is   f r ee   f r o m   i n ter f er e n ce   o r   d ir ec tio n al  co m m an d s .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   A .   G a d e k a r   e t   a l . ,   R e c e n t   d e v e l o p m e n t i n   t h e   a p p l i c a t i o n o f   t w o - w h e e l e d   r o b o t s:   a   r e v i e w ,   As i a - P a c i f i c   J o u rn a l   o f   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   2 9 ,   n o .   3 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 4 4 5 6 / a p s t . 2 0 2 4 . 3 6 .   [ 2 ]   L.   J.   P i n t o ,   D . - H .   K i m,  J .   Y .   Le e ,   a n d   C . - S .   H a n ,   D e v e l o p me n t   o f   a   s e g w a y   r o b o t   f o r   a n   i n t e l l i g e n t   t r a n sp o r t   sy s t e m ,   i n   2 0 1 2   I EEE/ S I C E   I n t e r n a t i o n a l   S y m p o s i u m   o n   S y st e m   I n t e g r a t i o n   ( S I I ) ,   D e c .   2 0 1 2 ,   p p .   7 1 0 7 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / s i i . 2 0 1 2 . 6 4 2 7 3 0 8 .   [ 3 ]   M .   V .   V a r d h a n ,   S .   K o t a r i ,   M .   S a me e r o d d i n ,   K .   G .   D e sh m u k h ,   a n d   G .   R o h i t ,   F a b r i c a t i o n   o f   me c h a n i c a l   s e g w a y   w i t h   h a n d l e ,   I O C o n f e re n c e   S e r i e s:   M a t e ri a l s   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e ri n g ,   v o l .   9 9 8 ,   n o .   1 ,   p .   1 2 0 3 9 ,   D e c .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 8 / 1 7 5 7 - 8 9 9 x / 9 9 8 / 1 / 0 1 2 0 3 9 .   [ 4 ]   M .   Li ,   L.   M a h n k o p f ,   a n d   L.   K o b b e l t ,   T h e   d e s i g n   o f   a   se g w a y   A R - t a c t i l e   n a v i g a t i o n   s y st e m,”   i n   P e rv a si v e   C o m p u t i n g ,   S p r i n g e r   B e r l i n   H e i d e l b e r g ,   2 0 1 2 ,   p p .   1 6 1 1 7 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 6 4 2 - 3 1 2 0 5 - 2 _ 1 1 .   [ 5 ]   V .   M u d e n g ,   B .   H a ss a n a h ,   Y .   T.   K .   P r i y a n t o ,   a n d   O .   S a p u t r a ,   D e s i g n   a n d   s i mu l a t i o n   o f   t w o - w h e e l e d   b a l a n c i n g   mo b i l e   r o b o t   w i t h   P I D   c o n t r o l l e r ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   S u s t a i n a b l e   T r a n s p o rt a t i o n   T e c h n o l o g y ,   v o l .   3 ,   n o .   1 ,   p p .   1 2 1 9 ,   A p r .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 3 1 4 2 7 / i j s t t . 2 0 2 0 . 3 . 1 . 3 .   [ 6 ]   S .   I .   k h a n ,   M .   A .   C h o u d h r y ,   A .   A l i ,   I .   U .   H .   S h a i k h ,   a n d   F .   S a l e e m,   A   h y b r i d   t e c h n i q u e   f o r   u p w a r d   st a b i l i z a t i o n   a n d   c o n t r o l   o f   t w o   w h e e l e d   se l f - b a l a n c i n g   s e g w a y ,   Me h ra n   U n i v e rsi t y   Re se a r c h   J o u r n a l   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   4 1 ,   n o .   1 ,   p p .   1 6 9 1 7 9 ,   J a n .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 2 2 5 8 1 / m u e t 1 9 8 2 . 2 2 0 1 . 1 7 .   [ 7 ]   N .   H .   T h a i ,   T.   T .   K .   Ly ,   a n d   L.   Q .   D z u n g ,   Tr a j e c t o r y   t r a c k i n g   c o n t r o l   f o r   m e c a n u m   w h e e l   m o b i l e   r o b o t   b y   t i m e - v a r y i n g   p a r a m e t e r   P I D   c o n t r o l l e r ,   B u l l e t i n   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g   a n d   I n f o rm a t i c ( BE EI ) ,   v o l .   1 1 ,   n o .   4 ,   p p .   1 9 0 2 1 9 1 0 ,   A u g .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / e e i . v 1 1 i 4 . 3 7 1 2 .   [ 8 ]   P .   S u t y a s a d i   a n d   M .   P a r n i c h k u n ,   D e v e l o p i n g   l o w - c o st   t w o   w h e e l b a l a n c i n g   sc o o t e r   u si n g   p r o p o r t i o n a l   d e r i v a t i v e   c o n t r o l l e r ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e En g i n e e r i n g   ( I J E C E) ,   v o l .   1 2 ,   n o .   3 ,   p .   2 4 5 4 ,   J u n .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e c e . v 1 2 i 3 . p p 2 4 5 4 - 2 4 6 4 .   [ 9 ]   W .   K u r n i a w a n ,   M .   H .   H .   I c h sa n ,   a n d   E.   S e t i a w a n ,   S e g w a y   l i n e   t r a c e r   u s i n g   p r o p o r t i o n a l - i n t e g r a l - d e r i v a t i v e   c o n t r o l l e r s,”   T ELKO MN I K ( T e l e c o m m u n i c a t i o n   C o m p u t i n g   El e c t ro n i c a n d   C o n t r o l ) ,   v o l .   1 4 ,   n o .   2 ,   p p .   4 8 9 4 9 6 ,   Ju n .   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 2 9 2 8 / t e l k o m n i k a . v 1 4 i 2 . 3 1 5 6 .   [ 1 0 ]   J.  F u ,   El e c t r i c   v e h i c l e   c o n t r o l   w i t h   i n t e g r a t e d   P I D   a n d   K a l m a n   f i l t e r i n g   f o r   i m p r o v e d   s t a b i l i t y   a n d   a c c u r a c y ,   H i g h l i g h t i n   S c i e n c e ,   E n g i n e e ri n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   1 3 4 ,   p p .   1 5 8 1 6 2 ,   M a r .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 5 4 0 9 7 / 6 2 2 4 n n 9 8 .   [ 1 1 ]   S .   Y u l i a w a n ,   O .   W a h y u n g g o r o ,   a n d   N .   S e t i a w a n ,   K a l m a n   f i l t e r   t o   i mp r o v e   p e r f o r ma n c e   o f   P I D   c o n t r o l   s y s t e ms  o n   D C   m o t o r s,   I J I T EE  ( I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   I n f o rm a t i o n   T e c h n o l o g y   a n d   El e c t ri c a l   En g i n e e ri n g ) ,   v o l .   5 ,   n o .   3 ,   p .   9 6 ,   S e p .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 2 2 1 4 6 / i j i t e e . 6 4 5 1 1 .   [ 1 2 ]   A .   F a h m i   e t   a l . ,   S t a b i l i z e d   c o n t r o l l e r   o f   a   t w o   w h e e l r o b o t ,   Bu l l e t i n   o f   El e c t r i c a l   E n g i n e e ri n g   a n d   I n f o rm a t i c ( BEEI) ,   v o l .   9 ,   n o .   4 ,   p p .   1 3 5 7 1 3 6 3 ,   A u g .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / e e i . v 9 i 4 . 1 9 6 5 .   [ 1 3 ]   Q. - T.   D o   e t   a l . ,   M o d e l i n g   a n d   o p t i m a l   c o n t r o l   f o r   t w o - w h e e l e d   s e l f - b a l a n c i n g   r o b o t ,   J o u r n a l   o f   F u zzy  S y s t e m a n d   C o n t r o l ,   v o l .   2 ,   n o .   1 ,   p p .   2 2 2 8 ,   M a r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 5 9 2 4 7 / j f s c . v 2 i 1 . 1 6 2 .   [ 1 4 ]   H .   H a r t o n o ,   E.   B u d i a r t o ,   a n d   H .   N a su t i o n ,   D e si g n   o f   P I D   c o n t r o l l e r   u s i n g   LQ R - b a se d   p a r a m e t e r   se l e c t i o n   f o r   D C   m o t o r   p o s i t i o n   c o n t r o l ,   J u r n a l   E c o t i p e   ( El e c t ro n i c ,   C o n t r o l ,   T e l e c o m m u n i c a t i o n ,   I n f o rm a t i o n ,   a n d   P o w e E n g i n e e ri n g ) ,   v o l .   1 2 ,   n o .   1 ,     p p .   1 1 1 9 ,   A p r .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 3 3 0 1 9 / j u r n a l e c o t i p e . v 1 2 i 1 . 4 5 3 6 .   [ 1 5 ]   Y .   W a n g   a n d   G .   Z h u ,   P e r f o r m a n c e   i mp r o v e m e n t   o f   a n   N M P   m i n i   s e g w a y   u s i n g   sam p l e   a n d   h o l d   i n p u t s ,   A p p l i e d   S c i e n c e s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   2 ,   p .   1 0 7 0 ,   Ja n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / a p p 1 3 0 2 1 0 7 0 .   [ 1 6 ]   V .   T.   H a ,   T .   T h i   T h u o n g ,   a n d   L.   N g o c   Tr u c ,   Tr a j e c t o r y   t r a c k i n g   c o n t r o l   b a se d   o n   g e n e t i c   a l g o r i t h a n d   p r o p o r t i o n a l   i n t e g r a l   d e r i v a t i v e   c o n t r o l l e r   f o r   t w o - w h e e l   mo b i l e   r o b o t ,   B u l l e t i n   o f   El e c t ri c a l   En g i n e e r i n g   a n d   I n f o rm a t i c s   ( BEEI ) ,   v o l .   1 3 ,   n o .   4 ,     p p .   2 3 4 8 2 3 5 7 ,   A u g .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / e e i . v 1 3 i 4 . 7 8 4 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   s eg w a s co o ter o p timiz a tio n   fo r   a d a p tive  s ta b ilit w ith   p r o p o r tio n a l     ( Dia n   A r ta n to )   5275   [ 1 7 ]   B .   A .   Ta w f e e q ,   M .   Y .   S a l l o o m ,   a n d   A .   A l k a ma c h i ,   A   se l f - b a l a n c i n g   p l a t f o r m   o n   a   m o b i l e   c a r ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   El e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e En g i n e e r i n g   ( I J EC E) ,   v o l .   1 2 ,   n o .   6 ,   p .   5 9 1 1 ,   D e c .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e c e . v 1 2 i 6 . p p 5 9 1 1 - 5 9 2 2 .   [ 1 8 ]   B .   S u m a n t r i ,   E .   H .   B i n u g r o h o ,   I .   M .   P u t r a ,   a n d   R .   R o k h a n a ,   F u z z y - P I D   c o n t r o l l e r   f o r   a n   e n e r g y   e f f i c i e n t   p e r so n a l   v e h i c l e :   Tw o - w h e e l   e l e c t r i c   s k a t e b o a r d ,   I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   El e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e E n g i n e e r i n g   ( I J EC E) ,   v o l .   9 ,   n o .   6 ,   p p .   5 3 1 2 5 3 2 0 ,   D e c .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e c e . v 9 i 6 . p p 5 3 1 2 - 5 3 2 0 .   [ 1 9 ]   C. - H .   H u a n g ,   W . - J.   W a n g ,   a n d   C . - H .   C h i u ,   D e s i g n   a n d   i mp l e m e n t a t i o n   o f   f u z z y   c o n t r o l   o n   a   t w o - w h e e l   i n v e r t e d   p e n d u l u m,   I EEE  T r a n s a c t i o n o n   I n d u st r i a l   E l e c t ro n i c s ,   v o l .   5 8 ,   n o .   7 ,   p p .   2 9 8 8 3 0 0 1 ,   Ju l .   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / t i e . 2 0 1 0 . 2 0 6 9 0 7 6 .   [ 2 0 ]   M .   R a h maw a t y ,   M o d e l i n g ,   si m u l a t i o n ,   a n d   st a b i l i z a t i o n   o f   t w o   w h e e l s   i n v e r t e d   p e n d u l u m   r o b o t   u si n g   h y b r i d   f u z z y   c o n t r o l ,   I n d o n e si a n   J o u r n a l   o f   e l e c t r o n i c s,  e l e c t r o m e d i c a l   e n g i n e e r i n g ,   a n d   m e d i c a l   i n f o rm a t i c s ,   v o l .   3 ,   n o .   3 ,   p p .   9 3 9 8 ,   A u g .   2 0 2 1 ,     d o i :   1 0 . 3 5 8 8 2 / i j e e e m i . v 3 i 3 . 2 .   [ 2 1 ]   C .   Li u ,   K .   Q i n ,   G .   X i n ,   C .   L i ,   a n d   S .   W a n g ,   N o n l i n e a r   mo d e l   p r e d i c t i v e   c o n t r o l   f o r   a   se l f - b a l a n c i n g   w h e e l c h a i r ,   I EEE   A c c e ss v o l .   1 2 ,   p p .   2 8 9 3 8 2 8 9 4 9 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / a c c e s s. 2 0 2 4 . 3 3 6 8 8 5 3 .   [ 2 2 ]   N i .   M .   N a si r ,   N .   M .   A .   G h a n i ,   A .   N .   K .   N a s i r ,   M .   A .   A h m a d ,   a n d   M .   O .   To k h i ,   N e u r o - m o d e l l i n g   a n d   f u z z y   l o g i c   c o n t r o l   o f   a   t w o - w h e e l e d   w h e e l c h a i r   s y s t e m,   J o u rn a l   o f   L o w   Fr e q u e n c y   N o i se,   Vi b r a t i o n   a n d   A c t i v e   C o n t r o l ,   v o l .   4 4 ,   n o .   1 ,   p p .   5 8 8 6 0 2 ,   O c t .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 7 7 / 1 4 6 1 3 4 8 4 2 4 1 2 8 7 6 0 8 .   [ 2 3 ]   S .   Li u ,   Z .   Li n ,   W .   H u a n g ,   a n d   B .   Y a n ,   A d a p t i v e   sl i d i n g   m o d e   a t t i t u d e   c o n t r o l   o f   t w o - w h e e l e d   r o b o t f o r   p l a n e t a r y   a u x i l i a r y :   F r o t h e o r y   t o   a p p l i c a t i o n s,   Ae ro s p a c e   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   1 5 1 ,   p .   1 0 9 3 3 2 ,   A u g .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a s t . 2 0 2 4 . 1 0 9 3 3 2 .   [ 2 4 ]   C .   W a n g ,   P .   S h i ,   a n d   I .   R u d a s ,   Tr a c k i n g   c o n t r o l   f o r   t w o - w h e e l e d   mo b i l e   r o b o t v i a   e v e n t - t r i g g e r e d   mec h a n i sm ,   I S A   T ra n s a c t i o n s ,   v o l .   1 5 6 ,   p p .   6 3 2 6 3 8 ,   Jan .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i sa t r a . 2 0 2 4 . 1 1 . 0 3 2 .   [ 2 5 ]   Y .   K i m,  S .   Li m ,   H .   H .   K a n g ,   S . - K .   K i m,  C .   K .   A h n ,   a n d   R .   K .   A g a r w a l ,   O b s e r v e r - b a s e d   p o l e - z e r o   c a n c e l l a t i o n   t r a j e c t o r y - t r a c k i n g   c o n t r o l   f o r   t w o - w h e e l e d   v e h i c l e s   w i t h   p e r f o r ma n c e   r e c o v e r y   p r o p e r t y ,   I EEE  T r a n sa c t i o n o n   I n t e l l i g e n t   Ve h i c l e s   p p .   1 1 3 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / t i v . 2 0 2 4 . 3 4 6 2 4 4 5 .   [ 2 6 ]   Y. - H .   Li n ,   A .   Jaf a r i ,   a n d   Y . - C .   Li u ,   D y n a mi c   m o d e l i n g   a n d   s t a b i l i t y   a n a l y si s   o f   b a l a n c i n g   i n   r i d e r l e ss   e l e c t r i c   sco o t e r s,”   i n   2 0 2 4   Am e ri c a n   C o n t ro l   C o n f e re n c e   ( A C C ) ,   Ju l .   2 0 2 4 ,   p p .   4 2 1 4 2 6 ,   d o i :   1 0 . 2 3 9 1 9 / a c c 6 0 9 3 9 . 2 0 2 4 . 1 0 6 4 4 7 9 3 .   [ 2 7 ]   H .   G .   N g u y e n   e t   a l . ,   S e g w a y   r o b o t i c   m o b i l i t y   p l a t f o r m,   i n   M o b i l e   R o b o t s   XVII ,   D e c .   2 0 0 4 ,   v o l .   5 6 0 9 ,   p .   2 0 7 ,     d o i :   1 0 . 1 1 1 7 / 1 2 . 5 7 1 7 5 0 .   [ 2 8 ]   E.   D .   H a s sa n ,   A .   I .   A b d a l l a ,   a n d   I .   H .   Q a d d o o r i ,   Ex p e r i me n t a l   i m p l e me n t a t i o n   o f   sp e e d   st a b i l i z e r   b a se d   f i e l d   o r i e n t e d   c o n t r o l   o f   b r u s h l e ss   D C   mo t o r   f o r   sc o o t e r   a p p l i c a t i o n s,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   El e c t r i c a l   a n d   El e c t ro n i c s   Re s e a r c h ,   v o l .   1 2 ,   n o .   3 ,     p p .   9 1 9 9 2 5 ,   A u g .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 7 3 9 1 / i j e e r . 1 2 0 3 2 3 .       B I O G RAP H I E S   OF   AUTH O RS       Dia n   Ar ta n t o           re c e iv e d   h is  b a c h e lo r’s  d e g re e   in   t h e   De p a rtme n o El e c tri c a l   En g i n e e rin g   fr o m   G a d jah   M a d a   Un iv e rsity ,   I n d o n e sia   (1 9 9 8 ) .   He   o b tain e d   h is  M a ste o f   En g i n e e rin g   ( M . En g . d e g re e   in   2 0 0 7   in   t h e   De p a rtme n o M e c h a tro n ics   fro m   th e   As ian   In stit u te   o f   Tec h n o lo g y   in   T h a il a n d .   S in c e   2 0 0 0 ,   h e   h a b e e n   a   lec tu re in   S a n a ta  Dh a rm a   Un iv e rsity ,   In d o n e sia .   His  a re a o in tere st  a re   Lab VIEW ,   p r o g ra m m in g   a lg o rit h m ,   in terfa c e ,   a n d   S CAD A.  He   c a n   b e   c o n tac te d   a e m a il d ia n . a rtan t o @g m a il . c o m .         Ig n a ti u De r a d j a d   Pra n o wo           re c e iv e d   h is   m a ste r’s  d e g re e   (M . E n g . i n   th e   De p a rtme n o f   M e c h a tro n ics   fro m   th e   As ian   In stit u te o Tec h n o lo g y   in   Th a il a n d   (2 0 0 2 ).   S in c e   1 9 9 9 ,   h e   h a b e e n   a   lec tu re in   t h e   De p a rtme n o f   M e c h a tro n ics ,   S a n a ta  Dh a rm a   Un iv e rsity ,   In d o n e sia .   His  a re a o in tere st  a re   P LC,   m e c h a tro n ic  sy ste m ,   a n d   S CAD A.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il d ra d jad @p m s d . a c . id .         Petr u S u ty a sa d i           re c e iv e d   h is   b a c h e lo r’s  d e g re e   in   th e   De p a rt m e n o El e c tri c a l   En g i n e e rin g   fr o m   G a d jah   M a d a   Un iv e rsity ,   I n d o n e sia   (2 0 0 0 ) .   He   o b tain e d   h is  M a ste o f   En g i n e e rin g   ( M . En g . d e g re e   in   2 0 0 8   in   t h e   De p a rtme n o M e c h a tro n ics   fro m   th e   As ian   In stit u te   o f   Tec h n o l o g y   in   T h a il a n d .   He   o b tai n e d   h is   Do c to r   o En g in e e rin g   (Dr . En g . )   d e g re e   in   2 0 1 6   in   th e   De p a rtme n o M e c h a tro n ics   fr o m   RM UTT   in   Th a il a n d .   His   a re a o i n tere s t   a re   ro b o ti c s,  c o n tro a l g o rit h m ,   a n d   m icro c o n tro ll e r.   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t   e m a il :   p e ter@u sd . a c . id .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.