Dokumen tersebut membahas perancangan sistem pengendalian kecepatan motor thruster pada pesawat tanpa awak menggunakan kontrol proporsional. Sistem ini menggunakan IC L293D dan mikrokontroler ATMEGA8535 untuk mengatur kecepatan motor agar sesuai dengan set point dari sistem kendali sikap. Pengendali P dengan Kp=0.0279 memiliki respon terbaik dengan rise time 2 detik dan settling time 6 detik. Sistem ini mampu bekerja dengan

1. PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN KECEPATAN PUTAR MOTOR THRUSTER PADA
PESAWAT TANPA AWAK (DF-UAV01) DENGAN MENGGUNAKAN MODE KONTROL
PROPORSIONAL
Oleh
(Firman Fahriansyah, Ir. Yaumar, MT, Ir. Matradji ,MSc)
Jurusan Teknik Fisika – Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus ITS Keputih Sukolilo, Surabaya 60111
E-mail: loxters@ep.its.ac.id
ABSTRAK
Pengendalian motor thruster pada quadrotor DF-UAV01 merupakan pengendalian yang dilakukan untuk
menjaga kecepatan putar motor agar dapat mengikuti set poin dengan menggunakan rangkaian IC L293D dan
mikrokontroller ATMEGA8535. Masukan set poin kecepatan motor yang harus didapatkan berasal dari
reference input dari atittude control. Dari data didapatkan pengendali P dengan nilai Kp=0.0279 memiliki
respon yang paling baik yaitu rise time sebesar 2s dan settling time sebesar 6s. Pengendali ini diuji dengan
gangguan berupa kipas angin dengan kecepatan angin sebesar 3m/s, guncangan, dan perubahan arah putaran
motor secara mendadak. Dari pengujian didapatkan pengendali dapat tetap bekerja dengan baik. Sistem ini
kemudian diintegrasi dengan pengendalian empat motor dan sistem attitude control. Dari pengujian dapat
dilihat sistem dapat membaca masukan dari range 0 – 4600 rpm dan dapat mengikuti dengan baik set poin yang
diberikan oleh attitude control antara range 1500-4200 rpm.
Kata Kunci : Motor Thruster, IC L293D, quadrotor
1. Latar Belakang untuk mundur. Dan apabila diintegrasikan dengan
UnManned Aerial Vehicle (UAV) adalah pengendalian 4 motor dan attitude control akan
perangkat yang memiliki kemampuan terbang dapat memperluas maneuver yang dihasilkan.
tanpa awak dan pilot. Mereka dapat dikontrol 1.1 Permasalahan
secara langsung oleh operator atau di kontrol secara Permasalahan yang dihadapi dalam
otomatis melalui perangkat yang di program penelitian ini adalah bagaimana membangun dan
sebelumnya. Beberapa pesawat udara telah di merancang sistem pengendali motor thruster pada
implementasikan pada dunia militer. Penggunaan UAV DF-UAV01 dengan menggunakan mode
lebih lanjut dari UAV ini pada dunia militer, secara proporsional memakai reference input dari attitude
khusus digunakan untuk mencari, operasi control.
penyelamatan, dan pengembangan UAV lainnya. 1.2 Batasan Masalah
Ide pembuatan quadrotor ini bukanlah hal yang Adapun batasan masalah pada tugas akhir
baru, pertama kali telah direalisasikan pada tahun ini adalah :
1907 dengan nama Gyroplane No.1 oleh Louis dan • kontrol motor thruster DF-UAV01 hanya
Jacques Breguet (Perancis); ini merupakan pada dinamika pergerakan maju(putaran
pendahulu yang sekarang digunakan untuk model searah jarum jam) dan mundur(putaran
helicopter konvensional. Pengembangan lebih berlawanan jarum jam)
lanjut dari quadrotor ini pada model George de • UAV yang dibuat akan diuji dalam
Bothezat (Dayton, Ohio) tahun 1922, oleh Etienne keadaan digantung
Oemichen (Peugeot, Perancis) tahun 1923, dan • Software yang digunakan antara lain :
pengembangan paling baru adalah pengembangan Visual Basic, AVR.
quadrotor dalam skala kecil dan digerakan dengan • Mikro kontroler yang digunakan adalah
empat motor dan dapat berputar dan dikontrol ATMEGA8535.
secara sendiri-sendiri kecepatannya, oleh karena itu • Pengendalian berlaku pada lokasi-lokasi
bentuk mekanik dari quadrotor jadi semakin dengan angin yang tidak begitu kencang
sederhana juga. Motor yang digunakan adalah (<3m/s)
motor DC 5,9 volt. Pengendalian dari pesawat ini 1.3 Tujuan
berdasarkan kecepatan dari keempat motor yang Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah
saling berkaitan satu sama lain. Quadrotor secara merancang sistem kendali pada motor thruster
umum memerlukan pengendali untuk menjaga UAV DF-UAV01 dengan menggunaan mode
kecepatan motor agar seimbang selama terbang. proporsional berdasarkan reference input dari
Penelitian ini ditujukan untuk merancang attitude control pada quadrotor DF-UAV01
sistem kendali pada motor thruster UAV DF- .
UAV01 dalam melakukan maneuver. Pada UAV 2. TEORI PENUNJANG
tipe ini akan diberikan tambahan motor pada Pada subbab ini dijelaskan beberapa teori
bagian tengah quadrotor. Motor ini berfungsi untuk penunjang dan konsep mengenai sistem quadrotor
mendorong quadrotor baik untuk maju maupun UAV. Termasuk didalamnya adalah UAV,
1

2. quadrotor UAV, sistem kendali dengan mikro mengukur shaft motor atau sudut leadscrew untuk
kontroler, sistem pengendalian motor dan memberikan informasi posisi. Tetapi rotary
komunikasi antara komputer dengan mikro encoder dapat juga digunakan secara langsung
kontroler. untuk mengukur rotasi mesin.
Terdapat beberapa jenis rotary encoder,
2.1 UAV (Unmanned Aerial Vehicle) berdasarkan pada pola yang dimiliki. Beberapa
Unmanned Aerial Vehicle atau dalam rotary encoder yang sering diguna-kan adalah
bahasa indonesia disebut kendaraan udara tak incremental optical shaft-angle encoder dan
berawak , UAV juga memiliki banyak sebutan lain absolute optical shaft-angel encoder. Perbedaan
seperti “Unmanned aircraft” , "drones", "remotely antara keduanya dapat dilihat pada gambar 2.2.
piloted vehicles (RPVs) “ , UAV sendiri merupakan
pengembangan dari Aeromodeling yang jika pada
awalnya Aeromodeling ditunjukan untuk keperluan
hobi saja , namun berbeda dengan UAV , UAV
lebih banyak digunakan untuk keperluan militer
dari mulai pengintaian , pemboman sampai
pertempuran.
(a) (b)
Gambar 2.2 Kisi Rotary encoder : (a)
incremental encoder, (b)
absolute encoder
Rotary encoder berbentuk suatu piringan.
Piringan ini yang memiliki beberapa bagian
transparan dan beberapa bagian tidak tembus
cahaya (cahaya yang digunakan adalah sinar
inframerah) yang berjajar disepanjang tepi
piringan. Untuk dapat dimanfaatkan dalam
mengukur kecepatan maka ditambahkan LED (light
Gambar 2.1 contoh UAV emitting diode) inframerah dan phototransistor
Perbedaan UAV dari rudal yang inframerah.
dikendalikan adalah UAV dapat digunakan Jumlah bagian transparan dan bagian tak
berulang kali sedangkan rudal meskipun dapat tembus cahaya yang dimiliki piringan tidak
dikendalikan tidak dapat digunakan kembali. Jika ditentukan dengan aturan tertentu. Tetapi untuk
berdasarkan pengertian sederhana UAV adalah mencapai resolusi pengukuran yang semakin tinggi,
pesawat yang hanya dapat terbang lurus sambil maka dibutuhkan jumlah pasangan bagian
mengumpulkan data atau sering disebut drones , transparan dan tak tembus cahaya yang semakin
seiring dengan berjalannya perkembangan banyak. Selain itu, jumlah pasangan bagian tersebut
teknologi UAV pun terbagi jadi 2 jenis yaitu yang yang semakin banyak akan mempengaruhi tingkat
dikendalikan dari lokasi lain yang lebih jauh atau akurasi pengukuran yang dilakukan.
pun yang berjalan sesuai dengan aturan tertentu
yang telah diprogram kedalam nya , UAV memiliki
berbagai bentuk , ukuran , konfigurasi dan
karakteristik contoh dari beberapa UAV yang
sering digunakan atau yang telah dibuat adalah RQ-
4 Global Hawk , MQ-1 Predator , TAM-5 dan
masih banyak UAV lainnya.
2.2 Rotary Encoder
Rotary encoder merupakan suatu komponen opaque
transparent
transducer elektro-mekanik yang dimanfaatkan
untuk mengukur perpindahan (rotasi) pada motor.
Komponen ini dapat dimanfaatkan untuk mengukur
(a) (b)
kecepatan. Transducer ini mampu dimanfaatkan
Gambar 2.3 Pemasangan Rotay encoder : (a)
untuk mengukur perpindahan rotasi karena
Shaft optic encoder yang
komponen ini mengkonversi rotasi shaft menjadi
ditambahkan pada motor; (b)
pulsa output yang dapat dihitung. Rotary Encoder
piringan rotary encoder
disebut juga sebagai rotary shaft encoder atau
rotary shaft-angle.
Rotary encoder dipasang di antara celah
Kecepatan rotary encoder adalah pulsa per
optocoupler, sehingga dapat melakukan fungsinya
detik. Rotary encoder secara tidak langsung dapat
2

3. sebagai koponen bantu penghitung kecepatan. Set poin, Kp, Ti,
Td
Kedua transmitter dan receiver inframerah, LED
inframerah dan phototansmiter, dipasang pada satu
arah dan melewati lubang dan slot piringan. sensor
Sehingga ketika motor berputar, piringan juga ikut Laptop (HMI)
berputar, maka lubang akan melewatkan cahaya
inframerah yang melaluinya dan didapatkan pulsa
keluaran phototransistor yang berpola. USART PORTD.2
3. Perancangan Sistem Pengendalian Motor MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535
Thruster PORTB.1
Berikut adalah rincian metodologi penelitian PORTB.2
PORTB.3
yang akan dilaksanakan pada tugas akhir kali ini:
1. Studi literatur terhadap materi yang terkait
IC L293D
dengan pelaksanaan tugas akhir yang akan
dilakukan, mengenai:
• Pemahaman mengenai Quadrotor MOTOR DC
UAV
• Pemahaman mengenai sistem
pengendalian otomatis dengan metode
PID QUADROTOR DF-UAV01
• Pemahaman mengenai Pemograman
Mikrokontroler Gambar 3.1 Digram Blok algoritma program
2. Pra-eksperimen
• Pembuatan hardware dari Quadrotor Dalam sistem pengendali kecepatan
UAV sesuai design quadrotor, tugas pengendali atau kontroler
• Pembuatan rangkaian elektrik untuk dilakukan oleh mikro kontroler. Kontroler akan
pengendali kecepatan motor melakukan tugasnya berdasarkan informasi yang
• Pembuatan HMI untuk monitoring diterima dari komputer, yaitu dari software sinyal
kecepatan motor actual dan set point kendali. Mikro kontroler sebagai komponen
3. Eksperimen pengendali berperan dalam mengatur gerakan
• Pengintegrasian hardware dan motor sebagai aktuator dari sistem quadrotor.
software Mikro kontroler menerima masukan berupa pulsa
• Pengujian kinerja pengendali digital yang mewakili informasi putaran motor dari
kecepatan motor pada hardware dan sensor optocoupler. Informasi ini selanjutnya akan
software Quadrotor UAV berguna untuk memberikan informasi kecepatan
4. Pengujian dan analisis. putaran motor.
5. Penyusunan laporan Tugas Akhir.
3.2 Perancangan dan Pembuatan Hardware
3.1 Penyusunan Algoritma Program Sistem Quadrotor UAV
Algoritma merupakan serangkaian perintah Perancangan hardware sistem quadrotor
untuk menjalankan program. Algoritma program UAV terbagi atas dua kelompok perancangan, yaitu
pengendali motor terdiri dari dua bagian, yaitu pada perancangan mekanik quadrotor dan perancangan
program pembacaan dengan sensor optocoupler sistem elektrik. Quadrotor UAV ini menggunakan
dan pengendalian motor dengan PID. Kedua satu motor tengah sebagai pendorong baik untuk
algoritma tersebut akan dibuat pada aplikasi Visual maju maupun mundurdan dikendalikan dengan
Basic 6.0, dan perangkat lunak CodeVision AVR. pengendali PID. Sedangkan sistem elektrik robot
Program dalam CodeVision AVR akan dimasukkan terdiri atas rangkaian minimum sistem, rangkaian
pada mikro kontroler untuk mengatur gerakan komunikasi serial, rangkaian pembalik motor dan
motor. Berikut akan dijelaskan satu persatu rangkaian optocoupler.
algoritma program baik pembaca kecepatan motor,
program PWM, program pengendali PID, program
eksekusi, dan program tampilan HMI pada
computer/laptop.
3

4. IC L293D dapat digunakan untuk men-drive
motor dc half-bridge sebanyak empat buah atau
dua motor dc full-bridge. IC ini mempunyai empat
pin input yang bersesuaian dengan empat pin
outputnya . Selain itu juga terdapat dua pin
enable/disable untuk pin output 1,2 dan pin output
3,4.
Gambar 3.2 Plant Quadrotor UAV DF-UAV01
Plant Quadrotor UAV, ini merupakan desain
dari quadrotor nantinya, quadrotor ini terdiri dari
empat rotor untuk menjaga kondisi quadrotor agar
stabil selama terbang, rotor pada bagian tengah nya
digunakan untuk maneuvering baik maju dan
mundur. Nantinya semua rangkaian elektriknya di Gambar 3.4 Logika kinerja L293D
hubungkan melalui kabel yang langsung ke
hardware quadrotornya. Dari gambar 2.4, untuk pengaturan arah dan
Metode pengendali yang digunakan dalam kecepatan 2 buah motor DC maka hanya tinggal
penelitian ini adalah dengan metode pengendalian menambahkan sebuah motor pada output3 dan
PID yang nantinya diharapkan dapat menjaga output4. Dan pin EN2 merupakan sebuah pin yang
kecepatan motor constant berdasarkan data yang difungsikan untuk meng-enable-kan motor DC 2
diberikan oleh sistem attitude. Input dari sistem (ON/OFF motor DC), oleh karena itu pin EN2
attitude ini nantinya berupa besar setpoint berupa dapat dihubungkan dengan output PWM dari
kecepatan yang harus dicapai oleh tiap rotor. mikrokontroler. Sedangkan pin IN3 dan IN4
Adapun diagram blok sistem pengendalian digunakan sebagai input logika untuk mengatur
kecepatan motor pada penelitian ini adalah sebagai putaran motor DC 2 dan dapat juga digunakan
berikut: untuk memberhentikan motor DC 2 secara cepat
(fast motor stop). Tabel input logika IN3 dan IN4
sama dengan tabel logika IN1 dan IN2. Cara
pengaturan arah dan kecepatan 2 buah motor DC
sama dengan menggunakan sebuah motor DC.
3.4 Pembuatan Program
Program Pengendali motor quadrotor ini
berdasarkan algoritma program yang telah disusun.
Pemrograman pengendalian motor dibuat pada
aplikasi Microsoft Visual Basic 6.0 (VB6).
Gambar 3.3 Diagram blok sistem pengendalian Sedangkan program eksekusi dibuat pada software
kecepatan motor compiler CodeVisionAVR dengan bahasa C.
Pada gambar 3.3 ini merupakan diagram 3.4.1 Pembuatan Program HMI(Human
blok sistem pengendalian kecepatan motor pada Machine Interface)
quadrotor dimana memiliki input referensi dari Pemrograman HMI ini berisi mengenai
sistem attitude (setpoint kecepatan yang diperlukan kondisi kecepatan actual yang terbaca oleh sensor
motor tengah untuk mencapai kondisi yang optocoupler, kecepatan desain/setpoint, form untuk
diberikan oleh sistem attitude). mengubah semua parameter baik setpoint tiap
motor, parameter kontrol PID untuk pengendali,
3.3 Motor Driver L293D hasil sinyal kendali yang diberikan oleh pengendali
Karena mikrokontroller tidak dapat PID, grafik respon pengendali PID dengan setpoint
memberikan arus yang cukup untuk menggerakkan terhadap waktu, dan hasil data record yang
motor dc maka digunakan motor driver L293D.IC disimpan dalam database pada program VB6.
L293D dipakai dalam perancangan ini karena Pada database ini menggunakan Microsoft
L293D merupakan rangkaian H-bridge yang access untuk menyimpan semua data yang terekam
dirancang untuk memudahkan dalam memberikan selama proses eksekusi, baik setpoint untuk setiap
arus dua arah hingga 1 A dengan tegangan antara motor dan kecepatan tiap moto. Database ini
4,5 volt hingga 36 volt kepada motor dc. dihubungkan melalui adodc yang merupakan
komponen tambahan pada VB6 untuk melakukan
koneksi dengan Microsoft access sehingga form
4

5. database yang telah dibuat dapat dihubungkan
secara langsung ke HMI. Pada aplikasi VB6 dibuat RMSE=
tampilan untuk menampilkan semuanya itu, Form Dari perhitungan didapatkan RMSE dari
program HMI dapat dilihat pada gambar 3.3. motor putaran kiri adalah 3,619564 dan RMSE dari
putaran kanan adalah 5,303435.
4.2 Analisa Sistem Pengendalian Motor
Dari pemrograman yang sudah diberikan
pada mikrokontroller dan pengkalibrasian sensor
pengukuran optocoupler dilakukan perbandingan
respon pengendali dengan beberapa parameter
pengendali dari nilai Kp, Ti,dan Td sebagai berikut:
4.2.1 Pengendali P dengan nilai Kp=0.0279
Pengendalian yang digunakan adalah
pengendali P dengan nilai Kp=0.0279. Dari hasil
tracking set poin pada HMI didapatkan kurva
sebagai berikut :
5000
Gambar 3.3 Form program HMI 4000
Pada gambar 3.13 diatas merupakan form
3000
HMI sistem pengendali kecepatan motor pada RPM Set Poin
quadrotor UAV untuk monitoring, perubahan 2000
parameter, dan respon dinamik system. Gambar di
kanan bawah merupakan indicator apakah pesawat 1000
Kecepatan
dalam keadaan maju atau mundur. 0 Motor
4. Analisa Data Dan Pembahasan
1 6 11162126313641465156 maju
Dari hasil penelitian didapatkan beberapa
data. Data-data ini akan dianalisa dan hasilnya Waktu (s)
sebagai berikut :
4.1 Analisa Pembacaan Kecepatan Motor Gambar 4.1 Kurva hasil pengendalian motor
Pembacaan kecepatan motor akan dilakukan maneuver maju dengan nilai Kp=0.0279
oleh sensor optocoupler yang akan dikalibrasi Tabel 4.2 Kriteria hasil pengendalian motor
dengan alat pembaca frekuensi putaran motor yang maneuver maju dengan pengendali P(Kp=0.0279)
bernama stroboscope. Dari hasil pembacaan Kriteria
didapatkan data seperti pada tabel 4.6 yang Rise time 2s
kemudian akan dicari nilai RMSE yang dimiliki Settling time 6s
sensor optocoupler. Peak time -
Tabel 4.1 Perbandingan data bacaan optocoupler Max. -
dengan stroboscope overshoot
Data Optocoupler Data Stroboscope
Puls kiri(rp kanan(rp kiri(rp kanan(rp 5000
a m) m) m) m)
0 0 0 0 0 4000
20 1308 1260 1356 1290 3000 Set Poin
RPM
40 2022 1998 2069 2111
2000
60 2490 2478 2626 2642
80 2910 2880 3001 3011 1000 Kecepatan
100 3258 3156 3338 3343 Motor
0
120 3468 3408 3638 3624 Mundur
1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61
140 3750 3684 3925 3912 waktu(s)
160 3996 3870 4160 4111 Gambar 4.2 Kurva hasil pengendalian motor maneuver
180 4206 4074 4353 4367 mundur dengan nilai Kp=0.0279
200 4440 4326 4625 4609 Tabel 4.3 Kriteria hasil pengendalian motor
maneuver mundur dengan pengendali
Diatas adalah data hasil perbandingan P(Kp=0.0279)
pembacaan kecepatan motor dengan optocoupler Kriteria
dan stroboscope. Dari data diatas didapatkan error Rise time 4s
yang dapat digunakan untuk menghitung RMSE. Settling time 7s
Peak time -
5

6. Max. - Settling time 6s
overshoot
Peak time -
Max. -
4.3 Pengujian Beban Pada Pengendali
overshoot
Dari hasil didapatkan bahwa pengendali P
dengan Kp=0.0279 memiliki karakteristik
pengendali yang paling baik.Untuk itu kali ini akan 5000
dilakukan uji beban untuk melihat seberapa baik 4000
pengendali bekerja bila diberikan gangguan. Dari 3000 Set Poin
RPM
hasil pengujian didapatkan kurva sebagai berikut :
4.3.1 Pengujian Beban Dengan Gangguan 2000
Kipas Angin(v=3m/s,r=12cm) 1000
0 kecepatan
5000
motor
4000 1 7 131925313743495561 Maju
set poin waktu(s)
3000
RPM
Gambar 4.5 Kurva pengendalian motor maneuver
2000 maju dengan beban kipas angin pada bagian
1000 kecepatan belakang quadrotor
Tabel 4.6 Kriteria hasil pengendalian motor
motor Maju
0 maneuver maju dengan gangguan kipas angin
1 12 23 34 45 56 67 78 89 belakang pada pengendali P(Kp=0.0279)
waktu(s) Kriteria
Gambar 4.3 Kurva pengendalian motor maneuver
Rise time 2s
maju dengan beban kipas angin pada bagian depan
quadrotor
Settling time 13 s
Tabel 4.4 Kriteria hasil pengendalian motor
maneuver maju dengan gangguan kipas angin
Peak time 2s
depan pada pengendali P(Kp=0.0279)
Kriteria
Max. 8,14 %
Rise time 4s
overshoot
Settling time 10 s
Peak time -
Max. - 5000
overshoot 4000
3000 Set Poin
RPM
5000
2000
4000 1000
Kecepatan
3000 set poin 0 Motor
RPM
2000 1 8 15222936435057 Mundur
waktu(s)
1000 kecepata
motor Gambar 4.6 Kurva pengendalian motor maneuver
0 mundur dengan beban kipas angin pada bagian
Mundur
belakang quadrotor
1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 Tabel 4.7 Kriteria hasil pengendalian motor
waktu(s)
Gambar 4.4 Kurva pengendalian motor maneuver maneuver mundur dengan gangguan kipas angin
mundur dengan beban kipas angin pada bagian belakag pada pengendali P(Kp=0.0279)
depan quadrotor Kriteria
Tabel 4.5 Kriteria hasil pengendalian motor kiri Rise time 5s
dengan gangguan kipas angin depan pada
pengendali P(Kp=0.0279) Settling time 7s
Kriteria Peak time -
Rise time 4s Max. -
overshoot
6

7. Pada gambar 4.3 hingga 4.6 dapat dilihat Tabel 4.9 Kriteria hasil pengendalian motor
kurva hasil pengendalian dengan pengendali maneuver mundur dengan gangguan goncangan
P(Kp=0.0279) dapat dengan baik mengikuti set pada pengendali P(Kp=0.0279)
poin ketika diubah secara mendadak walaupun Kriteria
diberikan gangguan berupa angin dari kipas angin Rise time 2s
dengan kecepatan 3m/s baik dari arah depan Settling time 5s
maupun dari arah belakang quadrotor untuk Peak time -
pengendalian motor untuk arah putaran kanan Max. overshoot -
maupun untuk motor dengan arah putaran kiri.
Semua pengendalian tidak memiliki overshoot dan 4.4 Pengujian Pengendali dengan motor
settling time yang cukup cepat. diputar berlawanan arah secara
4.3.2 Pengujian Beban Dengan Gangguan mendadak
Berupa Goncangan Motor thruster ini dapat digunakan
Dari pengendali yang sudah ditala akan sebagai pendorong untuk maju maupun sebagai
dilakukan pengujian terhadap pengendali pendorong untuk gerakan mundur. Untuk itu akan
P(Kp=0.0279) dengan gangguan berupa guncangan diuji hasil pengendalian apabila motor diputar
pada rangka quadrotor. Pengujian ini dilakukan berlawanan arah secara mendadak. Berikut hasil
untuk melihat seberapa baik pengendali bekerja Pengendalian dengan pengendali P(Kp=0.0279)
ketika quadrotor menerima guncangan dari :
lingkungan sekitar. Hasil pengendalian dapat
dilihat pada kurva berikut : 5000
4500
5000 4000
4000 3500
3000 Set Poin 3000
RPM
RPM
2500 Set Poin
2000 2000
1000 1500
Kecepatan
0 1000
Motor 500
1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 Maju 0 Kecepatan
waktu(s)
1
103
120
18
35
52
69
86 Motor
Gambar 4.7 Kurva pengendalian motor maneuver
maju dengan beban berupa goncangan pada waktu(s)
quadrotor
Tabel 4.8 Kriteria hasil pengendalian motor
maneuver maju dengan gangguan goncangan pada Gambar 4.9 Pengujian pengendali ketika arah
pengendali P(Kp=0.0279) putaran motor diubah secara mendadak
Kriteria Sistem pengujian dilakukan dengan
Rise time 8s memberikan set poin sebesar 4200, 3500, 2500 dan
Settling time 8s diubah arahnya secara mendadak. Dari gambar
diatas dapat dilihat bahwa ketika set poin 4200,
Peak time -
arah putar diubah sehingga dapat dilihat terjadi
Max. -
overshoot sekitar 10% dan settling time sekitar 5
overshoot
sekon. Begitu juga ketika set poin bernilai 3500
dan 2500. Dari gambar dapat dilihat overshoot
5000 semakin tinggi apabila set poin motor berada pada
4000 range terendahnya.
3000 Set Poin
RPM
4.5 Pengintegrasian Sistem Attitude Control,
2000 Sistem Pengendalian 4 Motor dan Sistem
1000 Kecepatan Pengendalian Motor Thruster Dalam
Motor Mode Maneuvering
0 Subbab ini akan membahas hasil
Mundur
1 7 13 19 25 31 37 43 pengintegrasian sistem atittude control, sistem
waktu(s) pengendalian empat motor dan sistem pengendalian
Gambar 4.8 Kurva pengendalian motor maneuver motor thruster dalam melakukan mode
mundur dengan beban berupa goncangan pada maneuvering. Integrasi ini menggnakan mikro dari
quadrotor masing-masing sistem yang keluaranya akan
disatukan dalam satu serial yang selanjutnya
dihubungkan dalam satu laptop.
7

8. Sistem pengendali dan PID, dari pengujian didaptkan nilai settling
motor thruster
Sistem pengendali Kurva time yang cukup lama yaitu 23s untuk pengendali
empat motor pengendalian
empat motor
PI dan 30s untuk pengendali PID. Selain itu
pengendali PI dan PID memiliki overshoot sekitar
29s. Setelah dilakukan uji tracking set poin, kedua
pengendali ini berosilasi ketika set poin diubah
secara mendadak. Terutama ketika set poin di set
pada rang yang rendah yaitu antara 1400 rpm
hingga 2500 rpm. Hal ini disebabkan putaran motor
yang terlalu pelan sehingga pengendali sulit untuk
mencapai set poin, keadaan yang berbeda dimiliki
pengendali P(Kp=0.0279) yang dapat mengikuti set
poin dalam range rendah walaupun terjadi sedikit
Sistem atittude Kurva osilasi.
control pengendalian Dalam pembuatan sistem pengendalian
motor thruster
validasi sensor merupakan hal yang harus
Gambar 4.10 HMI integrasi sistem attitude, diperhatikan terlebih dahulu, karena besarnya error
Sistem Pengendalian empat motor dan sistem yang akan dihasilkan oleh pengendalian bergantung
pengendalian motor thruster dalam mode pada ketepatan sensor dalam mengukur proses
maneuvering variabel yang digunakan. Pada penelitian kali ini
sensor yang digunakan adalah sensor optocoupler.
Gambar diatas adalah HMI hasil integrasi Sensor ini akan divalidasi dengan hasil bacaan dari
antara sistem attitude, sistem pengendalian empat stroboscope untuk menentukan seberapa besar
motor dan sistem pengendalian motor thruster RMSE yang dihasilkan. Dari data dapat dilihat
dalam hubungannya untuk mode maneuvering. bahwa RMSE yang dihasilkan cukup kecil dengan
Dari gambar dapat dilihat pada sisi kiri bawah yang nilai RMSE pada pengendalaian motor putaran
merupakan keluaran sistem attitude control yang kanan sebesar 5,303435 dan RMSE pada motor
dibaca oleh Visual Basic. Dari sistem ini akan putaran kiri sebesar 3,619564. Dari data tersebut
mengeluarkan input berua set poin yang masing- dapat disimpulkan bahwa sensor optocoupler dapat
masing akan dibaca oleh sistem pengendalian digunakan sebagai pengganti dari stroboscope
empat motor dan sistem pengendalian motor dalam membaca kecepatan motor thruster pada
thruster. Dari gambar dapat dilihat penerqapan quadrotor DF-UAV01.
sistem pengendalian motor thruster dapat Pada pembahasan bagian ketiga ini adalah
mengikuti perubahan set poin yang diberikan oleh merupakan pembahasan dari hasil pengujian
sistem attitude control. pengendali P(Proporsional)terhadap gangguan
dengan nilai Kp=0.0279. Pengendali ini dipakai
4.6 Pembahasan dikarenakan kinerja yang baik jika dibandingkan
Pada subbab ini akan dibahas hasil dari data dengan pengendali lain dan sesuai dengan proses
yang telah diperoleh selama proses pengerjaan yang diinginkan dengan settling time cepat dan
berlangsung. Dari data yang diperoleh diatas akan tidak memiliki overshoot. Gangguan yang
dibahas hasil dari validasi antara optocoupler diberikan adalah dengan memakai kipas angin
dengan menggunakan acuan stroboscope. untuk menggangu putaran motor baik dari depan
Kemudian, pembahasan hasil pengendali terhadap quadrotor maupun dari bagian belakang quadrotor.
perubahan set poin dan pengendali mana yang Selain itu diberikan gangguan berupa goncangan
paling cocok untuk digunakan pada pengendalian pada quadrotor. Dari data dapat dilihat bahwa
motor thruster ini. Yang terakhir akan dibahas pengendali masih dapat bekerja dengan baik untuk
tentang hasil dari pengendali terbaik ketika kedua kondisi yaitu putaran searah jarum
diberikan gangguan, apakah pengendali masih jam(maju) dan berlawanan jarum jam(mundur).
dapat bekerja dengan baik atau tidak. Begitu juga apabila kipas angin diberikan pada
Dalam proses pengerjaan dilakukan bagian belakang quadrotor. Hanya sedikit terjadi
penalaan dengan metode trial and error untuk perubahan yaitu overshoot sekitar 6% dan
pengendali mode P,PI, dan PID dan dibandingkan, membesarnya Ess sebesar 3%. Pada saat diberikan
pengendali mana yang paling baik diantara gangguan berupa goncangan pun pengendali masih
ketiganya. Dari pengerjaan pengendali P dengan bisa bekerja dengan baik.
nilai Kp=0.0279 dapat mengikuti dengan baik set Pengujian yang terakhir adalah dengan mode
poin ketika diubah dan dalam pengujiannya pengendali P(kp=0.0279) akan dilihat bagaimana
memiliki settling time yang cepat serta tidak respon pengendalian ketika putaran motor diubah
memiliki overshoot. Pengendali ini juga masih berlawanan arah secara mendadak. Dari data dapa
mampu mengikuti nilai set poin yang rendah yaitu dilihat ketika motor diubah arahnya secara
dikisaran 1500 rpm. Sedangkan pada pengendali PI mendadak, terdapat overshoot.Namun, pengendali
8

9. dapat dengan cepat kembali ke keadaan steady (Electronic Speed Control) yang
sehingga dapat dikatakan pengendali masih bekerja menggunakan ESC pada Radio Control,
dengan baik. dan menggunakan software LabView
Dari hasil pegintegrasian dapat dilihat untuk mempermudah proses koneksi
bahwa sistem pengendalian motor thruster dapat antara hardware dan software dengan
membaca masukan dari sistem attitude control menggunakan NI-DAQ (National
dalam range 0 – 4600 rpm. Selain itu, sistem Instrument- Data Acquisition)
pengendalian motor thruster ini dapat mengikuti 2. baling-baling yang digunakan sesuai
perubahan set poin yang diberikan oleh sistem dengan brushless dc motor dengan berat
attitude control dengan baik antara range 1500- seringan mungkin namun memiliki nilai
4600 rpm. Namun untuk kecepatan dibawah 1500 rpm yang tinggi.
rpm cukup kesulitan karena putaran motor dalam 3. Pembuatan rangka quadrotor diharapkan
range tersebut berputar terlalu peran sehingga sulit dapat lebih diringankan namun masih
untuk pengendali untuk mengikuti. stabil dan kuat untuk memudahkan BDC
5. 1 Kesimpulan dalam memberikan gaya angkat.
Dalam pelaksanaan penelitian tugas akhir
dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut DAFTAR PUSTAKA
: 1. Ariefianto, Budi.2008.”Training
1. Pengendali P dengan nilai Kp=0.0279 Microcontroller ATMEGA 8535 for
memiliki respon yang paling baik dengan Beginner”.Maxtron
Rise time sebesar 2 s dan settling time 2. Domingues ,Jorge Miguel Brito, “Quadrotor
sebesar 6s untuk motor maneuver maju dan prototype”, Instituto Superior Tecnico
rise time 4s beserta settling time 7s untuk 3. Electro Control team, “Driver Motor DC
motor maneuver mundur. menggunakan IC L293
2. Pada sistem pengendalian motor yang D”,www.electrocontrol.wordpress.com
berlaku didapatakan bahwa pengendali P 4. Emanuel Stingu, frank Lewis,”Quadrotor
merupakan pengendali yang paling bagus Spesification”, Automation & Robotics
jika dibandingkan dengan pengendali PI dan Research Institute University of Texas at
PID dengan kriteria pengendali PI yaitu Arlington
settling time sebesar 23 s dan overshoot 5. Elliot, Grant,2005,” Development of an
sebesar 27%. Sedangkan pengendali PID Autonomous Quadrotor Flying Platform”
memiliki settling time sebesar 30s dan 6. Firdaus ,Ahmad Riyad, “SISTEM KENDALI
overshoot sebesar 29% dan kedua KECEPATAN MOTOR DC”, Politeknik
pengendali ini berosilasi ketika dilakukan Batam
perubahan set poin terutama dalam range 7. Haomiao Huang, Gabriel M. Hoffman, Steven
rendah(1400 rpm – 2500 rpm) L. Waslander, Claire J. Tomlin,
3. Pengendali P dengan nilai Kp=0.0279 dapat “Aerodynamics and Control of Autonomous
berjalan dengan baik ketika diberikan Quadrotor Helicopters in Aggressive
gangguan berupa goncangan dan gangguan Maneuvering
kipas angin(v=3m/s) pada bagian depan 8. McComb , Gordon.2001.the robot
maupun belakang quadrotor. builder’s(2nd edition) bonzana.MacGraw-Hill
4. Pengendali P dengan nilai Kp=0..0279 dapat 9. Ogata, Katsuhiko. 1993.”Teknik Kontrol
bekerja dengan baik ketika arah putaran Automatik(Sistem
motor diubah secara mendadak dengan Pengukuran)”.Jakarta:Erlangga
overshoot 8% dan settling time sebesar 4s. 10. Risqiawan, Awindra.2009.” Sekilas Rotary
5. Sistem pengendalian motor thruster Encoder”.Penelitian Energi Listrik Elektro ITB
terintegrasi dapat membaca masukan set 11. S. Bouabdallah, “Design and control of
poin dengan range 0 – 4600 rpm dan dapat quadrotors with application to autonomous
mengikuti perubahan set poin dengan baik flying,” Ph.D. dissertation, EPFL, 2006
ketika diintegrasikan dengan sistem attitude 12. Sadin , Paul E..2003.robot mechanism and
control dan sistem pengendalian empat mechanical device ilustrated.mc graw-hill :
motor pada range 1500-4600 rpm. new york
13. Simanjutak , Raymond T.,2008, “Perancangan
Robot Pemadam Api Berbasis
5.1 Saran MIKROKONTROLLER AT89C51
Terdapat beberapa saran yang dapat
diberikan setelah melakukan penelitian tugas akhir BIO DATA PENULIS:
ini antara lain :
1. Motor dc yang sebaiknya digunakan
adalah brushless dc motor, rangkaian ESC
9

10. Nama : Firman Fahriansyah
NRP : 2407100019
TTL :Surabaya,31 Oktober
1989
Alamat : Kedurus Sawah
Gede 5/5
Riwayat Pendidikan :
 DN Kedurus II Surabaya

S
 LTPN 12 Surabaya

S
 MAN 2 Surabaya

S
 eknik Físika ITS

T
10