Realisasi Wahana Quadcopter dengan Fitur Position Hold Menggunakan Modus GPS - The Realization of the Position Hold Feature on Quadcopter Using GPS Module.

(1)

Realisasi Wahana Quadcopter dengan Fitur Position Hold

Menggunakan Modul GPS

Disusun Oleh:

Nama : Regie Dwiputra Hirawan NRP : 0922030

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia.

Email : dwiputra.gie@gmail.com

ABSTRAK

Teknologi UAV (Unmanned Aerial Vehicle) telah banyak menarik perhatian para peneliti untuk mengembangkannya. Penggunaan UAV saat ini sangat dibutuhkan baik untuk keperluan militer maupun sipil misalnya untuk pencarian dan penyelamatan korban bencana alam serta penginderaan jarak jauh seperti monitoring hutan, monitoring lalu lintas dan daerah perbatasan. Bahkan UAV dapat digunakan untuk kepentingan komersil seperti aerial filming dan

photography.

Pada tugas akhir ini UAV yang akan digunakan adalah tipe quadcopter.

Quadcopter merupakan salah satu jenis multirotor yang paling banyak

dikembangkan. Quadcopter dapat terbang dengan pelan dan stabil. Flight

controller yang digunakan adalah Arduflyer 2.5.2. Arduflyer telah dilengkapi

sensor gyroscope dan accelerometer yang berfungsi untuk melakukan koreksi posisi dengan menggunakan pengontrol PID, lalu terdapat sensor barometer untuk mempertahankan ketinggian quadcopter pada saat terbang. Modul GPS u-Blox CN-06 dapat dihubungkan dengan Arduflyer sebagai sistem navigasi quadcopter

agar dapat melakukan position hold.

Quadcopter mampu terbang dengan stabil lalu melakukan position hold.

Fitur position hold bekerja saat switch Flight Mode pada radio control diaktifkan dan secara otomatis set point koordinat dan ketinggian didapatkan. Quadcopter

sudah mampu mempertahankan posisi dan ketinggian. Penyimpangan posisi yang terjadi sangat kecil dalam orde sentimeter, yaitu paling jauh 59,103 sentimeter dari set point koordinat. Ketinggian quadcopter menyimpang hanya setinggi 44 sentimeter dari set point ketinggian.

Kata Kunci : Quadcopter, Arduflyer, Tuning PID, Sensor Gyroscope dan

(2)

The Realization of The Position Hold Feature on Quadcopter

Using GPS Module

Composed By:

Nama : Regie Dwiputra Hirawan NRP : 0922030

Electrical Engineering Department Maranatha Christian University

Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia Email : dwiputra.gie@gmail.com

ABSTRACT

Technology of UAV (Unmanned Aerial Vehicle) has attracted the attention of many researchers to develop it. The use of UAV are currently desperately needed both civil and military purposes, for example for search and rescue victims of natural disasters as well as remote sensing such as forest, traffic and border areas monitoring. Moreover, the UAV can be used to commercial interests such as aerial filming and photography.

In this final assignment, UAV that will be used is type quadcopter. Quadcopter is one of the most widely developed multirotor. Quadcopter can fly slowly and stable. Flight controllers that used is Arduflyer 2.5.2. Arduflyer has the accelerometer and gyroscope sensor to perform the correction position by using a PID controller, then there is a barometric sensor to maintain altitude of quadcopter while flying. GPS module u-Blox CN-06 can be attributed to the Arduflyer as a quadcopter’s navigation system that can perform position hold feature.

Quadcopter is able to fly with the stable then do position hold. Position hold feature work when switch Flight Mode on the radio control enabled and automatically set point coordinates and height is obtained. Quadcopter is able to maintain its position and altitude. The position deviation occurs is very small in the order of centimeters, which is most distant 59,103 cm from set point of coordinates. Quadcopter’s altitude error only 44 cm from set point of altitude.

Keyword : Quadcopter, Arduflyer, PID Tuning, Gyroscope and Accelerometer Sensor, Altitude Hold, Position Hold , GPS Module u-Blox CN-06.

(3)

iii

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR PENGESAHAN

PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN KERJA PRAKTEK KATA PENGANTAR

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

DAFTARISI ... iii

DAFTARGAMBAR ... vi

DAFTARTABEL ... xiii

DAFTARPERSAMAAN... xv

BABI PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah ... 1

I.2 Identifikasi Masalah ... 1

I.3 Perumusan Masalah ... 2

I.4 Tujuan ... 2

I.5 Pembatasan Masalah ... 2

I.6 Spesifikasi Alat ... 2

I.7 Sistematika Penulisan ... 3

BABII LANDASAN TEORI II.1 Sejarah ... 5

II.2 Quadcopter ... 6

II.3 Konfigurasi Quadcopter ... 8

II.4 Komponen Quadcopter ... 9

II.4.1 Frame ... 9

II.4.2 Motor Brushless ... 12

II.4.3 Propeller ... 14

(4)

II.4.5 Baterai ... 18

II.4.6 IMU (Inertial Measurement Unit) ... 19

II.4.7 Flight Controller ... 20

II.4.7.1 MultiWii SE V2.0 ... 22

II.4.7.2 ArduPilot Mega ... 23

II.4.8 GPS (Global Positioning System) ... 25

II.4.8.1 Spesifikasi GPS ... 27

II.5 Kontrol PID Sistem ... 30

II.5.1 Aksi Kontrol Proporsional ... 31

II.5.2 Aksi Kontrol Integral... 32

II.5.3 Aksi Kontrol Derivatif... 33

II.5.4 Aksi Kontrol Proporsional Integral ... 34

II.5.5 Aksi Kontrol Proporsional Derivatif ... 35

II.5.6 Aksi Kontrol Proporsional Integral Derivatif ... 35

II.6 Metode Pendekatan Eksperimental ... 36

II.6.1 Metode Pertama Ziegler Nichols ... 37

II.6.2 Metode Kedua Ziegler Nichols ... 38

II.6.3 Metode Trial and Error ... 40

II.7 Kinerja Sistem Kontrol Pada Quadcopter ... 40

II.7.1 Accelerometer ... 40

II.7.2 Gyroscope ... 41

II.7.3 Magnetometer ... 44

II.8 Cascaded Control ... 46

BABIII PERANCANGAN DAN REALISASI III.1 Perancangan Sistem Quadcopter ... 48

III.1.1 Perancangan Sistem Mekanika Quadcopter ... 49

III.1.2 Perancangan Sistem Elektronika Quadcopter ... 54

III.1.2.1 Motor Brushless, ESC, dan Propeller ... 55

III.1.2.2 Baterai ... 57

(5)

III.1.2.4 Modul GPS Receiver ... 61

III.1.3 Perancangan Algoritma Quadcopter ... 64

III.2 Realisasi Quadcopter ... 68

III.3 Tuning PID ... 71

III.3.1 Rate PID dan stabilize PID ... 72

III.3.2 Tuning PID sumbu roll ... 75

III.3.2.1 Tuning P ... 75

III.3.2.2 Tuning I ... 81

III.3.2.3 Tuning D ... 89

III.3.2.4 Tuning stabilize P... 95

III.3.3 Tuning PID sumbu pitch ... 97

III.3.3.1 Tuning P ... 97

III.3.3.2 Tuning I ... 103

III.3.3.3 Tuning D ... 109

III.3.3.4 Tuning stabilize P... 115

BABIV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA IV.1 Pengamatan Kecepatan Motor Brushless saat take off ... 118

IV.2 Pengamatan Ketinggian ... 120

IV.3 Position Hold ... 121

IV.4 Analisa Percobaan Position Hold ... 123

BABV KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan ... 133

V.2 Saran ... 133

DAFTAR PUSTAKA ... 134

(6)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Desain DeBothezats ... 5

Gambar 2.2 Quadcopter sederhana ... 7

Gambar 2.3 Konfigurasi + dan X ... 8

Gambar 2.4 Carbon fiber tube ... 10

Gambar 2.5 Aluminiun center plate dan lengan quadcopter ... 10

Gambar 2.6 Antivibration fasteners ... 11

Gambar 2.7 Peredam pada motor bracket ... 11

Gambar 2.8 Peredam pada center plate ... 12

Gambar 2.9 Quadcopter dari bahan kayu ... 12

Gambar 2.10 Bagian dalam motor brushless ... 13

Gambar 2.11 Pitch pada propeller ... 15

Gambar 2.12 Perbandingan pitch besar dan kecil ... 15

Gambar 2.13 Rangkaian dalam ESC ... 18

Gambar 2.14 Zippy Flightmax 5000mAh 3S 20C ... 19

Gambar 2.15 DJI Naza M V.2 ... 21

Gambar 2.16 DJI Wookong M ... 21

Gambar 2.17 MultiWii SE V2.0 ... 23

Gambar 2.18 ArduPilot Mega 2.5 ... 24

Gambar 2.19 Sistem navigasi GPS ... 27

Gambar 2.20 Perbedaan akurasi dan presisi ... 28

Gambar 2.21 Perbedaan update rate 10Hz dan 1Hz ... 30

Gambar 2.22 Diagram blok sistem close loop ... 30

Gambar 2.23 Diagram blok kontrol proporsional ... 31

Gambar 2.24 Diagram blok kontrol integral ... 32

Gambar 2.25 Diagram blok kontrol derivatif ... 33

Gambar 2.26 Diagram blok kontrol PI ... 34

Gambar 2.27 Diagram blok kontrol PD ... 35

Gambar 2.28 Diagram blok kontrol PID ... 36

(7)

vii

Gambar 2.30 Respon Tangga Satuan Sebuah Sistem ... 37

Gambar 2.31 Kurva respon berbentuk S ... 38

Gambar 2.32 Sistem loop tertutup dengan alat proporsional ... 39

Gambar 2.33 Osilasi berkesinambungan dari periode Pu ... 39

Gambar 2.34 Gyroscope... 42

Gambar 2.35 Output gyroscope ketika berotasi ... 43

Gambar 2.36 Output gyroscope ketika diam... 43

Gambar 2.37 Klasifikasi sensor medan magnet ... 45

Gambar 2.38 Diagram blok cascaded control secara umum ... 46

Gambar 2.39 Diagram blok sistem yang menggunakan cascaded control ... 46

Gambar 2.40 Penyederhanaan diagram blok cascaded control ... 47

Gambar 3.1 Diagram sistem quadcopter ... 49

Gambar 3.2 Center Plate... 51

Gambar 3.3 Lengan batang aluminium kotak ... 51

Gambar 3.4 Motor mouting ... 52

Gambar 3.5 Flight controller plate ... 52

Gambar 3.6 ESC plate... 52

Gambar 3.7 Landing skid ... 53

Gambar 3.8 GPS mounting ... 53

Gambar 3.9 Desain mekanika quadcopter ... 54

Gambar 3.10 Motor brushless AX-2810Q 750KV ... 55

Gambar 3.11 Propeller 12x4,5... 56

Gambar 3.12 ESC Turnigy Plush 40A ... 57

Gambar 3.13 Baterai LiPo Zippy Flightmax 5000mAh 3S 20C ... 59

Gambar 3.14 Arduflyer tampak depan ... 60

Gambar 3.15 Arduflyer tampak belakang ... 60

Gambar 3.16 u-Blox CN-06 GPS Receiver V.2 ... 62

Gambar 3.17 Koneksi sistem elektronika quadcopter ... 63

Gambar 3.18 Sistem close loop pada quadcopter ... 64

Gambar 3.19 Inner dan outer loop ... 65

(8)

viii

Gambar 3.21 Quadcopter tampak depan ... 69

Gambar 3.22 Quadcopter tampak belakang... 69

Gambar 3.23 Quadcopter tampak kanan ... 69

Gambar 3.24 Quadcopter tampak kiri ... 70

Gambar 3.25 Quadcopter tampak atas ... 70

Gambar 3.26 Koneksi quadcopter dengan Mission Planner ... 70

Gambar 3.27 Koneksi flight controller ... 71

Gambar 3.28 Tampilan komponen PID pada Mission Planner... 72

Gambar 3.29 Diagram blok rate dan stabilize PID ... 73

Gambar 3.30 Alat tuning PID dua dimensi ... 73

Gambar 3.31 Alat tuning PID tiga dimensi ... 74

Gambar 3.32 Realisasi alat tuning PID ... 74

Gambar 3.33 Grafik respon sumbu roll percobaan-1 tuning P (throttle 30%) ... 76

Gambar 3.34 Grafik respon sumbu roll percobaan-1 tuning P (throttle 50%) ... 76

Gambar 3.35 Grafik respon sumbu roll percobaan-2 tuning P (throttle 30%) ... 77

Gambar 3.36 Grafik respon sumbu roll percobaan-2 tuning P (throttle 50%) ... 77

Gambar 3.37 Grafik respon sumbu roll percobaan-3 tuning P (throttle 30%) ... 78

Gambar 3.38 Grafik respon sumbu roll percobaan-3 tuning P (throttle 50%) ... 78

Gambar 3.39 Grafik respon sumbu roll percobaan-4 tuning P (throttle 30%) ... 79

Gambar 3.40 Grafik respon sumbu roll percobaan-4 tuning P (throttle 50%) ... 79

Gambar 3.41 Grafik respon sumbu roll percobaan-5 tuning P (throttle 30%) ... 80

Gambar 3.42 Grafik respon sumbu roll percobaan-5 tuning P (throttle 50%) ... 80

Gambar 3.43 Grafik respon sumbu roll percobaan-1 tuning I (throttle 30%) ... 81

Gambar 3.44 Grafik respon sumbu roll percobaan-1 tuning I (throttle 50%) ... 82

Gambar 3.45 Grafik respon sumbu roll percobaan-2 tuning I (throttle 30%) ... 83

Gambar 3.46 Grafik respon sumbu roll percobaan-2 tuning I (throttle 50%) ... 83

Gambar 3.47 Grafik respon sumbu roll percobaan-3 tuning I (throttle 30%) ... 84

Gambar 3.48 Grafik respon sumbu roll percobaan-3 tuning I (throttle 50%) ... 84

Gambar 3.49 Grafik respon sumbu roll percobaan-4 tuning I (throttle 30%) ... 85

Gambar 3.50 Grafik respon sumbu roll percobaan-4 tuning I (throttle 50%) ... 85

(9)

Gambar 3.52 Grafik respon sumbu roll percobaan-5 tuning I (throttle 50%) ... 87

Gambar 3.53 Grafik respon sumbu roll percobaan-6 tuning I (throttle 30%) ... 88

Gambar 3.54 Grafik respon sumbu roll percobaan-6 tuning I (throttle 50%) ... 88

Gambar 3.55 Grafik respon sumbu roll percobaan-1 tuning D (throttle 30%) ... 89

Gambar 3.56 Grafik respon sumbu roll percobaan-1 tuning D (throttle 50%) ... 90

Gambar 3.57 Grafik respon sumbu roll percobaan-2 tuning D (throttle 30%) ... 91

Gambar 3.58 Grafik respon sumbu roll percobaan-2 tuning D (throttle 50%) ... 91

Gambar 3.59 Grafik respon sumbu roll percobaan-3 tuning D (throttle 30%) ... 92

Gambar 3.60 Grafik respon sumbu roll percobaan-3 tuning D (throttle 50%) ... 92

Gambar 3.61 Grafik respon sumbu roll percobaan-4 tuning D (throttle 30%) ... 93

Gambar 3.62 Grafik respon sumbu roll percobaan-4 tuning D (throttle 50%) ... 93

Gambar 3.63 Grafik respon sumbu roll percobaan-5 tuning D (throttle 30%) ... 94

Gambar 3.64 Grafik respon sumbu roll percobaan-5 tuning D (throttle 50%) ... 94

Gambar 3.65 Grafik respon sumbu roll percobaan-1 tuning stabilize P (throttle 50%) ... 95

Gambar 3.66 Grafik respon sumbu roll percobaan-2 tuning stabilize P (throttle 50%) ... 96

Gambar 3.67 Grafik respon sumbu pitch percobaan-1 tuning P (throttle 30%) ... 97

Gambar 3.68 Grafik respon sumbu pitch percobaan-1 tuning P (throttle 50%) ... 97

Gambar 3.69 Grafik respon sumbu pitch percobaan-2 tuning P (throttle 30%) ... 98

Gambar 3.70 Grafik respon sumbu pitch percobaan-2 tuning P (throttle 50%) ... 99

Gambar 3.71 Grafik respon sumbu pitch percobaan-3 tuning P (throttle 30%) ... 100

Gambar 3.72 Grafik respon sumbu pitch percobaan-3 tuning P (throttle 50%) ... 100

Gambar 3.73 Grafik respon sumbu pitch percobaan-4 tuning P (throttle 30%) ... 101

(10)

Gambar 3.74 Grafik respon sumbu pitch percobaan-4 tuning P

(throttle 50%) ... 101 Gambar 3.75 Grafik respon sumbu pitch percobaan-5 tuning P

(throttle 30%) ... 102 Gambar 3.76 Grafik respon sumbu pitch percobaan-5 tuning P

(throttle 50%) ... 102 Gambar 3.77 Grafik respon sumbu pitch percobaan-1 tuning I

(throttle 30%) ... 103 Gambar 3.78 Grafik respon sumbu pitch percobaan-1 tuning I

(throttle 50%) ... 103 Gambar 3.79 Grafik respon sumbu pitch percobaan-2 tuning I

(throttle 30%) ... 104 Gambar 3.80 Grafik respon sumbu pitch percobaan-2 tuning I

(throttle 50%) ... 104 Gambar 3.81 Grafik respon sumbu pitch percobaan-3 tuning I

(throttle 30%) ... 105 Gambar 3.82 Grafik respon sumbu pitch percobaan-3 tuning I

(throttle 50%) ... 105 Gambar 3.83 Grafik respon sumbu pitch percobaan-4 tuning I

(throttle 30%) ... 106 Gambar 3.84 Grafik respon sumbu pitch percobaan-4 tuning I

(throttle 50%) ... 106 Gambar 3.85 Grafik respon sumbu pitch percobaan-5 tuning I

(throttle 30%) ... 107 Gambar 3.86 Grafik respon sumbu pitch percobaan-5 tuning I

(throttle 50%) ... 107 Gambar 3.87 Grafik respon sumbu pitch percobaan-6 tuning I

(throttle 30%) ... 108 Gambar 3.88 Grafik respon sumbu pitch percobaan-6 tuning I

(11)

Gambar 3.89 Grafik respon sumbu pitch percobaan-1 tuning D

(throttle 30%) ... 109

Gambar 3.90 Grafik respon sumbu pitch percobaan-1 tuning D (throttle 50%) ... 110

Gambar 3.91 Grafik respon sumbu pitch percobaan-2 tuning D (throttle 30%) ... 111

Gambar 3.92 Grafik respon sumbu pitch percobaan-2 tuning D (throttle 50%) ... 111

Gambar 3.93 Grafik respon sumbu pitch percobaan-3 tuning D (throttle 30%) ... 112

Gambar 3.94 Grafik respon sumbu pitch percobaan-3 tuning D (throttle 50%) ... 112

Gambar 3.95 Grafik respon sumbu pitch percobaan-4 tuning D (throttle 30%) ... 113

Gambar 3.96 Grafik respon sumbu pitch percobaan-4 tuning D (throttle 50%) ... 113

Gambar 3.97 Grafik respon sumbu pitch percobaan-5 tuning D (throttle 30%) ... 114

Gambar 3.98 Grafik respon sumbu pitch percobaan-5 tuning D (throttle 50%) ... 114

Gambar 3.99 Grafik respon sumbu pitch percobaan-1 tuning stabilize P (throttle 50%)... ... 116

Gambar 3.100 Grafik respon sumbu pitch percobaan-2 tuning stabilize P (throttle 50%)... ... 116

Gambar 4.1 G.T Power RC Tachometer ... 118

Gambar 4.2 Pengambilan data kecepatan motor 4 ... 119

Gambar 4.3 Position hold mode ... 122

Gambar 4.4 Lintasan terbang position hold percobaan-1 ... 125

Gambar 4.5 Ketinggian terbang position hold percobaan-1 ... 126

Gambar 4.6 Perhitungan CEP position hold ke-1 menggunakan DNRGPS ... 126

(12)

xii

Gambar 4.7 Lintasan terbang position hold percobaan-2 ... 128 Gambar 4.8 Ketinggian terbang position hold percobaan-2 ... 128 Gambar 4.9 Perhitungan CEP position hold ke-2 menggunakan

DNRGPS ... 129 Gambar 4.10 Lintasan terbang position hold percobaan-3 ... 130 Gambar 4.11 Ketinggian terbang position hold percobaan-3 ... 131 Gambar 4.12 Perhitungan CEP position hold ke-3 menggunakan

(13)

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Aturan tuning metode pertama Ziegler Nichols ... 38

Tabel 2.2 Aturan tuning metode kedua Ziegler Nichols ... 39

Tabel 2.3 Karakteristik instrumen sensor medan magnet ... 45

Tabel 3.1 Datasheet AX-2810Q 750KV motor brushless ... 56

Tabel 3.2 Hubungan port Arduflyer ke motor, receiver, dan modul GPS ... 61

Tabel 3.3 Tuning P sumbu roll percobaan-1 ... 75

Tabel 3.4 Tuning P sumbu roll percobaan-2 ... 77

Tabel 3.5 Tuning P sumbu roll percobaan-3 ... 78

Tabel 3.6 Tuning P sumbu roll percobaan-4 ... 79

Tabel 3.7 Tuning P sumbu roll percobaan-5 ... 80

Tabel 3.8 Tuning I sumbu roll percobaan-1 ... 81

Tabel 3.9 Tuning I sumbu roll percobaan-2 ... 82

Tabel 3.10 Tuning I sumbu roll percobaan-3 ... 84

Tabel 3.11 Tuning I sumbu roll percobaan-4 ... 85

Tabel 3.12 Tuning I sumbu roll percobaan-5 ... 86

Tabel 3.13 Tuning I sumbu roll percobaan-6 ... 87

Tabel 3.14 Tuning D sumbu roll percobaan-1 ... 89

Tabel 3.15 Tuning D sumbu roll percobaan-2 ... 90

Tabel 3.16 Tuning D sumbu roll percobaan-3 ... 92

Tabel 3.17 Tuning D sumbu roll percobaan-4 ... 93

Tabel 3.18 Tuning D sumbu roll percobaan-5 ... 94

Tabel 3.19 Tuning stabilize P sumbu roll percobaan-1 ... 95

Tabel 3.20 Tuning stabilize P sumbu roll percobaan-2 ... 96

Tabel 3.21 Tuning P sumbu pitch percobaan-1 ... 97

Tabel 3.22 Tuning P sumbu pitch percobaan-2 ... 98

Tabel 3.23 Tuning P sumbu pitch percobaan-3 ... 99

Tabel 3.24 Tuning P sumbu pitch percobaan-4 ... 100

Tabel 3.25 Tuning P sumbu pitch percobaan-5 ... 101

(14)

xiv

Tabel 3.27 Tuning I sumbu pitch percobaan-2... 104

Tabel 3.28 Tuning I sumbu pitch percobaan-3... 105

Tabel 3.29 Tuning I sumbu pitch percobaan-4... 106

Tabel 3.30 Tuning I sumbu pitch percobaan-5... 107

Tabel 3.31 Tuning I sumbu pitch percobaan-6... 108

Tabel 3.32 Tuning D sumbu pitch percobaan-1 ... 109

Tabel 3.33 Tuning D sumbu pitch percobaan-2 ... 110

Tabel 3.34 Tuning D sumbu pitch percobaan-3 ... 112

Tabel 3.35 Tuning D sumbu pitch percobaan-4 ... 113

Tabel 3.36 Tuning D sumbu pitch percobaan-5 ... 114

Tabel 3.37 Tuning stabilize P sumbu pitch percobaan-1 ... 115

Tabel 3.38 Tuning stabilize P sumbu pitch percobaan-2 ... 116

Tabel 4.1 Kecepatan motor saat take off ... 119

Tabel 4.2 Ketinggian quadcopter ... 121

Tabel 4.3 Nilai PID position hold-1 ... 124

Tabel 4.5 Nilai PID position hold-2 ... 127

(15)

DAFTAR PERSAMAAN

Halaman

Persamaan (2.1) Arus maksimum yang dihasilkan baterai ... 19

Persamaan (2.2) Aksi kontrol proporsional ... 31

Persamaan (2.3) Aksi kontrol proporsional dalam Laplace ... 31

Persamaan (2.4) Aksi kontrol integral ... 32

Persamaan (2.5) Aksi kontrol integral ... 32

Persamaan (2.6) Fungsi alih kontroler integral ... 32

Persamaan (2.7) Aksi kontrol derivatif ... 33

Persamaan (2.8) Aksi kontrol proporsional integral ... 34

Persamaan (2.9) Fungsi alih kontroler proporsional integral ... 34

Persamaan (2.10) Aksi kontrol proporsional derivatif ... 35

Persamaan (2.11) Fungsi alih kontroler proporsional derivatif ... 35

Persamaan (2.12) Aksi kontrol proporsional integral derivatif ... 36

Persamaan (2.13) Fungsi alih kontroler proporsional integral derivatif ... 36

Persamaan (3.1) Arus motor ... 57

Persamaan (3.2) Flight time ... 48

Persamaan (4.1) Persentase error ketinggian... 121

Persamaan (4.2) CEP (Circular Error Probability) ... 124

Persamaan (4.3) Variansi ... 124

(16)

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 LATAR BELAKANG

Sekarang ini teknologi sistem UAV (Unmanned Aerial Vehicle) banyak dikembangkan banyak pihak menggunakan heli multirotor. Lazimnya multirotor

yang digunakan yaitu quadcopter, hexacopter dan octocopter.

Penggunaan UAV saat ini sangat dibutuhkan baik untuk keperluan militer maupun sipil misalnya untuk pencarian dan penyelamatan korban bencana alam serta penginderaan jarak jauh seperti monitoring hutan, monitoring lalu lintas dan keperluan monitoring daerah perbatasan.

UAV dapat digunakan untuk pekerjaan yang berbahaya sekalipun seperti memata-matai musuh pada saat perang atau menjangkau daerah yang cukup berbahaya untuk misi penyelamatan. Oleh karena itu penggunaan UAV lebih banyak digunakan oleh departemen pertahanan dalam melakukan pengawasan wilayah. Bahkan UAV dapat digunakan untuk kepentingan komersil seperti aerial filming dan photography.

Oleh karena itu, diperlukan UAV yang mampu terbang dengan stabil dan dilengkapi dengan fitur position hold. Fitur ini berfungsi untuk bisa mengunci posisi di lokasi tertentu yang diinginkan.

I.2 IDENTIFIKASI MASALAH

Diperlukan sebuah UAV yang mampu terbang dengan stabil, mudah dikendalikan dan dilengkapi fitur position hold untuk bisa mengunci posisi di lokasi yang diinginkan menggunakan GPS, sehingga dapat melakukan aerial

(17)

Bab I Pendahuluan 2

Universitas Kristen Maranatha I.3 PERUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana merealisasikan wahana quadcopter yang dapat terbang dengan stabil?

2. Bagaimana merealisasikan fitur position hold pada wahana

quadcopter?

I.4 TUJUAN

Merealisasikan sebuah wahana quadcopter yang mampu terbang dengan stabil dan dapat position hold dengan menggunakan bantuan modul GPS.

I.5 PEMBATASAN MASALAH

Dalam realisasi wahana quadcopter pada tugas akhir ini, hal-hal yang akan dibahas meliputi:

1. Quadcopter dapat terbang lalu mengunci posisi saat fitur GPS position

hold diaktifkan.

2. Take off menggunakan remote control dengan frekuensi 2,4 GHz.

3. Jangkauan terbang sampai 500 meter. 4. Toleransi position hold 2,5 meter.

5. Tuning PID menggunakan metode trial and error.

6. Jumlah posisi yang dapat hold sebanyak satu posisi.

I.6 SPESIFIKASI ALAT

Spesifikasi alat dan bahan yang digunakan untuk realiasai quadcopter

adalah sebagai berikut:

1. Wahana adalah multirotor yang memiliki empat buah motor penggerak sehingga disebut dengan quadcopter.

2. Flight controller yang digunakan adalah Arduflyer 2.5.2.

3. Main frame wahana terbuat dari plat aluminium tebal 2mm.

4. Lengan-lengan wahana terbuat dari aluminium kotak 17x17mm.

(18)

Bab I Pendahuluan 3

Universitas Kristen Maranatha 6. Empat buah motor brushless 750 kv dan propeller 12x4.5 digunakan

sebagai penggerak utama wahana ini.

7. Pengatur kecepatan dari masing-masing motor adalah ESC (Electronic

Speed Controller) Turnigy Plush 40A.

8. Satu buah baterai LiPo (Lithium Polymer) 3s 5000mAh 20C digunakan sebagai sumber elektrik dari wahana ini.

9. Modul GPS Ublox CN-06 sebagai sistem penentuan titik koordinat wahana saat melakukan position hold.

10.Turnigy 9x V.2 Mode 2 digunakan sebagai radio control untuk menggendalikan quadcopter.

I.7 SISTEMATIKA PENULISAN

Sistematika penulisan laporan tugas akhir ini disusun menjadi beberapa bab sebagai berikut:

 BAB I PENDAHULUAN

Dalam bab ini dibahas mengenai permasalahan yang melatarbelakangi laporan tugas akhir ini, selain itu juga terdapat identifikasi, perumusan, tujuan, pembatasan masalah, spesifikasi alat yang digunakan dalam realisasi wahana quadcopter dan sistematika penulisan.

 BAB II TEORI PENUNJANG

Dalam bab ini akan dibahas mengenai landasan teori mengenai sejarah

quadcopter, konfigurasi quadcopter, komponen-komponen pada

quadcopter, jenis-jenis flight controller berikut perbedaannya, dan

modul GPS.

 BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI

Dalam bab ini akan dibahas mengenai perancangan sistem mekanika dan elektronika, perancangan algoritma, pemilihan komponen-komponen yang digunakan, realisasi wahana terbang dan tuning PID.

(19)

Bab I Pendahuluan 4

Universitas Kristen Maranatha  BAB IV ANALISA DAN DATA PENGAMATAN

Dalam bab ini akan dibahas hasil pengujian RPM pada motor saat

take-off, pengamatan pembacaan altitude, position hold dan analisa dari hasil percobaan.

 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini akan diuraikan kesimpulan mengenai hal-hal yang telah dibahas pada bab sebelumnya dan saran yang dapat dipertimbangkan mengenai pembahasan sebelumnya untuk pengembangan lebih lanjut.

(20)

133 Universitas Kristen Maranatha

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan

Pada tugas akhir ini telah berhasil direalisasikan sebuah quadcopter yang mampu terbang dengan stabil dan melakukan position hold. Quadcopter mampu terbang dengan stabil pada nilai roll rate_P=0,15 ; rate_I=0,15 ; rate_D=0,005 ; stabilize P=5 dan nilai pitch rate_P=0,15 ; rate_I=0,12 ; rate_D=0,002 ; stabilize P=4,5. Pada nilai-nilai roll dan pitch ini dapat dilihat respon quadcopter yang sudah baik karena dapat dilihat dari respon quadcopter, yaitu respon yang cepat untuk mencapai set point, tidak terjadi overshoot dan osilasi.

Quadcopter mampu terbang dengan stabil lalu melakukan position hold. Fitur

position hold bekerja saat switch Flight Mode pada radio control diaktifkan dan secara otomatis set point koordinat dan ketinggian didapatkan. Quadcopter sudah mampu mempertahankan posisi dan ketinggian. Penyimpangan posisi yang terjadi sangat kecil dalam orde sentimeter, yaitu paling jauh 59,103 sentimeter dari set point

koordinat. Ketinggian quadcopter menyimpang hanya setinggi 44 sentimeter dari set point ketinggian.

V.2. Saran

Pada penelitian quadcopter selanjutnya disarankan dikembangkan quadcopter

dengan full autonomous system, yaitu quadcopter mampu menjalankan seluruh misi secara otomatis tanpa dikendalikan lagi oleh manusia mulai dari auto take-off,

waypoint system, return to launch, dan auto landing. Pengembangan ini juga

bertujuan sebagai persiapan untuk menghadapi tantangan pada Kontes Robot Terbang Indonesia 2014 yang mengharuskan wahana full autonomous system.

(21)

134 Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR PUSTAKA

1. Ardupilot. Arducopter. (online),

(http://ardupilot.com, diakses 8 November 2013).

2. Avionika Elektronika Pesawat.2011. Instrumen Dasar Pesawat Terbang Bagian 2. (online),

(http://avionika01.wordpress.com/2011/05/29/instrument-dasar-di-pesawat-bagian2/, diakses 19 Februari 2014).

3. Azzumar, Muhammad. 2012. Pemodelan dan Simulasi Brushless DC Motor

Kecil Untuk Aplikasi Aktuator Sirip Roket. Depok: Universitas Indonesia.

4. Basta, Peter. 2012. Quad Copter Flight. California: California State University Northridge.

5. Büchi, Roland. 2011. Fascination Quadrocopter. (online),

(http://books.google.co.id/books?id=Gu2__e6c3G0C&printsec=frontcover&hl =id#v=onepage&q&f=false, diakses 5 Novemver 2013).

6. DJI Inovations. Flight Controllers (online), (http://www.dji.com, diakses 8 November 2013).

7. Earth Measurement. GPS Accruracy and Limitations. (online),

(http://earthmeasurement.com/GPS_accuracy.html, diakses 12 November 2013).

8. Elektronika Dasar. 2012. Sensor Accelerometer. (online),

(http://elektronika-dasar.web.id/komponen/sensor-tranducer/sensor-accelerometer-mma7260q/, diakses 19 Februari 2014).

9. Elektro-Kontrol. 2011. Fusion Sensor Accelerometer dan Gyroscope

Menggunakan Algoritma Complementary Filter. (online),

(http://elektro-kontrol.blogspot.com/2011/10/fusion-sensor-accelerometerdan.html, diakses 19 Februari 2014).

10.Furuno. Positioning at 10Hz update rate. (online)

(http://www.furuno.com/en/business_product/gps/technical/tec_5hz.html, diakses 12 November 2013).

(22)

135

Universitas Kristen Maranatha 11.Garmin. What is GPS?. (online),

(http://www8.garmin.com/aboutGPS, diakses 12 November 2013). 12.Instructables. RC-Quadrotor-Helicopter. (online),

(http://www.instructables.com/id/RC-Quadrotor-Helicopter/, diakses 5 November 2013).

13.Jacob, J. Michael. 1989. Industrial Control Electronics – Application and

Design. United State of America: Prentice Hall.

14.Jespersen, Thomas. 2012. Quadcopters – How to Get Started. (online),

(http://blog.tkjelectronics.dk/2012/03/quadcopters-how-to-get-started/, diakses 5 November 2013).

15.Liang, Oscar, 2013. Build A Quadcopter From Scratch – Hardware

Overview.(online),

(http://blog.oscarliang.net/build-a-quadcopter-beginners-tutorial-1, diakses 5 November 2013).

16.Novatel. 2003. GPS Position Accuracy Measures. Canada.

17.Ogata, Katsuhiko. 1996. Teknik Kontrol Automatik Jilid 1. Jakarta: Erlangga. 18.Ogata, Katsuhiko. 1996. Teknik Kontrol Automatik Jilid 2. Jakarta: Erlangga. 19.Purnomo, Didik Setyo. Navigation and Control System of Quadrotor

Helicopter. Surabaya: Politeknik Elektronika Surabaya.

20.Santoso, Agus. 2013. Realisasi Quadcopter sebagai Wahana Pengidentifikasi

Objek Berdasarkan IARC 2012. Bandung: Universitas Kristen Maranatha.

21.Techincal Adventures. 2012. QuadCopter Stabilization & Control System “X & Plus Configuration”. (online),

(http://technicaladventure.blogspot.com/2012/09/quadcopter-stabilization-control-system.html, diakses 5 November 2013).

22.U-Blox. U-blox 6 ReceiverDescription. (online),

(http://www.u-blox.com/images/downloads/Product_Docs/u-blox6_ReceiverDescriptionProtocolSpec_(GPS.G6-SW-10018).pdf, diakses 12 November 2013).

(23)

136

Universitas Kristen Maranatha (http://asro.wordpress.com/2008/06/19/process-control-2-cascade-control/, diakses 19 Februari 2014).

24.Yusuf, Erwin. 2012. Pengukuran & Instrumentasi Pada Sistem Tenaga

(1)

Bab I Pendahuluan 3

Universitas Kristen Maranatha

6. Empat buah motor brushless 750 kv dan propeller 12x4.5 digunakan sebagai penggerak utama wahana ini.

7. Pengatur kecepatan dari masing-masing motor adalah ESC (Electronic Speed Controller) Turnigy Plush 40A.

8. Satu buah baterai LiPo (Lithium Polymer) 3s 5000mAh 20C digunakan sebagai sumber elektrik dari wahana ini.

9. Modul GPS Ublox CN-06 sebagai sistem penentuan titik koordinat wahana saat melakukan position hold.

10.Turnigy 9x V.2 Mode 2 digunakan sebagai radio control untuk menggendalikan quadcopter.

I.7 SISTEMATIKA PENULISAN

Sistematika penulisan laporan tugas akhir ini disusun menjadi beberapa bab sebagai berikut:

 BAB I PENDAHULUAN

 BAB II TEORI PENUNJANG

Dalam bab ini akan dibahas mengenai landasan teori mengenai sejarah quadcopter, konfigurasi quadcopter, komponen-komponen pada quadcopter, jenis-jenis flight controller berikut perbedaannya, dan modul GPS.

 BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI

Dalam bab ini akan dibahas mengenai perancangan sistem mekanika dan elektronika, perancangan algoritma, pemilihan komponen-komponen yang digunakan, realisasi wahana terbang dan tuning PID.

(2)

Universitas Kristen Maranatha

 BAB IV ANALISA DAN DATA PENGAMATAN

Dalam bab ini akan dibahas hasil pengujian RPM pada motor saat take-off, pengamatan pembacaan altitude, position hold dan analisa dari hasil percobaan.

 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini akan diuraikan kesimpulan mengenai hal-hal yang telah dibahas pada bab sebelumnya dan saran yang dapat dipertimbangkan mengenai pembahasan sebelumnya untuk pengembangan lebih lanjut.

(3)

133 Universitas Kristen Maranatha

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan

Pada tugas akhir ini telah berhasil direalisasikan sebuah quadcopter yang mampu terbang dengan stabil dan melakukan position hold. Quadcopter mampu terbang dengan stabil pada nilai roll rate_P=0,15 ; rate_I=0,15 ; rate_D=0,005 ; stabilize P=5 dan nilai pitch rate_P=0,15 ; rate_I=0,12 ; rate_D=0,002 ; stabilize P=4,5. Pada nilai-nilai roll dan pitch ini dapat dilihat respon quadcopter yang sudah baik karena dapat dilihat dari respon quadcopter, yaitu respon yang cepat untuk mencapai set point, tidak terjadi overshoot dan osilasi.

Quadcopter mampu terbang dengan stabil lalu melakukan position hold. Fitur position hold bekerja saat switch Flight Mode pada radio control diaktifkan dan secara otomatis set point koordinat dan ketinggian didapatkan. Quadcopter sudah mampu mempertahankan posisi dan ketinggian. Penyimpangan posisi yang terjadi sangat kecil dalam orde sentimeter, yaitu paling jauh 59,103 sentimeter dari set point koordinat. Ketinggian quadcopter menyimpang hanya setinggi 44 sentimeter dari set point ketinggian.

V.2. Saran

Pada penelitian quadcopter selanjutnya disarankan dikembangkan quadcopter dengan full autonomous system, yaitu quadcopter mampu menjalankan seluruh misi secara otomatis tanpa dikendalikan lagi oleh manusia mulai dari auto take-off, waypoint system, return to launch, dan auto landing. Pengembangan ini juga bertujuan sebagai persiapan untuk menghadapi tantangan pada Kontes Robot Terbang Indonesia 2014 yang mengharuskan wahana full autonomous system.

(4)

134 Universitas Kristen Maranatha

1. Ardupilot. Arducopter. (online),

(http://ardupilot.com, diakses 8 November 2013).

2. Avionika Elektronika Pesawat.2011. Instrumen Dasar Pesawat Terbang Bagian 2. (online),

(http://avionika01.wordpress.com/2011/05/29/instrument-dasar-di-pesawat-bagian2/, diakses 19 Februari 2014).

3. Azzumar, Muhammad. 2012. Pemodelan dan Simulasi Brushless DC Motor Kecil Untuk Aplikasi Aktuator Sirip Roket. Depok: Universitas Indonesia. 4. Basta, Peter. 2012. Quad Copter Flight. California: California State

University Northridge.

5. Büchi, Roland. 2011. Fascination Quadrocopter. (online),

(http://books.google.co.id/books?id=Gu2__e6c3G0C&printsec=frontcover&hl =id#v=onepage&q&f=false, diakses 5 Novemver 2013).

6. DJI Inovations. Flight Controllers (online), (http://www.dji.com, diakses 8 November 2013).

7. Earth Measurement. GPS Accruracy and Limitations. (online),

(http://earthmeasurement.com/GPS_accuracy.html, diakses 12 November 2013).

8. Elektronika Dasar. 2012. Sensor Accelerometer. (online),

(http://elektronika-dasar.web.id/komponen/sensor-tranducer/sensor-accelerometer-mma7260q/, diakses 19 Februari 2014).

9. Elektro-Kontrol. 2011. Fusion Sensor Accelerometer dan Gyroscope Menggunakan Algoritma Complementary Filter. (online),

(http://elektro-kontrol.blogspot.com/2011/10/fusion-sensor-accelerometerdan.html, diakses 19 Februari 2014).

10.Furuno. Positioning at 10Hz update rate. (online)

(http://www.furuno.com/en/business_product/gps/technical/tec_5hz.html, diakses 12 November 2013).

(5)

135

Universitas Kristen Maranatha

11.Garmin. What is GPS?. (online),

(http://www8.garmin.com/aboutGPS, diakses 12 November 2013). 12.Instructables. RC-Quadrotor-Helicopter. (online),

(http://www.instructables.com/id/RC-Quadrotor-Helicopter/, diakses 5 November 2013).

13.Jacob, J. Michael. 1989. Industrial Control Electronics – Application and Design. United State of America: Prentice Hall.

14.Jespersen, Thomas. 2012. Quadcopters – How to Get Started. (online),

(http://blog.tkjelectronics.dk/2012/03/quadcopters-how-to-get-started/, diakses 5 November 2013).

15.Liang, Oscar, 2013. Build A Quadcopter From Scratch – Hardware Overview.(online),

(http://blog.oscarliang.net/build-a-quadcopter-beginners-tutorial-1, diakses 5 November 2013).

16.Novatel. 2003. GPS Position Accuracy Measures. Canada.

17.Ogata, Katsuhiko. 1996. Teknik Kontrol Automatik Jilid 1. Jakarta: Erlangga. 18.Ogata, Katsuhiko. 1996. Teknik Kontrol Automatik Jilid 2. Jakarta: Erlangga. 19.Purnomo, Didik Setyo. Navigation and Control System of Quadrotor

Helicopter. Surabaya: Politeknik Elektronika Surabaya.

20.Santoso, Agus. 2013. Realisasi Quadcopter sebagai Wahana Pengidentifikasi Objek Berdasarkan IARC 2012. Bandung: Universitas Kristen Maranatha. 21.Techincal Adventures. 2012. QuadCopter Stabilization & Control System “X

& Plus Configuration”. (online),

(http://technicaladventure.blogspot.com/2012/09/quadcopter-stabilization-control-system.html, diakses 5 November 2013).

22.U-Blox. U-blox 6 ReceiverDescription. (online),

(http://www.u-blox.com/images/downloads/Product_Docs/u-blox6_ReceiverDescriptionProtocolSpec_(GPS.G6-SW-10018).pdf, diakses 12 November 2013).

(6)

Universitas Kristen Maranatha

(http://asro.wordpress.com/2008/06/19/process-control-2-cascade-control/, diakses 19 Februari 2014).

24.Yusuf, Erwin. 2012. Pengukuran & Instrumentasi Pada Sistem Tenaga EP6071. Bandung: Institut Teknologi Bandung.

Realisasi Wahana Quadcopter dengan Fitur Position Hold Menggunakan Modus GPS - The Realization of the Position Hold Feature on Quadcopter Using GPS Module.