BAB III METODOLOGI PENELITIAN (6)
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah wahana terbang quadcopter dengan desain
spesifikasi mekanik sebagai berikut :
a) Gambar
Gambar 3.1 Bentuk fisik Quadcopter
Spesifikasi perangkat elektronik pada Quadcopter yang akan digunakan
dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1) Frame X525
2) Motor Brushless Racerstar KV(rpm/V) :
Voltage
: 3,7V-7,4V
Load current : 3,1A
3) Propeller ( 6 x 3 x 3V1S)
4) ESC Racerstar MS 35A BLHeLi_S Dshot 600
Cont.Burst : 35A/45A
Weight
: 7g
Size(mm) : 14x27x5,5
5) Raspberry Pi 3 model B sebagai pusat kendali.
6) Sensor HC-SR04 sebagai sensor deteksi jarak.
b) Dimensi
Quadcopter yang akan diteliti memiliki ukuran atau dimensi sebagai berikut
panjang 73cm, lebar 73cm, tinggi 18cm.
c) Bobot
Setelah melakukan proses menimbang, quadcopter memiliki berat atau bobot
3.2 Prosedur Penelitian
Tahapan prosedur yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dijelaskan pada
gambar 3.1.
Studi Literature
Perancangan
System
Perakitan Alat
Pengujian
System
Analisis
Perilaku
System
Penyusunan
Lapoaran Akhir
Gambar 3.1 Prosedur Penelitian
Detail tahapan proposal penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Studi Literatur
Pada tahapan ini akan dilakukan
pengkajian untuk kebutuhan penelitian.
Adapun kajian yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:
a). Kajaian umum tentang wahana terbang quadcopter
b). Raspberry P B+
c). Konsep tentang kerja DC Brushless.
d). Teori tentang mekanisme servo.
e). Sensor HC-SR04 atau sensor ultrasonic.
f). Logika Fuzzy.
2. Perancangan Sistem Kendali Wahana Terbang Quadcopter.
Perancangan Sistem untuk keperluan penelitian ini adalah perancangan sistem
elektrik dan sisitem kendali. Sistem elektrik dirancang untuk mengolah sinyal
masukkan sensor jarak dan sinyal tegangan PWM untuk pengendalian
kecepatan propeler. Sedangakan sistem kendali untuk mengatur pergerakkan
quadcopter
untuk
menghindari
rintangan
dengan
optimal.
Tahapan
perancangan penelitian sistem kendali pada penelitian ini terdapat beberapa
tahapan diantaranya:
a). Menentukan sistem fisik dan spesifikasinya.
b). Mendisan blok diagram sistem.
c). Mengubah dari sistem fisik menjad skematik.
d). Membuat flow chart diagram sesuai dengan skematik.
e). Mengevaluasi blok diagram berdasarkan rangakaian skematik.
f). Menguji kinerja perangakat sistem kendali.
3. Perakitan Wahana Terbang Quadcopter.
Detail perakitan alat yang diperlukan dalam penelitian ini adalah perakitan
alat untuk pembangkit sinyal PWM pada module ESC, perakitan sinyal jarak
pada sensor ultrasonic, rangkaian penggerak motor, sistem mikroprosesor
Raspberry P B+ dan penyalur daya listrik. Selain itu dilakukan perakitan kode
program untuk algoritma menghindari rintangan berbasis fuzzy logic.
4. Pengujian System
Pada tahapan ini dilakukan beberapa proses pengujian sistem. Pengujian
sistem elektronik dilakukan pada pengujian perputaran gerak motor DC,
pembangkitan sinyal PWM di ESC, pengaturan arah gerak putar motor, pulsa
masukan dan keluaran digital pada raspberry, pulsa keluarkan sensor gerak
rotasi dan kesesuaian logika pemrogroman terhadap algoritma PID.
5. Analisis Prilaku Sistem Quadcopter
Pada tahapan ini mengacu pada keberhasilan sistem kendali dalam mengatur
prilaku bergerak maju, mundur, belok kanan maupun belok kiri. Quadcopter
bergerak maju berdasarkan hasil tanggapan sistem kendali, tanggapan waktu
dan peralihan.
6. Penyusunan Laporan Akhir
Penyusunan laporan akhir ini dibuat berdasarkan sistematika penulisan yang
telah ditentukan. Sistematika penulisan yang akan digunakan pada tugas akhir
ini adalah sebagai berikut:
a). Pendahuluan
b). Tinjauan Pustaka
c). Metodelogi Penelitian
d). Pembahasan
e). Saran dan Kesimpulan
f). Daftar Pustaka
g). Lampiran
3.3 Alat Dan Bahan
Alat dan bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Alat yang digunakan untuk menunjang pada penelitian ini adalah :
PC
Solder
Obeng
Software phyton
Wifi Router
2. Bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah;
Frame
Kabel
Motor Brushless
Propeller
ECS ( Electronic Speed Controller )
Battery Lippo
Sensor HR-SC04
Raspberry Pi 3 model B
Power Distribution Board
3.4 Teknik Analisis Data
Analisis sistem kendali menghindari rintangan pada quadcopter penelitian ini
merujuk pada teori sistem kendali (Norman S.Nice, 2011). Menurut Norman S.Nice
analisis merupakan proses menentukan kemampuan suatu sistem. Sedangkan desain
merupakan proses dimana kinerja sistem dapat dibuat sesuai set point. Suatu sistem
harus stabil agar menghasilkan respons transient dan steady state yang tepat. Respon
transien penting karena mempengaruhi kecepatan sistem dan
keakuratan sistem
kontrol. Jika set point sistem respon transient dan steady-state error tidak ditemukan,
kita harus melakukan perubahan parameter atau menambahkan komponen tambahan
untuk memenuhi spesifikasi. Tahapan
yang perlu dibahas dalam analisis sistem
kendali ini terdiri dari beberapa aspek yaitu :
1. Analisis waktu alih
Analisis waktu alih atau tanggapan sistem adalah perubahan perilaku
output, terhadap perubahan sinyal input. re
1) Tanggapan Waktu
Secara garis besar fase penerbangan gerakan longitudinal pada
quadcopter dibagi dalam 3 fase utama, yaitu take off (tinggal landas),
hovering (melayang) , dan landing (pendaratan). Dari ketiga fase proses
tersebut, quadcopter harus mampu bergerak baik dan tepat. Pada proses
ini sangat dibutuhkan untuk menghindari kecelakaan atau benturan
terhadap objek penghalang maupun landasan. Secara umum spesifikasi
kinerja respon waktu dapat dibagi atas dua tahapan pengamatan, yaitu:
A. Respon Transient
Respon transient merupakan spesifikasi respon sistem yang diamati
mulai saat terjadinya perubahan sinyal input external maupun internal
sampai respon masuk dalam keadaan steady state. Tolak ukur yang
digunakan untuk mengukur kualiatas respon transient ini antara lain:
a. Delay Time (Waktu Tunda)
Waktu Tunda merupakan waktu yang diperlukan agar tanggapan
mencapai 50% nilai akhir pertama kali.
a. Rise time (waktu naik)
Waktu naik adalah ukuran waktu yang di ukur mulai dari respon
t= 0 sampai dengan respon memotong sumbu steady state yang
pertama. Besarnya nilai waktu naik dinyatakan pada persamaan
berikut:
c. Peak Time (waktu puncak)
Peak Time merupakan waktu yang dibutuhkan agar tanggapan
mencapai puncak simpangan pertama kali.
d. Settling Time
Settling time merupakan ukuran waktu yang menyatakan respon
telah masuk 5% atau 0,5% dari respon steady state.
B. Respon Steady State
Respon steady state adalah respon sistem yang diamati mulai saat
masuk dalam keadaan steady state sampai waktu tak terbatas.
a. Overshoot
Maksimum (persen) overshoot (Mp) : adalah nilai puncak kurva
tanggapan diukur dari satuan. Apabila nilai akhir keadaan tunak
tanggapannya jauh dari satu, maka biasa digunakan persen overshoot
maksimum
c. Underdamped
underdamped merupakan suatu keadaan output melesat naik untuk
mencapai input kemudian turun dari nilai yang kemudian berhenti
pada kisaran nilai input. Respon ini memiliki efek osilasi
d. Overdamped
Overdamped merupakan suatu keadaan respon yang dapat mencapai
nilai input dengan cepat dan tidak melewati batas input.
e. Criticallydamped
Criticallydamped merupakan suatu keadaan output tidak melewati
nilai input tapi butuh waktu lama untuk mencapai target akhirnya.
Gambar 3.3Tanggapan Peralihan
2. Analisis Galat Keadaan Tunak
Bila keadaan dari keluaran tidak sama dengan masukkannya, berarti
terdapat kesalahan keadaan tunak (steady-state error). Kita dapat
mengambil contoh dari kehidupan sehari-hari, yaitu pada saat proses lift
berhenti disetiap lantai bertingkat. Lift harus mampu untuk berhenti sejajar
pada setiap lantai bertingkat. Dapat dibayangkan jika lift tidak mampu
berhenti sejajar dengan permukaan lantai. Lift yang tidak mampu berhenti
sejajar dengan permukaan lantai, Pintu lift bisa saja tidak dapat terbuka
maksimal.
3. Analisis Kepekaan (sensitivitas )
Analisi kepekaan atau sensitivitas merupakan analisis yang dilakukan
untuk mengetahui akibat dari perubahan sinyal-sinyal eksternal. Dengan
melakukan analisis kepekaan maka akibat yang mungkin terjadi dari
perubahan-perubahan sinyal tersebut dapat diketahui dan diantisipasi.
4. Analisa kestabilan sistem
Analisis kestabilan menurut Routh hurwitz, kestabilan merupakan hal
terpenting dalam sistem kendali linier. Salah satu karakteristik sistem
keluaran sistem kendali yang paling penting adalah kestabilan mutlak, yang
menandai sistem tersebut stabil atau tidak stabil. Sistem berada dalam
kesetimbangan atau keluaran berada dalam keadaan yang tetap walaupun
sistem tiba-tiba diberi adanya gangguan atau masukkan baru. Sistem
kendali dengan parameter konstan akan berubah menjadi tidak stabil, bila
keluara sistem berosilasi secara terus menerus atau membesar tanpa batas
dari kondisi kesetimbanganya manakala dikenali suatu gangguan.
Salah satu penerapannya yaitu menghindari rintangan pada quadcopter.
Pada khasus penalaran menghindari rintangan,
kestabilan sistem
diperlukan untuk menjaga quadcopter teteap stabil pada proses menentukan
arah gerak maju atau mundur. Untuk memudahkan analisis, ada beberapa
sinyal-sinyal uji yaitu;
a. Sinyal Step
Pada proses ini quadcopter dimasukkan sinyal gangguan yang muncul
secara tiba-tiba.
b. Sinyal Ramp
Pada proses ini quadcopter dimasukkan sinyal berubah bertahap terhadap
waktu
c. Sinyal Implus
Pada proses ini quadcopter dimasukkan sinyal sesaat secara tiba-tiba.
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah wahana terbang quadcopter dengan desain
spesifikasi mekanik sebagai berikut :
a) Gambar
Gambar 3.1 Bentuk fisik Quadcopter
Spesifikasi perangkat elektronik pada Quadcopter yang akan digunakan
dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1) Frame X525
2) Motor Brushless Racerstar KV(rpm/V) :
Voltage
: 3,7V-7,4V
Load current : 3,1A
3) Propeller ( 6 x 3 x 3V1S)
4) ESC Racerstar MS 35A BLHeLi_S Dshot 600
Cont.Burst : 35A/45A
Weight
: 7g
Size(mm) : 14x27x5,5
5) Raspberry Pi 3 model B sebagai pusat kendali.
6) Sensor HC-SR04 sebagai sensor deteksi jarak.
b) Dimensi
Quadcopter yang akan diteliti memiliki ukuran atau dimensi sebagai berikut
panjang 73cm, lebar 73cm, tinggi 18cm.
c) Bobot
Setelah melakukan proses menimbang, quadcopter memiliki berat atau bobot
3.2 Prosedur Penelitian
Tahapan prosedur yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dijelaskan pada
gambar 3.1.
Studi Literature
Perancangan
System
Perakitan Alat
Pengujian
System
Analisis
Perilaku
System
Penyusunan
Lapoaran Akhir
Gambar 3.1 Prosedur Penelitian
Detail tahapan proposal penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Studi Literatur
Pada tahapan ini akan dilakukan
pengkajian untuk kebutuhan penelitian.
Adapun kajian yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:
a). Kajaian umum tentang wahana terbang quadcopter
b). Raspberry P B+
c). Konsep tentang kerja DC Brushless.
d). Teori tentang mekanisme servo.
e). Sensor HC-SR04 atau sensor ultrasonic.
f). Logika Fuzzy.
2. Perancangan Sistem Kendali Wahana Terbang Quadcopter.
Perancangan Sistem untuk keperluan penelitian ini adalah perancangan sistem
elektrik dan sisitem kendali. Sistem elektrik dirancang untuk mengolah sinyal
masukkan sensor jarak dan sinyal tegangan PWM untuk pengendalian
kecepatan propeler. Sedangakan sistem kendali untuk mengatur pergerakkan
quadcopter
untuk
menghindari
rintangan
dengan
optimal.
Tahapan
perancangan penelitian sistem kendali pada penelitian ini terdapat beberapa
tahapan diantaranya:
a). Menentukan sistem fisik dan spesifikasinya.
b). Mendisan blok diagram sistem.
c). Mengubah dari sistem fisik menjad skematik.
d). Membuat flow chart diagram sesuai dengan skematik.
e). Mengevaluasi blok diagram berdasarkan rangakaian skematik.
f). Menguji kinerja perangakat sistem kendali.
3. Perakitan Wahana Terbang Quadcopter.
Detail perakitan alat yang diperlukan dalam penelitian ini adalah perakitan
alat untuk pembangkit sinyal PWM pada module ESC, perakitan sinyal jarak
pada sensor ultrasonic, rangkaian penggerak motor, sistem mikroprosesor
Raspberry P B+ dan penyalur daya listrik. Selain itu dilakukan perakitan kode
program untuk algoritma menghindari rintangan berbasis fuzzy logic.
4. Pengujian System
Pada tahapan ini dilakukan beberapa proses pengujian sistem. Pengujian
sistem elektronik dilakukan pada pengujian perputaran gerak motor DC,
pembangkitan sinyal PWM di ESC, pengaturan arah gerak putar motor, pulsa
masukan dan keluaran digital pada raspberry, pulsa keluarkan sensor gerak
rotasi dan kesesuaian logika pemrogroman terhadap algoritma PID.
5. Analisis Prilaku Sistem Quadcopter
Pada tahapan ini mengacu pada keberhasilan sistem kendali dalam mengatur
prilaku bergerak maju, mundur, belok kanan maupun belok kiri. Quadcopter
bergerak maju berdasarkan hasil tanggapan sistem kendali, tanggapan waktu
dan peralihan.
6. Penyusunan Laporan Akhir
Penyusunan laporan akhir ini dibuat berdasarkan sistematika penulisan yang
telah ditentukan. Sistematika penulisan yang akan digunakan pada tugas akhir
ini adalah sebagai berikut:
a). Pendahuluan
b). Tinjauan Pustaka
c). Metodelogi Penelitian
d). Pembahasan
e). Saran dan Kesimpulan
f). Daftar Pustaka
g). Lampiran
3.3 Alat Dan Bahan
Alat dan bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Alat yang digunakan untuk menunjang pada penelitian ini adalah :
PC
Solder
Obeng
Software phyton
Wifi Router
2. Bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah;
Frame
Kabel
Motor Brushless
Propeller
ECS ( Electronic Speed Controller )
Battery Lippo
Sensor HR-SC04
Raspberry Pi 3 model B
Power Distribution Board
3.4 Teknik Analisis Data
Analisis sistem kendali menghindari rintangan pada quadcopter penelitian ini
merujuk pada teori sistem kendali (Norman S.Nice, 2011). Menurut Norman S.Nice
analisis merupakan proses menentukan kemampuan suatu sistem. Sedangkan desain
merupakan proses dimana kinerja sistem dapat dibuat sesuai set point. Suatu sistem
harus stabil agar menghasilkan respons transient dan steady state yang tepat. Respon
transien penting karena mempengaruhi kecepatan sistem dan
keakuratan sistem
kontrol. Jika set point sistem respon transient dan steady-state error tidak ditemukan,
kita harus melakukan perubahan parameter atau menambahkan komponen tambahan
untuk memenuhi spesifikasi. Tahapan
yang perlu dibahas dalam analisis sistem
kendali ini terdiri dari beberapa aspek yaitu :
1. Analisis waktu alih
Analisis waktu alih atau tanggapan sistem adalah perubahan perilaku
output, terhadap perubahan sinyal input. re
1) Tanggapan Waktu
Secara garis besar fase penerbangan gerakan longitudinal pada
quadcopter dibagi dalam 3 fase utama, yaitu take off (tinggal landas),
hovering (melayang) , dan landing (pendaratan). Dari ketiga fase proses
tersebut, quadcopter harus mampu bergerak baik dan tepat. Pada proses
ini sangat dibutuhkan untuk menghindari kecelakaan atau benturan
terhadap objek penghalang maupun landasan. Secara umum spesifikasi
kinerja respon waktu dapat dibagi atas dua tahapan pengamatan, yaitu:
A. Respon Transient
Respon transient merupakan spesifikasi respon sistem yang diamati
mulai saat terjadinya perubahan sinyal input external maupun internal
sampai respon masuk dalam keadaan steady state. Tolak ukur yang
digunakan untuk mengukur kualiatas respon transient ini antara lain:
a. Delay Time (Waktu Tunda)
Waktu Tunda merupakan waktu yang diperlukan agar tanggapan
mencapai 50% nilai akhir pertama kali.
a. Rise time (waktu naik)
Waktu naik adalah ukuran waktu yang di ukur mulai dari respon
t= 0 sampai dengan respon memotong sumbu steady state yang
pertama. Besarnya nilai waktu naik dinyatakan pada persamaan
berikut:
c. Peak Time (waktu puncak)
Peak Time merupakan waktu yang dibutuhkan agar tanggapan
mencapai puncak simpangan pertama kali.
d. Settling Time
Settling time merupakan ukuran waktu yang menyatakan respon
telah masuk 5% atau 0,5% dari respon steady state.
B. Respon Steady State
Respon steady state adalah respon sistem yang diamati mulai saat
masuk dalam keadaan steady state sampai waktu tak terbatas.
a. Overshoot
Maksimum (persen) overshoot (Mp) : adalah nilai puncak kurva
tanggapan diukur dari satuan. Apabila nilai akhir keadaan tunak
tanggapannya jauh dari satu, maka biasa digunakan persen overshoot
maksimum
c. Underdamped
underdamped merupakan suatu keadaan output melesat naik untuk
mencapai input kemudian turun dari nilai yang kemudian berhenti
pada kisaran nilai input. Respon ini memiliki efek osilasi
d. Overdamped
Overdamped merupakan suatu keadaan respon yang dapat mencapai
nilai input dengan cepat dan tidak melewati batas input.
e. Criticallydamped
Criticallydamped merupakan suatu keadaan output tidak melewati
nilai input tapi butuh waktu lama untuk mencapai target akhirnya.
Gambar 3.3Tanggapan Peralihan
2. Analisis Galat Keadaan Tunak
Bila keadaan dari keluaran tidak sama dengan masukkannya, berarti
terdapat kesalahan keadaan tunak (steady-state error). Kita dapat
mengambil contoh dari kehidupan sehari-hari, yaitu pada saat proses lift
berhenti disetiap lantai bertingkat. Lift harus mampu untuk berhenti sejajar
pada setiap lantai bertingkat. Dapat dibayangkan jika lift tidak mampu
berhenti sejajar dengan permukaan lantai. Lift yang tidak mampu berhenti
sejajar dengan permukaan lantai, Pintu lift bisa saja tidak dapat terbuka
maksimal.
3. Analisis Kepekaan (sensitivitas )
Analisi kepekaan atau sensitivitas merupakan analisis yang dilakukan
untuk mengetahui akibat dari perubahan sinyal-sinyal eksternal. Dengan
melakukan analisis kepekaan maka akibat yang mungkin terjadi dari
perubahan-perubahan sinyal tersebut dapat diketahui dan diantisipasi.
4. Analisa kestabilan sistem
Analisis kestabilan menurut Routh hurwitz, kestabilan merupakan hal
terpenting dalam sistem kendali linier. Salah satu karakteristik sistem
keluaran sistem kendali yang paling penting adalah kestabilan mutlak, yang
menandai sistem tersebut stabil atau tidak stabil. Sistem berada dalam
kesetimbangan atau keluaran berada dalam keadaan yang tetap walaupun
sistem tiba-tiba diberi adanya gangguan atau masukkan baru. Sistem
kendali dengan parameter konstan akan berubah menjadi tidak stabil, bila
keluara sistem berosilasi secara terus menerus atau membesar tanpa batas
dari kondisi kesetimbanganya manakala dikenali suatu gangguan.
Salah satu penerapannya yaitu menghindari rintangan pada quadcopter.
Pada khasus penalaran menghindari rintangan,
kestabilan sistem
diperlukan untuk menjaga quadcopter teteap stabil pada proses menentukan
arah gerak maju atau mundur. Untuk memudahkan analisis, ada beberapa
sinyal-sinyal uji yaitu;
a. Sinyal Step
Pada proses ini quadcopter dimasukkan sinyal gangguan yang muncul
secara tiba-tiba.
b. Sinyal Ramp
Pada proses ini quadcopter dimasukkan sinyal berubah bertahap terhadap
waktu
c. Sinyal Implus
Pada proses ini quadcopter dimasukkan sinyal sesaat secara tiba-tiba.