KENDALI SUDUT PADA MODEL HELIKOPTER BERBASIS P D DIGITAL

  

KENDALI SUDUT PADA MODEL

HELIKOPTER BERBASIS P D DIGITAL

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

Program Studi Teknik Elektro

Oleh:

Yustina Novita Puspitawati

  

NIM : 045114034

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2009

  

ii

CONTROL ANGLE OF HELICOPTER

MODELLING BASED ON DIGITAL P D

FINAL PROJECT

  

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Electrical Engineering Study Program

  

By:

Yustina Novita Puspitawati

Student Number: 045114034

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

  

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2009

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

• Yesus Kristus atas nafas yang Kau berikan selama ini.
• Kedua Orang Tua ku (Yustinus Siswanto dan Yovita Murtini) atas kepercayaan yang telah diberikan slama ini.
• Kakak (Veronika Ika Puspita Kusumawati), Adikku (Fredes Winda Oktaviani Puspitaningrum) dan Ponakanku (Ferdinant Vincent Yoga Kusuma Pandya).
• Seseorang yang kukasihi dan mengasihiku.

  vi

      Karya ini ku persembahan kepada :

  Tetaplah Bertahan walaupun keadaan Tertekan,,, Kemarin adalah Sejarah,,,, Besok adalah Misteri,,,

  Hari ini adalah Hadiah,,,  

  

INTISARI

Gerakan – gerakan pada model helikopter remote control yang beredar di

pasaran hanya vertical dan horizontal biasa tanpa pengguna mengetahui berapa

derajat model helikopter tersebut berubah. Untuk mempertahankan sudut yang

diinginkan, pengguna biasanya mempertahankan key pada remote control

tersebut.

  Untuk memudahkan pengguna mengetahui berapa derajat model

helikopter itu berubah dan untuk mempertahankan posisi keadaan tersebut, maka

penulis merancang pemodelan helikopter yang dapat mempertahankan keadaan

sudut yang diinginkan dengan perubahan sudut 15°. Pengaturan gerak horizontal

pada model helikopter ini menggunakan mikrokontroler berbasis algoritma PD

digital. Pengaturan gerakan sudut pada heli berdasarkan atas masukan yang

berasal dari PC, terdapat LCD untuk mengetahui berapa perubahan sudut yang

terjadi.

  Dari hasil pengujian dan analisa alat ini dapat mengendalikan sudut gerak

horizontal helikopter dengan tingkat kesalahan yang tidak terlalu besar, yaitu

kurang dari 5%.

  Kata Kunci : Helikopter, Mikrokontroler Atmega8535, Algoritma PD Digital

viii

  

ABSTRACT

The movements of remote control helicopter in market only vertical and

horizontal without the user know about how many degrees the helicopter model

change. The user usually hold key on the remote control to preserve the degrees

that he wants.

  To make easier the user know how many degrees the model changing and

to hold the position, writer make a helicopter modeling that can hold the wanted

degrees position with change 15°. The arrangement of horizontal movement on

he the helicopter model is use microcontroller based on digital PD algorithm. T

arrangement of angel movements on the helicopter based on input from pc, LCD

to know how many angel change that happen.

  From the result of the experiment, this instrument can controled the horizontal movement elevation of the helicopter with a small error less than 5%. Keywords : Helicopter, Atmega 8535 microcontroller, Digital PD Algorithm

ix  

KATA PENGANTAR

  Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena penyertaan dan

hikmatnya sehingga Penulis dapat menyelesaiakan penulisan karya tugas akhir ini.

  

Penulis berharap agar karya tulis ini dapat berguna bagi perkembangan ilmu

pengetahuan pada bidang kendali elektronika di Universitas Sanata Dharma pada

khususnya dan di Indonesia pada umumnya.

  Tugas akhir ini ditulis untuk memenuhi salah satu syarat dalam

memperoleh gelar sarjana teknik pada program studi Teknik Elektro Universitas

Sanata Dharma. Penulisan ini didasarkan pada hasil-hasil yang penulis peroleh

pada saat perancangan alat, pembuatan alat, sampai pada hasil pengujian alat.

  Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada beberapa pihak yang

telah memberikan banyak bimbingan, bantuan, dan arahan sehingga tulisan ini

dapat terselesaikan, diantaranya :

  1. Tuhan Yesus Kristus, untuk semua perlindungan dan hikmat pengetahuanNya, terutama untuk nafas yang Engkau berikan kepada penulis.

  2. Kedua Orang Tua Penulis (Yustinus Siswanto dan Yovita Murtini), yang tak henti-hentinya memberi didikan sehingga penulis bisa menyelesaikan di bangku kuliah ini.

  3. Kakak dan adik penulis (Ika dan Winda).

  4. Adrianus Suada (Ucox), yang telah memberi cinta dan kasih sayang kepada penulis.

x

  5. Dosen Pembimbing, Ibu B. Wuri Harini, S.T, M.T selaku pembimbing I dan Bapak Ir. Tjendro selaku pembimbing II untuk ide dan kepercayaannya dan yang tak bosan-bosan membimbing penulis hingga dapat berhasil.

  6. Bapak dan Ibu dosen pengajar di Prodi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma untuk bimbingan dan pengajarannya selama penulis menuntut ilmu dan segenap Staf Sekretariat Jurusan Sains dan Teknologi yang membantu dalam bidang administrasi dan akademis.

  7. Teman tim TA, Ni Made Juliartuti dan Sevryadi yang telah membantu dalam keadaan suka maupun duka.

  8. Teman-teman Teknik Elektro angkatan 2004.

  9. Semua pihak yang terlibat yang tidak dapat penulis sebutkan satu

  10 demi satu, terima kasih atas dukungannya.

  Penulis menyadari bahwa tulisan ini masi banyak terdapat kekurangan.

Sehingga keritik dan saran dari berbagai pihak penulis terima untuk perkembagan

selanjutnya. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

  Yogyakarta, 2009 Penulis

xi

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i

  HALAMAN PERSETUJUAN ..................................................................... iii

  HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... iv

  

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................. v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO ......................................... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

  

ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .................................... vii

  

INTISARI ...................................................................................................... viii

ABSTRACT ................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR ................................................................................... x

DAFTAR ISI .................................................................................................. xii

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xv

DAFTAR TABEL ......................................................................................... xviii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1

  

1.1. Judul ...................................................................................................... 1

  

1.2. Latar Belakang ....................................................................................... 1

  

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian .............................................................. 2

  

1.4. Batasan Masalah .................................................................................... 2

  

1.5. Metodologi Penelitian ........................................................................... 3

  

1.6. Sistematika Penulisan ............................................................................ 4

xii

  

BAB II DASAR TEORI ............................................................................... 6

  

2.1. Helikopter .............................................................................................. 6

  

2.1.1. Sejarah singkat helikopter .......................................................... 6

  

2.1.2. Prinsip aerodinamik ................................................................... 6

  

2.1.3. Gaya – gaya yang berkerja pada helicopter saat terbang ........... 14

  

2.1.4. Kesetimbangan dalam membelok .............................................. 15

  

2.1.5. Tail boom (Bagian belakang helikopter) .................................... 16

  2.2. PID Digital (Proportional-Integral-Derivative) ..................................... 17

  2.2.1. Metode Kurva Reaksi ................................................................... 18

  2.2.2. Metode Osilasi .............................................................................. 21

  2.2.3. Definisi Penggolongan Tanggapan Transient .............................. 23

  

2.3. Mikrokontroler ATMega 8535 ............................................................... 24

  2.3.1 ADC (Analog to Digital Converter) ........................................... 28 Hall Effect

  

2.4. Sensor ................................................................................... 30

  

2.5. Potensiometer ........................................................................................ 33

  

2.6. Teori Mekanik ........................................................................................ 35

  

2.5.1. Konversi Gear dan Perbandingan Kecepatan………………..... 35

  

2.5.2. Relay ........................................................................................... 35

  

BAB III PERANCANGAN ......................................................................... 37

  

3.1. Perancangan Plant .................................................................................. 39

  

3.2. Perancangan Set point ........................................................................... 40

  

3.3. Perancangan Sensor ............................................................................... 41

xiii

  

3.4. Perancangan Driver Motor .................................................................... 44

  

3.5. Perancangan Antarmuka Sistem Mikrokontroler ................................... 44

  

3.6. Perhitungan Koefisien PID dan Algoritma Pada Sistem Kendali .......... 47

  

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 51

4.1. Model Helikopter ....................................................................................

  51

  

4.2. Prinsip dan Cara Kerja Alat Keseluruhan ............................................. 52

4.3. Pembahasan Perubahan Perancangan .....................................................

  55

  4.3.1. Potensiometer Sebagai Sensor ...................................................... 55

  4.3.2. Perubahan Nilai Set Point ............................................................. 58

  4.3.3 Perubahan Parameter ..................................................................... 59

  4.3.3.1 Cara Memperoleh Nilai Kp dan Kd .................................. 60

  

4.4. Analisa Perangkat Lunak ........................................................................ 61

  

4.5. Hasil Pengujian Gerakan Sudut .............................................................. 64

  4.5.1. Pengujian Terhadap Panjang Kabel Serial 1,5 Meter ................... 65

  4.5.2. Pengujian Terhadap Panjang Kabel Serial 3 Meter ...................... 67

  4.5.3. Pengujian Terhadap Panjang Kabel Serial 10 Meter .................... 69

  

4.6. Grafik Hasil Pengujian Set Point ............................................................ 70

  

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 76

  

5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 76

  

5.2. Saran ...................................................................................................... 76

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 77

LAMPIRAN ................................................................................................... 78

xiv

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Bidang angkat pesawat sayap tetap dan helikopter dengan airfoilnya ........................................................................ 7Gambar 2.2. Tekanan statik dan tekanan dinamik pada suatu objek ............... 9Gambar 2.3. Tabung venturi ............................................................................ 10Gambar 2.4. Garis arus (streamlines) di dalam tabung venturi ....................... 11Gambar 2.5. Garis arus (streamlines) disekitar airfoil .................................... 11Gambar 2.6. Permukaan atas sayap ................................................................. 12Gambar 2.7 Total tekanan pada permukaan atas sayap dan pada permukaan bawah sayap ................................................................................ 13Gambar 2.8. Tekanan statik dan dinamik ........................................................ 13Gambar 2.9. Tekanan dan aliran udara pada bidang angkat ............................ 14Gambar 2.10. Pola aliran di sekitar airfoil ....................................................... 14Gambar 2.11. Kesetimbangan dalam membelok ............................................. 15Gambar 2.12. Bagian belakang helikopter ....................................................... 17Gambar 2.13. Block diagram sistem dengan feedback .................................... 17Gambar 2.14. Respon tangga satuan (step) sistem........................................... 18Gambar 2.15. Kurva respon berbentuk S ......................................................... 19Gambar 2.16 Sistem loop tertutp dengan alat kontrol roporsional .................. 21Gambar 2.17 Osilasi berkesinambungan dari periode P cr ................................ 22Gambar 2.18. Kurva tanggapan tangga satuan menunjukkan t d , t r , t p , M p , dan t s .......................................................................................... 24

  

xv

Gambar 2.19. Blok Diagram ATMega8535 .................................................... 26Gambar 2.20. Komponen register ADMUX .................................................... 29Gambar 2.21. Komponen register SFIOR ........................................................ 30Gambar 2.22. Hall Effect Sensor ..................................................................... 31Gambar 2.23. Pin out Hall Effect Sensor UGN3503U ................................... 33Gambar 2.24. Blok Diagram Rangkaian Internal UGN3503U ....................... 33Gambar 2.25. Rangkaian pembagi tegangan ................................................... 34Gambar 2.26 Potensiometer ............................................................................ 34Gambar 2.27. Hubungan seri resistansi pada potensiometer ........................... 34Gambar 3.1. Diagram Blok Perancangan Alat Secara Umum ........................ 37Gambar 3.2. Flow Chart secara umum ........................................................... 39Gambar 3.3. Plant yang digunakan ................................................................. 40Gambar 3.4. Diagram alir pengecekan pilihan sudut ...................................... 41Gambar 3.5. Fungsional blok diagram efek hall .............................................. 41Gambar 3.6. Sensor sudut dengan efek hall ..................................................... 42Gambar 3.7. Flow chart pembacaan keluaran sensor yang masuk pada mikro ........................................................................................... 43Gambar 3.8. Rangkaian driver motor............................................................... 44Gambar 3.9. Rangkaian osilator ....................................................................... 45Gambar 3.10. Rangkaian sistem kendali ......................................................... 46Gambar 3.11. Diagram alir proses mikro ........................................................ 46Gambar 3.12. Diagram alir PID Digital .......................................................... 47Gambar 3.13. Grafik Open Loop ……………………..…………………….. 48 xviGambar 4.1. Plant yang digunakan .................................................................. 51Gambar 4.2. Rangkaian mikro ......................................................................... 52Gambar 4.3 (a) Tampilan LCD awal, (b) Tampilan LCD ketinggian dan sudut yang terjadi, (c) Tampilan PC terhadap perubahan ........... 53Gambar 4.4. Perubahan Sudut (a) Set point putar kanan (CW), (b) Set point putar kiri (CCW) ................................................... 54Gambar 4.5. Rangkaian Sensor ...................................................................... 56Gambar 4.6 perubahan tegangan dan posisi yang terjadi pada potensiometer 58Gambar 4.7. Grafik pengujian pada set point 45° ke kanan ........................... 70Gambar 4.8. Grafik hasil pengujain pada set point 90° ke kanan ................... 71Gambar 4.9. Grafik hasil pengujian pada set point 135° ke kanan .................. 72Gambar 4.10. Grafik hasil pengujian pada set point 45° ke kiri ...................... 73Gambar 4.11. Grafik hasil pengujian pada pada set point 90° ke kiri ............. 73Gambar 4.12. Grafik hasil pengujian pada pada set point 135° ke kiri ........... 74 xvii

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Penalaan parameter PID dengan metode kurva reaksi .................... 20Tabel 2.2. Aturan penyetelan Ziegler-Nicols Didasarkan pada penguatan

  cr K dan periode P cr Kritis (metode kedua) ...................................... 22

Tabel 3.1. Karakteristik Ta = +25°C, Vcc = 5 V ............................................. 42Tabel 3.2. Mode operasi osilator kristal ........................................................... 45Tabel 4.1. Tegangan yang dihasilkan sensor ................................................... 56Tabel 4.2 Hubungan sudut - tegangan............................................................. 57Tabel 4.3 Data yang dihasilkan pada gerakan ke kanan dengan menggunakan parameter PID .................................................................................. 59Tabel 4.4. Data yang dihasilkan pada gerakan ke kiri dengan menggunakan parameter PID .................................................................................. 60Tabel 4.5. Data nilai Kp dan Kd dengan asumsi nilai Kp awal 0,4 .................. 60Tabel 4.6. Data yang dihasilkan pada gerakan ke kanan pada panjang kabel serial 1,5 meter ................................................................................ 65Tabel 4.7. Data yang dihasilkan pada gerakan ke kiri pada panjang kabel serial 1,5 meter ................................................................................ 66Tabel 4.8. Data yang dihasilkan pada gerakan ke kanan pada panjang kabel serial 3 meter ................................................................................... 67Tabel 4.9. Data yang dihasilkan pada gerakan ke kiri pada panjang kabel serial 3 meter ................................................................................... 68Tabel 4.10. Data yang dihasilkan pada gerakan ke kanan pada panjang kabel serial 10 meter ................................................................................. 69

  xviii

Tabel 4.11. Data yang dihasilkan pada gerakan ke kanan pada panjang kabel serial 10 meter ................................................................................. 69Tabel 4.12. Data Tp dan Ts dengan set point 45° hingga 135° ke kanan ........ 72Tabel 4.13. Data Tp dan Ts dengan set point 45° hingga 135° ke kiri .............. 74

  

xix

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Judul Kendali Sudut Pada Model Helikopter Berbasis PD Digital

  1.2 Latar Belakang Dewasa ini, perkembangan teknologi sudah sangat pesat. Begitu pula pada

suatu mainan. Saat ini banyak mainan untuk anak – anak yang memiliki peralatan

yang praktis, canggih serta memiliki nilai kegunaan yang tinggi. Salah satu

kecanggihan mainan tersebut yaitu adanya suatu sistem pengendali jarak jauh

pada mainan helikopter.

  Pada penelitian kali ini, untuk pengendalian helikopter digunakan kontrol

PD digital. Program untuk mengendalikan helikopter yang penulis buat

merupakan gerakan sudut pada helikopter.

  Terdapat dua pilihan gerak sudut yang disediakan, yaitu ke kanan dan ke

kiri, yang masing – masing memiliki tiga buah pilihan sudut, yaitu 45˚, 90˚, dan

135˚. Pergerakan sudut ini dapat aktif ketika sudah mencapai ketinggian yang

diinginkan, dalam hal ini terdapat tiga pilihan ketinggian diantaranya 0.5m, 1m,

1.2m. Dalam penulisan ini, yang akan dibahas pengaturan sudut saja.

  

1

  2 Diharapkan alat yang dibuat ini dapat dijadikan salah satu alternatif pilihan dalam banyak proses yang membutuhkan pengendalian jarak jauh tanpa kabel dengan kemampuan pemantauan status beban.

1.3 Tujuan

  Tujuan dari penelitian ini adalah:

  1. Mengaplikasikan pemrograman mikrokontroler 8535 dengan bahasa C untuk mengendalikan gerakan sudut pada model helikopter.

  

2. Dapat menghasilkan Model pengontrol gerak horisontal pada helikopter

dengan pengendali PD digital.

1.4 Manfaat

  Manfaat yang dapat dicapai dari penelitian ini yaitu :

  1. Dapat mengetahui cara helikopter terbang secara umum dan perubahan sudut secara khusus.

  2. Dapat memanfaatkan adanya medan magnet bumi untuk mengetahui arah mata angin dan sudut yang dihasilkan oleh perubahan helikopter.

  3. Dapat mengetahui dan menggunakan program dari mikrokontroler 8535

  

4. Tersedianya program untuk mengendalikan helikopter dengan

mikrokontroler berbasis PD digital.

1.5 Batasan Masalah

  Dalam perancangan alat ini, yang dijadikan pemikiran utama adalah bagaimana mengendalikan gerakan sudut helikopter. Agar permasalahan yang ada

  3

tidak berkembang menjadi lebih luas, maka perlu adanya batasan terhadap

permasalahannya. Batasan permasalahannya adalah sebagai berikut :

  

1. Gerakan yang dibuat adalah gerakan sudut ketika helikopter sudah berada

pada ketinggian yang diinginkan di udara.

  

2. Gerakan sudut yang digunakan adalah kanan (45˚, 90˚, 135˚) dan kiri (45˚,

90˚, 135˚).

  

3. Digunakan sebuah potensiometer untuk mengetahui berapa derajat helikopter

bergerak.

  

4. Proses pengendalian ini dapat dilakukan dengan jarak yang pendek, hal ini

dikarenakan efek dari sensor pemancar dan penerima.

  

5. Proses pengendalian dan pemantauan menggunakan pemrograman

mikrokontroler 8535 dengan basis PD Digital.

1.6 Metodologi Penelitian

  Agar dapat melakukan perancangan alat dengan baik, maka penulis membutuhkan masukan serta referensi yang didapatkan dengan metode :

  

1. Studi kepustakaan yang mencakup literatur-literatur, gambar-gambar dan

manual.

  

2. Mencari informasi dari berbagai media termasuk dari dunia maya (internet)

tentang sensor sudut.

  3. Melakukan dialog secara langsung dengan pembimbing tugas akhir.

  4. Melakukan penelitian, pengambilan data dan pengujian di laboraturium.

  

5. Melakukan kunjungan ke perpustakaan dan toko – toko buku untuk bahasan

pada laporan.

  4

  

6. Melakukan kunjungan langsung ke perpustakaan SMK Penerbangan

Angkasa Ardhya Garini Adisucipto Yogyakarta.

  

7. Mencari informasi baik tentang helikopter maupun tentang teori –teori ke

teman – teman seperjuangan.

  

8. Membuat perangkat keras berdasarkan perhitungan rangkaian yang telah

dibuat maupun rangkaian yang didapat dari data sheet. Sedangkan untuk perangkat lunak didapat dari data – data yang diperoleh dengan menggunakan program AVR.

  9. Melakukan pengetesan dari program yang telah dibuat.

  10. Pengambilan data baik pada motor maupun pada sensor.

  

11. Pembuatan laporan, berdasarkan data – data yang sudah diperoleh dari proses

pengetesan program dengan hardware dan berdasarkan data yang sudah diperoleh.

1.7 Sistematika Penulisan

  

Sistematika penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN Bab ini berisi judul, latar belakang masalah, tujuan dan manfaat dari penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II : DASAR TEORI Bab ini berisi dasar teori prosedur pada pengendalian helikopter.

  5

  BAB III : PERANCANGAN Bab ini berisi perancangan dari kendali yang dibuat untuk memecahkan permasalahan yang ada. BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi hasil dari perancangan hardware dan software, pengambilan data,

penampilan data, pembahasan dan analisis hasil penelitian yang telah

dilaksanakan.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dan saran – saran untuk perbaikan pengendalian dan penelitian selanjutnya.

BAB II DASAR TEORI

  “KENDALI SUDUT PADA MODEL HELIKOPTER BERBASIS

PID DIGITAL” digunakan untuk mengendalikan helikopter pada jarak yang

sudah ditentukan. Dalam pengendalian helikopter ini, tentunya harus terlebih

dahulu mengetahui prinsip kerja dasar dan piranti atau komponen yang akan

digunakan.

2.1 Helikopter [1]

  2.1.1 Sejarah Singkat Helikopter Helikopter adalah sebuah pesawat yang mengangkat dan terdorong oleh

satu atau lebih rotor (propeller) horizontal besar. Helikopter diklasifikasikan

sebagai pesawat sayap-berputar untuk membedakannya dari pesawat sayap-tetap

biasa lainnya. Kata helikopter berasal dari bahasa Yunani helix (spiral) dan pteron

(sayap). Helikopter yang dijalankan oleh mesin diciptakan oleh penemu Slovakia

Jan Bahyl.

  2.1.2 Prinsip – prinsip Aerodinamik .

  Pesawat terbang memerlukan suatu gaya angkat (lift) yang mampu

mengimbangi berat (weight) pesawat agar dapat mengudara. Gaya angkat tersebut

dihasilkan melalui suatu bidang angkat (lifting surface) yang dirancang

sedemikian rupa, sehingga pesawat terbang dapat mengudara dengan seimbang.

  

6

  7 a.

  Bidang Angkat.

  Pesawat terbang bersayap tetap bidang angkatnya lebih di kenal dengan sayap. Pada helikopter tidak dilihat adanya sayap seperti yang terdapat pada pesawat bersayap tetap, tetapi bagian yang berputar lebih dikenal dengan rotor yang berfungsi sebagai bidang angkatnya. Rotor helikopter terdiri atas daun-daun rotor (blades).

  Sayap maupun daun-daun rotor mempunyai penampang lintang yang khas disebut airfoil. Bentuk seperti ini dimaksudkan agar bila bidang angkat dilintasi udara dengan kecepatan tertentu akan mudah menghasilkan reaksi aerodinamik berupa gaya angkat. Lihat gambar 2.1 :

Gambar 2.1 bidang angkat pesawat sayap tetap dan helikopter dengan airfoilnya.

  b.

  Gerak dan Kecepatan Airfoil Sayap maupun daun-daun rotor dengan penampang lintangnya tidak begitu saja menghasilkan gaya angkat. Diperlukan suatu gerak sekaligus kecepatan (v) bagi airfoil. Dengan demikian akan ada aliran udara yang melintas disekitar sayap ataupun daun rotor. Aliran udara

  8 menjadi media bagi airfoil atau bidang angkat untuk mengembangkan gaya-gaya aerodinamik.

  Pada pesawat-pesawat bersayap tetap, diperlukan gerak maju untuk menghasilkan kecepatan udara bagi bidang angkatnya. Gerak maju tersebut umumnya dihasilkan melalui aksi propeller atau sistem propulsi yang menghasilkan thrust (daya dorong).

  Pada helikopter, rotornya tidak memerlukan gerak maju untuk mendapatkan kecepatan, tetapi diperlukan suatu gerak putar bagi rotornya sehingga didapat suatu kecepatan putar (U).

  c. Gerak Benda dan Udara Di dalam aerodinamika terdapat gerak relatif, karena kenyataannya dalam mempelajari sifat-sifat aerodinamik suatu benda (objek) yang bergerak di udara, gerakannya bukan terhadap tanah (ground), karena merupakan gerak absolut, tetapi gerak benda tersebut adalah terhadap udara yang disebut dengan gerak relatif. Dengan demikian, akan ada pula kecepatan relatif (Relative velocities).

  Kecepatan relatif adalah kecepatan benda (objek) terhadap udara atau kecepatan udara terhadap benda. Keduanya mempunyai besaran yang sama tetapi berlawanan arah.

d. Prinsip – prinsip Aliran Udara.

  Prinsip – prinsip aliran udara meliputi 4 unsur, yaitu:

1. Tekanan Statik Udara mempunyai berat yang akan menimbulkan tekanan.

  9 Tekanan te ersebut diseb but tekanan s statik. Misal lnya udara y yang tenang

menimbulk kan tekanan n statik. Tek kanan ini ak ksinya ke s segala arah

adalah sam ma, jadi gaya anya untuk s setiap benda a adalah setim mbang dan

tidak ada re esultan gaya a.

  2. Tekanan D Dinamik Uda ara yang bergerak a akan memb berikan sua atu energi

tambahan. Hal ini d dikarenakan kecepatann nya. Jika u udara yang

bergerak di itahan pada suatu bidang g permukaan n, maka ener rgi ini akan

menyebabk kan suatu ta ambahan tek kanan terhad dap permuka aan bidang

yang mem maksanya terh henti, sehin gga tekanan n pada bidan ng tersebut

besarnya di atas te ekanan atm osfer. Tam mbahan teka anan pada

permukaan n bidang kar rena kecepat an udara dis sebut tekana an dinamik.

  

Tekanan di inamik terga antung pada kerapatan u udara ( n kecepatan

ρ) dan udara (v). Tekanan di inamik : (2-1)

  Gam

mbar 2.2 Tekan nan statik dan t tekanan dinam ik pada suatu o objek

  10

3. Garis – gar ris Arus Uda ara.

  Dal lam banyak k aspek a erodinamik biasanya digunakan konsep aru us udara (st treamlines ). Streamlines s adalah ga aris – garis

arus yang m menggambar rkan lintasan n satu partik el dari aliran n udara.

  4. Aliran di d dalam Tabun ng Beb berapa hal yang pentin ng yang be erkaitan den ngan aliran suatu zat c air atau fluid da, dapat dia amati dengan n suatu alira an di dalam tabung.

  Den ngan prinsip p suatu aliran n yang kontin nyu, massa a aliran yang mengalir m melalui tabun ng pipa ada alah konstan . Artinya m massa fluida yang melin ntas di setia ap bagian a adalah sama a di setiap t titik dalam tabung. Ma assa alir di dalam tabun ng dengan lu uas penampa ang tabung A, dan kec epatan alir a adalah : (2-2)

  Prin nsip aliran kontinyu in ni menyatak kan bahwa A adalah v konstan. Pr rinsip massa a alir yang ko onstan ini da apat diterapk kan apapun bentuk tabu ungnya.

  Massa alir = konstan, m maka (2-3) Gamba venturi ar 2.3 Tabung v

  11 Jika dibuat garis – garis arus di dalam tabung venturi, akan didapatkan bentuk seperti gambar 2-4:

Gambar 2.4 Garis arus (streamlines) di dalam tabung venture

  Dari gambar di atas dapat di lihat bahwa di mana kecepatan

alirnya meningkat, maka garis arusnya adalah rapat. Prinsip inipun

dapat diterapkan jika aliran udara bukan di dalam tabung, tetapi

mengalir bebas di sekitar sayap. Dapat dilihat pada gambar 2.5.

  

Perhatikan pada bagian garis – garis yang arusnya merapat yang

terjadi pada bagian atas dari penampang sayap (airfoil) tersebut, hal

ini menunjukkan adanya peningkatan aliran pada daerah tersebut.

Gambar 2.5 Garis arus (streamlines) disekitar airfoil

  Setiap aliran subsonik digambarkan dengan garis-garis arus,

daerah di mana garis arusnya makin merapat berarti pada daerah

tersebut terjadi kenaikan kecepatan, dan daerah di mana garis – garis

arusnya makin merenggang berarti terjadi penurunan kecepatan. e.

  Prin dim sehi ditin sesu sepa kece teka sepa deng ρ ad adal

  Ketentuan supersonik nsip Bernoul Bentuk maksudkan u ingga mengh ngkatkan, m uai dengan p

  Prinsip anjang arus epatan udar anan statik anjang aliran gan persama

  Nilai y dalah tekana lah tekanan ini tidak b k. lli sayap ya untuk mend hasilkan teka maka tekanan prinsip Berno p Bernoulli m s alir tekan a disuatu te udara”. Kec n udara pada aan sebagai b yang konstan an statik (da dinamis (dal Gambar 2. berlaku untu ang cembu dapatkan kec anan udara r n udara stat oulli. menyatakan nan totalnya empat selalu cepatan dan a permukaan berikut: n tersebut ad alam hal in lam hal ini = .6 Permukaan a uk aliran ud ung pada cepatan uda rendah. Bila tis akan men bahwa, “pa a akan teta u akan diser n tekanan u n sayap atau dalah tekana i = energi p

  = energi kine

  atas sayap

  dara dengan permukaan ara lokal y a kecepatan u njadi lebih ada suatu al ap, maka p rtai dengan udara pada s blade yang an total (tota potensial) d etik)

  12 kecepatan n atasnya yang tinggi udara lokal kecil yaitu iran udara, eningkatan penurunan setiap titik dinyatakan

  (2-4) al presure ), an (2-5)

  13 Di sepanjang aliran jumlah energi potensial dan energi kinetik

adalah konstan. Ini berarti, semakin tinggi energi kinetik atau semakin

cepat sejumlah massa udara dipindahkan (mengalir) dari depan

kebelakang, maka akan semakin rendah energi potensialnya. Hal tersebut

berlaku pada permukaan atas maupun bawah dari sayap.

Gambar 2.7 Total tekanan pada permukaan atas sayap dan pada permukaan

  bawah sayap

Gambar 2.8 Tekanan statik dan dinamik

  Rendahnya energi potensial di bawah tekanan atmosfer ini

merupakan suatu tekanan negatif, sehingga dapat memperbesar konstribusi

terjadinya gaya angkat.

  Semakin cepat mengalirnya sejumlah massa udara dipermukaan

atas airfoil sayap, maka akan semakin besar gaya angkat yang terjadi.

  

Tekanan negatif statik yang besar dihasilkan pada permukaan. Bidang

angkat inilah yang memberikan dukungan terbesar (sekitar 75%) dari total

  14 bidang angkat (lift). Sedangkan sisanya dihasilkan oleh tekanan dinamik pada permukaan tekanan sayap.

  Berikut ini adalah gambaran aliran udara dan tekanan udara yang terjadi pada bidang angkat ketika pesawat sedang terbang.

Gambar 2.9 Tekanan dan aliran udara pada bidang angkat f.

  Pola Aliran Udara di Sekitar Airfoil Pola aliran di sekitar airfoil dapat dilihat pada gambar – gambar berikut ini:

Gambar 2.10 Pola aliran di sekitar airfoil

2.1.3 Gaya – gaya yang bekerja pada helikopter saat terbang

  Helikopter tidak membutuhkan landasan pacu seperti pesawat terbang

karena helikopter dapat terangkat lurus ke atas dan mendarat kembali ke titik yang

sama. Cara terbang helikopter sama dengan pesawat terbang, tetapi helikopter

hanya harus bisa memutar bilah rotornya agar dapat terangkat ke udara.

  15 Ada tiga gaya ya ang bekerja p pada saat he elikopter terb bang. Ketiga a gaya yang bekerja pada b a saat heliko pter terbang g, yaitu: 1. 1 likopter , menangkap d m di titik berat ; Berat hel

  2 Resultant t gaya hamb bat (drag) F F yang ber rlawanan ar rah dengan x gerakan pesawat. F mena angkap di pusat ae erodinamik x

  2.

  (aerodyn amic center ) helikopter. ) 3.

  3 Lift F yang menan ngkap di p pusat rotor, tegak luru s terhadap N rotation p plane

2.1.4 Keseti 2 imbangan d dalam Memb belok

  Di d dalam kond disi membe elok, gaya baru akan muncul, y yaitu gaya

sentrifugal F s Fc. Jika tida ak diimbang gi akan men ngakibatkan helikopter m mengalami

side slipping s g (menggese er ke sampin ng). Untuk m mengimbang gi Fc, sekali i lagi rotor

disc d dimirin gkan dengan n cara memi iringkan roto or disc secar ra lateral kea arah dalam

belokan (gam b mbar 2.11) Kom mponen gaya a (hasil l dari memi iringkan roto or disc ) me engimbangi

g gaya sentrifu fugal Fc. Sem makin tinggi i kecepatan maju v akan n semakin b esar radius

belokannya b (R).

  16 Gambar 2

  .11 Kesetimba angan dalam m membelok Dari keseimb D bangan gaya a-gaya vertik kal : (2-5)

  (2-6) D Dari kesetim mbangan gaya a-gaya horiz zontal : (2-7) (2-8)

  (2-9) (2-10) P Perbandingan n dan diperoleh : (2-11) J Jadi

  (2-12) (2-13) Deng gan demikia an, sudut ke emiringan l ateral disc ( ) berban nding lurus

dengan pang d gkat dua ke ecepatan hel licopter pad da saat mem mbelok dan b berbanding

t terbalik deng gan besar ra dius belokan n.

2.1.5 Tail B oom (Bagia an Belakang g Helikopter r)

  2

  Tail boom merup pakan bagian n utama dar ri bagian bel akang heliko opter. Pada

h helikopter b besar ruanga an di dalam tail boom d dimanfaatkan n untuk peny yimpangan

barang-baran b ng.

  17 Salah satu komponen yang dipasang pada tail boom adalah batang kemudi

rotor belakang (Tail Rotor Kontrol Rod). Batang kemudi rotor belakang (tail

rotor ) dibuat dari pipa alumunium paduan yang berfungsi untuk menghubungkan

pedal kemudi yang selalu diinjak oleh penerbang dengan rotor belakang. Apabila

penerbang menginjak pedal kemudi, tenaga ini oleh batang kemudi diteruskan ke

rotor belakang dan ini berarti mengubah sudut pitch rotor belakang yang

fungsinya untuk mengubah arah penerbangan yaitu belok ke kanan atau ke kiri.

Gambar 2.12 Bagian belakang helikopter

2.2 PID Digital (Proportional-Integral-Derivative) [2]

  Masukan blok proses dalam sebuah sistem adalah keluaran dari blok

kontrol sedangkan untuk faktor koreksi dilakukan umpan balik (feedback) nilai

output . Secara sederhana, block diagram untuk sebuah sistem dengan umpan balik

digambarkan pada gambar 2.13.

• Mode Kontrol proses

  Output Set point e (t) u (t)

• feedback

Gambar 2.13 Block diagram sistem dengan feedback

  18

  I Input blok k kontrol meru upakan kontr rol error ata au e(t). Kel uaran blok

k kontrol adal ah manipula ated variable e u(t) yang t telah mengo lah nilai err ror menjadi

nilai yang di n iinginkan. Ji ika dalam ha al ini dipakai i kontroler P PID maka alg goritmanya

a adalah sebag gai berikut:

  (2-14) Output O dari kontroler ak kan dihubun ngkan pada p peralatan ya ang disebut

plant. p Peran ncangan kon ntroler PID d dapat dibagi i menjadi b eberapa met tode, salah

satunya ada s alah metode Ziegler-Nic chols. Metod de ini diperk kenalkan pe ertama kali

oleh pada ta o ahun 1942. M Metode Zieg gler-Nichols s memiliki d dua cara, ya aitu metode

k kurva reaks i dan meto de osilasi. M Metode kur rva reaksi d didasarkan p pada reaksi

sistem untai s terbuka (op en-loop ).

2.2.1 Metod 2 de Kurva Re eaksi [3]

  D Dalam meto de pertama, ,secara eksp perimental r respons dapa at diproleh

dari sistem t d terhadap mas sukan tangg a-satuan, sep perti pada ga ambar 2.14. jika sistem

t tidak menca akup integra ator maupun n nilai – nila ai kutub pas sangan komp pleks yang

dominan, m d maka kurva respon sebu uah tangga satuan mun ngkin keliha atan seperti

kurva berbe k entuk-S, sep perti diperlih hatkan pada gambar 2.1

  15. Pada m metode ini,

sistem diber s ri masukan sinyal u(t) berupa fun ngsi tangga satuan (step ). Reaksi