BAB I
PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang
Quadrotor adalah sebuah pesawat tanpa awak atau UAV (Unmanned
Aerial Vehicle) yang memiliki kemampuan lepas landas secara vertikal atau VTOL (Vertical Take off Landing). Quadrotor sesuai dengan namanya berarti menggunakan perputaran keempat rotornya untuk mengangkat bebannya sendiri
maupun dengan muatan. Bentuk quadrotor pada umumnya berskala kecil karena pengaruh faktor keamanan untuk terbang pada area terbatas dan interaksi yang
lebih dekat. Quadrotor dapat terbang secara autonomous maupun dikendalikan dari jarak jauh.
Quadrotor dapat terbang pada outdoor maupun indoor. Sinyal GPS pada
outdoor/area terbuka lebih mudah diterima oleh quadrotor sehingga penahanan posisi dapat dikendalikan dengan baik. Namun pada saat ruang tertutup/indoor sinyal GPS sulit diterima sistem sehingga quadrotor akan sulit mempertahankan
posisi terlebih lagi untuk menelusuri sebuah lorong. Pada saat quadrotor terbang menelusuri lorong tanpa ada kendali penahanan posisi, akan meningkatkan
terjadinya tumbukan pada lorong. Maka diperlukan suatu sistem yang dapat
membantu pilot untuk mengendalikan quadrotor agar dapat menelusuri lorong dengan meminimalisir terjadinya tumbukan.
Salah satu metode kendali yang digunakan untuk melakukan penelusuran
lorong adalah kontrol PID (Proportional Integral Derivative). Kontrol PID
mempunyai 3 buah gain yang bekerja dengan error yaitu Kp sebagai konstanta proporsional, Ki sebagai konstanta integral, dan Kd sebagai konstanta derivatif
(Ogata, 2010). Untuk mencapai keadaan optimum, Kp, Ki, dan Kd perlu ditala dengan tepat. Metode umum yang digunakan untuk penalaaan Kp, Ki, Kd adalah
tala konvesional atau classical tuning (Passino dan Yurkovich, 2009). Selain
classical tuning, terdapat metode kontrol logika fuzzy untuk menala konstanta PID. Kontrol Fuzzy-PID merupakan suatu metode pengontrolan modern gabungan
dari algoritma fuzzy dan PID, yang memberikan keunggulan dibandingkan dengan 1
2
metode pengontrolan konvensional yaitu suatu metode yang dapat melakukan penalaan secara mandiri (Pogram, 2014). 1.2
Rumusan Masalah
Dari latar belakang tersebut, dapat dirumuskan permasalahan yang akan
dibahas dalam penelitian ini yaitu bagaimana quadrotor dapat terbang menelusuri lorong dengan mempertahankan posisi tanpa mengalami tumbukan dengan
dindingnya. Posisi yang dimaksud adalah mempertahankan jarak kanan dan kirinya dengan dinding lorong pada saat quadrotor bergerak terbang maju. 1.3
Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah mengimplementasikan
sistem kendali PID fuzzy pada quadrotor agar dapat menelusuri lorong dengan mempertahankan posisinya terhadap jarak kanan dan kiri terhadap dinding lorong. 1.4
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah membantu pilot dalam mengendalikan
quadrotor pada saat menelusuri lorong. 1.5
Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, diberikan beberapa batasan masalah sebagai berikut:
a. Bentuk lorong yang dilewati lurus dengan lebar tetap dan panjang disesuaikan kebutuhan pilot.
b. Posisi quadrotor berada diantara jarak kanan dan kiri dinding lorong
dengan toleransi kemampuan quadrotor dalam mempertahankan posisinya.
c. Kecepatan disesuaikan dengan kemampuan quadrotor ketika di ujicoba.
d. Arah quadrotor hanya untuk gerak maju.
e. Penelitian ini difokuskan pada sistem penahan jarak kanan dan kiri quadrotor dengan dinding menggunakan metode fuzzy PID.
f. Sudut Yaw quadrotor pada saat pengujian bernilai tetap.
g. Penelusuran tidak digunakan pada saat quadrotor berubah arah heading.
3
h. Penelusuran dilakukan antara ketinggian 1 m dari dasar lorong sampai dengan 1 m dari atap lorong.
i. Pada pengendali ketinggian quadrotor sistem tidak mendapatkan feedback (sistem kendali terbuka), pilot yang mengatur sendiri ketinggian.
j. Kemiringan quadrotor pada saat menelusuri lorong hanya sebatas 1.6
dapat bergerak maju.
Metodologi Penelitian
Metodologi penelitian yang telah dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Identifikasi masalah: Menentukan topik yang akan dipilih dengan cara
mengidentifikasi masalah-masalah yang ada saat ini untuk kemudian
dicari solusinya. Pemilihan topik ini juga disertai dengan konsultasi dengan dosen pembimbing.
2. Solusi
dari
masalah:
Setelah
mengidentifikasi
permasalahan-
permasalahan yang ada maka akan ditemukan solusi dari masalah-
masalah tersebut. Ini kemudian menjadi basis tujuan dari dibuatnya sistem pada quadrotor ketika melayang.
3. Pengumpulan data: Pengumpulan data dilakukan dengan pengkajian
dan pembelajaran lebih lanjut terhadap sistem yang akan dibuat, yaitu dengan cara:
a. Studi Literatur, yaitu mempelajari artikel, makalah, jurnal, karya tulis, situs web di internet, serta buku-buku yang terkait dengan
quadrotor pada umumnya dan kendali PID fuzzy pada khususnya, sistem
transmisi
data,
sensor
yang
digunakan
(sensor
accelerometer dan gyroscope), aktuator berupa motor brushless, serta mikrokontroler.
b. Konsultasi pembimbing, Konsultasi dengan dosen pembimbing mengenai rancangan sistem dan inovasi-inovasi yang akan diterapkan.
4. Perancangan sistem: Membuat perancangan sistem yang terdiri dari tiga bagian:
4
a. Perancangan piranti keras (mekanik)
Pembuatan mekanik kerangka quadrotor akan didasarkan pada ketentuan ukuran quadrotor. Kerangka ini akan berbasis plastik
kuat sehingga cukup ringan dan kokoh. Selain itu, rangka dibuat se-fleksibel mungkin sehingga dengan mudah dimodifikasi sesuai kebutuhan, serta memudahkan proses maintenance.
b. Perancangan piranti keras (elektronika)
Perancangan-perancangan desain dari sistem elektronika yang
melibatkan beberapa sensor seperti sensor accelerometer dan gyroscope untuk menjaga keseimbangan quadrotor ketika terbang.
c. Perancangan piranti lunak
Program ini meliputi pemrogaman keseluruhan untuk sistem terbangnya. Pemrograman pada mikrokontroler akan menggunakan bahasa pemrograman C base untuk Arduino IDE.
5. Penerapan sistem: Penerapan sistem yang telah dirancang tadi
dilakukan percobaan dengan cara predictive trial and error, yaitu uji coba dengan basis data dari pengalaman-pengalaman uji coba sebelumnya. Hal ini meliputi proses proof of concept.
6. Analisis dan pengujian terhadap sistem kendali: Tahap terakhir adalah analisis dan pengujian terhadap sistem kendali yang telah dibuat dengan
cara menggantung pada tiang, uji coba terbang, dan transmisi data. Dari proses ini didapatkan kesimpulan dari hasil penelitian yang telah dilakukan. 1.7
Sistematika Penelitian
Secara garis besar penelitian ini terdiri dari 7 bab yaitu:
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisi uraian tentang latar belakang masalah yang dikaji, tujuan penelitian,
batasan masalah pada penelitian, metodologi penelitian yang dilakukan serta sistematika penulisan laporan penelitian.
5
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi tentang penelitian-penelitian terdahulu mengenai cara pengendalian terbang quadrotor.
BAB III : LANDASAN TEORI
Bab ini berisi tentang dasar teori yang mencakup teori-teori mengenai pemodelan quadrotor, seputar kendali PID, metode fuzzy, dan sensor yang digunakan. BAB IV : ANALISIS DAN RANCANGAN SISTEM
Bab ini berisi tentang penjelasan mengenai analisis sistem mengenai pemberian nilai ke aktuator serta rancangan sistem secara keseluruhan meliputi fungsi
transfer quadrotor, rancangan sistem kendali, arsitektur sistem, rancangan perangkat keras, dan rancangan perangkat lunak, dan rancangan pengujian sistem.
Rancangan sistem tersebut digambarkan dengan menggunakan diagram blok dan diagram alir.
BAB V : IMPLEMENTASI SISTEM
Bab ini berisi penjelasan tentang implementasi hardware untuk elektronis dan mekanik secara rinci, serta implementasi menggunakan perangkat lunak Arduino
IDE dari rancangan yang meliputi algoritma kendali kestabilan terbang quadrotor untuk penelusuran lorong, dan implementasinya.
