BAB IV HASIL DAN ANALISA

Transkripsi

1 BAB IV HASIL DAN ANALISA 4.1 Hasil Perancangan Hasil perancangan pada sistem ini terbagi menjadi tiga bagian, yaitu hasil perancangan quadrotor, embedded system dan ground control Hasil Perancangan Quadrotor Pada gambar 4.1 dibawah ini merupakan hasil perancangan quadrotor. Hasil perancangan terdiri dari frame, 4 buah motor, 4 buah propeller, 4 buah ESC, distribution board 12V, distribution board 5V, Arduino, Sensor IMU, XBee dan baterai LiPo. Gambar 4.1 Hasil perancangan quadrotor 113

2 114 Distirbution board 12V digunakan untuk memudahkan pembagian sumber tegangan ke masing-masing ESC. Pemasangan distribution board 12V dapat dilihat pada gambar 4.2 Gambar 4.2 Quadrotor dan distribution board 12V ESC yang digunakan pada perancangan ini masing-masing memiliki internal BEC (Battery Eliminator Circuit) dengan spesifikasi 5V 1A. Sumber tegangan 5V tersebut didistribusikan secara parallel ke distribution board 5V. Distribution board 5V digunakan untuk memudahkan pembagian tenaga pada modul-modul elektronik dengan tegangan kerja 5V, seperti Arduino, sensor IMU dan XBee.

3 115 Gambar 4.3 IMU, Arduino dan ditribution board 5V Gambar 4.4 Implementasi IMU pada quadrotor

4 Hasil Perancangan Ground control Pada gambar 4.5 merupakan sistem kontrol quadrotor secara keseluruhan. PC/Laptop dikoneksikan dengan XBee untuk komunikasi dengan quadrotor dan Xbox joystick digunakan sebagai input. Gambar 4.5 Ground control dan quadrotor secara keseluruhan Ground control pada menu utama, merupakan GUI dashboard kontrol quadrotor. Pada menu ini informasi yang dapat diberikan secara realtime, yaitu : 1. Sudut kemiringan quadrotor 2. Arah kompas quadrotor 3. Informasi input joystick 4. Informasi input PWM motor 5. Suhu ruangan pada quadrotor 6. Ketinggian quadrotor 7. Orientasi 3 dimensi quadrotor

5 117 Gambar 4.6 Ground control menu utama Menu konfigurasi merupakan GUI untuk konfigurasi kontrol PID dan konfigurasi karakteristik input joystick. Konfigurasi pada menu ini meliputi 1. Kontrol PI-D a. Kontrol PI-D Yaw b. Kontrol PI-D Pitch c. Kontrol PI-D Roll d. Kontrol PI-D Sudut e. Kontrol PI-D Altitude 2. Karakteristik Input a. Pitch/Roll Rate b. Yaw Rate c. Ekponsensial Input Throttle d. Exponensial Input Pitch dan Roll

6 Throttle minimun, maksimun dan throttle hover Gambar 4.7 Ground control menu konfigurasi Pada menu controller, merupakan GUI untuk konfigurasi, kalibrasi dan penempatan input joystick. Gambar 4.8 Ground control menu konfigurasi input

7 119 Menu monitoring merupakan GUI yang menampilkan informasi data-data quadrotor yang disajikan dalam bentuk grafik secara realtime. Adapun data yang ditampilkan adalah: 1. Tiga sumbu accelerometer (x, y, z) yang sudah/belum dikalibrasi 2. Tiga sumbu gyroscope (x, y, z) yang sudah/belum dikalibrasi 3. Tiga sumbu magnetometer (x, y, z) yang sudah/belum dikalibrasi 4. Posisi sudut quadrotor (ѱ, θ, ϕ) 5. Quaternion (w, x, y, z) 6. Tekanan udara, suhu udara dan posisi ketinggian 7. PWM Motor (M1, M2, M3, M4) Gambar 4.9 Ground control menu monitoring Menu kalibrasi merupakan GUI yang digunakan untuk konfigurasi offset orientasi pada quadrotor, konfigurasi offset ketinggian dan juga memudahkan kalibrasi sensor accelerometer, gyroscope, magnetometer dan barometer.

8 12 Gambar 4.1 Ground control menu kalibrasi 4.2 Pengujian Mekanik Pengujian mekanik dibagi menjadi dua, yaitu pengujian berat keseluruhan dan pengujian gaya angkat. Pengujian ini saling berkaitan dan bertujuan untuk: 1. Mengetahui quadrotor dapat terbang atau tidak 2. Mengetahui titik input throttle dimana quadrotor akan naik, turun dan melayang 3. Sebagai acuan untuk konfigurasi karakteristik input throttle (throttle expo) 4. Mengetahui kapasitas payload yang dapat digunakan Pengujian Berat Quadrotor diuji beratnya tanpa baterai, hal ini bertujuan untuk mengetahui berapa maksimal payload yang dapat digunakan. Pada gambar 4.11 menunjukan berat kosong quadrotor (tanpa payload) sebesar 339 gram.

9 121 Gambar 4.11 Berat kosong quadrotor Payload pada penelitian ini hanya menggunakan satu payload, yaitu baterai. Hasil pengujian berat baterai adalah 12 gram. Gambar 4.12 Berat baterai Berat keseluruhan atau AUW (All up weight) adalah berat kosong quadorotor ditambah payload. Pada pengujian ini berat keseluruhan quadrotor adalah 459 gram seperti pada gambar Gambar 4.13 Berat quadrotor dengan baterai

10 Pengujian Gaya Angkat Untuk memudahkan pengambilan data pada pengujian gaya angkat, penulis menggunakan loadcell dan Arduino sebagai thrust meter. Pengujian gaya angkat dilakukan dengan cara menempatkan motor dengan propeller diatas loadcell dengan diberikan ruang. Kemudian motor diaktifkan untuk mendapat gaya dorong terhadap loadcell, seperti pada gambar dibawah ini. AIR FLOW Propeller BLDC MOTOR PC / Laptop RS232 spacer ESC BATTERY ARDUINO UNO HX711 loadcell Gambar 4.14 Diagram thrust meter Gambar 4.15 Thrust meter dengan loadcell dan Arduino

11 123 Gambar 4.16 Pemasangan motor dan propeller pada loadcell Sebelum dilakukan pengujian, motor, ESC dan baterai diposisikan seperti pada gambar 4.16, kemudian loadcell dikalibrasi ulang agar mendapatkan titik nol sebagai pembacaan awal. Kemudian pengujian dilakukan dengan input throttle dari 9 sampai 2, dengan kenaikan sebesar 1 setiap 3 detik. Hasil pengujian ini disajikan pada gambar Thrust vs Throttle Input 25 Thrust (gram) Thrust Throttle Input Gambar 4.17 Pengujian thrust terhadap throttle input

12 124 Percobaan ini menggunakan tegangan berkisar 12Volt mendapatkan gaya angkat maksimum sebesar 262 gram per aktuator. Karena quadrotor memiliki empat aktuator, dengan mengabaikan rugi-rugi maka gaya angkat maksimum adalah 149. Berat quadrotor AUW adalah 459 gram, berat ini merupakan titik dimana quadrotor melayang (graviasi bumi sama dengan nol). Karakteristik quadrotor terhadap input throttle dapat diprediksi dengan menggunakan hasil dari pengujian berat dan pengujian gaya angkat seperti pada gambar yang disajikan dibawah ini Thrust vs Throttle Input Thrust (gram) Naik Turun THRUST HOVER Throttle Input Gambar 4.18 Ilustrasi throttle input terhadap thrust dengan 4 motor Pada gambar 4.18 menujukan input throttle 9 s/d 1499 mempunyai karakteristik quadrotor untuk menurunkan ketinggian. Input throttle 15 untuk karakteristik melayang dan input throttle 151 s/d 2 untuk karakteristik quadrotor menaikan ketinggian.

13 125 Berdasarkan pengujian ini maka rasio gaya angkat terhadap berat quadrotor adalah 1:3.9 untuk berat kosong dan 1:2.21 untuk berat penuh. Dengan demikian gaya angkat total tersebut mampu mengangkat quadrotor. 4.3 Pengujian Komunikasi Paket Data Komunikasi data merupakan bagian yang paling penting pada quadrotor, karena berkaitan dengan input kendali, monitoring dan konfigurasi pada quadrotor. Pengujian komunikasi paket data dengan cara merekam komunikasi komputer sebagai host dengan quadrotor. Pengukuran kualitas paket data dilakukan dengan menghitung akumulasi XOR dan mencocokan checksum-nya. Sebagai perbandingan, pengujian juga dilakukan dengan kabel data Pengujian Komunikasi Paket Data dengan FTDI Pengujian komunikasi paket data dilakukan dengan data request DMP dengan frekuensi 2Hz, 5Hz dan 1Hz. Byte DMP Request & Response - 2Hz (FTDI) Response Request Time (s) Request Response Gambar 4.19 Komunikasi DMP request dan response 2Hz (FTDI)

14 126 DMP Request & Response 5 Hz (FTDI) Byte Response Request Time (s) Request Response Gambar 4.2 Komunikasi DMP request dan response 5Hz (FTDI) Byte DMP Request & Response 1 Hz (FTDI) Response Request Time (s) Request Response Gambar 4.21 Komunikasi DMP request dan response 1Hz (FTDI) Dari hasil pengujian ini (gambar ) menunjukan bahwa komunikasi data dengan frekuensi 5Hz dan 1Hz request data dan response data menjadi tidak stabil, sedangkan frekuensi 2Hz masih cukup stabil.

15 127 Byte Motor - Response Motor - Request Altitude - Response Altitude - Request Attitude - Response Attitude - Request DMP - Response DMP - Request Time (s) Gambar 4.22 Komunikasi dengan kombinasi paket data (FTDI) Gambar 4.22 adalah pengujian dengan request beberapa jenis paket data dengan frekuensi yang berbeda. Dari pengujian tersebut dapat menunjukan bahwa komunikasi akan jenuh jika dengan request satu jenis paket data dengan bandwidth diatas 2 KB/s dan juga dengan request beberapa jenis paket bandwidth diatas 1.4 KB/s Pengujian Komunikasi Paket Data dengan XBee Pengujian komunikasi paket data dilakukan dengan data request DMP dengan frekuensi 2Hz, 5Hz dan 1Hz.

16 128 Byte Error DMP Request & Response 2 Hz (XBee) Response Request Time (s) Request Response Error Gambar 4.23 Komunikasi DMP request dan response 2Hz (XBee) Byte DMP Request & Response 5 Hz (XBee) Error Response Request Time (s) Request Response Error Gambar 4.24 Komunikasi DMP request dan response 5Hz (XBee) Byte DMP Request & Response 1 Hz (XBee) Error Response Request Time (s) Request Response Error Gambar 4.25 Komunikasi DMP request dan response 1Hz (XBee)

17 129 Dari hasil pengujian ini (gambar ) request data dan response data dengan frekuensi 2Hz cukup stabil, sedangkan pengujian dengan frekuensi 5Hz dan 1Hz menjadi tidak stabil Byte Error Set RC Input Motor Response Motor Request Altitude Response Altitude Request Attitude Response Attitude Request DMP Response DMP Request Time (s) Gambar 4.26 Komunikasi dengan kombinasi paket data (Xbee) Dari pengujian ini dapat disimpukan bahwa komunikasi akan jenuh jika dengan request satu jenis paket data dengan bandwidth diatas.8 KB/s dan juga dengan request beberapa jenis paket bandwidth diatas 1.5 KB/s. 4.4 Pengujian Sensor Untuk memudahkan pengujian, secara keseluruhan pengujian sensor dilakukan dengan cara menyimpan data gerakan ke komputer berupa data binary file. Kemudian data binary file tersebut dibuka dan diproses dengan aplikasi

18 13 komputer yang sesuai dengan masing-masing jenis pengujian dan hasil pengujian tersebut diekspor menjadi file spreadsheet dengan format comma-separated values (CSV). Alur dari proses tersebut dapat dilihat pada gambar sebagai berikut: START DMP data & Raw data Binary file FTDI / RS232 Simpan data END Gambar 4.27 Alur proses penyimpanan data sensor START Binary File CSV file Baca stream Proses Pengujian Hasil Proses END Gambar 4.28 Alur proses untuk pengujian sensor dengan metode offline Pengujian Accelerometer Pengujian accelerometer dilakukan dengan cara melakukan orientasi masing-masing sumbu terhadap gravitasi bumi. Dan kemudian dilanjutkan pengujian dengan beberapa gerakan. Pengujian dengan masing-masing sumbu dengan orientasi terhadap gravitasi bumi untuk mendapatkan nilai maksimum dan minimum dalam satuan 1G (1 gravitasi = 9,8m/s 2 ).

19 Orientasi Accelerometer Sumbu X Terhadap Gravitasi Bumi Pada pengujian ini, bertujuan untuk mengetahui keakuratan sensor accelerometer sumbu x terhadap nilai minimum dan maksimum. Pengambilan data ini melibatkan 2 kali pengambilan data setiap cupliknya, yaitu pengambilan data DMP dan data Raw. Pada gambar 4.29, merupakan penempatan posisi IMU terhadap sumbu x minimum, sumbu x accelerometer tegak lurus menghadap keatas berlawanan dengan arah gravitasi sehingga mendapatkan nilai x minimum. X Z Y G R O U N D Gambar 4.29 Orientasi accelerometer sumbu x minimum terhadap gravitasi bumi Gambar 4.3 merupakan hasil pengujian sensor accelerometer sumbu x minimum terhadap gravitasi, penyimpangan absolut rata-rata accelerometer sumbu x DMP dan raw masing-masing.464g (.4552 m s 2 ) dan.1297g (.1272 m s 2 ).

20 132 DMP ACC X vs IMU ACC X Gravitasi DMP ACC X RAW ACC X Gambar 4.3 Accelerometer sumbu x minimum terhadap gravitasi bumi Pada gambar 4.31, merupakan penempatan posisi IMU terhadap sumbu x maksmum, sumbu x accelerometer tegak lurus menghadap kebawah searah dengan arah gravitasi bumi sehingga mendapatkan nilai x maksimum. Z Y X G R O U N D Gambar 4.31 Orientasi accelerometer sumbu x maksimum terhadap gravitasi bumi

21 133 DMP ACC X vs IMU ACC X Gravitasi DMP ACC X RAW ACC X Gambar 4.32 Accelerometer sumbu x maksimum terhadap gravitasi bumi Pengujian accelerometer untuk sumbu X maksimum dapat dilihat pada gambar 4.32, hasil pengujian menunjukan bahwa hasil pengukuran dengan DMP dan raw masing-masing memiliki penyimpangan absolut rata-rata sebesar.753g (.7386 m s 2 ) dan.1715g ( m s 2 ) Orientasi Accelerometer Sumbu Y Terhadap Gravitasi Bumi Pada pengujian ini sama halnya dengan pengujian accelerometer sumbu x, namun yang membedakan adalah oritentasinya. Pada gambar 4.33 merupakan pengujian untuk sumbu y minimum, dimana sumbu y accelerometer tegak lurus menghadap keatas dan berlawanan dengan arah gravitasi bumi.

22 134 Y X Z G R O U N D Gambar 4.33 Orientasi accelerometer sumbu y minimum terhadap gravitasi bumi Gambar 4.34 merupakan hasil pengujian sensor accelerometer sumbu y minimum terhadap gravitasi, penyimpangan absolut rata-rata accelerometer sumbu y DMP dan raw masing-masing.55g (.134 m s 2 ) dan.4956g ( m s 2 ). Gravitasi DMP ACC Y vs IMU ACC Y DMP ACC Y RAW ACC Y Gambar 4.34 Accelerometer sumbu y minimum terhadap gravitasi bumi Pada gambar 4.35, merupakan penempatan posisi IMU terhadap sumbu y maksmum, sumbu y accelerometer tegak lurus menghadap kebawah searah dengan arah gravitasi bumi sehingga mendapatkan nilai y maksimum.

23 135 Z X Y G R O U N D Gambar 4.35 Orientasi accelerometer sumbu y maksimum terhadap gravitasi bumi 1.1 DMP ACC Y vs IMU ACC Y 1.5 Gravitasi DMP ACC Y RAW ACC Y Gambar 4.36 Accelerometer sumbu y maksimum terhadap gravitasi bumi Pengujian accelerometer untuk sumbu y maksimum dapat dilihat pada gambar 4.32, hasil pengujian menunjukan bahwa hasil pengukuran dengan DMP

24 136 dan raw masing-masing memiliki penyimpangan absolut rata-rata sebesar.678g (.6651 m s 2 ) dan.1568 G (.1538 m s 2 ) Orientasi Accelerometer Sumbu Z Terhadap Gravitasi Bumi Pada pengujian ini sama halnya dengan pengujian accelerometer sumbu y, pada gambar 4.37 merupakan pengujian untuk sumbu z minimum, dimana sumbu z accelerometer tegak lurus menghadap keatas dan berlawanan dengan arah gravitasi bumi. Z Y X G R O U N D Gambar 4.37 Orientasi accelerometer sumbu z minimum terhadap gravitasi bumi Gambar 4.38 merupakan hasil pengujian sensor accelerometer sumbu z minimum terhadap gravitasi, penyimpangan absolut rata-rata accelerometer sumbu z DMP dan raw masing-masing.828g (.8115 m s 2 ) dan.1969g (.1934 m s 2 ).

25 137 DMP ACC Z vs IMU ACC Z Gravitasi DMP ACC Z RAW ACC Z Gambar 4.38 Accelerometer sumbu z minimum terhadap gravitasi bumi Pada gambar 4.39, merupakan penempatan posisi IMU terhadap sumbu z maksmum, sumbu z accelerometer tegak lurus menghadap kebawah searah dengan arah gravitasi bumi sehingga mendapatkan nilai z maksimum. X Z G R O U N D Gambar 4.39 Orientasi accelerometer sumbu z maksimum terhadap gravitasi bumi Pengujian accelerometer untuk sumbu z maksimum dapat dilihat pada gambar 4.4, hasil pengujian menunjukan bahwa hasil pengukuran dengan DMP

26 138 dan raw masing-masing memiliki penyimpangan absolut rata-rata sebesar.25255g ( m s 2 ) dan G ( m s 2 ) DMP ACC Z vs IMU ACC Z Gravitasi DMP ACC Z RAW ACC Z Gambar 4.4 Accelerometer sumbu z maksimum terhadap gravitasi bumi Pengujian Respon Accelerometer Pengujian respon accelerometer dilakukan dengan gerakan acak yang dimulai dari gerakan pada sudut yaw, pitch dan roll. Data DMP dan Raw diambil setiap cupliknya dan disimpan ke bentuk file binary. Data binary ini nantinya digunakan untuk pengujian respon gyroscope dan AHRS pada sub bab selanjutnya. Gambar adalah grafik hasil percobaan dari gerakan sudut yaw, pitch dan roll untuk masing-masing sumbu x, y dan z. Seperti yang dapat dilihat bahwa respon untuk masing-masing sumbu accelerometer cukup responsif dan tidak dirasakan delay/lagging.

27 139 Gravitasi DMP ACC X vs RAW ACC X 1 Gerakan Yaw Gerakan Pitch Gerakan Roll DMP Acc X Raw Acc X Gambar 4.41 Pengujian respon accelerometer pada sumbu x Gravitasi DMP ACC Y vs RAW ACC Y 1 Gerakan Yaw Gerakan Pitch Gerakan Roll DMP Acc Y Raw Acc Y Gambar 4.42 Pengujian respon accelerometer pada sumbu y

28 Gerakan Yaw DMP ACC Z vs RAW ACC Z Gerakan Pitch Gerakan Roll 1.8 Gravitasi DMP Acc Z Raw Acc Z Gambar 4.43 Pengujian respon accelerometer pada sumbu z Dari hasil pengujian, menunjukan bahwa derau pengukuran accelerometer dari DMP lebih kecil daripada derau yang dengan pengukuran accelerometer secara langsung. Hal ini dikarenakan DMP memiliki internal filter, sedangkan data yang diperoleh dari Raw accelerometer belum difilter Pengujian Gyroscope Untuk memudahkan pengukuran kecepatan angular pada gyroscope, rotary encoder digunakan sebagai pembanding. Rotary encoder memiliki lubang sebanyak 36, setiap lubang dihitung 1 derajat. Alat pengukuran ini dirancang seperti pada gambar 4.44 dan realisasinya disajikan pada gambar 4.45.

29 141 Bearing Shaft Encoder Disk Encoder Sensor ARDUINO UNO RS232 PC / Laptop Gambar 4.44 Diagram rotary encoder Gambar 4.45 Rotary encoder sebagai pengukur kecepatan angular Pengujian dan pengambilan data pengukuran dilakukan dengan cara memberikan kecepatan putar pada meja rotary secara manual, kemudian didiamkan beberapa detik sampai meja rotary berhenti. Pengambilan data dilakukan setiap satu detik. Karena pengujian ini mengharuskan menggunakan dua system yang berbeda (rotary encoder dan quadrotor), maka diperlukan proses penggabungan data.

30 142 Penggabungan data dilakukan dengan menggunakan komputer, yaitu memberikan timestamp yang sama ketika kedua data tersebut diterima Pengujian Gyroscope Sumbu X Pengujian gyroscope pada sumbu x, quadrotor ditempatkan dengan orientasi sumbu x sebagai seperti pada gambar Gambar 4.46 Pengukuran gyroscope sumbu x dengan rotary encoder Keceparan Angular (derajat / detik) DMP Gyro X Raw Gyro X Rotary Encoder Waktu (detik) Gambar 4.47 Kecepatan angular gyroscope sumbu x vs rotary encoder

31 143 Berdasarkan Gambar 4.47, pengujian gyroscope pada sumbu X pengukuran gyroscope dengan DMP dan pengukuran gyroscope Raw hampir sama, Sedangkan jika dibandingkan dengan rotary encoder, gyroscope DMP dan Raw masingmasing mempunyai penyimpangan absolut rata-rata sebesar 6.73 /s dan 6.32 /s Pengujian Gyroscope Sumbu Y Pengujian gyroscope pada sumbu y, quadrotor ditempatkan dengan orientasi sumbu y sebagai seperti pada gambar Gambar 4.48 Pengukuran gyroscope sumbu y dengan rotary encoder Keceparan Angular (derajat / detik) DMP Gyro Y Raw Gyro Y Rotary Encoder Waktu (detik) Gambar 4.49 Kecepatan angular gyroscope sumbu y vs rotary encoder

32 144 Berdasarkan Gambar 4.49, pengujian gyroscope pada sumbu y dengan rotary encoder, DMP dan Raw masing-masing memiliki penyimpangan absolut rata-rata sebesar 7.34 /s dan 9.9 /s Pengujian Gyroscope Sumbu Z Pengujian gyroscope pada sumbu z, quadrotor ditempatkan dengan orientasi sumbu z sebagai seperti pada gambar 4.5. Gambar 4.5 Pengukuran gyroscope sumbu z dengan rotary encoder Kecepatan angular (derajat/detik) DMP Gyro Z Raw Gyro Z Rotary Encoder Waktu (detik) Gambar 4.51 Kecepatan angular gyroscope sumbu z vs rotary encoder

33 145 Berdasarkan Gambar 4.51, pengujian gyroscope pada sumbu Z dengan rotary encoder, DMP dan Raw masing-masing memiliki penyimpangan absolut rata-rata sebesar 6.69 /s dan 6.52 /s Pengujian Respon Gyroscope Pengujian respon sensor gyroscope menggunakan data gerakan yang sama dengan pengujian respon accelerometer. Hasil pengujian disajikan pada gambar dibawah ini. 3 DMP Gyro X vs RAW Gyro X Gerakan Yaw Gerakan Pitch Gerakan Roll Kecepatan Sudut (derajat/detik) DMP Gyro X Raw Gyro X Gambar 4.52 Respon gyroscope sumbu x

34 146 3 Gerakan Yaw DMP Gyro Y vs RAW Gyro Y Gerakan Pitch Gerakan Roll Kecepatan Sudut (derajat/detik) DMP Gyro Y Raw Gyro Y Gambar 4.53 Respon gyroscope sumbu y 3 DMP Gyro Z vs RAW Gyro Z Gerakan Yaw Gerakan Pitch Gerakan Roll Kecepatan Sudut (derajat/detik) DMP Gyro Z Raw Gyro Z Gambar 4.54 Respon gyroscope sumbu z

35 147 Berdasarkan pengujian ini, pengukuran respon gyroscope dengan DMP tidak berbeda jauh dengan pengukuran Raw Pengujian Sensor Magnetometer Pengujian sensor magnetometer menggunakan kompas analog sebagai referensi. Untuk memudahkan pengukuran, busur lingkaran digunakan dan disesuaikan posisi pada arah kutub Utara kompas analog. Gambar 4.55 Pengujian kompas analog dengan sensor magnetometer Setelah posisi busur disesuaikan dengan kompas, sensor magnetometer ditempatkan diatas busur lingkaran dan diarahkan menghadap sudut lalu diikuti dengan perubahan arah sensor sebesar 2 searah jarum jam. Pengujian dilakukan dengan setiap perubahan sudut ditahan selama ±1 detik dan data sensor dibaca dengan frekuensi 5 Hz. Grafik dibawah ini merupakan nilai rata-rata dari data sampel yang diambil.

36 148 Kompas Analog vs Sensor Magnetometer 36 3 Pengukuran Sudut Perubahan Sudut Sensor Compas Analog Gambar 4.56 Pengujian kompas analog dengan sensor magnetometer

37 Sensor Error Kompas Analog Gambar 4.57 Kesalahan sensor magnetometer terhadap kompas analog Pengujian Sensor Barometer Pengujian sensor barometer dilakukan dengan dua acara, yaitu pengujian dengan ketinggian statis dan pengujian dengan ketinggian dinamis Pengujian Statis Sensor Barometer Pada pengujian ini sensor barometer digital dibandingkan dengan sensor barometer analog (aneroid) didiamkan selama beberapa detik. Hasil pengujian disajikan pada gambar

38 15 Gambar 4.58 Quadrotor dan barometer analog (aneroid) Barometer Digital vs Barometer Analog Tekanan (mbar) Waktu (s) Digital Analog Gambar 4.59 Barometer digital vs barometer analog Pengujian Ketinggian Pengujian ketinggian dilakukan dengan menggunakan katrol tetap yang dipasang pada ketinggian 5m. Tanda garis hitam diberikan setiap 5cm sepanjang tali yang akan digunakan pada katrol. Inisialisasi pengukuran, quadrotor diikat

39 151 dengan tali tersebut dan ditempatkan pada dasar permukaan instalasi katrol. Pembacaan sensor barometer dilakukan dari titik terendah sampai titik tertinggi dengan kenaikan ketinggian setiap 5cm. Gambar 4.6 Pengukuran ketinggian Barometer & Suhu vs Ketinggian Pressure (mbar) Pressure Temperature Height (cm) Temperature ( C) Gambar 4.61 Hubungan barometer dan suhu terhadap ketinggian

40 152 Dengan menggunakan persamaan (2.88), maka didapatkan titik terendah pada pengujian adalah sebesar 262 meter dari permukaan laut. Dengan berasumsi titik nol berada pada ketinggian 262 meter, maka menghasilkan grafik pada gambar Pengukuran Ketinggian vs Aktual Ketinggian Pengukuran Aktual Gambar 4.62 Pengukuran ketinggian vs aktual ketinggian Berdasarkan gambar 4.62, sensor barometer mempunyai penyimpangan absolut rata-rata sebesar 5.72cm. Hal ini menunjukan bahwa perhitungan posisi ketinggian dengan sensor barometer cukup akurat. 4.5 Pengujian Posisi Sudut Pada pengujian ini, posisi sudut yang dihasilkan dari DMP dengan menggunakan persamaan pada blok diagram gambar 3.18 dibandingkan dengan beberapa algoritma. Untuk memudahkan pengujian, penulis menggunakan sumber data yang sama dengan pengujian respon accelerometer dan pengujian respon gyroscope.

41 Direct AHRS Perhitungan sudut pitch dan roll dengan cara langsung menggunakan persamaan (2.32) dan persamaan (2.33), sedangkan perhitungan sudut yaw menggunakan persamaan (2.31). Posisi Sudut (Derajat) DMP Yaw vs Direct Yaw DMP Yaw Direct Yaw Gambar 4.63 DMP Yaw vs Direct Yaw Gambar 4.63 menunjukan bahwa hasil perhitungan sudut yaw dengan algoritma direct tidak smooth seperti DMP, hal ini disebabkan karena frekuensi membaca raw sensor magnetometer lebih rendah daripada pembacaan DMP. Selain itu perhitungan dengan raw magnetometer terjadi lagging beberapa milisecond. Pada pengujian ini penyimpangan absolut rata-rata algoritma DMP dengan Direct adalah sebesar

42 154 Posisi Sudut (Derajat) DMP Pitch vs Direct Pitch DMP Pitch Direct Pitch Gambar 4.64 DMP Pitch vs Direct Pitch DMP Roll vs Direct Roll Posisi Sudut (Derajat) DMP Roll Direct Roll Gambar 4.65 DMP Roll vs Direct Roll Gambar 4.64 menunjukan bahwa perhitungan sudut pitch dan roll memiliki penyimpangan absolut rata-rata dan Hasil penyimpangan ini cukup besar, karena perhitungan dengan raw tanpa melibatkan filter.

43 Direct AHRS dengan Complementary Filter Pada pengujian ini, hasil perhitungan posisi sudut dengan cara langsung kemudian disaring dengan metode complementary filter. Dengan diagram blok perhitungan pada gambar 2.27, dan menggunakan konstanta pada tabel dibawah ini. Tabel 4.1 Konstanta-konstanta pada complementary filter Yaw Pitch Roll τ Posisi Sudut (Derajat) DMP Yaw vs Direct Yaw (Complementary Filter) DMP Yaw Direct Yaw (Complementary Filter) Gambar 4.66 DMP Yaw vs Direct Yaw (Complementary Filter)

44 156 DMP Pitch vs Direct Pitch (Complementary Filter) Posisi Sudut (Derajat) DMP Pitch Direct Pitch (Complementary Filter) Gambar 4.67 DMP Pitch vs Direct Pitch (Complementary Filter) DMP Roll vs Direct Roll (Complementary Filter) Posisi Sudut (Derajat) DMP Roll Direct Roll (Complementary Filter) Gambar 4.68 DMP Roll vs Direct Roll (Complementary Filter) Berdasarkan hasil pengujian pada gambar , penyimpangan absolut rata-rata sudut Yaw, Pitch dan Roll masing-masing adalah 11.61, 12.82, dan Complementar filter bekerja mengurangi penyimpangan absolut rata-rata pada perhitungan dengan metode direct.

45 Direct AHRS dengan Kalman Filter Pada pengujian ini, hasil perhitungan posisi sudut dengan cara langsung kemudian disaring dengan metode Kalman Filter. Pengujian ini dengan menggunakan persamaan (2.59) (2.65) dan konstanta : Tabel 4.2 Konstanta-konstanta pada kalman filter Yaw Pitch Roll Q Angle Q Gyro R Measure Maka dengan menggunakan persamaan dan konstanta tersebut, gambar merupakan hasil dari perhitungan sudut direct dengan kalman filter. Posisi Sudut (Derajat) DMP Yaw vs Direct Yaw (Kalman Filter) DMP Yaw Direct Yaw (Kalman Filter) Gambar 4.69 DMP Yaw vs Direct Yaw (Kalman Filter)

46 158 Posisi Sudut (Derajat) DMP Pitch vs Direct Pitch (Kalman Filter) DMP Pitch Direct Pitch (Kalman Filter) Gambar 4.7 DMP Pitch vs Direct Pitch (Kalman Filter) DMP Roll vs Direct Roll (Kalman Filter) Posisi Sudut (Derajat) DMP Roll Direct Roll (Kalman Filter) Gambar 4.71 DMP Roll vs Direct Roll (Kalman Filter) Seperti yang dapat dilihat pada gambar , kalman filter bekerja menghasilkan penyimpangan absolut rata-rata masing-masing (yaw, pitch dan roll) sebesar 2.3, 8. dan Jika dibandingkan dengan pengujian pada penyimpangan sebelumnya (direct dan complenentary filter), perhitungan sudut yaw dengan kalman filter memberikan penyimpangan yang lebih besar daripada

47 159 direct dan complementary filter, namun untuk sudut pitch dan roll dengan kalman filter memiliki penyimpangan yang lebih kecil daripada metode keduanya DCM Pada pengujian ini, menggunakan pengukuran sensor accelerometer, sensor gyroscope dan sensor magnetometer. Tabel dibawah ini merupakan konstanta pengendali PI yang digunakan untuk pengujian dengan algoritma DCM. Tabel 4.3 Konstanta-konstanta pada DCM Yaw Pitch Roll Kp Ki Posisi Sudut (Derajat) DMP Yaw vs DCM Yaw DMP Yaw DCM Gambar 4.72 DMP Yaw vs DCM Yaw

48 16 Posisi Sudut (Derajat) DMP Pitch vs DCM Pitch DMP Pitch DCM Pitch Gambar 4.73 DMP Pitch vs DCM Pitch DMP Roll vs DCM Roll Posisi Sudut (Derajat) DMP Roll DCM Roll Gambar 4.74 DMP Roll vs DCM Roll Gambar merupakan hasil pengujian dengan algoritma DCM. Berdasarkan pengujian tesrebut algoritma DCM sudut yaw, pitch dan roll masingmasing memiliki penyimpangan absolut rata-rata sebesar 23.4, dan Penyimpangan ini jauh lebih besar daripada pengujian dengan

49 161 menggunakan algoritma sebelumnya. Hal ini kemungkinan dikarenakan adanya kesalahan input pada konstanta pengendali PI Mahony AHRS table 4.4. Pada pengujian ini menggunakan algoritma Mahony dengan konstanta pada Tabel 4.4 Konstanta-konstanta pada Mahony AHRS Nilai Kp.5 Ki.1 Posisi Sudut (Derajat) DMP Yaw vs Mahony Yaw DMP Yaw Mahony Yaw Gambar 4.75 DMP Yaw vs Mahony AHRS Yaw

50 162 DMP Pitch vs Mahony Pitch Posisi Sudut (Derajat) DMP Pitch Mahony Pitch Gambar 4.76 DMP Pitch vs Mahony AHRS Pitch DMP Roll vs Mahony Roll Posisi Sudut (Derajat) DMP Roll Mahony Roll Gambar 4.77 DMP Roll vs Mahony AHRS Roll Pada gambar dapat dilihat bahwa perbandingan posisi sudut DMP dengan perhitungan algoritma Mahony AHRS tidak berbeda jauh. Masing-masing sudut (yaw, pitch dan roll) pada pengujian ini memiliki penyimpangan absolut ratarata sebesar 4.43, 5.32 dan 6.63.

51 Madgwick AHRS Pengujian posisi sudut dengan algoritma madgwick menggunakan konstanta sebagai berikut: Posisi Sudut (Derajat) DMP Yaw vs Madgwick Yaw DMP Yaw Madgwick Yaw Gambar 4.78 Grafik DMP Yaw vs Madgwick AHRS Yaw DMP Pitch vs Madgwick Pitch Posisi Sudut (Derajat) DMP Pitch Madgwick Pitch Gambar 4.79 DMP Pitch vs Madgwick AHRS Pitch

52 164 DMP Roll vs Madgwick Roll Posisi Sudut (Derajat) DMP Roll Madgwick Roll Gambar 4.8 DMP Roll vs Madgwick AHRS Roll Dapat dilihat bahwa pada gambar , perbandingan posisi sudut DMP dengan perhitungan algoritma madgwick tidak berbeda jauh. Masing-masing sudut (yaw, pitch dan roll) pada pengujian ini memiliki penyimpangan absolut ratarata sebesar 4.33, 5.37 dan Pengujian Kontrol PI-D Pada pengujian ini, menggunakan bench-test sebagai alat untuk percobaan pengaturan konstanta Kp, Ki dan Kd pada kontrol PI-D. Alat ini digunakan agar quadrotor tidak rusak atau jatuh pada saat pengujian. Pada gambar 4.81 menunjukan realisasi alat pengujiannya.

53 165 Gambar 4.81 Alat pengujian keseimbangan quadrotor Pengujian Mode Akrobatik Dengan menggunakan metode eksperimental, konstanta Kp, Ki, dan Kd untuk mode akrobatik yang paling terakomodir adalah menggunakan konstanta pada tabel dibawah ini. Tabel 4.5 Konstanta-konstanta pengendali PI-D dengan mode akrobatik Kp Ki Kd Pengujian respon kontrol PI-D dilakukan dengan memberikan gangguan ketika quadrotor sudah stabil.

54 166 2 Pengujian Respon Kontrol PI-D Mode Akrobatik pada Sudut Roll Respon Kontrol PI-D Gangguan Sudut (derajat) Roll Gambar 4.82 Respon kontrol PI-D pada sudut roll dengan mode akrobatik Berdasarkan hasil pengujian pada gambar 4.82, gangguan yang diberikan menyebabkan kemiringan quadrotor sebesar -113, pengendali PI-D memberikan respon untuk mengembalikan ke posisi semula dalam waktu kurang dari 1 detik. Hal ini membuktikan bahwa respon pengendali PI-D cukup responsif ketika diberi gangguan Pengujian Mode Angle Dengan menggunakan metode ekperimental, konstanta Kp, Ki dan Kd untuk mode sudut Tabel 4.6 Konstanta-konstanta pengendali PI-D dengan mode angle Kp Ki Kd

55 167 Sudut (derajat) Pengujian Respon Kontrol PI-D Mode Angle pada Sudut Roll Gangguan Respon Kontrol PI-D Roll Gambar 4.83 Respon kontrol PI-D pada sudut roll dengan mode angle Pengujian respon pengendali PI-D dengan mode angle dapat dilihat pada gambar Berdasarkan pengujian tersebut menujukan bahwa gangguan diberikan menyebabkan kemiringan sudut roll quadrotor sebesar -67. Pengendali PI-D memberikan respon untuk mengembalikan ke posisi semula dalam kurun waktu kurang dari 1 detik Pengujian Mode Yaw Lock Pengujian ini menggunakan metode eksperimental untuk tuning PI-D pada mode yaw lock. Tabel 4.6 merupakan konstanta PI-D hasil dari eksperimental. Tabel 4.7 Konstanta-konstanta pengendali PI-D dengan mode yaw lock Kp Ki Kd

56 168 Pengujian Respon Kontrol PI-D Mode Yaw Lock pada Sudut Yaw Sudut (derajat) Gangguan Respon Kontrol PI-D Yaw Gambar 4.84 Respon kontrol PI-D pada sudut yaw dengan mode yaw lock Berdasarkan hasil pengujian gambar 4.84, menujukan bahwa gangguan yang diberikan menyebabkan kemiringan sudut yaw quadrotor sebesar 85. Pengendali PI-D memberikan respon untuk mengembalikan ke posisi semula dalam kurun waktu sekitar 3 detik. 4.7 Pengujian Keseluruhan Pengujian keseluruhan dilakukan dengan menerbangkan quadrotor pada tempat terbuka. Pada pengujian ini dilakukan beberapa langkah sebagai berikut : - Lepas landas - Bergerak maju - Bergerak mundur - Berhenti dan tahan selama 3 detik - Bergerak ke kiri - Bergerak ke kanan - Berhenti dan tahan selama 3 detik

57 169 - Putar ke kiri - Putar ke kanan - Berhenti dan tahan selama 3 detik - Mendarat