DESAIN KONTROL PATH FOLLOWING QUADCOPTER DENGAN ALGORITMA LINE OF SIGHT

Transkripsi

1 Seinar Nasional Inoasi Dan Aplikasi eknologi Di Industri 27 ISSN IN Malang 4 Pebruari 27 DESAIN KONROL PAH FOLLOWING QADCOPER DENGAN ALGORIMA LINE OF SIGH Anggara risna Nugraha urusan eknik Elektro Fakultas eknik Institut eknologi Sepuluh Nopeber l. Raa IS Keputih Sukolilo Keputih Sukolilo Surabaa awa iur 6 Eail : anggaratnugraha@ahoo.co.id Abstrak. Perkebangan Quadcopter sudah seakin luas fungsina bahkan untuk tugas-tugas iliter di udara ang berbahaa isalna operasi pencarian pengintaian penelaatan dan juga bisa diaplikasikan untuk tugas iliah seperti peetaan kondisi kecepatan angin endeteksi suber radiasi pengawasan peeliharaan dan surei. Quadcopter erupakan siste nonlinear dengan ultiple input ultiple output dan siste dengan persoalan kestabilan sehingga rentan terhadap gangguan eksternal. Karakteristik ini enebabkan adana kesulitan dala pengendalian gerak tracking secara otoatis dan engatur arah hadap. Berdasarkan perasalahan tersebut pada penelitian ini disajikan desain kontrol tracking pada bidang horizontal dengan enabahkan algorita Line of Sight agar dala elakukan path following konergen enuju nol dan dapat engatasi gangguan arus laut ang erubah paraeter dari quadcopter dala elakukan gerak pada bidang horizontal. Hasil siulasi enunjukkan bahwa etode kontrol ang digunakan apu ebawa sudut aw pitch dan roll pada nilai ang diharapkan. Quadcopter dapat elakukan tracking secara otoatis pada kondisi tanpa gangguan dengan rata-rata cross track error sebesar.8 eter. Kata kunci: Quadcopter racking Control Line Of Sight Path Following.. Pendahuluan Saat ini teknologi nanned Aerial Vehicle (AV telah banak digunakan dala keperluan pengawasan pencarian dan penelaatan. Seiring berkebangna etode ang digunakan untuk enangani perasalahan kontrol pada quadcopter ang ana [] teknik kontrol nonlinear ang digunkaan untuk kontrol hoer. Metode nonlinear backstepping lebih bisa endekati karakteristik siste nonlinear. Sehingga langkah perhitungan ang digunakan lebih ruit. Walaupun dengan perhitungan ruit tersebut quadcopter apu elakukan path following sesuai refrensi dari kondisi nilai dan z. Naun pada saat quadcopter diberi gangguan berupa angin ang konstan aka respon ang dihasilkan engalai ripple dan tidak robust. Pada [2] disajikan algorita Line Of Sight (LOS ang eudahkan untuk engatur arah hadap suatu plant agar konergen enuju path ang sudah didefinisikan aitu dengan ebuat cross-track error ang dituju. Berdasarkan pada perasalahan dan solusi diatas aka ide dala penelitian ang akan diajukan adalah erancang desain etode kontrol optial untuk engontrol quadcopter agar dapat elakukan path following dengan jalur ang sudah ditentukan dan enabahkan algorita Line Of Sight (LOS ang digunakan untuk dapat enghasilkan kesesuaian terhadap suatu bentuk path sebagai sinal referensi dengan engatur arah hadap serta path error sekecil ungkin. 2. Pebahasan 2.. Model Dinaika ranslasi Quadcopter Suatu gaa ang dihasilkan oleh keepat otor penggerak ang dipasang baling-baling pada quadcopter. Persaaan berikut: enunjukkan gaa-gaa ang terjadi : F F2 F3 F4 ( 2 F2 F4 3 F F3 (2 (3 B9.

2 Seinar Nasional Inoasi Dan Aplikasi eknologi Di Industri 27 ISSN IN Malang 4 Pebruari 27 4 F F3 F2 F4 (4 Model Dinaika Rotasi Quadcopter Persaaan dinaika dari quadcopter pada gerak translasi dan rotasi adalah (cos sin cos sin sin (5 (cos sin cos sin sin (6 z g (cos cos (7 zz r qr q 2 (8 zz r pr p 3 (9 zz zz pq 4 ( I dengan adalah assa g adalah graitasi l adalah jarak antara pusat assa quadcopter dengan subu rotasi propeller d adalah koefisien gaa drag dan I I I z adalah inersia pada subu z berturut-turut. Gabar. Gabar Seua State dari Quadcopter (e untuk Frae Bui dan b untuk Frae Badan Quadcopter [3] 2.2. Linearisasi Model Dinaika Quadcopter Pada bagian ini akan dijelaskan engenai linearisasi dinaika quadcopter diana konsep dinaika sudah diterangkan pada sub-bab dinaika quadcopter. Nilai paraeter ang ditulis dala tabel. ariable state ang akan digunakan sebagai representasi dinaika pada aktuator quadcopter seperti berikut: u ( s abel. Paraeter Siste Quanser Qball-X4 3 No Paraeter Sibol Nilai Massa 3499 kg 2 Graitasi g 98 kg/ 2 3 Moent Inersia pada subu X.3 kg. 2 4 Moent Inersia pada subu Y.3 kg. 2 5 Moent Inersia pada subu Z zz.4 kg. 2 6 arak rotor dari pusat assa l.2 7 Gaa drag d Gaa trust b 75-7 B9.2

3 Seinar Nasional Inoasi Dan Aplikasi eknologi Di Industri 27 ISSN IN Malang 4 Pebruari 27 9 Bandwith aktuator ω 5 rad/s Konstanta gaa dorong K 2 N Peodelan Linearisasi sudut Roll dan Pitch Asusikan rotasi disekitar subu dan adalah decoupled pergerakan dala subu roll/pitch. Gaa angkat ang dihasilkan oleh setiap otor dapat dikalkulasi dan enggunakan input asingasing ang berhubungan. ika konstanta drag diabaikan dan quadcopter dianggap dala kondisi elaang diana percepatan quadcopter endekati. sin( cos(. sin( cos( Bentuk kineatika sederhana roll pitch dan aw (2 p (3 q r Sudut roll/pitch ang diisalkan dapat diforulasikan enggunakan dinaika sebagai berikut: FI (4 dengan roll pitch l adalah jarak propeller terhadap pusat graitasi dan F F F terdapat 2 perbedaan antara gaa ang telah dibangkitkan oleh kedua otor. Perbedaan gaa ang dihasilkan oleh perbedaan input untuk kedua otor aitu u u u 2 (5 Bentuk persaaan state space untuk odel linier dinaika roll dan pitch dapat dinatakan: lk u2 lk u Peodelan Linearisasi X dan Y Gaa angkat total dan perubahan sudut roll/pitch ang terjadi sepanjang subu X dan Y. ika diasusikan sudut aw adalah nol aka dinaika gerak dala subu X dan Y dapat ditulis sebagai berikut: 4F (sin sin cos sin cos (8 4F ( sin sin cos sin cos (9 Percepatan sudut roll dan pitch endekati nol ang diasusikan aka dengan ensubtitusikan odel posisi subu X dan Y dapat ditulis enjadi: 4F 4K sin (2 4F 4K ( sin (2 Model linier dinaika posisi ang didapat pada subu X dan Y dala bentuk state space adalah sebagai berikut: (6 (7 B9.3

4 Seinar Nasional Inoasi Dan Aplikasi eknologi Di Industri 27 ISSN IN Malang 4 Pebruari 27 B9.4 u K 4 (22 u K 4 (23 diana z z r q p w u z X ] [ ] [ (24 dan ] [ ( Algorita Guidance Huku LOS (Line of Sight pada Persaaan Steering Strategi berdasarkan enclosure digunakan untuk engarahkan enuju nol keudian engarahkan ektor kecepatan enuju titik perpotongan agar sesuai dengan arah dari path diana path tersebut secara iplisit didefinisikan oleh urutan di ana wapoints ang sudah didefinisikan. Path tersebut elibatkan secara langsung penetapan. (26 Koordinat pusat suatu kendaraan didefinisikan dengan dan digunakan sebuah lingkaran dengan radius ang ditarik dari titik pusat kendaraan. Lingkaran tersebut akan eotong suatu path pada dua titik diana salah satu titikna adalah. Perhitungan dua titik LOS ang tidak diketahui dapat dicari dengan eelesaikan dua persaaan dibawah ini: (27 diana persaaan erupakan persaaan pthagoras sedangkan persaaan enunjukkan sudut keiringan dari path terhadap subu bui sebesar. Keiringan diantara dua wapoints tersebut adalah konstan dan berlaku juga besar keiringanna untuk titik-titik diantarana. Proses perhitungan enclosure secara analitik berdasarkan [7] dapat dijabarkan dengan: Arguen : untuk aka persaaan (28 dengan dan erupakan perbedaan posisi dan diantara dua wapoints. Koordinat pusat suatu kendaraan didefinisikan dengan dan digunakan sebuah lingkaran dengan radius ang ditarik dari titik pusat kendaraan. Lingkaran tersebut akan eotong suatu path pada dua titik diana salah satu titikna adalah. Perhitungan dua titik LOS ang tidak diketahui dapat dicari dengan eelesaikan dua persaaan dibawah ini: (29 (3 diana persaaan (29 erupakan persaaan pthagoras sedangkan persaaan (3 enunjukkan sudut keiringan dari path terhadap subu bui sebesar. Keiringan diantara dua wapoints

5 Seinar Nasional Inoasi Dan Aplikasi eknologi Di Industri 27 ISSN IN Malang 4 Pebruari 27 tersebut adalah konstan dan berlaku juga besar keiringanna untuk titik-titik diantarana. Proses perhitungan enclosure secara analitik dapat dijabarkan dengan: Arguen : untuk aka persaaan (3 dengan dan erupakan perbedaan posisi dan diantara dua wapoints. Agar lebih udah dala elakukan proses perhitungan aka perlu dilakukan proses notasi baru sebagai perisalan: dengan enjabarkan persaaan berikut aka : diana: (33 (34 (35 diana: keudian pertibangkan: (37 (38 Lalu dengan easukkan persaaan los dan los kedala persaaan. aka: (39 erupakan standar penelesaian secara analitik persaaan orde dua. Keudian dinotasikan lagi dengan: aka solusi dari persaaanini enjadi: (39 (4 (4 diana:ika aka : (42 dan jika aka: (43 B9.5 (44

6 Seinar Nasional Inoasi Dan Aplikasi eknologi Di Industri 27 ISSN IN Malang 4 Pebruari 27 Setelah dihitung aka dapat dengan udah dihitung. Akan tetapi jika aka. Arguen 2: jika aka hana persaaan (2.64 ang berlaku dala arti bahwa: diana. Perhitungan persaaan (45 elalui sarat : ika aka: (45 dan jika aka: (46 (47 ketika aka tidak ada pilihan berdasarkan [2] naun saran penulis bisa diodifikasi dengan progra Diagra blok quacopter Gabar 2 erupakan diagra blok dari strategi kontrol Quadcopter ang akan dirancang. Struktur kontrol terdiri odel following inner dan outer loop. Model following (ang ditandai dengan blok berwarna hijau erupakan refrensi dan odel dari generate path serta penggunaan algorita LOS dengan output berupa sudut d ang akan asuk dala blok kontrol Inner loop erupakan kontroler rotasi sudut ( ang enabahkan pefora H (ditandai dengan blok berwarna kuning sedangkan outer loop erupakan kontroler tracking posisi ( z ang enggunakan struktur CG (ditandai dengan blok berwarna erah. Sinal referensi untuk siste kontrol quadcopter ini terdiri atas referensi untuk posisi d d zd dan sudut d. Gabar 2. Gabar Diagra blok kontroler quadcopter 2.5. Hasil dan Pebahasan Pengujian path following pada quadcopter secara otoatis dilakukan elalui siulasi dengan adana perubahan kecepatan angular. Kecepatan linear = 33 kecepatan sudut aksial = jarak arah hadap = 3 dan radius = 3. itik ang akan dilalui untuk elakukan path following adalah sebagai berikut: abel 2. Koordinat Wa point No itik (Wa Point Koordinat itik (3 2 itik 2 (3 3 itik 3 ( 4 itik 4 ( 5 itik 5 (.5 B9.6

7 Seinar Nasional Inoasi Dan Aplikasi eknologi Di Industri 27 ISSN IN Malang 4 Pebruari 27 titik tersebut akan ebentuk sebuah path (eter adapun ilustrasi path ang akan dilalui oleh quadcopter ditunjukkan pada gabar 3. Gabar 3. Gabar path ang terdefinisi. Dilakukan 2 pengujian path following enggunakan algorita LOS (Line of Sight aitu pertaa pengujian path following dengan kecepatan sudut /s dan 2/s Pengujian Path Following dengan kecepatan sudut /s Pengujian gerak quadcopter dala engikuti suatu path (path following tanpa adana gangguan ekternal diilustrasikan pada gabar 4 dengan nilai error rata-rata posisi quadcopter terhadap path sebesar.8%. Gabar 4. Gabar respon quadcopter terhadap path ang sudah terdefinisi dengan kecepatan /s Pengujian Path Following dengan kecepatan sudut 2/s Pengujian gerak quadcopter dala engikuti suatu path (path following tanpa adana gangguan ekternal diilustrasikan pada gabar 5 dengan nilai error rata-rata posisi quadcopter terhadap path sebesar.2%. B9.7

8 Seinar Nasional Inoasi Dan Aplikasi eknologi Di Industri 27 ISSN IN Malang 4 Pebruari 27 Gabar 5. Gabar respon quadcopter terhadap path ang sudah terdefinisi dengan kecepatan 2/s. 3. Sipulan Algorita LOS ang diterapkan pada quadcopter bekerja dengan baik ketika tidak ada gangguan ekternal dan apu engikuti jalur ang sudah didefinisi ang berupa square dan adana perubahan kecepatan angular. Algorita LOS apu engendalikan pergerakan quadcopter untuk elalui suatu path ang telah ditentukan dengan rata-rata cross track error kecil aitu.8 eter dengan kecepatan /s. 4. Saran Saran untuk penelitian selanjutna dapat ebahas pengujian dengan adana gangguan eksternal pada quadcopter dala elakukan steering kontrol kecepatan dala elakukan aneuer dan penabahan desain obserer untuk engestiasi seluruh state agar endekati dengan kondisi real. Daftar Pustaka []. Daid Cabecian Rita Cunha and Carlos Silestre. A Globall Stabilizing Path Following Controller for Rotorcraft With Wind Disturbance Rejection IEEE ransactions on Control Sstes echnolog Volue 23 issue [2]. hor I. Fossen. Handbook of Marine Craft Hdrodnaics and Motion Control ohn Wile & Sons Inc. Canada 2. [3]. Quanser Q-Ball X-4 ser Manual Quanser Innoate Educate 2 Doc. 888 Re.2 pp. i-46. B9.8