BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang dan Permasalahan Pesawat tanpa awak atau Unmanned Aerial Vehicle (UAV) kini menjadi suatu kebutuhan di dalam kehidupan untuk berbagai tujuan dan fungsi. Desain dari pesawat tanpa awak pun kini telah memiliki banyak sekali jenis sehingga memudahkan penggunaannya yang memiliki fungsi tersendiri. Untuk dapat menambah efisiensi, modifikasi mulai dilakukan pada pesawat tanpa awak misalnya dengan mengadopsi kemampuan helikopter untuk lepas landas yang sekaligus mengadopsi kemampuan dari pesawat udara ketika terbang. Pesawat tanpa awak dengan kemampuan ini yaitu lepas landas secara vertikal dan terbang dengan kecepatan penuh layaknya pesawat udara ketika melakukan penerbangan konvensional disebut dengan pesawat terbang Vertical Take-Off and Landing (VTOL) yang jenisnya salah satunya adalah tiltrotor. Tiltrotor memiliki 3 modus penerbangan yaitu modus hovering, modus transisi, dan modus terbang maju. Kelebihan dari sistem ini adalah kemampuan terbang dengan kecepatan yang baik sehingga dapat menjangkau jarak yang jauh, dapat melayang di area tertentu, dan dapat lepas landas ataupun mendarat pada area yang terbatas. Dengan kelebihan-kelebihan tersebut, tanpa adanya sistem kendali yang baik pada tiltrotor maka tiltrotor akan sangat sulit untuk dikendalikan. Sistem kendali yang baik disini adalah mampu untuk mempertahankan sudut orientasi tiltrotor pada 0 o pada modus hovering tiltrotor. Kestabilan pada modus hovering akan mempengaruhi tiltrotor ketika memasuki modus transisi. Modus transisi berperan penting agar tiltrotor dapat berpindah dari modus hovering menuju modus terbang maju. Tanpa adanya sistem kendali pada modus transisi maka sistem tidak akan dapat menjaga keseimbangannya ketika memasuki modus transisi dimana terjadi perubahan pergerakan servo yang dapat mengubah sudut orientasi menjauh dari setpoint-nya. Beberapa jenis metode kendali telah banyak diperkenalkan untuk pengendalian pesawat tanpa awak misalnya pengendali P, PI, dan PID. Sistem 1
2 kendali tersebut memiliki keunggulan tersendiri pada setiap masing-masing sistem sesuai dengan karakteristik sistem itu sendiri. Berdasarkan pemaparan di atas maka dibutuhkan sistem kendali untuk modus hovering dan modus transisi tiltrotor menggunakan sistem kendali P, PI, atau PID berdasarkan pengujian yang paling baik untuk tiltrotor. 1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang permasalahan yang ada, dapat dirumuskan permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini yaitu bagaimana tiltrotor dapat mempertahankan sudut orientasi tiltrotor (roll, pitch, dan yaw) dari sumbu pesawat terhadap sumbu bumi pada modus transisi terbang tiltrotor menggunakan sistem kendali PID. 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah merancang dan mengimplementasikan sistem kendali PID pada modus transisi terbang tiltrotor agar dapat mempertahankan sudut orientasi tiltrotor (roll, pitch, dan yaw) dari sumbu pesawat terhadap sumbu bumi. 1.4 Batasan Masalah Pembatasan masalah yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Jenis tiltrotor yang digunakan adalah tiltrotor dengan 2 buah baling-baling yang juga sering disebut dengan twin-tiltrotor. 2. Modus transisi pada tiltrotor yang akan diujikan hanya untuk keadaan menuju pergerakan terbang maju dari keadaan hovering/melayang. 3. Sensor yang digunakan adalah IMU 9 DOF yang terdiri dari 3 axis sensor accelerometer, 3 axis sensor gyroscope, dan 3 axis magnetometer. 4. Penentuan konstanta P, I, dan D pada sistem kendali menggunakan Ziegler- Nichols metode osilasi.
3 5. Tuning dan pengujian sistem kendali dilakukan tanpa memperhatikan pengaruh lingkungan atau angin. 6. Sistem kendali yang akan dirancang dan dibuat hanya diimplementasikan untuk sudut orientasi pitch dan roll saja. Sistem kendali untuk sudut orientasi yaw tetap dirancang dan dibuat namun hanya sebatas untuk mempertahankan nilai yaw tiltrotor. 7. Sistem kendali yang digunakan pada sudut roll dan pitch pada modus hovering adalah sistem kendali yang paling baik berdasarkan pengujian pengendali P, PI, dan PID pada sistem. 8. Sistem kendali yang digunakan pada sudut roll dan pitch modus transisi menggunakan sistem kendali terbaik yang didapat pada pengujian sistem kendali pada modus hovering. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini adalah memudahkan pengendalian pada modus hovering dan transisi pada tiltrotor. 1.6 Metodologi Penelitian Metodologi penelitian yang telah dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Menentukan topik yang akan dipilih dengan cara mengidentifikasi masalahmasalah yang ada saat ini untuk kemudian dicari solusinya. Pemilihan topik ini juga disertai dengan konsultasi dengan dosen pembimbing. 2. Setelah mengidentifikasi permasalahan-permasalahan yang ada maka akan ditemukan solusi dari masalah-masalah tersebut. Ini kemudian menjadi basis tujuan dari dibuatnya sistem distribusi barang bantuan menggunakan tiltrotor. 3. 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 tiltrotor pada umumnya dan sistem distribusi barang pada khususnya, sistem transmisi data, sensor yang digunakan (sensor accelerometer, gyroscope, dan
4 magnetometer), aktuator berupa motor brushless dan motor servo, serta mikrokontroler. b. Konsultasi dengan dosen pembimbing dan dosen lain yang sesuai bidangnya mengenai rancangan sistem dan inovasi-inovasi yang akan diterapkan. 4. Membuat perancangan system yang terdiri dari tiga bagian: a. Perancangan Piranti Keras (hardware) - Mekanik Pembuatan mekanik kerangka tiltrotor akan didasarkan pada ketentuan ukuran tiltrotor. Kerangka ini akan berbasis aluminium dan akrilik sehingga ringan namun kokoh. Selain itu, rangka juga harus dibuat se-fleksibel mungkin sehingga dapat dengan mudah dimodifikasi sesuai kebutuhan, serta memudahkan proses maintenance. b. Perancangan Piranti Keras (hardware) - Elektronik Meliputi perancangan-perancangan desain dari sistem elektronik yang melibatkan beberapa sensor seperti sensor accelerometer, gyroscope, dan magnetometer untuk menjaga keseimbangan tiltrotor ketika terbang. c. Perancangan Piranti Lunak (Software) - Program Program ini meliputi pemrogaman yang ada pada pengontrolnya. Pemrograman pada mikrokontroler akan menggunakan bahasa pemrograman C. 5. Selanjutnya adalah penerapan sistem yang telah dirancang tadi dan 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. Yang terakhir adalah analisis dan pengujian terhadap sistem yang telah dibuat yaitu dengan cara uji coba terbang, distribusi barang, dan transmisi data. Dari proses ini kemudian dapat ditarik kesimpulan dari hasil penelitian yang telah dilakukan.
5 1.7 Sistematika Penulisan Garis besar penulisan laporan penelitian ini terdiri dari tujuh bab, yaitu: BAB I : PENDAHULUAN Bab ini berisi penguraian tentang latar belakang dan permasalahan yang dikaji, tujuan, manfaat, batasan masalah, metodologi penelitian yang dilakukan serta sistematika penulisan laporan penelitian. BAB II : TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi tentang penelitian-penelitian terdahulu seputar tiltrotor. BAB III : LANDASAN TEORI Bab ini berisi tentang dasar teori yang mencakup teori-teori mengenai pengertian dari Unmanned Aerial Vehicle (UAV), komponen yang digunakan berupa Inertial Meansurement Unit (IMU), dan metode kendali PID. BAB IV : ANALISIS DAN RANCANGAN SISTEM Bab ini berisi tentang penjelasan mengenai rancangan sistem secara keseluruhan meliputi analisis sistem, arsitektur sistem, diagram blok kendali sistem, rancangan, perangkat lunak, dan rancangan pengujian sistem. BAB V : IMPLEMENTASI Bab ini berisi penjelasan tentang beberapa implementasi, yaitu implementasi parameter-parameter permodelan tiltrotor, perangkat keras, perangkat lunak. BAB VI : HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi tentang beberapa pengujian, yaitu pengujian step respon konstanta PID masing-masing sudut orientasi, sistem keseimbangan tiltrotor. BAB VII : PENUTUP Bab ini berisi tentang kesimpulan dari penelitian serta saran untuk mengembangkan algoritma kestabilan terbang tiltrotor.