(UAV) adalah sebuah pesawat terbang

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pesawat udara tanpa awak atau Unmanned Aerial Vehicle (UAV) adalah
sebuah pesawat terbang yang dapat dikendalikan secara jarak jauh oleh pilot atau
dengan mengendalikan dirinya sendiri. Dewasa ini, penerapan pesawat tanpa awak
sendiri sudah luas seperti penerapan pesawat tanpa awak di bidang militer yang
digunakan untuk melakukan suatu misi penyerangan atau pertahanan suatu negara.
Selain di bidang militer penggunaan pesawat tanpa awak juga marak digunakan
dalam fotografi udara, dokumenter, pemetaan suatu wilayah, pemantauan suatu
daerah bencana, dan lain-lain (Widyantara, 2015).
Sistem kontrol Proportional, Integral and Derivative (PID) merupakan sebuah
kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik
adanya umpan balik pada sistem tersebut. Kontrol PID mempunyai tiga komponen
diantaranya adalah Proporsional, Integral dan Derivatif yang dapat digunakan
secara bersama-sama maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang
diinginkan terhadap suatu plant. Sistem kendali terbang digunakan sebagai
pengatur kestabilan gerak pesawat udara agar bergerak sesuai dengan yang
diinginkan.
Penelitian yang telah dilakukan oleh Widodo dkk. (2012) tentang perancangan
dan implementasi kontroler PID untuk pengaturan heading dan pengaturan arah
pada fixed-wing UAV telah mampu mempertahankan arah pesawat terhadap
waypoint namun belum mampu mempertahankan posisi terhadap gangguan angin
pada lintasan, dikarenakan sistem kestabilan gerak pesawat yang kurang optimal.
Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dirancang suatu sistem kendali robust PID
metode Integral Square Error (ISE) yang mampu menjaga UAV tetap stabil saat
terjadi gangguan dalam melakukan misi terbang dengan merubah konstanta integral
error pada PID biasa. ISE sendiri merupakan suatu indeks performansi dari robust
PID, yang bila dibandingkan dengan indeks performansi lainnya seperti IAE,ITAE
dan ITSE memiliki hasil yang lebih baik dengan rise time yang lebih kecil dan
1
2
overshoot yang cenderung kecil, selain itu respon sistem pada ISE lebih responsif
(Priyambodo dkk., 2016).
Salah satu contoh pesawat udara tanpa awak adalah delta wing yang memiliki
sayap berbentuk segitiga (delta). Penelitian ini menggunakan delta wing di
karenakan memiliki stall speed yang relatif kecil sehingga mudah dikendalikan,
selain itu dengan sayap berbentuk segitiga memberikan beberapa keuntungan dari
segi aerodinamis, ekonomis, dan performa yang lebih besar saat melakukan misi
terbang.
Penambahan
sistem
kendali
robust
PID
metode
ISE
yang
diimplementasikan pada delta wing diharapkan mampu menjaga pesawat tetap
stabil saat terbang lurus dan tetap stabil saat adanya gangguan (Teli, 2014).
Sistem pengendalian pada UAV dapat dibagi menjadi kendali secara manual
oleh pilot dan kendali secara otomatis dengan mode auto pilot. Kendali manual pilot
pada UAV dijalankan oleh operator yang berada di station kendali di darat (Ground
Control Station) memberikan perintah terbang menggunakan gelombang radio
melalui sistem telemetri yang menghubungkan UAV tersebut dengan operator di
darat. Kendali auto pilot akan mengendalikan manuver dari UAV agar dapat
bergerak mandiri untuk menuntaskan misi yang diberikan untuk melakukan fungsi
tersebut, auto pilot memerlukan sistem sensor yang dapat mengukur parameterparameter penerbangan (Manggala, 2012).
Flight Control System merupakan salah satu bagian yang penting dalam sebuah
UAV. Flight Control System dapat digunakan untuk menentukan posisi keadaan
pesawat agar tetap stabil dan sesuai dengan misi terbang yang dilakukan
(Ardiantara, 2013). Pesawat tanpa awak atau UAV memerlukan sensor IMU
(Inertial Measurement Unit) yang digunakan untuk menentukan atau mengukur
sudut attitude UAV. Sensor yang digunakan adalah sensor gyro untuk mengukur
kecepatan putar sudut attitude, GPS (Global Positioning System) untuk menentukan
posisi koordinat (latitude,longitude,altitude) suatu obyek diatas permukaan bumi
dan accelerometer yang digunakan untuk mengkompensasi drift/error yang terjadi
pada sudut roll dan pitch karena accelerometer dapat dipakai untuk menentukan
sudut-sudut attitude walaupun yang diukur oleh accelerometer secara langsung
adalah percepatan gravitasi.
3
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang menjadi dasar penelitian ini adalah bagaimana
menjaga agar pesawat delta wing tetap stabil saat terbang lurus.
1.3 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Pesawat yang digunakan dalam penelitian adalah pesawat tipe delta wing.
2. Penentuan konstanta PID menggunakan teori Ziegler-Nichols dengan
metode kedua.
3. Penelitian ini menggunakan sistem kendali Robust PID metode Integral
Square Error (ISE).
4. Pengolahan data keluaran dari sensor IMU menggunakan algoritma
Direction Cosine Matrix (DCM).
5. Indikator pengujian kestabilan dilakukan dengan penerbangan lurus normal
dalam keadaan glidding.
6. Pengujian pada sistem tidak melakukan pengendalian terhadap ketinggian.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah dapat merancang dan mengimplementasikan
robust PID dengan metode ISE pada UAV agar dapat stabil saat terbang lurus.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang didapatkan dari penelitian ini adalah memperoleh sistem pesawat
tanpa awak yang tahan terhadap gangguan (alami maupun buatan) saat melakukan
misi terbang lurus.
1.6 Metodologi Penelitian
Adapun beberapa metodologi penelitian yang dilakukan adalah sebagai
berikut:
1. Studi Literatur
Melakukan studi literatur seperti IMU GY 86, algoritma Direction Cosine
Matrix dan penggunaan mikrokontroler.
4
2. Spesifikasi Sistem
Pada tahapan spesifikasi sistem dilakukan spesifikasi sistem secara
keseluruhan seperti spesifikasi perangkat keras maupun lunak yang
mendukung penelitian.
3. Perancangan dan Implementasi Sistem
Perancangan sistem dilakukan sesuai dengan spesifikasi yang telah
ditentukan sebelumnya dan diawali dengan perancangan sistem pada
software maupun pada hardware. Realisasi perancangan pada software
maupun hardware selanjutnya diimplementasikan untuk diujikan.
4. Pengujian dan Analisis
Ada dua tahapan pengujian yang dilakukan:
-
Pengujian subsistem untuk mengetahui performa sistem secara modular.
-
Pengujian sistem terintegrasi keseluruhan untuk mengetahui performa
akhir sistem.
5. Pembuatan Laporan
Pembuatan laporan dilakukan setelah mendapatkan data-data yang dirasa
cukup pada tahapan pengujian dan analisis. Hasil tiap bab penyusunan
merupakan keluaran tertulis dari tiap tahap penelitian.
1.7 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir
adalah sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian,
manfaat penelitian, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Tinjauan pustaka memuat uraian sistematis tentang informasi hasil penelitian yang
disajikan dalam pustaka dan menghubungkannya dengan masalah penelitian yang
diteliti.
5
BAB III DASAR TEORI
Pada bagian ini dijelaskan mengenai teori dari sistem yang akan dibuat.
BAB IV PERANCANGAN SISTEM
Pada bagian ini dijelaskan mengenai perancangan rangkaian perangkat keras dan
perangkat lunak sistem yang dibuat.
BAB V IMPLEMENTASI SISTEM
Berisikan tentang implementasi dari perancangan dalam bentuk nyata terhadap
kinerja perangkat keras dan perangkat lunak.
BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN
Tahap ini membahas tentang hasil pengujian sistem yang dilakukan oleh penulis
meliputi pengamatan atas kinerja perangkat keras dan perangkat lunak. Hasil
pengujian kemudian dianalisis serta dibahas hasil dan kinerjanya.
BAB VII PENUTUP
Bab ini berisi kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan serta saran-saran
untuk pengembangan penelitian selanjutnya.