Upload
others
View
13
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
TUGAS AKHIR - TE 091399
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI KONTROLER PID UNTUK PENGATURAN ARAH DAN PENGATURAN HEADINGPADA FIXED-WING UAV (UNMANNED AERIAL VEHICLE)
Hery Setyo WidodoNRP . 2208100176
Laboratorium Teknik Sistem PengaturanJurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
POKOK BAHASANPendahuluan
Perancangan
Hasil Simulasi
Hasil Implementasi
Penutup
Pendahuluan
Latar Belakang
Permasalahan
Tujuan
Latar Belakang Permasalahan Tujuan
Pendahuluan• Autopilot pada fixed-wing UAV dapat dapat beroperasi secara
otomatis sesuai dengan program yang telah ditanam di dalamnya
• Kontroler PID (Proportional, Integral, Derivative) digunakan untukmengatasi masalah kestabilan pada fixed-wing UAV
• Kontroler PID merupakan jenis kontroler yang paling banyakpenggunaannya, kesederhanaan struktur, kemudahan dalammelakukan tuning parameter kontrolnya dan memiliki respon yang cepat
Latar Belakang Permasalahan Tujuan
Pendahuluan• Mengarahkan pesawat untuk mengikuti sinyal referensi
yang diberikan.
• Memaksa pesawat untuk mempertahankan lintasan yang telah ditentukan
Latar Belakang Permasalahan Tujuan
Pendahuluan• Merancang kontroler PID untuk mengarahkan pesawat
agar mampu mempertahankan geraknya pada lintasanyang ditentukan
Latar Belakang Permasalahan Tujuan
Perancangan Sistem
Desain kontroler PID
Identifikasi Plant
Perancangan Hardwaredan Software
Identifikasi Kebutuhan
Arsitektur Sistem Navigasi
Perancangan Sistem
ArsitekturSistem Navigasi
IdentifikasiKebutuhan
PerancanganHardware dan
SoftwareIdentifikasi Plant Desain Kontroler
PID
Perancangan Sistem• Pesawat mini RC sebagai plant
• Inertial Measurement Unit board untuk mengetahui orientasidari pembacaan sudut roll, pitch dan yaw
• GPS receiver
• Mikrokontroler Ardupilot Mega 1
• Komputer sebagai Ground Station
ArsitekturSistem Navigasi
IdentifikasiKebutuhan
PerancanganHardware dan
SoftwareIdentifikasi Plant Desain Kontroler
PID
Perancangan Sistem
Perancangan Desain Pesawat fixed-wing
Desain Rangkaian Elektronik
Motor DC Servo
Modul GPS
Modul gyroscope
ArsitekturSistem Navigasi
IdentifikasiKebutuhan
PerancanganHardware dan
SoftwareIdentifikasi Plant Desain Kontroler
PID
Perancangan Sistem
ArsitekturSistem Navigasi
IdentifikasiKebutuhan
PerancanganHardware dan
SoftwareIdentifikasi Plant Desain Kontroler
PID
• Panjang pesawat : 1150 mm • Lebar sayap : 1800 mm • Berat : 900 ~ 1200 g • Motor brushless • Electric Speed Control (ESC) • Propeler• Motor DC Servo HS-65HB• Remote Control dan Receiver
Perancangan Sistem
ArsitekturSistem Navigasi
IdentifikasiKebutuhan
PerancanganHardware dan
SoftwareIdentifikasi Plant Desain Kontroler
PID
Perancangan Sistem• Pada penelitian ini digunakan dua perangkat lunak dalam kinerja sistem yaitu:
• Mission Planner 1.0.89 • Arduino 1.0
ArsitekturSistem Navigasi
IdentifikasiKebutuhan
PerancanganHardware dan
SoftwareIdentifikasi Plant Desain Kontroler
PID
Arduino APM Planner 1.0.89
Perancangan Sistem• Identifikasi dilakukan secara dinamis yaitu dengan memberikan
masukan sudut yang berbeda-beda pada motor servo penggerakrudder dan aileron kemudian mengukur keluaran berupa sudut yaw.
ArsitekturSistem Navigasi
IdentifikasiKebutuhan
PerancanganHardware dan
SoftwareIdentifikasi Plant Desain Kontroler
PID
Perancangan Sistem• Download data identifikasi dinamis melalui software Mission Planner• Pilih "Log Download" dari tab Mission Planner Terminal• File yang sudah tersimpan dalam format .xls di-import ke dalam software MATLAB
untuk mengolah data tersebut sehingga diperoleh transfer function yang merepresentasikan karakteristik plant
ArsitekturSistem Navigasi
IdentifikasiKebutuhan
PerancanganHardware dan
SoftwareIdentifikasi Plant Desain Kontroler
PID
Perancangan Sistem• Olah data yang sudah di-import ke dalam program MATLAB 2010a dengan
menggunakan program ARX untuk mendapatkan fungsi alih (transfer function) dari plant yang berupa pesawat fixed-wing UAV seperti tampakpada Tabel berikut
ArsitekturSistem Navigasi
IdentifikasiKebutuhan
PerancanganHardware dan
SoftwareIdentifikasi Plant Desain Kontroler
PID
Perancangan SistemLangkah-langkah perancangan kontroler PID berdasarkan transfer function plant :1.Tentukan transfer function plant yang akan dikontrol :
2.Karena keluaran dari transfer function plant di atas masih berupa kecepatan sudut makan harusdikalikan dengan integrator untuk memperoleh keluaran berupa sudut
ArsitekturSistem Navigasi
IdentifikasiKebutuhan
PerancanganHardware dan
SoftwareIdentifikasi Plant Desain Kontroler
PID
Perancangan Sistem• Hilangkan delay dan pole (s) untuk mendapatkan plant
orde 2 tanpa delay
ArsitekturSistem Navigasi
IdentifikasiKebutuhan
PerancanganHardware dan
SoftwareIdentifikasi Plant Desain Kontroler
PID
Perancangan Sistem4. Menentukan parameter plant K, ξ, ωn dari transfer function plant :
5. Menghitung parameter kontroler secara analitik
ArsitekturSistem Navigasi
IdentifikasiKebutuhan
PerancanganHardware dan
SoftwareIdentifikasi Plant Desain Kontroler
PID
Pengujian Sistem
Pengujian GPS
Pengujian Gyroscope
Simulasi dan Implementasi
Pengujian GPS PengujianGyroscope
Simulasi danImplementasi
Pengujian Sistem• Pengujian GPS Sebagai Sensor Posisi
Pengujian GPS PengujianGyroscope
Simulasi danImplementasi
Pengujian Sistem• Pengujian Gyroscope
Pengujian GPS PengujianGyroscope
Simulasi danImplementasi
Pengujian Sistem• Simulasi Kontroler PID untuk Kestabilan Sudut Roll dan Yaw
Pengujian GPS PengujianGyroscope
Simulasi danImplementasi
Diagram Simulink Pengarutan Sudut Yaw
Diagram Simulink Pengarutan Sudut Roll
Pengujian Sistem• Hasil Simulasi Kontroler PID untuk Kestabilan Sudut Roll dan Yaw
Pengujian GPS PengujianGyroscope
Simulasi danImplementasi
Kurva Respon Sudut Yaw denganKontroler PID
Kurva Respon Sudut Roll denganKontroler PID
Pengujian Sistem• Simulasi Proses Tracking Lintasan
Pengujian GPS PengujianGyroscope
Simulasi danImplementasi
Pengujian Sistem• Hasil Implementasi
Pengujian GPS PengujianGyroscope
Simulasi danImplementasi
Implementasi 1 Implementasi 2
Kesimpulan• Pada simulasi kontrol tracking menggunakan kontroler PID mampu memberikan
respon posisi pesawat yang mampu mengikuti sinyal referensi dengan mempertahankan posisi pesawat pada lintasan di antara dua waypoint
• Tuning nilai parameter kontroler dapat diperoleh gain kontroler yang mampu memberikan respon yang lebih baik kesalahan keadaaan tunak pada gerak roll sebesar 0,03 % dan 0.14 % pada gerak yaw.
• Kontroler PID mampu mempertahankan arah pesawat menuju waypoint namun belummampu mempertahankan posisi terhadap gangguan angin pada lintasan yang ditentukan
• Hasil identifikasi dan pemodelan sistem belum sesuai dengan plant aslinya
• Akurasi sensor GPS yang kurang akurat untuk plant fixed-wing UAV yang berdimensikecil sehingga mengakibatkan pergeseran yang cukup signifikan
Thank You