Desain Sistem Kendali Attitude UAV Quadrotor untuk Pemetaan Tanah Berbasis Kendali PD dalam Representasi Quaternion

AFNER SIRAIT, Adha Imam Cahyadi, S.T., M.Eng., D.Eng.; Dzuhri Radityo Utomo, S.T., M.E., Ph.D.

2022 | Skripsi | S1 TEKNIK ELEKTRO

Pemetaan tanah dan lahan sangat diperlukan di Indonesia, mengingat hingga 2021 masih terdapat sekitar 50 juta bidang tanah yang belum terpetakan secara resmi di BPN (Badan Pertanahan Nasional). Pemetaan penting untuk keperluan penetapan sertifikat tanah sebagai jaminan hukum atas tanah yang dimiliki. Dalam upaya percepatan proses pemetaan, diperlukan wahana terbang nir-awak (UAV) yang dapat bergerak secara fleksibel, mengikuti track yang diperlukan, dan tahan terhadap gangguan yang disebabkan oleh angin. Pada capstone ini, UAV Quadcopter dengan sistem kendali PD dalam representasi Quaternion yang dapat melakukan kendai attitude dirancang untuk dapat mengatasi gangguan angin dalam proses pemetaan. Dokumen C501 ini memaparkan laporan hasil implementasi pengujian desain sistem kendali yang telah diajukan pada dokumen C251. Pengujian sensor IMU (GY-88) dilakukan untuk menemukan nilai beta yang optimal untuk memperoleh pembacaan data yang akurat. Simulasi Quadrotor pada Matlab dilakukan untuk menemukan estimasi nilai Kp dan Kd yang tepat untuk digunakan (sebagai patokan/awal tuning pada pengujian real system). Dari hasil pengujian, diperoleh hasil pengukuran IMU yang cukup akurat dengan beta = 0.5 dengan frekuensi cuplikan 400Hz. Estimasi attitude yang diperoleh cukup akurat dengan rerata error lebih kecil dari 0.2 derajat. Dengan menggunakan Magdwick Filter, data yang diperoleh merupakan hasil olah data magnetometer dan gyroscope, dimana data magnetometer mengkimpensasi drift dari gyroscope yang merupakan efek dari vibrasi rotor. Estimasi altitude dengan sensor IMU menunjukkan fluktuasi dan error yang cukup signifikan. Simulasi sistem kendali yang telah dilakukan menunjukkan bahwa sistem kendali PD dalam representasi Quaternion yang dilakukan berhasil melakukan kendali attitude (roll, pitch, yaw) dengan rise time sebesar 0.13 - 0.26 detik serta overshoot di rentang 2.37%-3.13%.

Land mapping is very necessary for Indonesia, considering that until 2021 there are still around 50 million sectors of land that have not been officially mapped by the National Land Agency (BPN). Mapping is important for the purpose of determining land certificates as legal guarantees for the land owned. In an effort to accelerate the mapping process, an unmanned flying vehicle (UAV) is needed that can move flexibly, follow the required track, and is resistant to disturbances caused by the wind. In this capstone, a UAV Quadcopter with a PD control system in the representation of a Quaternion that can perform attitude control is designed to be able to overcome wind disturbances in the mapping process. This C501 document describes the report on the implementation & testing of the control system design that has been submitted in the C251 document. IMU sensor testing (GY-88) was conducted to find the optimal beta value to obtain accurate data readings. Quadrotor simulation in Matlab was carried out to find the right estimation of Kp and Kd values to be used (as a benchmark/initial tuning in real system testing). From the test results, the IMU measurement results are quite accurate with beta = 0.5 with a sampling frequency of 400Hz. The attitude estimate obtained is quite accurate with an average error of fewer than 0.2 degrees. By using the Magdwick Filter, the data obtained is the result of the magnetometer and gyroscope data processing, where the magnetometer data compensates for the drift of the gyroscope which is the effect of rotor vibration. The estimation of altitude using the IMU sensor shows significant fluctuations and errors. The control system simulation that has been carried out shows that the PD control system in the Quaternion representation has succeeded in controlling attitude (roll, pitch, yaw) with a rise time of 0.13 - 0.26 seconds and overshoot in the range of 2.37%-3.13%.

Kata Kunci : Quadrotor, PD Control, IMU, Magdwick Filter, Quaternion