SISTEM KENDALI MANUVER HIGH-SPEED FLIP PADA QUADROTOR DENGAN PENDEKATAN LINEAR PARAMETER VARYING (LPV)

Nur Azizah Aulia Ramadhani, Dr. Andi Dharmawan, S.Si., M.Cs.; Oskar Natan, S.ST., MTr.T., Ph.D.

2026 | Skripsi | ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI

Manuver high-speed flip pada quadrotor melibatkan rotasi penuh 360° pada sudut roll dalam waktu singkat mengikuti lintasan sudut berbasis profil sinusoidal dengan perubahan referensi yang cepat dan kontinu. Metode kendali LQR dengan gain tetap tidak cukup adaptif terhadap dinamika yang berubah di setiap fase manuver, sehingga menyebabkan ketidaksesuaian respons dalam mencapai sudut referensi. Pada penelitian ini dikembangkan sistem kendali dengan pendekatan Linear Parameter Varying (LPV)-inspired fuzzy gain scheduling untuk meminimalisasi ketidaksesuaian respons tersebut.

Data orientasi diperoleh melalui konversi representasi quaternion ke sudut Euler dengan penyesuaian kerangka koordinat sensor terhadap kerangka lokal quadrotor, sehingga meminimalisasi masalah gimbal lock dan konsisten pada semua orientasi. Lintasan manuver dirancang menggunakan profil sinusoidal dengan durasi 0,85 detik dan kecepatan sudut puncak 665,28°/detik. Sistem kendali LQR-fuzzy menggunakan sudut roll dan kecepatan sudut roll sebagai parameter penjadwalan LPV yang diproses oleh logika fuzzy untuk menghasilkan gain posisi dan gain kecepatan sudut secara adaptif. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pendekatan ini meningkatkan kualitas pengendalian yang ditunjukkan dengan penurunan skor ITAE sebanyak 26,1?ri 5,60 menjadi 4,14, penurunan persentase respons undershoot dari 66% menjadi 45,6%, dan peningkatan persentase respons dalam batas toleransi dari 33,6% menjadi 52,6%. 

The high-speed flip maneuver on a quadrotor involves a full 360° roll rotation executed within a short duration, guided by a sinusoidal angle trajectory with rapidly varying reference signals. A conventional fixed-gain Linear Quadratic Regulator (LQR) controller is not sufficiently adaptive to the varying dynamics across different phases of the maneuver, resulting in tracking errors when following the reference angle. In this study, a control system based on a Linear Parameter Varying (LPV)-inspired fuzzy gain scheduling approach is developed to minimize such response mismatches.

Orientation data is obtained by converting quaternion representation to Euler angles with coordinate frame adjustment between the sensor frame and the quadrotor body frame, reducing the effects of gimbal lock and ensuring consistent orientation data across all attitudes. The maneuver trajectory is designed using a sinusoidal profile with a duration of 0.85 seconds and a peak angular velocity of 665.28°/s. The proposed LQR-fuzzy control system utilizes roll angle and roll angular rate as LPV scheduling parameters processed by fuzzy logic to generate adaptive position and rate gains. Experimental results show an improvement in control performance, indicated by a 26.1% reduction in ITAE score from 5.60 to 4.14, a decrease in the undershoot percentage from 66% to 45.6%, and an increase in the percentage of responses within the tolerance range from 33.6% to 52.6%.

Kata Kunci : Quadrotor, high-speed flip, LQR, logika fuzzy, LPV