Kendali Quadrotor untuk Menjaga Stabilitas saat Membawa Payload Cairan dengan Self-Tuning Controller Berbasis LPV

Zalu Ardani Ramadhan, Oskar Natan, S.ST., MTr.T., Ph.D; Dr. Andi Dharmawan, S.Si., M.Cs.

2026 | Skripsi | ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI

Quadrotor yang membawa payload cairan menghadapi tantangan stabilitas akibat variasi momen inersia yang disebabkan oleh pergerakan cairan pada payload. Kendali LQR konvensional dengan gain tetap kurang baik merespons perubahan parameter dinamis tersebut secara adaptif. Penelitian ini merancang dan mengimplementasikan sistem kendali self-tuning berbasis Linear Parameter Varying (LPV) menggunakan logika fuzzy untuk menyesuaikan gain LQR secara real-time pada sumbu roll dan pitch. Pada pengujian ketahanan terhadap gangguan terkontrol dengan payload cairan 200 mL, sistem mencapai rise time maksimal 0,770 s, settling time maksimal 2,700 s, dan overshoot maksimal 14,80%, seluruhnya memenuhi kriteria keberhasilan. Pada kondisi hover, kendali LPV mereduksi deviasi maksimum dibandingkan LQR gain tetap sebesar 47,7% pada sumbu roll dan 68,5% pada sumbu pitch, meskipun disertai peningkatan beban aktuator sekitar 61,9% (RMS deviasi PWM) sebagai trade-off. Pengujian tambahan terhadap jenis beban menunjukkan deviasi pada payload cairan lebih besar dibandingkan tanpa payload maupun payload padat setara massa, mengindikasikan bahwa karakter dinamis cairan menjadi sumber utama gangguan. Hasil ini menegaskan efektivitas mekanisme self-tuning berbasis LPV dalam mempertahankan kestabilan attitude quadrotor secara konsisten pada setiap skenario pengujian yang dilakukan.

A quadrotor carrying a liquid payload faces stability challenges due to moment-of-inertia variations caused by the movement of a liquid payload. Conventional fixed-gain LQR control responds poorly to such dynamic parameter changes. This study designs and implements a linear parameter-varying (LPV)-based self-tuning control system using fuzzy logic to adjust LQR gains in real-time on the roll and pitch axes. In a controlled-disturbance resilience test with a 200 mL liquid payload, the system achieved a maximum rise time of 0.770 s, settling time of 2.700 s, and overshoot of 14,80%, all meeting the success criteria. Under hover conditions, the LPV controller reduced maximum deviation relative to fixed-gain LQR by 47.7% on the roll axis and 68.5% on the pitch axis, although accompanied by an approximately 61.9% increase in actuator load (RMS PWM deviation) as a trade-off. An additional test across payload types showed greater deviation with a liquid payload than with no payload or an equal-mass solid payload, indicating the liquid's dynamic character contributes most dominantly to the stability challenge. These results indicate the effectiveness of the LPV-based self-tuning mechanism in consistently maintaining quadrotor attitude stability across each controlled disturbance test.

Kata Kunci : quadrotor, self-tuning, LPV, LQR, logika fuzzy