RANCANG BANGUN SENSOR INERTIAL MEASUREMENT UNIT (IMU) UNTUK ROKET KENDALI LAPAN

WAHYUDI, S.T., M.T., Prof. (Emr.) Adhi Susanto, M.Sc., Ph.D.

2015 | Disertasi | S3 Ilmu Teknik Elektro

Indonesia telah mengembangkan teknologi roket sejak tahun 1960-an. Inertian Measurement Unit (IMU) yang sesuai dengan spesifikasi roket buatan LAPAN tidak dijual secara bebas. Beberapa peneliti Indonesia telah tertarik melakukan penelitian tentang IMU, tetapi teknologi sensor IMU belum dikuasai. IMU LAPAN yang digunakan untuk uji terbang roket kendali RKX200 belum memenuhi spesifikasi roket kendali. IMU LAPAN terdiri atas 2 unit akselerometer dan 2 unit giroskop pada sumbu x, serta masing-masing 1 unit akselerometer dan 1 unit giroskop pada kedua sumbu yang lain. Sensor yang digunakan pada perancangan IMU LAPAN mempunyai jangkauan pengukuran yang terlalu lebar, sehingga hasil pengukuran gerak roket kurang teliti. Data gerak roket mencakup 6 derajat kebebasan yang dapat diperoleh dengan menggunakan akselerometer dan giroskop pada ketiga sumbu. Sensor IMU untuk roket memerlukan jangkauan pengukuran yang luas dan sensitivitas yang tinggi. Sensor yang mempunyai jangkauan pengukuran luas, biasanya mempunyai sensitivitas rendah. Sensor yang mempunyai sensitivitas tinggi, biasanya mempunyai jangkauan pengukuran sempit. Untuk mendapatkan sensor IMU dengan jangkauan pengukuran yang lebar dan mempunyai ketelitian yang tinggi, diperlukan multisensor dalam perancangannya. Jika 2 sensor atau lebih dapat membaca gerak roket, maka data yang diambil adalah data yang berasal dari sensor yang mempunyai sensitivitas lebih tinggi. Perbaikan terhadap sensor IMU LAPAN telah dilakukan dengan rancang bangun sensor IMU yang menggunakan mikrokontroler ATXMega128A1, multisensor, dan dengan algoritme untuk memilih data sensor. Rancang bangun sensor IMU untuk roket kendali LAPAN pada disertasi ini terdiri atas 2 unit akselerometer dan 3 unit giroskop pada sumbu x, serta 2 unit akselerometer dan 2 unit giroskop pada kedua sumbu yang lain. Setiap sensor mempunyai karakteristik yang berbeda-beda meskipun tipenya sama, sehingga masing-masing sensor perlu dikalibrasi. Kalibrasi sensor dilakukan dengan menggunakan simulator 3 sumbu ST-3176-TC-10. Sensor IMU yang dirancang telah memperbaiki spesifikasi IMU LAPAN dari segi kecepatan data, resolusi spasial dan resolusi angular, serta dengan adanya algoritme pemilih data sensor. Kecepatan pengiriman data IMU hasil perancanan adalah 145,67 data per detik. IMU pada disertasi ini telah berhasil meningkatkan ketelitian pengukuran data percepatan dan data kecepatan sudut hingga 100%.

Indonesia has been developing rocket technology since the 1960s. Inertial Measurement Unit (IMU) with specifications of LAPAN rocket is not sold freely. A number of Indonesian researchers have been intererested in the IMU technology, but not sufficiently mastered. LAPAN IMU which was used for rocket flight test consists of 2 accelerometers and 2 gyroscopes in the x-axis, and one each for y and z-axis. Sensors which have been employed in LAPAN IMU system have very wide measurement range, so the accuracies are low. The rocket motion data, covering 6-degree of freedom, can be acquared by using one accelerometer and one gyroscope in each of the three-axis. For the rocket flights, the IMU should have high sensitivity as well as wide measurement range of the sensors, but sensors with high sensitivity normally have short ranges of measurement, and vice versa. To obtain the IMU with wide range of measurement and high accuracy, multi-sensor systems must be resorted in the design of IMU. Since the motion of the rocket should be detected by more than one sensor each axis, the microcontroller has to select the data from the more accurate sensor. Improvement of LAPAN IMU system has been developed using ATXMega128A1 microcontroller, multi-sensor system, and an algorithm to select the proper sensor data. IMU for LAPAN guided rocket in this dissertation has been designed with 2 accelerometers and 3 gyroscopes in the x-axis, and 2 accelerometers and 2 gyroscopes in the other axis. The sensors of the same of types in reality have different characteristics, so every sensor should first be calibrated thoroughly. Calibration of sensors was done using three-axis simulator ST-3176-TC-10. The IMU which was designed for this dissertation had improved the quality of the transmitted sensor data, with respect to the space resolution and angular resolution, and in the algorithm transmitted sensor data. The transmission rate of the sensor data of this IMU is 146.67 data per second. So that the constructed IMU system has succeeded to improve the accuracy of acceleration and angular rate measurement up to 100%.

Kata Kunci : -