KAJI AWAL SISTEM KENDALI QUADCOPTER

KAJI AWAL SISTEM KENDALI QUADCOPTER

TUGAS AKHIR

Diajukan Kepada :

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S-1) Teknik Mesin

Oleh : Afrianto 201510120311027

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2019

LEMBAR

PENGESAHAN

KAJI AWAL

SISTEM

KENDALI

_QUADCOPTER

Diajukan Kepada : Ketua 'it1 N4alang .108.9404.0313 Ill

AFRIANTO

2$1510120311027

Diterin-ra dan di setuj ui

Pada tanggal 25 Clktober 201 9

Dosen Pembimbing

I

Dosen Pembimbing

II

€

Ir. Trihono Sew,oyo. MT

NIP:

108.9504.0327

Budiono. S.si" MT

SURAT

PERIYYATAAN

KEASLIAN TULISAN

'r::,rt ,it:i:i, i..

Quadcopter. dalam

oleh lain Yang bertanda tangan di bawah ini

Nama

: Afrianto

NIM

:201510120311027

Jurusan

: Teknik Mesin

Fakultas

: Teknik Dengan ini menyatakan

l.

Tugas Akhir Kaji karya kecuali sumber di Apabila lnl dan -) TI NON Demikian sebagaimana

ini

saya Malang. 06 November 2019 Koordinator Koordinator Naskah Publikasi

^W

vl M. Irkham Mamungkas, ST., MT S. Pd

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur kehadirat Allah SWT, atas segala rahmat, taufik dan

hidayah-Nya yang selalu dilimpahkan kepada kita tanpa pernah terputus. Shalawat dan

salam kita panjatkan kepada Junjungan Nabi Besar Muhammad SAW sebagai Nabi

dan Rasul akhir zaman yang membimbing kita agar kelak diakui menjadi hamba Allah

SWT.

Dalam Penulisan tugas akhir ini penulis memberikan judul “Kaji Awal

Sistem Kendali Quadcopter”. Tugas akhir ini dibuat dengan tujuan sebagai salah satu

syarat untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Muhammadiyah Malang.

Tugas akhir ini tidak akan tersusun tanpa adanya bantuan dan dukungan dari berbagai

pihak baik dalam segi materil maupun spiritual dan karenanya penyusun mengucapkan

terima kasih kepada :

1. Kedua orang tua yang selalu memberikan do’a, dan motivasi bagi penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Murjito, ST, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Malang

3. Bapak Ir. Trihono Sewoyo, MT yang telah banyak memberikan bimbingan dan

pengarahan dengan sabar serta memberikan dorongan dari awal hingga akhir

penulisan tugas akhir ini.

4. Bapak Budiono, S.Si, MT yang telah banyak memberikan bimbingan dan

pengarahan dengan sabar serta memberikan dorongan dari awal hingga akhir

x

5. Bapak Ibu Dosen khususnya Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan bekal

ilmu pengetahuan dan juga wawasan yang luas pada saat perkuliahan.

6. Keluarga Besar LSO Mekatronic

7. Keluarga Waniperih dan kelas A angkatan 2015 yang selalu mensuport.

Harapan penulis semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi

pembacanya. Sekali lagi penulis ucapkan puji dan syukur kepada Allah SWT semoga

ilmu yang diperoleh dapat bermanfaat dan bermakna dikehidupan, terimakasih.

Malang, 21 oktober 2019

Penulis

DAFTAR ISI

COVER ... i

POSTER ... ii

LEMBAR PENGESAHAN ... iii

LEMBAR ASISTENSI ... iv

SURAT PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN ... vi

ABSTRAK ... vii

ABSTRACT ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 3 1.3 Tujuan ... 4 1.4 Manfaat Penulisan ... 4 1.5 Batasan Masalah ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Quadcopter ... 6

2.2 Modul Mikrokontroller arduino Nano ... 18

2.3 Modul MPU-6050 / GY-521 ... 27

2.4 Kontroller PID ... 32

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 35

xii

3.2 Tempat dan Waktu ... 54

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ... 55

4.1 Kontrol Motor Brushless DC ... 55

4.2 Kontrol Keseimbangan Brushless DC 1-axis ... 60

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 66

5.1 Kesimpulan ... 66

5.2 Saran ... 66

DAFTAR PUSTAKA ... 68

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Konfigurasi pin Arduino Nano ... 21 Tabel 4.1 Duty Cycle Sinyal Pulse Width Modulation (PWM) ... 55 Tabel 4.2 Hasil pengujian perbandingan persentase Duty Cycle Pulse Width

Modulation (PWM) dengan rpm motor ... 56

Tabel 4.3 Hasil pengujian perbandingan pesentase Duty Cycle Pulse Width

Modulation (PWM) dengan Daya Motor ... 58

Tabel 4. 4 Hasil pengujian perbandingan pesentase Duty Cycle Pulse Width

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Quadcopter ... 6

Gambar 2.2 Konfigurasi frame dan arah putaran masing – masing rotor ... 7

Gambar 2.3 Gerakan quadcopter berdasarkan kecepatan rotor ... 8

Gambar 2.4 Proses Reaksi kimia pada sel baterai LiPo [10]... 9

Gambar 2.5 Konstruksi Utama sell baterai LiPo [10] ... 9

Gambar 2.6 Baterai LiPo ZIPPY 2200mAh 3S 40C ... 10

Gambar 2.7 Electronic Speed Controller ... 11

Gambar 2.8 Diagram blok ESC ... 11

Gambar 2.9 Diagram skema motor brushless ... 13

Gambar 2.10 Motor brushless DC Turnigy D2205-2300KV ... 14

Gambar 2.11 Grafik karakteristik motor brushless DC ... 14

Gambar 2.12 Propeller CW dan CCW ... 16

Gambar 2.13 Frame ZRM 250 ... 16

Gambar 2.14 Flight Controller NAZE 32 Rev 6 ... 18

Gambar 2.15 Arduino Nano ... 19

Gambar 2.16 Konfigurasi pin Arduino Nano ... 21

Gambar 2.17 Tampilan pada IDE Arduino ... 24

Gambar 2.18 Ilustrasi Pulse Width Modulation ... 26

Gambar 2.19 Kabel USB Serial Arduino ... 27

Gambar 2.20 Modul GY-521... 28

Gambar 2.21 (a) dan (b) Konfigurasi Sensor ... 28

Gambar 2.22 Konsep komunikasi serial pada I2C ... 31

Gambar 2.23 Kondisi Start I2C ... 31

Gambar 2.24 Proses Pentransferan data pada I2C ... 32

Gambar 2.25 Diagram blok Kontroller PID Analog ... 33

Gambar 2.26 Hubungan dalam fungsi waktu antara sinyal keluaran dan masukan untuk Kontroler PID ... 33

Gambar 3.2 Diagram blok kontrol motor brushless DC menggunakan

mikrokontroller Arduino Nano ... 37

Gambar 3.3 Diagram blok kontrol keseimbangan motor brushless DC 1-axis menggunakan kontroler Arduino Nano ... 38

Gambar 3.4 Flow chart Prinsip kerja sistem kontrol motor brushless DC ... 39

Gambar 3.5 Flow chart Prinsip kerja sistem kontrol kesimbangan motor brushless DC 1-axis ... 40

Gambar 3.6 Bentuk fisik rancangan hardware quadcopter... 42

Gambar 3.7 Konfigurasi pemasangan ESC ... 42

Gambar 3.8 Wiring diagram kontrol motor brushless DC menggunakan Arduino Nano ... 43

Gambar 3.9 Konstruksi hardware sistem kontrol keseimbangan motor brushless DC 1-axis ... 43

Gambar 3.10 Wiring diagram kontrol kesimbangan motor brushless DC 1-axis menggunakan Arduino Nano ... 44

Gambar 3.11 Pemasangan ESC pada motor brushless DC ... 45

Gambar 3.12 Pemasangan motor brushless DC dengan motor pada frame quadcopter ... 45

Gambar 3.13 Perakitan frame quadcopter ... 46

Gambar 3.14 Pemasangan kabel power electronic speed controller (ESC) pada power distribution board (PDB) ... 47

Gambar 3. 15 Pemasangan Mikrokontroler Arduino Nano pada quadcopter ... 48

Gambar 3.16 Pemasangan ESC pada motor brushless DC ... 49

Gambar 3.17 Frame Kontrol kesimbangan motor brushless DC 1-axis ... 49

Gambar 3.18 Pemasangan motor brushless DC pada frame ... 50

Gambar 3.19 Pemasangan electroic speed controller (ESC) dan power distribution board ... 50

Gambar 3.20 Pemasangan sensor GY-521 ... 51

Gambar 3. 21 (a) Pemasangan mikrokontroler Ardino Nano, Pemrograman mikrokontroler Arduino Nano menggunakan software Arduino IDE ... 52

xvi

Gambar 4. 1 Grafik perbandingan persentase duty cycle pwm dengan rpm motor. 57

Gambar 4.2 Grafik perbandingan persentase duty cycle pwm dengan daya motor .. 59

Gambar 4.3 Grafik perbandingan persentase duty cycle pwm dengan arus motor ... 60

Gambar 4.4 Output dari sensor Gyroscope ... 61

Gambar 4.5 Output dari sensor Accelerometer ... 61

Gambar 4.6 Formula menentukan sudut kemiringan dari sensor GY-521 ... 62

Gambar 4.7 Output sudut kemiringan dari sensor GY-521 ... 63

Gambar 4.8 Respon pada sistem dengan parameter PID ; Kp = 1.00, Ki = 0.00, Kd = 0.01 ... 64

Gambar 4.9 Respon pada sistem dengan parameter PID ; Kp = 1.00, Ki = 0.0018, Kd = 0.01 ... 64

Gambar 4.10 Respon pada sistem dengan parameter PID ; Kp = 1.00, Ki = 0.0018, Kd = 0.05 ... 65

DAFTAR PUSTAKA

[1] M. Önder Efe, “Sliding mode control for unmanned aerial vehicles research,”

Stud. Syst. Decis. Control, vol. 24, pp. 239–255, 2015.

[2] G. E. Setyawan, E. Setiawan, and W. Kurniawan, “Sistem Kendali Ketinggian

Quadcopter Menggunakan PID,” J. Teknol. Inf. dan Ilmu Komput., vol. 2, no. 2, p. 125, 2015.

[3] A. V. Hystad, “Model , Design and Control of a Quadcopter Andreas Vikane

Hystad,” no. May, p. 181, 2015.

[4] R. H. Subrata et al., “Perancangan Pengendali Pid,” vol. 14, pp. 1–16, 2017.

[5] Rizatus, “Teknologi Pesawat Tanpa Awak Untuk Pemetaan Dan Pemantauan,”

vol. 20, no. 2, pp. 58–64, 2011.

[6] O. F. R. Abadi, “Penggunaan Quadcopter di Bidang Pertanian, Terobosan Tepat

Guna dan Efisien untuk Pertanian Modern,” pp. 1–2, 2014.

[7] M. Walid, N. Slaheddine, A. Mohamed, and B. Lamjed, “Modelling,

identification and control of a quadrotor UAV,” 2018 15th Int.

Multi-Conference Syst. Signals Devices, SSD 2018, no. October, pp. 1017–1022,

2018.

[8] Harista Ardian Frista, “Sistem Navigasi Quadcopter dan Pemantauan Udara”,

Jurnal TeknoSAINS, Universitas Teknologi Yogyakarta. 2018

[9] Anugerah Risha Nenu Lema. “ Flight Controller Pada Sistem Quadcopter

Menggunakan Sensor IMU Berbasis Mikrokontroller ATMEGA 2560”, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sanata Dharma. 2016

[10]

[11] Utomo Bimo Jati. “Rancang Bangun UAV Model Quadcopter Dengan

Menggunakan Algoritma Proportional Integral Derivative”, e-proceeding of Applied Science, Universitas Telkom. 2015

[12] Dermawan Qori. Sadli, Muhammad. Bintoro, Andik. “Penggunaan Motor DC

Brushless SUNY SKY X2212-13 KV : 980 II Pada Perancangan Quadcopter”, Jurnal Energi Elektrik, Universitas Malikussaleh. 2018

69

[13] A.Louros, M. Papoutsidakis, A. Chatzopoulos, C. Drosos, “ Design of an

Innovative Flight Controller fo Quadcopter Robust Handling”, Journal of Multidisciplinary Engineering Science and Technology, University of West Attica, 2018

[14] Arduino Introduction, http://arduino.cc/en/Guide/Introduction, diakses 20

agustus 2019

[15] Agung Wicaksono, Satrio. (2015). “Rancang Bangun Robot Terbang Model

Quadcopter Sebagai Sarana Pemantau Jarak Jauh Menggunakan mikrokontroller ATMEGA 168”.

[16] Duckgee Park, Moon-Soo Park, Suk-Kyo Hong (2001). “A Study on the 3-DOF

Attitude Control of Free-Flying Vehicle.” ISIE 2001,Pusan,KOREA

[17] Frank Hoffman, Niklas Goddemeier, Torsten Bertam (2010). “Attitue

estimation and control of Quadcopter” 2010 IEEE/RSJ International

Conference on Intelligent Robots and Systems.

[18] Jun Li, YunTang Li (2011). “Dynamic Analysis and PID Control for a

Quadrotor” 2011 International Conference on Mechatronics and Automation.

IlniYcrxlla$

ilunammaillyan

ilahng

Fakultas

Teknik

Program Studi

Teknik

Mesin

Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (03a1) 464318 Psw. L28 Malang

LEMBAR HASIL DETEKSI PLAGIASI

SKRIPSI

MAHASISWA

PROGRAM

STUDI

TEKMK

MESIN

FAKT]LTAS

TEKNIK

IINTVERSITAS

MT]HAMMADTYAH

MALANG

Lembar hasil deteksi plagiasi ini menyatakan bahwa mahasiswa berikut:

Nama : Afrianto

NIM

2201510120311027

Telah melalui cek kesamaan kryailmiah (Skripsi) Mahasiswa dengan hasil sebagai berikut:

Dengan hasil

ini

dapat disimpulkan bahwa hasil deteksi plagiasi

ini

telah memenuhi syarat ketentuan yang diatur pada Peraturan RektorNo. 2 Tatrun

2Afi

danberhak mengikuti Ujian Skripsi.

Malang, 08 Nopember 2019

Tim TeknikMesin,

Irkham M., ST.,

MT.

BAB I (PENDAHULUAN) 8%

BAB II (TINJAUAN PUSTAKA) 23%

BAB rrr (METODOLOGD

_t9%

BAB IV (HASIL DAN PEMBAHASAN) 12% BAB V (KESIMPULAN DAN SARAN) 5%

H