Embed Size (px)
Citation preview
Presentasi Tugas AkhirJudul : Desain dan Implementasi Kontroler Fuzzy Model Reference
Adaptive Control (Fuzzy-MRAC) untuk Proses Take-off Otomatispada Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Quadcopter
Fariz Prawirayuda2210 105 036
Dosen Pembimbing:Ir. Katjuk Astrowulan, MSEE.
Ir. Rusdhianto Effendie AK, MT.
PENDAHULUAN
TEORI PENUNJANG
PERANCANGAN
HASIL & ANALISIS
PENUTUP
LATA
R
BELA
KA
NG
BA
TASA
N
MA
SALA
HR
UM
USA
N
MA
SALA
HTU
JUA
N
• Penerbangan indoor yang diyakini memiliki zero-noisedapat mengganggu penerbangan UAV quadrotor.
• Metode Model Reference Adaptive Control (MRAC) dipandang sebagai metode analisis mandiri yang dapat digunakan untuk menentukan parameter desain kontroler
PEN
UN
JAN
GA
NA
LISI
S
PEN
DA
HU
LUA
N
• Pemanfaatkan metode Model Reference AdaptiveControl dengan kontroler fuzzy pada quadcopteruntuk mendapatkan kecepatan gerakan vertikal yangdiharapkan.
LATA
R
BELA
KA
NG
BA
TASA
N
MA
SALA
HR
UM
USA
N
MA
SALA
HTU
JUA
N
AN
ALI
SIS
PEN
UN
JAN
G
PEN
DA
HU
LUA
N
• Difokuskan pada salah satu proses dasar dariquadcopter yaitu pada proses take-off.
• Pergerakan dibantu oleh 3 macam sensor, accelerometer, sensor gyro, dan sensor ultrasonik.
• Penggunaan FMRAC digunakan pada pengaturanketinggian dan untuk kestabilan menggunakankontroler PD.
LATA
R
BELA
KA
NG
BA
TASA
N
MA
SALA
HR
UM
USA
N
MA
SALA
HTU
JUA
N
AN
ALI
SIS
PEN
UN
JAN
G
PEN
DA
HU
LUA
N
• Memberikan alternatif dalam implementasi prosestake-off dari quadcopter, dengan penerapan fuzzy –model reference adaptive control
LATA
R
BELA
KA
NG
BA
TASA
N
MA
SALA
HR
UM
USA
N
MA
SALA
HTU
JUA
N
AN
ALI
SIS
PEN
UN
JAN
G
PEN
DA
HU
LUA
N
• Quadcopter merupakan helicopter dengan empatrotor, kendaraan dinamis, dan memiliki enam derajatkebebasan.
• Tidak seperti helicopter pada umumnya, yang memiliki empat sudut perubahan pada satu rotor.
TEO
RI
PEN
UN
JAN
G
AN
ALI
SIS
Breguet-Richet Gyroplane No.1 tahun 1907
PEN
GER
TIAN
PR
OSES
TAK
E-OFF
PER
GER
AK
AN
Q
UA
DC
OP
TER
• Setiap rotor dari quadcopter menghasilkan gayadorong dan torsi terhadap pusat rotasi.
• Propeller dari quadcopter dibagi menjadi dua pasangyang satu pasang (depan-belakang) berputar searahjarum jam (clockwise/cw) dan sepasang lagi (kiri-kanan) berputar berbalik arah putaran jarum jam(counter-clockwise/ccw).
AN
ALI
SIS
PEN
GER
TIAN
PR
OSES
TAK
E-OFF
PER
GER
AK
AN
Q
UA
DC
OP
TERTE
OR
I P
ENU
NJA
NG
Gambar Sikap-sikap dasar quadcopter
AN
ALI
SIS
PEN
GER
TIAN
PR
OSES
TAK
E-OFF
PER
GER
AK
AN
Q
UA
DC
OP
TERTE
OR
I P
ENU
NJA
NG
AN
ALI
SIS
GroundW=m.g
∑F = m.a
∑F > W
W=m.g
∑F =m.a
∑F = W
Arah
pe
rgerakan
Nb: a= Percepatan Bendag= Percepatan Gravitasi
PEN
GER
TIAN
PR
OSES
TAK
E-OFF
PER
GER
AK
AN
Q
UA
DC
OP
TERTE
OR
I P
ENU
NJA
NG
AN
ALI
SIS
PEN
GER
TIAN
PR
OSES
TAK
E-OFF
PER
GER
AK
AN
Q
UA
DC
OP
TER
Pelan Cepat
TEO
RI
PEN
UN
JAN
G
AN
ALI
SIS
KO
NTR
OLER
LOG
IKA
FU
ZZYP
RIN
SIP FU
ZZY-
MR
AC
FUZZY
-MR
AC
TEO
RI
PEN
UN
JAN
G
AN
ALI
SIS
FuzzifikasiMekanisme
Inferensi
Basis Aturan
Defuzzifikasi
Kp
Kd
Z-1
InputOutput
KO
NTR
OLER
LOG
IKA
FU
ZZYP
RIN
SIP FU
ZZY-
MR
AC
FUZZY
-MR
AC
+-
TEO
RI
PEN
UN
JAN
G
AN
ALI
SIS
Z-1
ModelReference
Fuzzy
Inverse Model Plant
e(kT) y(kT)
r(kT)
KnowledgeBase Modifier
Ye(kT)
Yc(kT)
p(kT)
u(kT)
Ym(kT)
c(kT)
-
+
+
_
Fuzzi-fication
Inference
Rule Base
Defuzzi-fication
Z-1
PlantFuzzi-
ficationInference
Rule Base
Defuzzi-fication
KO
NTR
OLER
LOG
IKA
FU
ZZYP
RIN
SIP FU
ZZY-
MR
AC
FUZZY
-MR
AC
TEO
RI
PEN
UN
JAN
G
AN
ALI
SIS
KO
NTR
OLER
LOG
IKA
FU
ZZYP
RIN
SIP FU
ZZY-
MR
AC
FUZZY
-MR
AC
Saat respon plant berhimpit dengan respon referensi model, titik tengahhimpunan berada tepat ditengah
TEO
RI
PEN
UN
JAN
G
AN
ALI
SIS
KO
NTR
OLER
LOG
IKA
FU
ZZYP
RIN
SIP FU
ZZY-
MR
AC
FUZZY
-MR
AC
Saat error plant lebih besar dari respon referensi model (error inverse model bernilai positif) maka titik tengah himpunan bergeserke posisi negatif
TEO
RI
PEN
UN
JAN
G
AN
ALI
SIS
KO
NTR
OLER
LOG
IKA
FU
ZZYP
RIN
SIP FU
ZZY-
MR
AC
FUZZY
-MR
AC
Saat error plant lebih besar dari respon referensi model (error inverse model bernilai negatif) maka titik tengah himpunan bergeserke posisi positif.
TEO
RI
PEN
UN
JAN
G
PER
AN
CA
NG
AN
SISTEM
PEM
OD
ELAN
SPESIFIK
ASI
SISTEMP
ERA
NC
AN
GA
N
SIMU
LASI
PER
AN
CA
NG
AN
AN
ALI
SIS
SpesifikasiSistem
Pemodelan
PerancanganSimulasi
PerancanganImplementasi
PEN
UN
JAN
G
AN
ALI
SIS
Mikrokontroler
Gyroscope
AccelerometerWIZFI 220
Ultrasonic
ESC
ESC
ESC
ESC
MOTOR
MOTOR
MOTOR
MOTOR
RC Remote Receiver
Remote Control
PER
AN
CA
NG
AN
SISTEM
PEM
OD
ELAN
SPESIFIK
ASI
SISTEMP
ERA
NC
AN
GA
N
SIMU
LASI
PEN
UN
JAN
G
PER
AN
CA
NG
AN
AN
ALI
SIS
25.4cm
39cm17cm
Propeller 9x522.5cm
Gambar fisik quadcopter
PER
AN
CA
NG
AN
SISTEM
PEM
OD
ELAN
SPESIFIK
ASI
SISTEMP
ERA
NC
AN
GA
N
SIMU
LASI
PEN
UN
JAN
G
PER
AN
CA
NG
AN
AN
ALI
SIS
PER
AN
CA
NG
AN
SISTEM
PEM
OD
ELAN
SPESIFIK
ASI
SISTEMP
ERA
NC
AN
GA
N
SIMU
LASI
PEN
UN
JAN
G
p = kecepatan sudut roll yang diukur pada sumbu xb
q = kecepatan sudut pitch yang diukur pada sumbu yb
r = kecepatan sudut yaw yang diukur pada sumbu zb
u = kecepatan quadcopter yang diukur pada sumbu xb
v = kecepatan quadcopter yang diukur pada sumbu yb
w = kecepatan quadcopter yang diukur pada sumbu zb
PER
AN
CA
NG
AN
x = posisi quadcopter terhadap sumbu xe
y = posisi quadcopter terhadap sumbu ye
z = posisi quadcopter terhadap sumbu ze
ø = sudut roll terhadap sumbu xe
θ = sudut pitch terhadap sumbu ye
Ψ = sudut yaw terhadap sumbu ze
AN
ALI
SIS
PER
AN
CA
NG
AN
SISTEM
PEM
OD
ELAN
SPESIFIK
ASI
SISTEMP
ERA
NC
AN
GA
N
SIMU
LASI
PEN
UN
JAN
G
m
Ux 1sinsincossincos
m
Uy 1sinsincossincos
m
Ugz 1coscos
Percepatan Translasi
xxxxxx
zzyy
I
Uq
IJrqr
III 2
yyyyyy
xxzz
I
Up
IJrpr
III 3
zzzz
yyxx
I
Upq
III 4
Percepatan Rotasi
Ket. :I = Inersia pada masing-masing sumbuJr = Inersia motorb = Konstanta thrustd = Konstanta dragU1 = Gaya ThrustU2 = Gaya RollU3 = Gaya PitchU4 = Gaya Yaw
PER
AN
CA
NG
AN
AN
ALI
SIS
PER
AN
CA
NG
AN
SISTEM
PEM
OD
ELAN
SPESIFIK
ASI
SISTEMP
ERA
NC
AN
GA
N
SIMU
LASI
PEN
UN
JAN
G
2
4
2
3
2
2
2
11 bU
2
2
2
32 blU
2
4
2
13 blU
2
4
2
3
2
2
2
14 dU
Gaya
PER
AN
CA
NG
AN
AN
ALI
SIS
PER
AN
CA
NG
AN
SISTEM
PEM
OD
ELAN
SPESIFIK
ASI
SISTEMP
ERA
NC
AN
GA
N
SIMU
LASI
PEN
UN
JAN
G
1242
64
222
22 MH+MR+mr+mh+mrIxx=
22
42
mr+MRIzz=
1242
64
222
22 MH+MR+mr+mh+mrIyy=
PER
AN
CA
NG
AN
AN
ALI
SIS
24
2mr Jr=
4
0
2
i iΩm.gb=
PER
AN
CA
NG
AN
SISTEM
PEM
OD
ELAN
SPESIFIK
ASI
SISTEMP
ERA
NC
AN
GA
N
SIMU
LASI
PEN
UN
JAN
G
PER
AN
CA
NG
AN
AN
ALI
SIS
PER
AN
CA
NG
AN
SISTEM
PEM
OD
ELAN
SPESIFIK
ASI
SISTEMP
ERA
NC
AN
GA
N
SIMU
LASI
PEN
UN
JAN
G
maDragW=ThrustF maD mg )+τ+τ+τ=(τ 43210
)-mg+τ+τ+τD=ma-(τ 4321
.t.ts-va= o2
21
2Ω
D=CD 2ΩD=CD
Dimana Percepatan didapatkan dari
PER
AN
CA
NG
AN
AN
ALI
SIS Gambar Diagram blok simulasi pada MATLAB
PER
AN
CA
NG
AN
SISTEM
PEM
OD
ELAN
SPESIFIK
ASI
SISTEMP
ERA
NC
AN
GA
N
SIMU
LASI
PEN
UN
JAN
G
PER
AN
CA
NG
AN
AN
ALI
SIS
Gambar Simulasi Kontroler pada MATLAB
PER
AN
CA
NG
AN
KO
NTR
OLER
PER
AN
CA
NG
AN
IMP
LEMEN
TASI
PEN
UN
JAN
G
PER
AN
CA
NG
AN
AN
ALI
SIS
Gambar Simulasi Kontroler dengan FMRAC pada MATLAB
PER
AN
CA
NG
AN
KO
NTR
OLER
PER
AN
CA
NG
AN
IMP
LEMEN
TASI
PEN
UN
JAN
G
PER
AN
CA
NG
AN
AN
ALI
SIS
PER
AN
CA
NG
AN
KO
NTR
OLER
PER
AN
CA
NG
AN
IMP
LEMEN
TASI
PEN
UN
JAN
G ) -e( (t)=r(t).Y -t/τm 1
Respon Ym(t) merupakan respon referensi model terhadapset point (r(t)). Respon ini yang selanjutnya dibandingkandengan respon plant dengan cara menguranginya sepertipada persamaan di bawah.
(t)-Y(t) (t)=YY me
PER
AN
CA
NG
AN
AN
ALI
SIS
PER
AN
CA
NG
AN
KO
NTR
OLER
PER
AN
CA
NG
AN
IMP
LEMEN
TASI
PEN
UN
JAN
G
PER
AN
CA
NG
AN
Perancangan Fuzzy pada Codevision
HA
SIL
&
AN
ALI
SIS
SIMU
LASI
AN
ALISIS SISTEM
IMP
LEMEN
TASI
0 5 10 15 20 25 300
0.5
1
1.5
2
Ketinggian
z [
m]
Time [s]
0 5 10 15 20 25 30-0.5
0
0.5
1
Sudut Roll
Ro
ll [
rad
]
Time [s]
0 5 10 15 20 25 30-0.5
0
0.5
1
1.5
Sudut Pitch
Pit
ch
[ra
d]
Time [s]
Sudut Roll (Rad)
Respon Plant
Respon Referensi Model
Sudut Pitch (Rad)
PEN
UN
JAN
G
SIMU
LASI
AN
ALISIS SISTEM
IMP
LEMEN
TASI
PEN
UN
JAN
G
10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
20
40
60
80
Respon Ketinggian vs Referensi Model
z [
cm
]
Time Sampling [k]
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-10
-5
0
5
10
Sinyal Kontrol Quadcopter
Sin
yal K
on
tro
l
Time Sampling [k]
Pengujian sinyal kontrol sebelum melakukan take-off otomatis
HA
SIL
&
AN
ALI
SIS
SIMU
LASI
AN
ALISIS SISTEM
IMP
LEMEN
TASI
PEN
UN
JAN
GH
ASI
L &
A
NA
LISI
S
SIMU
LASI
AN
ALISIS SISTEM
IMP
LEMEN
TASI
PEN
UN
JAN
G
Respon Implementasi take-off
2 4 6 8 10 12 14 16 180
50
100
150
Respon Ketinggian vs Referensi Model
z [
cm
]
Time [s]
2 4 6 8 10 12 14 16 18-10
-5
0
5
10
Sinyal Kontrol Quadcopter
Sin
yal K
on
tro
l
Time [s]
Respon Plant
Respon Referensi Model
Sinyal Kontrol
HA
SIL
&
AN
ALI
SIS
• Respon yang dihasilkan oleh kontroler fuzzymembutuhkan proses eksekusi yang lebih lamasehingga kurang cocok dengan plant yangmembutuhkan respon yang cepat sepertiquadcopter.
• Respon plant (quadcopter) tidak dapat serta mertamengikuti respon referensi model karena ketelatandari proses eksekusi kontroler ATMEGA16
SIMU
LASI
AN
ALISIS SISTEM
IMP
LEMEN
TASI
PEN
UN
JAN
GH
ASI
L &
A
NA
LISI
S
1
PEN
UTU
PK
ESIMP
ULA
NSA
RA
N
Kontroler Fuzzy-MRAC lebih sederhana dari kontroleradaptif pada umumnya, karena tidak dibutuhkanmanipulasi matematis.
2Sinyal kontrol yang dihasilkan oleh kontroler fuzzy-MRAC memaksa plant untuk dapat menghasilkan respon sepertirespon referensi model.
4
3Adanya tabrakan angin yang dihasilkan oleh hembusanpropeller terhadap ground di awal penerbanganmengakibatkan turbulensi.
Dalam pengujian quadcopter dengan metode fuzzy-MRAC didapatkan respon yang hampir menyerupairespon referensi model. Namun, respon kontrolerterdapat keterlambatan sebesar 3 waktu sampling(0,135ms) dengan error steady state sebesar 16cm.
KESIM
PU
LAN
SAR
AN
PEN
UTU
P
Untuk pengembangannya dapat menggunakan sensorposisi seperti GPS untuk mempermudah dalampenentuan posisi ataupun untuk tracking kecepatan.
KESIM
PU
LAN
SAR
AN
PEN
UTU
P
