## Realisasi dan Tuning Pengontrolan PID Drone Fixed Wing untuk Pemetaan Udara
Alfian Hermawan Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Kristen Maranatha, Bandung,  Indonesia alfianhermawan444@gmail.com

## Muliady
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Kristen Maranatha, Bandung,  Indonesia
muliady@eng.maranatha.edu
Abstrak —  Saat  ini  kebutuhan  survei  lokasi  menggunakan fixed  wing untuk  pemetaan  wilayah,  perkebunan,  lahan perumahan,  jalan  raya  atau  lainnya,  banyak  diminati  karena lebih  efisien  dan  efektif.    Pada  penelitian  ini  ditunjukkan sistem  pemetaan  udara  menggunakan  pesawat flying  wing UAV(Unmanned  Aerial  Vehicle) dengan  menggunakan  bahan dasar styrofoam dan polyfoam dengan  karakteristik  pesawat trainer .  Manuver flying  wing  UAV menggunakan  elevon  yang digerakkan  oleh  motor servo dan  dikontrol  oleh flight controller  Pixhawk .  Pesawat  dapat  dipantau  melalui  laptop dengan  menggunakan telemetry .  Metode  penalaan  nilai PID(Proportional Integral Derivative) agar pesawat menghasilkan  pengkoreksian  yang  baik,  terbang  stabil,  dapat melawan  angin,  dan croswind menggunakan metode  autotune , pada metode tersebut diperoleh nilai PID Pitch ( P : 1.618836, I : 0.091875, D :  0.1214127),  dan PID  Roll ( P :  1.628894, I : 0.091875, D : 0.1221671). Untuk melakukan misi pemetaan dan pengolahan  gambar  digunakan software  mission  planner dan image  composite  editor .  Pesawat  flying  wing  beserta  sistem mapping berhasil melakukan pemetaan untuk wilayah sebesar ±36559m^2dengan  kecepatan  jelajah  20m/s  pada  ketinggian 75m,  ketinggian  100m,  dan  ketinggian  125m.  Dari  hasil  uji coba  pada  ketinggian  75m,  100m,150m,  diperoleh  hasil  peta ketinggian  75m  terdapat  blank  spot,  peta  ketinggian  125m memiliki  hasil  yang  buram,  dan  peta  100m  memiliki  hasil terbaik.

## Kata Kunci— Flying Wing, Mapping, Pixhawk

## I. P ENDAHULUAN
Pesawat  udara  tanpa  awak  atau drone adalah  sebuah mesin  terbang  tak  berawak  yang  dapat  dikendalikan  jarak jauh  oleh  pilot  dari  darat (Ground  Control  Station) atau mampu  terbang  secara  mandiri berdasarkan  parameter  yang sudah  ditentukan.  Teknologi  drone  dapat  membantu pekerjaan  manusia  untuk  melakukan  misi  seperti  pemetaan (mapping), pemantauan (monitoring), pemadaman  api, penyelamatan,  dan  pengiriman  barang.  Berdasarkan bentuknya drone dibagi menjadi dua macam yaitu fixed wing dan rotary wing .
Untuk melakukan misi pemetaan udara, maka drone yang cocok untuk digunakan adalah jenis fixed wing karena dapat mengangkut muatan lebih besar dan memiliki waktu terbang lebih  lama,  sehingga  daya  jelajah  lebih  luas  dibandingkan rotary  wing [1]. Fixed  wing merupakan  pesawat  yang memiliki bentuk sayap tetap sehingga dapat terbang dengan adanya daya angkat melalui pergerakan udara pada sayap[2]. Pesawat flying  wing merupakan  pesawat  yang  dapat melakukan  pemetaan  dengan  waktu  yang  lebih  cepat  dan bermanuver  dengan  lincah[3].  Pada  pesawat flying  wing memiliki sistem yang sederhana dan tidak memiliki fuselage , memiliki drag yang lebih kecil[4].
Kontrol  pada  pesawat flying  wing menggunakan flight controller yang  berfungsi  untuk  mendeteksi  setiap pergerakan  pada  pesawat,  menerima  input  perintah  dari receiver dan  telemetri  untuk  memberikan output kontrol pada setiap komponen yang terhubung. Pesawat flying wing harus  melalui  proses  tuning  sebelum  melakukan  pemetaan agar  pesawat  dapat  seimbang  saat  mengudara  dan  dapat melawan  angin.  Untuk tuning  PID dilakukan  dengan  cara manual  dan  otomatis.  Nilai PID untuk tuning manual diperoleh  dengan  cara trial and error dan  nilai PID untuk tuning otomatis diperoleh dengan cara autotune .

## II. B AHAN DAN M ETODE

## A. Flight Controller
Pesawat flying  wing dapat  terbang  secara  otomatis dengan menggunakan flight controller, mengontrol manuver pesawat. Flight controller adalah kendali sistem pada drone dengan  mengontrol  pergerakan  servo  dan  motor  sehingga menjaga drone tetap  seimbang  dan  terkendali.  Di  dalam flight  controller terdapat  beberapa  sensor  utama,  yaitu accelerometer, gyroscope , dan barometer. Sensor accelerometer berfungsi  untuk  mengukur  percepatan pesawat.  Sensor gyroscope berfungsi  untuk  mengukur  atau mempertahankan  orientasi  dengan  prinsip  ketetapan momentum  sudut.  Sensor accelerometer dan gyroscope adalah  sensor  untuk  keseimbangan  pesawat.  Barometer berfungsi  untuk  mendeteksi  adanya  perubahan  ketinggian. Cara  kerja  barometer  dalam  mengukur  ketinggian  adalah dengan cara mendeteksi tekanan udara relatif di sekitarnya. Jika  tekanan  udara  naik  berarti  ketinggian  berkurang,  jika tekanan  udara  berkurang  berarti  ketinggian  bertambah. Pixhawk adalah flight  controller dari  3D  Robotics  (3DR) dengan fitur open source . Secara umum pixhawk memiliki 8 port main output dan 6 port tambahan yang dapat dijadikan input/output  atau  output  PWN. Telemetry  port digunakan untuk modul telemetry yang akan terhubung secara wireless pada telemetry  ground  control  station .  I2C  port  untuk menghubungkan  dengan  sensor  tambahan.  Pada  gambar 1adalah port pada flight controller Pixhawk [5].
Gambar 1. Port Pixhawk
Pada Gambar 2 ditunjukkan port output yang terhubung dengan  perangkat  keras,  yaitu  channel-1  sebagai  kontrol elevon  kiri,  channel-2  kontrol  elevon  kanan,  channel-3 kontrol  motor,  channel-RC  untuk  dihubungkan  ke receiver remote control.

## Gambar 2. Output Port Pixhawk

## B. Pengontrolan pesawat flying wing
Elevon  adalah  bidang kontrol  pesawat yang menggabungkan  fungsi  elevator  digunakan  untuk  kontrol pitch dan aileron digunakan  untuk  kontrol  roll.  Untuk melakukan  kontrol pitch-up maka  elevon  kiri  dan  elevon kanan  akan  bergerak  naik  sehingga  terjadi  penurunan  gaya aerodinamika dan pesawat akan naik, begitu juga sebaliknya untuk  kontrol pitch  down .  Saat  melakukan  kontrol roll ke kanan maka elevon kanan akan bergerak naik sehingga akan terjadi  pengurangan  lift  pada  sayap  kanan  dan  elevon  kiri akan  bergerak  turun  sehingga  tekanan  udara  akan terakumulasi  mengakibatkan  sayap  kiri  naik,  begitu  juga sebaliknya  untuk  kontrol roll ke  kiri[6].  Seperti  pada gambar  3  adalah  contoh  ketika  pesawat flying  wing melakukan kontrol pitch dan roll .
Gambar 3. Pengontrolan Pesawat flying wing
C. Pesawat flying wing
Dalam  merancang  dan  membangun  pesawat flying wing agar  pesawat  dapat  terbang  dengan  stabil  dan  sesuai dengan karakteristiknya maka ditentukan oleh wing loading , power loading, aspect ratio , dan titik center of gravity . Nilai wing  loading dapat  menghasilkan  perhitungan  untuk menentukan  luas  sayap  yang  nantinya  akan  digunakan. Power  loading  akan  menghasilkan  perhitungan  estimasi daya  motor  elektrik  minimum  yang  dibutuhkan  agar pesawat  memiliki thrust yang  cukup. Aspect  ratio pesawat akan menentukan ukuran pada sayap dan juga sudut serang ( swept angel ) sayap. Center of grafity merupakan titik berat atau pusat massa untuk keseimbangan longitudinal pesawat.
Gambar 4. CG Flying Wing
Pada  Gambar  4  merupakan  letak  posisi  CG  yang digunakan  pada  pesawat,  dapat  diketahui  letak  CG  adalah 38,8 cm dari nose arah horizontal dan 23.5cm dari trailling edge [7].
Pada  perancangan  pesawat  flying  wing  akan  dipilih bentuk  airfoil  dengan  jenis  MH60  karena  airfoil  ini  sudah banyak  digunakan  dan  cocok  pada  pesawat  flying  wing dengan  memiliki  gaya  angkat  maksimum  yang  tinggi  serta menghasilkan drag yang sangat kecil. Gambar 5 merupakan gambar  airfoil  MH60  dengan  skala  10mm  pada  aplikasi airfoil ploter[8].
Tabel 1. Dimensi pesawat Bagian Pesawat Ukuran Realisasi Dimensi Pesawat Wing span (b) 200 cm Root Chord ( c ) 45,5 cm Tip chord ( c ) 9,1cm Angle of sweep 20° Lebar elevon (c ) 6,2 cm Panjang elevon (b ) 50 cm
Gambar 6. Ukuran Pesawat
Pada  Tabel  1  dan  Gambar  6  merupakan  hasil  realisasi dari  perancangan  yang  sudah  dilakukan  dengan wing  span 2m, root  chord 45.5cm, tip  chord 9.1cm, sweep  angle 20° dan berat total 2.670 kg.
Gambar 7. Foto Pesawat Flying Wing
D. Sistem Pemetaan Udara Kontrol  pada  pesawat flying  wing menggunakan flight controller yang  berfungsi  untuk  mendeteksi  setiap pergerakan  pada  pesawat,  menerima  input  perintah  dari receiver dan  telemetry  untuk  memberikan  output  kontrol pada setiap komponen yang terhubung. Remote control akan memberikan  input  perintah  untuk  dikirimkan  ke receiver dan diterima oleh flight controller . Remote control memiliki 4  channel  pengontrolan  yang  akan  digunakan,  yaitu  ch-1 untuk  pengontrolan  2  servo  pada  elevon  kiri  dan  elevon kanan untuk melakukan gerakan pitch up dan pitch down , ch- 2  untuk  pengontrolan  2  servo  gerakan roll ,  ch-3  untuk pengontrolan  motor  elektrik,  dan  ch-4  untuk  melakukan penggantian mode (manual, stabilize , auto, return to launch ) pesawat. Flight  controller pada  pesawat  digunakan  untuk mengontrol 1  servo elevon kanan, 1 servo elevon kiri, ESC untuk  mengatutur  perputaran  pada  motor,  dan trigger kamera.  GPS  pada  pesawat  sudah  terintegrasi  dengan flight controller yang  berfungsi  sebagai  penuntun  arah,  penuntun
ketinggian jelajah pesawat, dan kecepatan pesawat. Kamera Canon  A1000  yang  digunakan  dalam  pemetaan  udara  akan melakukan trigger oleh flight  controller ketika  pesawat sudah  dalam  posisi  koordinat  yang  sudah  ditentukan. Kecepatan  jelajah  pada  pesawat  ditentukan  oleh  kecepatan putaran  motor  elektrik  oleh  ESC, dan ESC  secara  langsung akan  mendapat  sinyal  kontrol  dari flight  controller . Power module yang  dipasang  berfungsi  sebagai  distribusi  daya untuk  menyalakan flight  controller dan  motor.  Laptop digunakan  untuk  memonitor  pesawat  ketika  sedang mengudara  seperti  ketinggian,  kecepatan,  dan  posisi  yang dikirim  oleh flight  controller melalui  telemetri.  RTK  pada ground  control  station akan  digunakan  untuk  memberikan koreksi  posisi  pesawat  dan  diterima  oleh  RTK  yang  ada  di pesawat  melalui  telemetri.  Berikut  adalah  diagram  blok perancangan dan realisasi dari sistem kontrol pesawat flying wing ditunjukkan  pada  gambar  8  dan  gambar  9  merupakan posisi  penempatan  komponen  pada  pesawat flying wing .Pertama, memelihara intergritas yang dipersyaratkan
Gambar 8. Diagram Blok Sistem
Gambar 9. Penempatan Komponen
Laptop  pada ground  control  station akan  memprogram untuk  perintah  terbang  otomatis  dengan  menggunakan software mission planner dan langsung dilakukan download ke dalam flight controller melalui  telemetry  secara  wireless dan disimpan dalam memori internal flight controller .

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
A. Kecepatan Pesawat dalam Mempertahankan Ketinggian Pesawat flying  wing dapat  mempertahankan  ketinggian saat  melakukan  misi  pemetaan  dengan  mengatur  besarnya kecepatan  yang  diberikan.  Pada  tabel  2  merupakan pengujian dari kecepatan pesawat agar dapat mempertahankan ketinggian pesawat.

## TABEL 2. KECEPATAN DAN KETINGGIAN PESAWAT
No Ketinggian 100m, Kecepatan 12m/s Ketinggian 100m, Kecepatan 15m/s Ketinggian 100m, Kecepatan 20m/s Keting gian Kecepa tan Ketingg ian Kecepat an Ketingg ian Kecepata n 1 102.57 m 12.17 m/s 105.03 m 15.79m /s 101.89 m 19.53m /s 2 72.36m 12.19 m/s 84.06m 15.09m /s 100.08 m 20.46m /s 3 42.1m 12.42 m/s 63.24m 15.51m /s 101.05 m 21.02m /s rata- rata - 12.26 m/s - 15.46m /s 101.01 m 20.34m /s
Pada  Tabel  2  untuk  kecepatan  12m/s  dan  15m/s memiliki  penurunan  ketinggian  dikarenakan  kurangnya kecepatan  sehingga  pesawat  tidak  dapat  mempertahankan ketinggian. Ketika pesawat diprogram untuk terbang dengan kecepatan  20m/s  maka  pesawat  dapat  mempertahankan ketinggian.

## B. Proses Tuning
Pesawat  flying  wing  harus  melalui  proses tuning sebelum melakukan pemetaan agar pesawat dapat seimbang saat  mengudara.  Pesawat  akan  dilakukan  proses  tuning manual dan otomatis. Untuk tuning manual, nilai PID yang diperoleh adalah dengan cara trial and error seperti Tabel 3. Dalam tuning otomatis,  pesawat  akan  terbang  dalam  mode autotune. Mode autotune akan  membuat  terbang  pesawat mengkalkulasi nilai PID secara otomatis.
TABEL 3. TUNING PID MANUAL Data HASIL KARAKTERISTIK TERBANG Hasil Manuver Pesawat 1 Ketika
pesawat diberikan  PID  Pitch (P:1.0,  I:0,  D:0)  dan PID  Roll  (P:1.0,  I:0,
D:0) maka untuk pengkoreksian pesawat membutuhkan waktu  yang  cukup lama  untuk  kembali ketitik normal.
2 Ketika pesawat diberikan  PID  Pitch (P:1.2,  I:0,  D:0)  dan PID  Roll  (P:1.2,  I:0, D:0) maka pengkoreksian yang diberikan masih kurang responsif.
3
Ketika pesawat diberikan  PID  Pitch (P:1.4,  I:0,  D:0)  dan PID  Roll  (P:1.4,  I:0, D:0) pengkoreksian dari  flight  controller sudah cukup responsif.
4 Ketika pesawat
diberikan  PID  Pitch (P:1.6,  I:0,  D:0)  dan
PID  Roll  (P:1.6,  I:0, D:0) pengkoreksian pada  pesawat  sudah responsif  dari  setiap gerakan yang diberikan. 5 Ketika pesawat diberikan  PID  Pitch (P:1.8,  I:0,  D:0)  dan PID  Roll  (P:1.8,  I:0, D:0) pengkoreksian lebih  responsif  tetapi ada  sedikit  osilasi ketika pesawat
diberikan gerakan
untuk  membalikan  ke titik normal.
Tuning  PID  otomatis  pada  pesawat  dilakukan  dengan mengubah  mode  pesawat  ke  mode  autotune.  Pada  saat proses  auto  tuning  maka  nilai  PID  akan  otomatis  berubah sesuai  dengan  karakteristik  dari  pesawat.  Pada  Tabel  4 merupakan nilai yang didapat dari hasil tuning PID otomatis dengan kecepatan angin 1.38 m/s yaitu Pitch (P: 1.618836, I:  0.091875,  D:  0.1214127)  dan  PID  Roll  (P:  1.628894,  I: 0.091875,  D:  0.1221671).  Pada  Tabel  III.10  merupakan hasil  dari  pengontrolan  pesawat  berdasarkan  nilai  tuning PID otomatis.
TABEL 4. TUNING PID OTOMATIS

## HASIL KARAKTERISTIK
TERBANG
Hasil Manuver Pesawat
Ketika pesawat diberikan PID Pitch (P: 1.618836,  I:  0.091875,  D:  0.1214127) dan PID Roll (P: 1.628894, I: 0.091875, D:  0.1221671)  Pesawat  dapat  terbang dengan  stabil  serta  dapat  melawan 4 espon dan crosswind. Dapat bermanuver  dan  mengkoreksi  setiap
pergerakan dengan baik dan
4esponsive.
Dari  hasill  uji  terbang  pesawat  dengan  tuning  PID manual pesawat dapat  mengudara dengan stabil tetapi pada saat  melakukan  misi waypoint pesawat  sering  keluar  dari jalur  misi.  Untuk  hasil  uji  terbang  dengan  tuning  PID otomatis memiliki hasil koreksi pergerakan saat bermanuver yang baik dan pada saat pesawat  melakukan misi waypoint pesawat dapat berada pada jalur misi.
C. Hasil Peta Mapping  dilakukan  dengan  menggunakan  GPS  pada wilayah dengan luas 36559m^2seperti pada Gambar 10.
Gambar 10. Luas Wilayah
Gambar 11. Hasil Peta Ketinggian 75m
Gambar 12. Hasil Peta Ketinggian 100m

## Gambar 12. Hasil Peta Ketinggian 125m
D. Perbandingan Hasil Mapping dengan Ketinggian yang Berbeda
Pemetaan  dilakukan  dengan  ketinggian  pesawat  yang berbeda – beda untuk mengetahui pengaruh pada hasil peta. Pemetaan  dilakukan  dengan  ketinggian  75m,  100m,  dan 125m.  Metoda  untuk  melihat  kualitas  hasil  peta  adalah dengan  cara  mengambil  satu  area  peta  yang  sama  dan dibandingkan  satu  dengan  yang  lainnya.  Berikut  hasil perbandingan hasil peta seperti pada Tabel 5.

## TABEL 5. PERBANDINGAN HASIL PETA
1. Hasil Peta dengan Ketinggian 75m
2. Hasil Peta dengan Ketinggian 100m 3. Hasil Peta dengan Ketinggian 125m
Dari  Tabel  5  disimpulkan  bahwa  ketinggian  dan overlap mempengaruhi hasil kualitas peta. Hasil peta terbaik adalah  dengan  ketinggian  100m.  Pada  ketinggian  75m memiliki blank spot pada hasil peta. Pada ketinggian 125m diperoleh gambar yang terlihat sangat buram.

## IV. K ESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengujian dapat disimpulkan:
1. Metode  penentuan  nilai  PID  untuk  menghasilkan pengkoreksian  yang  baik,  dapat  terbang  stabil,  melawan angin  dan  croswind  adalah  dengan  cara  autotune  sehingga diperoleh  nilai  PID  Pitch  (P:  1.618836,  I:  0.091875,  D: 0.1214127),  dan  PID  Roll  (P:  1.628894,  I:  0.091875,  D: 0.1221671).
2. Hasil pemetaan yang didapat adalah foto udara dari ketinggian 75m, 100m, dan 125m dengan  kecepatan jelajah 20m/s.  Hasil  foto  udara  terbaik  didapat dari pemetaan  pada ketinggian 100m. Daftar Pustaka

## D AFTAR P USTAKA
[1] G.  Eason,  B.  Noble,  and  I.  N.  Sneddon,  “On  certain  integrals  of Lipschitz-Hankel  type involving products  of Bessel  functions,” Phil. Trans.  Roy.  Soc.  London,  vol.  A247,  pp.  529–551,  April  1955. (references)
[2] J. Clerk Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, 3rd ed., vol. 2. Oxford: Clarendon, 1892, pp.68–73.
[3] I. S. Jacobs and C. P. Bean, “Fine particles, thin films and exchange anisotropy,”  in  Magnetism,  vol.  III,  G.  T.  Rado  and  H.  Suhl,  Eds. New York: Academic, 1963, pp. 271–350.
[4] K. Elissa, “Title of paper if known,” unpublished.
[5] R. Nicole, “Title of paper with only first word capitalized,” J. Name Stand. Abbrev., in press.
[6] Y.  Yorozu,  M.  Hirano,  K.  Oka,  and  Y.  Tagawa,  “Electron spectroscopy  studies  on  magneto-optical  media  and  plastic  substrate interface,” IEEE Transl. J. Magn. Japan, vol. 2, pp. 740–741, August 1987 [Digests 9th Annual Conf. Magnetics Japan, p. 301, 1982].
[7] M.  Young,  The  Technical  Writer’s  Handbook.  Mill  Valley,  CA: University Science, 1989.