Balancing Bi-Copter dengan Kendali PID

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga, Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022)
2013889 Homepage :www.polban.ac.id Email : polban@polban.ac.id
Lembar Sampul Dokumen B100
Judul Dokumen Dokumen B100: “Balancing Bi-Copter dengan Kendali PID”
Jenis Dokumen B100
Nomor Dokumen B100 – 01
Nomor Revisi 01
Nama File 2B_NanjarSyabanul_SKDB100
Tanggal Penerbitan 05 April 2019
Unit Penerbit Nanjar Syabanul Fajar
Jumlah Halaman 5
Data Pengusul
Pengusul
Nama
Jabatan
Mahasiswa D – III
Teknik Elektronika
Nanjar Syabanul Fajar 171311059
Tanggal 05-04-2019 Tanda Tangan
Lembaga Politeknik Negeri Bandung
Alamat
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon : 022-2013789 Faks : 022-2013889 Email : polban@polban.ac.id

I Pengantar
1.1 Ringkasan isi dokumen
Dokumen ini berisi proposal pengembangan Sistem Kendali Posisi yang diterapkan pada sistem
Balancing Bi-Copter untuk ditujukan sebagai tugas mandiri mata kuliah Sistem Kendali Lanjut (SKL)
program studi D3 Teknik Elektronika Politeknik Negeri Bandung. Penulisan dokumen berdasar pada
ide pengembangan yang berisi antara lain : konsep, desain dan fitur dari Sistem Kendali Posisi yang
direncanakan akan dikembangkan, perangkat/tools yang akan digunakan dan rencana pengembangan
dari awal perencanaan hingga produk akhir dari proyek ini.
1.2 Tujuan penulisan
Tujuan penulisan dari dokumen ini yaitu :
1. Sebagai acuan dan referensi dalam pengembangan topik serupa dan pengembangan lebih
lanjut.
2. Membuat miniatur pengendalian posisi pada Bi-Copter dengan menggunakan MPU6065
sebagai sensor posisi.

II Proposal Pengembangan
2.1 Pendahuluan
Sebuah komputer dapat mengendalikan sebuah rangkaian/alat elektronika
menggunakan sebuah chip IC yang dapat diisi program dan logika yang disebut
teknologi Mikroprosesor. Pada Sistem Kendali Posisi ini memanfaatkan
mikrokontroller sebagai controller dimana algoritma sistem dipusatkan pada satu
mikrokontroller.
Mikrokontroler Arduino saat ini menjadi salah satu development board yang
banyak digunakan untuk mendukung pembelajaran dan pengembangat alat-alat
sederhana. Arduino digunakan sebagai salah satu controller dalam mengaplikasikan
sistem kendali digital dengan metode PID.
Berdasarkan perencanaan, perancangan dan pengoperasian kemudian,
diharapkan Bi-Copter bekerja sesuai dengan kondisi yang diinginkan.
2.2 Latar Belakang
Menurut O’Sullivan, keseimbangan adalah kemampuan untuk mempertahankan
pusat gravitasi pada bidang tumpu terutama ketika posisi tegak. Keseimbangan juga
dapat diartikan sebagai kemampuan relatif untuk mengontrol pusat massa tubuh atau
pusat gravitasi terhadap bidang tumpu.
Salah satu aplikasi dalam menerapkan ilmu keseimbangan adalah Sistem
pengendalian posisi keimbangan pada miniatur Bi-Copter. Sebuah miniatur Bi-Copter
adalah suatu perangkat yang memiliki 2 baling-baling dan memiliki 2 lengan kuasa
yang berpusat tumpu masa di antara 2 lengankuasa tersebut. Bi-Copter dapat bermanufer
sangat lincah karena gaya angkat yang dihasilkan oleh aliran udara yang dihasilkan dari
bilah-bilah baling-baling rotornya.
Bi-Copter ini didesain untuk dapat mengendalikan putaran baling-baling supaya
dapat mencapai posisi yang (0°) dinginkan. Setiap perubahan posisi dibaca oleh sensor
MPU6065. Untuk dapat tetap dalam posisi seimbang dan atau mempertahankan posisi, Bi-

Copter ini dilengkapi sistem Kendali Posisi yang berfungsi mengunci dan mempertahankan
supaya posisi lengan kuasa tetap seimbang.
2.3 Desain Sistem Kendali Posisi
Gambar 1. Blok Diagram Sistem Kendali
Berdasarkan blok diagram pada gambar 1 maka rancangan komponen yang akan dibuat
ialah :
• Setpoint = Potensiometer
• Controller = Arduino
• Driver = ESC (Electronic Speed Controller)
• Actuator = BLDC (Brushlees DC) Motor
• Sensor = MPU6065
2.4 Konsep
Sistem plant terdiri dari 2 lengan kuasa yang terpasang motor BLDC dan baling-
baling pada kedua ujung lengan kuasa tersebut. Lengan kuasa memiliki Panjang lengan
yang sama panjang dan bertitik tumpu pada satu poros. Sensor MPU6065 sebagai pembaca
posisi ditempatkan sejajar dengan titik tumpu. Kecepatan putaran kedua baling-baling akan
saling mempengaruhi satu sama lainnya, jika posisi terbaca tidak seimbang atau misalnya
nilai kemiringan > 0° maka putaran baling-baling kanan harus lebih cepat dibandingkan
yang kiri, dan begitupula sebaliknya jika nilai kemiringan < 0°.
Hasil pembacaan Potensiometer dikonversi menjadi Setpoint untuk nilai posisi
kemiringan Lengan kuasa dalam satuan sudut. Simpangan dari posisi lengan kuasa terhadap
Set Point
+
-
Controller Driver Actuator
Sensor
Plant
Output
Feedback

nilai setPoint disebut sebagai Error. Nilai error inilah yang akan diolah oleh sistem kendali
PID supaya posisi lengan kuasa sesuai dengan nilai setpoint serta mempertahankan posisi
tersebut walaupun diberi ganguan/distrubansi.
Gambar 2. Bentuk Fisis Plant

Jenis Dokumen B200
Nomor Revisi 01
Jumlah Halaman
Data Pengusul
Pengusul
Nama
Jabatan
Mahasiswa D – III
Teknik Elektronika
Alamat
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Pengantar
Dokumen B200 Dokumen B200 ini berisi tentang dokumen spesifikasi alat yang meliputi
spesifikasi sistem dalam mengembangkan alat ini, serta detail dari alat yang akan dibuat dengan nama
“Balancing Bi-Copter dengan Kedali PID”. Dokumen ini berisi mengenai mekanisme alat dan cara
kerja alat.
1.2 Functional Requirement Specification
• Alat ini diciptakan sebagai pengembangan untuk mengatur dan mempertahankan posisi. Hal
yang akan dikembangkan dalam alat ini adalah sistem kendali Posisi dengan PID.

Proposal Pengembangan
2.1 Gambaran Umum
Posisi lengan kuasa akan terus dijaga supaya sama dengan nilai set point yang diberikan. Untuk
mencapai kondisi tersebut perlu diterapkan sistem kendali Posisi dengan metode PID. Pengujian sistem
dilakukan dengan memberikan gangguan pada salah satu lengan kusa berupa penambahan beban.
2.2 Tujuan
Tujuan utama dari dibuatnya alat ini adalah :
• Merancang dan merealisasikan perangkat keras dan perangkat lunak Balancing Bi-
Copter.
• Menguji dan mengevaluasi kinerja dari Balancing Bi-Copter.
2.3 Ruang Lingkup
Alat ini memiliki batasan-batasan sebagai berikut :
• Mengatur posisi dengan set Point berupa nilai dari Potensiometer
• Metode Kendali yang digunakan adalah metode PID.
• Gangguan yang diberikan pada plant berupa penambahan beban pada lengan kuasa atau
perubahan kemiringan dengan cara apapun.
2.4 Deskripsi Sistem
Karakteristik sistem dari alat ini adalah :
• Mengatur posisi kemiringan supaya sama dengan nilai Setpoint yang diberikan.
• Berusaha mempertahankan posisi walaupun diberi distrubansi atau ganguan.
2.5 Elemen yang Dibutuhkan
• Aktuator yang sesuai untuk sistem.

• Menentukan parameter kendali agar sistem sesuai dengan yang diinginkan.
• Memasukkan parameter kendali kedalam algoritma pemrograman.
Overall Specification
3.1 Pendahuluan
Bagian ini akan menjelaskan mengenai spesifikasi keseluruhan dari Balancing Bi-Copter
dengan Kedali PID dan komponen-komponen penyusunnya. Hal-hal yang akan dijelaskan antara lain:
• Deskripsi Alat : menjelaskan mengenai cara kerja secara umum dari system alat ini.
• Deskripsi Perangkat Keras : menjelaskan lebih lanjut dari perangkat keras yang mendukung
system
• Deskripsi Perangkat Lunak: menjelaskan komponen-komponen perangkat lunak penyusun
sistem.
3.2 Deskripsi Alat
Sistem plant terdiri dari 2 lengan kuasa yang terpasang motor BLDC dan baling-baling pada
kedua ujung lengan kuasa tersebut. Lengan kuasa memiliki Panjang lengan yang sama panjang dan
bertitik tumpu pada satu poros. Sensor MPU6065 sebagai pembaca posisi ditempatkan sejajar dengan
titik tumpu. Kecepatan putaran kedua baling-baling akan saling mempengaruhi satu sama lainnya, jika
posisi terbaca tidak seimbang atau misalnya nilai kemiringan > 0° maka putaran baling-baling kanan
harus lebih cepat dibandingkan yang kiri, dan begitupula sebaliknya jika nilai kemiringan < 0°.
Hasil pembacaan Potensiometer dikonversi menjadi Setpoint untuk nilai posisi kemiringan
Lengan kuasa dalam satuan sudut. Simpangan dari posisi lengan kuasa terhadap nilai setPoint disebut
sebagai Error. Nilai error inilah yang akan diolah oleh sistem kendali PID supaya posisi lengan kuasa
sesuai dengan nilai setpoint serta mempertahankan posisi tersebut walaupun diberi ganguan/distrubansi.

3.3 Deskripsi Perangkat Keras
Balancing Bi-Copter dengan Kedali Posisi Metode PID membutuhkan perangkat keras sebagai
pendukung sistem ini diantaranya:
3.3.1 HQProp Propellers 5.1x4.1x3
Ini adalah New Swap POPO HQProp Baru yang kompatibel. Ini juga dapat digunakan untuk
motor NON POPO. Termasuk 2x 5.1X4.1X3 CW propellers 2x 5.1X4.1X3 CCW propellers Specs
Taille: 5.1 pouces Pitch: 4.1 Blades: 3 Material: Diameter Hub Carbon Carbonate "" '13.2mm Hub
Thicknes ""' 7mm Hub Thicknes "" '7mm Shaft: 5mm Poids: 4.7g.
3.3.2 2400KV Brushless Motor
Racerstar Racing Edition 2306 BR2306S 2400KV 2-4S Brushless Motor For X210 X220 250 FPV
Racing Frame

Description:
CW screw thread motor comes with red cap
CCW screw thread motor comes with black cap
Brand: Racerstar
Item name: BR2306S 2400KV Brushless Motor
RPM/V: 2400KV
Height: 33.5mm
Width: 28.5mm
Shaft diameter: M5
Motor mount hole size: M3
Weight: 33.5 grams
Voltage: 2-4S
Battery: 2-4S lipo battery
Internal resistance: Ω
Tested with 14.8V voltage 5045 propellers:
Load current: 33A
Pull: 980g
Power: 458W
Efficiency: 2.1 (g/W)
Features:
Stainless steel motor shaft
Long life Japanese NMB ball bearings
Oxygen free copper wire
CNC machined aluminum case
More powerful than BR2205S
Package included:
20 x BR2306S 2400KV Brushless Motor

3.3.4 MPU 6065
Modul MPU-6050 (giroskop tiga sumbu + accelerometer tiga sumbu)
Gunakan chip: MPU-6050
Catu daya: 3-5v (regulator putus sekolah rendah internal)
Mode komunikasi: protokol komunikasi IIC standar
Konverter 16bit AD chip internal, output data 16-bit
Kisaran giroskop: 250 500 1000 2000 / dtk
Kisaran percepatan: 2 4 8 16g
Pin pitch 2.54mm

3.3.5 ESC ( Electronic Speed Controls ) SimonK 30A
ESC ( Electronic Speed Controls ) SimonK 30A dengan Mosfet Toshiba TPCA 8057 Deskripsi
: - Menggunakan Mosfet Toshiba TPCA 8057 - Dapat digunakan untuk pengatur kecepatan motor
brushless multirotor atau RC Plane - Maksimal Arus : up to 30A - BEC : 5v / 3A Feature: - Highest
efficiency 100% N-FET design. - Highest accuracy with Crystal Oscillator (Temperature won't affect
the PWM operating range like other cheap ESC's). - No low voltage cutoff, because any cutoff in a
multirotor = crash. - No over temp cutoff, because any cutoff in a multirotor = crash. - Super high
refresh rate, no buffering of the input signal, resulting in more than 490Hz response rate. - 16KHz motor
frequency, giving fastest response of the motor, and quietest operation as well (no 8KHz squeal). -
Super simple, foolproof operation! Nothing to program other than the throttle range. ESC Specification
- Cont Current: 30A - Burst Current: 35A - BEC Model: Linear mode - BEC Output: 5V3A - Li-
ion/Li0poly:2-4S,or Ni-MH/Ni-Cd:4-12NIMH - Weight: 25g - Size: 32*24*7mm

3.3.5 Potensiometer
Potensiometer yang digunakan adalah tipe mono dengan besar resistansi 10K ohm.
Potensiometer ini di fungsikan sebagai setpoint.
3.3.6 LCD 20x4
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal cair
sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alal–alat elektronik seperti
televisi, kalkulator, atau pun layar komputer. Pada postingan aplikasi LCD yang dugunakan ialah LCD

dengan jumlah karakter 20x4. LCD sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan
untuk menampilkan status kerja alat.
Spesifikasi:
3.4 Deskripsi Perangkat Lunak
Deskripsi perangkat lunak pada alat yang dibuat meliputi tahapan-tahapan
tertentu, diantaranya:
• Menentukan bahasa pemrograman yang akan digunakan adalah Bahasa C++.
• Menentukan software penunjang bahasa pemrograman yang digunakan adalah Arduino IDE.
• Membuat dan menguji program yang telah dibuat sesuai dengan respon sistem yang telah diset
sesuai spesifikasi serta mensimulasikannya ke pin13 Arduino Uno yang telah disiapkan.
• Menguji program pada alat yang dibuat.

4.1 Deskripsi Sistem Kendali
Deskripsi system kendali pada alat yang akan dibuat diantaranya:
• Rise Time yang cepat yaitu dibawah 1,5 detik.
• Toleransi Overshoot yaitu dibawah 10%.
• Settling Time yang cepat yaitu dibawah 2 detik dengan batas-batas 5%.
• Tidak terdapat Error Steadystate.
5.1 Penutup
Demikian dokumen B200 ini dibuat, untuk berikutnya dokumen ini dapat dijadikan acuan untuk
pembuatan dan pengembangan alat bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.

Jenis Dokumen B300
Nomor Revisi 01
Jumlah Halaman
Data Pengusul
Pengusul
Nama
Jabatan
Mahasiswa D – III
Teknik Elektronika
Alamat
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Pengantar
Dokumen B200 Dokumen B200 ini berisi tentang dokumen Sistem Mekanik, Elektronik, dan
Perangkat Lunak sistem dalam mengembangkan alat ini, serta detail dari perancangan sistem mekanik,
elektronik, dan perangkat lunak alat yang akan dibuat dengan nama “Balancing Bi-Copter dengan
Kedali PID”.
Dokumen ini terdiri dari 2 bagian:
1. Bab Pengantar
Menjelaskan mengenai ringkasan isi dokumen, tujuan penulisan. Bab ini bertujuan untuk
memudahkan pengerjaan proyek ini.
2. Bab Pengembangan Sistem Mekanik, Elektronik, dan Perangkat Lunak
Bab ini berisikan pendahuluan, perancangan sistem mekanik, elektronik, dan perangkat lunak..
1.2 Tujuan Penulisan dan Aplikasi/Kegunaan Dokumen
Dokumen B300 ini bertujuan untuk menjadi salah satu bagian dari rangkaian dokumentasi
dalam pembuatan dan pengembangan proyek. Dokumen B300 ini menjadi acuan apabila terjadi
ketidaksesuaian atau kesalahan pada perancangan proyek yang akan dibuat.

Proposal Pengembangan
2.1 Gambaran Umum
Pada pengembangan proyek ini, akan dipaparkan rancangan mekanik, elektronik, dan juga
perangkat lunak yang akan menjadi acuan dalam pengembangan proyek ini dan dapat terealisasi
sehingga proses pengerjaannya dapat lebih mudah.
2.2 Perancangan Mekanik
Perancangan mekanik yang dapat dilakukan adalah sebagai berikut
Gambar 2.1 Perancangan Mekanik

2.3 Perancangan Elektronik
2.3.1 Diagram Blok
Gambar 2.2 Blok Diagram Sistem Kendali
Berdasarkan blok diagram pada gambar 1 maka rancangan komponen yang akan dibuat
ialah:
• Setpoint = Potensiometer
• Controller = Arduino Uno
• Driver = ESC (Electronic Speed Controller)
• Actuator = BLDC (Brushlees DC) Motor
• Sensor (Feedback) = MPU6065
2.3.2. Analisis Rangkaian Per Blok
A. Set Point (SV)
Set Point
+
-
Controller Driver Actuator
Sensor
Plant
Output
Feedback

Untuk dapat mengatur Set Point (SV) pada perancangan Sistem kendali posisi Bi-copter.
Komponen ini diperlukan untuk memberikan set point atau menentukan posisi yang diinginkan.
Kemudian nilai SV tersebut akan diteruskan ke Arduino untuk diolah agar plan bekerja sesuai
yang diinginkan.
B. Proses Pengontrolan
Proses pengontrolan dalam Sistem Kendali Posisi Bicopter diproses oleh Arduino.
Arduino mendapat sinyal dari potensiometer dan nilainya diolah agar posisi pada ruangan
sesuai dengan yang diinginkan. Ketika ada gangguan plan akan beradaptasi dengan cepat dan
juga merespon gangguan tersebut sehingga memungkinkan lampu meredup atau bertambah
cerah sesuai dengan SV yang diberikan.
C. Sistem Driver
ESC ( Electronic Speed Controls ) adalah driver Motor Brusless DC, ESC ini mengatur
kecepatan putaran Motor Brusless DC.

D. Actuator
BR2306S 2400KV 2-4S Brushless Motor adalah sebagai aktuator yang menggerakan
aktuator manipulator.
E. Actuator Manipulator
HQProp Propellers 5.1x4.1x3 adalah sebagai manipulasi aktuator untuk menghasilkan
dorongan udara yang nantinya mempengaruhi posisi.
F. Feedback (Umpan Balik)
Modul MPU-6050 merupakan balik berupa pembacaan posisi kemiringan sudut.

2.3.3. Wiring
Gambar 2.3 Wiring

2.4. Perancangan Perangkat Lunak (Flow Chart)

3 Penutup
pembuatan dan pengembangan alat bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.

Jenis Dokumen B400
Nomor Revisi 02
Tanggal Penerbitan 02 Mei 2019
Jumlah Halaman
Data Pengusul
Pengusul
Nama
Jabatan
Mahasiswa D – III
Teknik Elektronika
Alamat
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

I Pengantar
Secara spesifik, dokumen ini menjelaskan berbagai macam test yang akan dilakukan untuk
mengetahui performa suatu sistem. Ukuran tersebut dapat berupa bekerja atau tidaknya suatu fitur.
Sistem yang dibahas pada dokumen ini adalah sistem kendali posisi Bi-Copter.
1. Bab Pengantar
2. Bab Pengujian
Bab ini berisikan berbagai macam test yang akan dilakukan untuk mengetahui performa suatu
sistem.
Dokumen B400 ini bertujuan untuk dijadikan salah satu bagian dari rangkaian dokumentasi
dalam pembuatan dan pengembangan proyek. Dokumen B400 ini menjadi landasan dalam pembuatan
proyek mandiri, dan diharapkan dokumen ini memudahkan dalam pembuatan alat.

II Pengujian
2.1 Pengujian Arduino Uno
Gambar 1. Program pengujian Arduino
Gambar 2. Program pengujian Arduino
Arduino uno di uji dengan memasukkan program blink pada arduino sebagai mikrokontroller.
Berdasarkan hasil uji, arduino uno berfungsi dengan baik dan dapat digunakan dalam pembuatan proyek
mandiri.

2.2 Pengujian LCD
Pada proyek ini sensor yang digunakan adalah LCD 20x4 sebagai display. Berikut program
dan hasil dari pengujian.
Gambar 3. Program pengujian LCD
Gambar 4. Hasil Pengujian LCD
Berdasarkan hasil pengujian LCD tersebut dapat digunakan sebagai diplay pada proyek mandiri
ini.

2.3 Pengujian Potensiometer sebagai SV
Pengujian Setpoint dengan potensiometer dilakukan dengan cara menghubungkan kaki tengah
potensiomter ke A0 arduino dan salah satu kakinya ke ground dan kaki yang lainnya ke Vcc. Lalu di
test dengan program dibawah ini.
Gambar 5. Program pengujian potensiometer

Gambar 6. Hasil plotter dari potensiometer
Berdasarkan hasil pengujian potensiometer tersebut dapat digunakan sebagai pengatur nilai
setpoint pada proyek mandiri.

2.4 Pengujian Sensor
Pada proyek ini sensor yang digunakan adalah sensor MPU sebagai pengukur posisi kemiringan
sudut. Berikut program dan hasil dari pengujian.
Gambar 7. Program pengujian MPU6050

Gambar 8. Program pengujian MPU6050
Oranye : 0°
Biru : Tanpa Filter.
Merah : Dengan Complementary Filter.
2.5 Pengujian Driver dan Aktuator
Pada proyek ini yang digunakan adalah ESC (Electronic Speed Controls) SimonK 30A sebagai
Driver dan BR2306S 2400KV sebagai aktuator. Berikut program dan hasil dari pengujian.

Gambar 9. Program pengujian Driver dan Aktuator

Gambar 10. Program pengujian Driver dan Aktuator
3 Listing Program
Berikut adalah listing program keseluruhan yang akan digunakan pada proyek.
//Last Updated : 24 Juni 2019, 17:50
//=============== PID Parameter =======================
float Kp = 0.92;//1.12;//1.2;//1.15;//1.2;//5.2;//2.2;//0.204;
float Ti = 1;//73;//100;//1;//300;//200;//300;//150;//100//0.38;//73;//0.5;//0.3551; goes
fine
float Td =
0.29;//0.281;//0.26;//0.42;//0.35;//0.29;//0.26//0.26;//0.2;//0.15;//1;//0.9;//0.0887; 0.2 fine
float Ki;
float Kd;
float PID;
int SV=0;
float PV;
int arming=1100;
int MV,MV1,MV2;
float e;
float eint,eint_1;
float eint_update;
float edif;

float et, et_1;
float temp_Kp = Kp;
float temp_Ti = Ti;
float temp_Td = Td;
//float interval_elapsed, interval_limit;
unsigned long t,t_1; // t=pencatatan wak tu skrg
float Ts;
//========================= Global Variables
=============================
int atas=90;
int bawah=-90;
unsigned long prevmillis=0;
bool toggle_var=0;
bool toggle_it(unsigned int Interval){
if(millis()-prevmillis>=Interval){
toggle_var=!toggle_var;
prevmillis=millis();
}
return toggle_var;
}
float mapFloat(long x, long fromLow, long fromHigh, float toLow, float toHigh){
return (x - fromLow) * (toHigh - toLow) / (fromHigh - fromLow) + toLow;
}
//============================ MPU6050
===================================
#include <MPU6050_tockn.h> //https://github.com/tockn/MPU6050_tockn
#include <Wire.h>
MPU6050 mpu6050(Wire);
//=============================== ESC
====================================
#include <Servo.h>
Servo ESCL; // create servo object to control the ESCL
Servo ESCR; // create servo object to control the ESCR
//=============================== LCD
====================================
#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(6, 7, 5, 4, 3, 2); //RS, EN, D4, D5, D6, D7
#define BL 1
byte bar[8] = {0, 0, 0, 31, 31, 31, 31, 31};
byte barR[8] = {0, 0, 0, 24, 28, 30, 28, 24};
byte barL[8] = {0, 0, 0, 3, 7, 15, 7, 3};
byte selected[8] = {8, 12, 14, 15, 14, 12, 8, 0};
//============================ Push Button
================================
//Debouncing Button
#include <JC_Button.h> // https://github.com/JChristensen/JC_Button
#define btnDecPin A1
#define btnIncPin A2
#define btnCancelPin A3
#define btnOkPin 8
Button
btn1(btnDecPin),
btn2(btnIncPin),
btnCancel(btnCancelPin),
btnOk(btnOkPin);
int x=0;
int prev_x=0;
float Step=0.01;
int y=0;
const unsigned long
REPEAT_FIRST(500), // ms required before repeating on long press
REPEAT_INCR(100); // repeat interval for long press
//const int
// MIN_COUNT(0),
// MAX_COUNT(59);
float count;
float increase_decrease(float Step){
//float
//count=var;
//lastCount-1;
static unsigned long
rpt(REPEAT_FIRST);
enum states_t {WAIT, INCR, DECR};
static states_t STATE;
btn1.read();
btn2.read();

switch (STATE)
{
case WAIT: // wait for a button event
if (btn2.wasPressed())
STATE = INCR;
else if (btn1.wasPressed())
STATE = DECR;
else if (btn2.wasReleased()) // reset the long press interval
rpt = REPEAT_FIRST;
else if (btn1.wasReleased())
rpt = REPEAT_FIRST;
else if (btn2.pressedFor(rpt)) // check for long press
{
rpt += REPEAT_INCR; // increment the long press interval
STATE = INCR;
}
else if (btn1.pressedFor(rpt))
{
rpt += REPEAT_INCR;
STATE = DECR;
}
break;
case INCR: // increment the counter
//count = min(count++, MAX_COUNT); // but not more than the specified
maximum
count+=Step;
STATE = WAIT;
break;
case DECR: // decrement the counter
//count = max(count--, MIN_COUNT); // but not less than the specified
minimum
count-=Step;
STATE = WAIT;
break;
}
return count;
}
const unsigned int LONG_PRESS(1000);
bool gow=false;
void scanButton(){
btn1.read();
btn2.read();
btnCancel.read();
btnOk.read();

}
//============================ Buzzer
================================
#define buzzerPin 13
void beep(unsigned int x){
digitalWrite(buzzerPin,HIGH);
delay(x);
digitalWrite(buzzerPin,LOW);
}
void setup() {
Serial.begin(9600);
//pinMode(btn,INPUT_PULLUP);
btn1.begin();
btn2.begin();
btnCancel.begin();
btnOk.begin();
pinMode(buzzerPin,OUTPUT);
digitalWrite(buzzerPin,LOW);
// set up the LCD's number of columns and rows:
lcd.begin(20, 4);
lcd.createChar(1, bar);
lcd.createChar(2, barR);
lcd.createChar(3, barL);
lcd.createChar(4, selected);
pinMode(BL,OUTPUT);
digitalWrite(BL,LOW);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(" YOKOGAWE ");
lcd.setCursor(0,2);
lcd.print(" stand alone ");
lcd.setCursor(0,3);
lcd.print(" PID controller ");
while(!gow){
scanButton();
if(btnOk.wasPressed()){
beep(500);

gow=true;
lcd.clear();
}
}
//========================== Home
================================
Home:
Wire.begin();
mpu6050.begin();
int i=0;
int prev_i=0;
//int j;
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(" ( Home ) ");
while(1){
scanButton();
if(btn1.wasPressed()){
beep(100);
if(i>=4) i=4;
else i++;
if(i>0){
prev_i=i-1;
}
}
beep(100);
prev_i=i;
if(i<=0) i=0;
else i--;
}
beep(200);
lcd.clear();
switch(i){
case 0: lcd.clear(); goto Run; break;
case 1: lcd.clear(); goto mpuCal; break;
case 2: lcd.clear(); goto ZN2; break;
case 3: lcd.clear(); goto Tuning; break;
}

}
lcd.setCursor(1,0);
lcd.print("RUN");
lcd.setCursor(1,1);
lcd.print("MPU Cal");
lcd.setCursor(1,2);
lcd.print("ZN2");
lcd.setCursor(1,3);
lcd.print("Tuning");
lcd.setCursor(0,prev_i);
lcd.print(" ");
lcd.setCursor(0,i);
lcd.write(4);
lcd.setCursor(11,1);
lcd.print("Kp "); lcd.print(Kp);
lcd.print("Ti "); lcd.print(Ti);
lcd.print("Td "); lcd.print(Td);
}
//========================= Tuning
===============================
Tuning:
x=0;
prev_x=0;
Step=0.01;
y=0;
lcd.setCursor(10,x);
lcd.write(4);
while(1){
scanButton();
beep(100);
if(x>=3) x=3;
else x++;
if(x>0){
prev_x=x-1;
}
}

beep(100);
prev_x=x;
if(x<=0) x=0;
else x--;
}
beep(200);
lcd.clear();
lcd.write(4);
if(x==0){
temp_Kp = Kp;
count = Kp;
while(1){
if(toggle_it(600)==true){
lcd.write(4);
}
else{
lcd.write(" ");
}
lcd.print("Kp "); lcd.print(temp_Kp);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("inc/dec");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("stp "); lcd.print(Step); lcd.print(" ");
temp_Kp=increase_decrease(Step);
btnOk.read();
if(y>=3) y=0;
else y++;
}
if(btnOk.pressedFor(LONG_PRESS)){
lcd.clear();

Kp=temp_Kp;
beep(200);
break;
}
switch(y){
case 0: Step=0.01; break;
}
}
}
if(x==1){
temp_Ti = Ti;
count = Ti;
//increase_decrease(Ti,Step);
while(1){
lcd.write(4);
}
else{
lcd.write(" ");
}
lcd.print("Ti "); lcd.print(temp_Ti);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.setCursor(0,1);
temp_Ti=increase_decrease(Step);
btnOk.read();
if(y>=3) y=0;
else y++;
}

lcd.clear();
Ti=temp_Ti;
beep(200);
break;
}
switch(y){
}
}
}
if(x==2){
temp_Td = Td;
count = Td;
while(1){
lcd.write(4);
}
else{
lcd.write(" ");
}
lcd.print("Td "); lcd.print(temp_Td);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.setCursor(0,1);
temp_Td=increase_decrease(Step);
btnOk.read();
lcd.setCursor(0,1); lcd.print(" ");
//delay(200);
if(y>=3) y=0;
else y++;
}

lcd.clear();
Td=temp_Td;
beep(200);
break;
}
switch(y){
}
}
}
if(x==3){
lcd.clear();
goto Home;
}
}
lcd.setCursor(10,prev_x);
lcd.print(" ");
lcd.write(4);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Tuning");
lcd.print("( Home )");
}
mpuCal:
Wire.begin();
mpu6050.begin();
delay(1500);

lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(" MPU6050 ");
lcd.setCursor(0,2);
lcd.print(" Calibrating ");
lcd.setCursor(0,3);
lcd.print(" Don't Move!! ");
mpu6050.calcGyroOffsets(true);
lcd.clear();
beep(200);
ESCL.attach(9);
ESCR.attach(10);
delay(800);
lcd.print(" ESC ");
lcd.setCursor(0,2);
lcd.print(" Calibrating ");
lcd.setCursor(0,3);
lcd.print(" Take Care! ");
ESCR.writeMicroseconds(2000); // Send the signal to the ESC
ESCL.writeMicroseconds(2000); // Send the signal to the ESC
delay(3000);
ESCR.writeMicroseconds(1000); // Send the signal to the ESC
ESCL.writeMicroseconds(1000); // Send the signal to the ESC
delay(2000);
beep(200);
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,2);
lcd.print(" All Done ");
delay(1800);
lcd.clear();
goto Home;
ZN2:
lcd.clear();
SV = 0;
while(1){
lcd.write(4);

}
else{
lcd.write(" ");
}
lcd.print("Kp "); lcd.print(Kp); lcd.print(" ");
//lcd.setCursor(0,3);
//lcd.print("inc/dec");
lcd.setCursor(0,3);
Kp=increase_decrease(Step);
btnOk.read();
if(y>=3) y=0;
else y++;
}
lcd.clear();
//Kp=temp_Kp;
beep(200);
break;
}
switch(y){
}
mpu6050.update();
PV=mpu6050.getAngleX();
//e=SV-PV;
e=PV-SV;
//MV=Kp*(e*-1);
MV=Kp*e;
MV2=1075+MV;
MV1=1075-MV; //off set

if(MV2>1120){ //max 1000
MV2=1120;
}
else if(MV2<1000){ //min 1000
MV2=1000;
}
if(MV1>1120){ //max 2000
MV1=1120;
}
else if(MV1<1000){ //min 1000
MV1=1000;
}
ESCR.writeMicroseconds(MV2); //R
ESCL.writeMicroseconds(MV1); //L
if(millis()-prevmillis>=150){
//Serial.print(mpu6050.getRawGyroX()/100); //BLUE
//Serial.print(" ");
//Serial.print(e); //ORANGE
//Serial.print(" ");
Serial.println(PV); //RED
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("e "); lcd.print(e); lcd.print(" ");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("MVL "); lcd.print(MV1); lcd.print(" ");
lcd.setCursor(0,2);
lcd.print("MVR "); lcd.print(MV2); lcd.print(" ");
}
}
Run:
lcd.clear();
prevmillis=millis;
int count_down=3;
while(count_down!=0){
count_down--;
beep(100);
}
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" Running in "); lcd.print(count_down); lcd.print(" ");
}

beep(100);
lcd.clear();
//==================================================
et_1=0;
eint_1=0;
t_1=millis();
x=0;
prev_x=0;
Step=0.01;
y=0;
lcd.write(4);
//=================================================
}
void loop() {
run_PID();
tuningPID();
//t_1=t;
}
void run_PID(){
if (Ti==0){
Ki=0; //untuk mengindari error akibat pembagi 0
}
else {
Ki=Kp/Ti;
}
Kd=Kp*Td;
int adc = analogRead(A0);
if(adc>186){
SV = map(adc, 187, 1020, 0, 30);
}
if(adc<186){
SV = map(adc, 185, 10, 0, -30);
}

if(SV<-30){
SV=-30;
}
else if(SV>30){
SV=30;
}
else{
SV=SV;
}
mpu6050.update();
PV=mpu6050.getAngleX();
et=PV-SV;
//hitung time sampling
//t=millis();
//Ts=(t-t_1)*0.001;
Ts=0.016;
//hitung luasan error
eint_update=((et +et_1)*Ts)/2;
eint=eint_1+eint_update;
//hitung percepatan error
edif=(et -et_1)/Ts;
PID = (Kp*et) + (Ki*eint) + (Kd*edif);
//PID = (Kp*et) + (Kd*edif);
MV2=arming+PID;
MV1=arming-PID;
if(MV2>1500){ //max 1000
MV2=1500;
}
else if(MV2<1000){ //min 1000
MV2=1000;
}
if(MV1>1500){ //max 2000
MV1=1500;
}
else if(MV1<1000){ //min 1000
MV1=1000;

}
ESCR.writeMicroseconds(MV2); //R
ESCL.writeMicroseconds(MV1); //L
Serial.print(SV);
Serial.print(" ");
Serial.print(atas);
Serial.print(" ");
Serial.print(PV);
Serial.print(" ");
Serial.println(bawah);
lcd.setCursor(0,0); lcd.print("SV ");lcd.print(SV); lcd.print(" ");
lcd.setCursor(0,1); lcd.print("PV "); lcd.print(PV); lcd.print(" ");
lcd.setCursor(0,2); lcd.print(MV1); lcd.print(" ");
lcd.setCursor(5,2); lcd.print(MV2); lcd.print(" ");
lcd.setCursor(0,3); lcd.print("Ts "); lcd.print(Ts,3); lcd.print(" ");
}
//jangan lupa simpan nilai sebelumnya
et_1=et;
eint_1=eint;
//t_1=t;
}
void tuningPID(){
lcd.write(4);
btnCancel.read();
if(btnCancel.wasPressed()){
beep(100);
if(x>=2){
x=0;
lcd.print(" ");
}
else{
x++;
}
if(x>0){
lcd.setCursor(10,x-1);
lcd.print(" ");

}
}
if(x==0){
count = Kp;
lcd.print("Kp "); lcd.print(Kp,3);
lcd.print("Ti "); lcd.print(Ti,3);
lcd.print("Td "); lcd.print(Td,3);
lcd.print("stp "); lcd.print(Step,3); lcd.print(" ");
Kp=increase_decrease(Step);
btnOk.read();
if(y>=4) y=0;
else y++;
}
switch(y){
}
}
if(x==1){
count = Ti;

Ti=increase_decrease(Step);
btnOk.read();
if(y>=4) y=0;
else y++;
}
switch(y){
}
}
if(x==2){
count = Td;
Td=increase_decrease(Step);
btnOk.read();
lcd.setCursor(0,1); lcd.print(" ");
//delay(200);
if(y>=4) y=0;
else y++;
}
switch(y){
}
}
}

4 Penutup
Demikian dokumen B400 ini dibuat, untuk berikutnya dokumen ini dapat dijadikan acuan
untuk perancangan dan pengembangan alat bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.

Jenis Dokumen B500
Nomor Revisi 01
Jumlah Halaman
Data Pengusul
Pengusul
Nama
Jabatan
Mahasiswa D – III
Teknik Elektronika
Alamat
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

I Pengantar
Dokumen B500 ini berisi mengenai desain system kendali pada Bicopter menggunakan
pemodelan Ziegler Nichols Tipe 2 agar mendapatkan parameter kendali yaitu Kp, Ti, dan Td.
1. Bab Pengantar
2. Desain Sistem Kendali
Bab ini berisikan pembutan desain sistem.kendali PID menggunakan metode Ziegler Nichols
Tipe 2.
Dokumen B500 ini bertujuan untuk :
• Dokumentasi proyek mandiri.
• Mencari parameter kendali.

II Desain Sistem Kendali
2.1 Ziegler Nichols Tipe 2
Pada pemodelan dalam mendapatkan parameter kendali, terdapat beberapa metoda yang dapat
digunakan contohnya seperti Ziegler-Nichols Tipe 1, Ziegler-Nichols Tipe 2, dan yang lainnya.
Biasanya kendali posisi menggunakan metoda ini. Pada metode Ziegler-Nichols Tipe 2, untuk
mendapatkan parameter kendali, system dibuat close-loop dan respon dibuat menjadi berosilasi yang
berpola. Nilai Kp diatur agar respon dapat berosilasi dan nilai Ti dan Td di nol kan. Respon dibuat
berosilasi untuk mendapatkan nilai Kcr dan Pcr.
2.2 Desain Kendali dari Respon Sistem
Dibawah ini merupakan respon yang telah dibuat berosilasi dengan nilai gain / Kp / Kcr = 0.65.
Gambar 1. Desain ZN-2 dari Respon Sistem
Perlu diingat bahwa waktu yang ada di plotter bukanlah kontanta waktu asli, maka dari itu
diperlukan perhitungan sebagai berikut :

t asli t plotter Kt=t asli/ t plotter
10,32 225,087 0,045848938
Kt = t asli : t plotter
Kt = 10,32 : 225,087
Kt = 0,045848938
Selanjutnya perhitungan Kcr dan Pcr.
Kcr=K Pcr=L*Kt
0,34 0,710291754
Kcr = K
Kcr = 0,34
Pcr = L x Kt
Pcr = 15,492 x Kt
Pcr = 0,710291754 detik
Selanjutnya perhitungan Kp, Ti, dan Td.
Kp=(0,6 * Kcr) Ti =(0,5 * Pcr) Td=(0,125 * Pcr)
0,204 0,355145877 0,088786469
Kp = 0,6 x Kcr
Kp = 0,6 x 0,34
Kp = 0,204
Ti = 0,5 x Pcr
Ti = 0,5 x 0,710291754
Ti = 0,355145877
Td = 0,125 x Pcr
Td = 0,125 x 0,710291754
Td = 0,088786469

2.3 Hasil Desain Kendali
Gambar 2. Respon Hasil Desain.
Pada gambar diatas terdapat overshoot sehingga perlu tuning untuk memperbaiki respon
tersebut.
3 Penutup
perancangan dan pengembangan alat bagi tahapan dan dokumentasi berikutnya.

Jenis Dokumen B600
Nomor Revisi 01
Jumlah Halaman
Data Pengusul
Pengusul
Nama
Jabatan
Mahasiswa D – III
Teknik Elektronika
Alamat
Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

I Pengantar
Dokumen B600 ini berisi mengenai tuning parameter PID dan percobaan gangguan
terhadap system.
1. Bab Pengantar
2. Desain Sistem Kendali
Bab ini berisi mengenai tuning parameter PID dan percobaan gangguan terhadap system.
Dokumen B600 ini bertujuan untuk :
• Dokumentasi proyek mandiri.
• Tuning parameter kendali.
• Mencoba gangguan pada plant.

II Tuning dan Gangguan
2.1 Tuning Parameter Kendali
Gambar 1. Respon Hasil Desain
Kp Ti Td
0,204 0,355145877 0,088786469
Berdasarkan respon hasil desain ZN2, respon yang dihasilkan masih belum sempurna karena
masih ada overshoot dan Error Steadystate, sehingga diperlukan tuning parameter PID. Pada proses
tuning didasarkan terhadap table dibawah agar mendapatkan parameter yang baik.
Tabel Pengaruh perubahan parameter terhadap respon
Parameter Rise Time Overshoot Settling Time S-S Error
Kp Berkurang Bertambah Minor Change Berkurang
Ki Berkurang Bertambah Bertambah Menghilangkan
Kd Minor Change Bertambah Berkurang Minor Change

Setelah melakukan proses tuning didapatkan hasil akhir sebagai berikut:
Kp = 1.05
Ti = 0.997
Td = 0.292
Gambar 2. Respon Hasil Tuning
Berikut respon dari tuning akhir dengan setpoint kemiringan sudut 0°
Gambar 2. Respon Pada SV = 0°

Gambar 3. Respon Pada SV diubah-ubah
Berdasarkan parameter hasil desain dan tuning akhir, Kp yang diubah menjadi 0,846 agar rise
time berkurang. Ti yang diubah menjadi 0,355145877 pada saat error steady state dapat memberikan
tenaga lebih untuk memperbaiki kemiringan. Td yang diubah menjadi 0.292 agas dapat mengurangi
overshoot.
2.2 Percobaan Gangguan
Setelah mendapatkan respon dan parameter yang baik, perlu adanya gangguan untuk
menguji system kendalinya. Berikut respon hasil gangguan setelah respon berada pada steady state.
Gambar 4. Percobaan Gangguan
Pada gambar yang bertanda persegi merah merupakan hasil dari gangguan yang diberikan

terhadap plant. Sistem dapat mencapai setpoint kembali dan berada pada steady state.
3 Penutup
Demikian dokumen B600 ini dibuat, dokumen ini merupakan dokumen terakhir dari
dokumentasi proyek mandiri.

Balancing Bi-Copter dengan Kendali PID

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Balancing Bi-Copter dengan Kendali PID

Similar to Balancing Bi-Copter dengan Kendali PID (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (19)

Balancing Bi-Copter dengan Kendali PID