- Presentasi tentang perancangan ulang sistem kendali monocopter MC-11 agar mampu terbang dengan sudut coning dan pitch kecil serta dapat bergerak sesuai perintah kendali - Dilakukan pengukuran ulang komponen, penambahan balance beam, dan pengembangan algoritma kendali baru untuk mencapai tujuan tersebut - Hasil uji terbang menunjukkan monocopter mampu terbang dengan sudut coning 70-100 derajat dan pitch 50-80 derajat

1. PRESENTASI TUGAS AKHIR
PERANCANGAN ULANG DAN PENGEMBANGAN SISTEM KENDALI
WAHANA TERBANG TANPA AWAK MONOCOPTER MC-11i
Oleh:
Imron Anshori Shodiq
(136 09 044)
Pembimbing:
Dr. Taufiq Mulyanto

2. Outline
1. Pendahuluan
 Latar Belakang
 Ulasan Desain MC-11
 Tujuan Penelitian & DRO
2. Penentuan konfigurasi
dan ukuran awal
 Penentuan titik pusat massa
dan kecepatan putar
 Keseimbangan gaya
 Perhitungan ukuran sayap
3. Konsep kendali terbang &
Algoritma Kendali
4. Spesifikasi komponen
elektronika yang
digunakan
5. Proses produksi, assembly,
dan uji terbang
2

3. Monocopter merupakan suatu istilah untuk wahana
terbang yang hanya terdiri dari satu sayap dan sebuah
mesin pendorong, serta keseluruhan bagian badannya
(termasuk sayap dan badan atau pod) berputar dengan
kecepatan tertentu hingga menghasilkan gaya angkat
yang cukup untuk membuat wahana tersebut terbang.
Monocopter
3
Pratama, Hendi Aji. 2012. “Studi Konsep dan Rancang Bangun Wahana
Monocopter Tanpa Awak MC-11”. Institut Teknologi Bandung.

4.  Perbandingan kelebihan Rotary Wing dengan fixed wing
 Eksplorasi konsep baru
 Konsep baru Monocopter  VTOL, Hovering, endurance,
simple, robust
4
Latar Belakang
Fixed Wing Rotary wing
endurance VTOL
speed Hovering

5. Video uji terbang MC-11
oleh Hendi Aji P.
5

6. Ulasan Desain MC-11
Hasil perancangan MC-11
 Massa total 225 gram.
 Telah dapat melakukan lift off
 Sudut Coning lebih dari 210
 Sudut pitch lebih dari 450
 Unsteady hovering ~180 RPM
 Belum ada sistem kendali
Pratama, Hendi Aji. 2012. “Studi Konsep dan Rancang Bangun Wahana
Monocopter Tanpa Awak MC-11”. Institut Teknologi Bandung
Pemodelan Matematika
Dinamika terbang dari monocopter
 Berdasarkan konfigurasi MC-11
 Pemodelan dinamika terbang
translasi vertikal dengan Matlab
 Titik pusat massa monocopter
berotasi pada suatu sumbu
imajiner lain
Wandini Ayu, Ratna. 2012. “Pemodelan Matematika Dinamika Terbang
Wahana Tanpa Awak Monocopter”. Institut Teknologi Bandung
6

7. Tujuan
 Perbaikan desain MC-11
 Sistem pengendali terbang
Sikap terbang yang sesuai dengan
rancangan yaitu kemampuan
hovering dengan sudut coning &
pitch kecil
Gerak translasi arah horizontal
dan vertikal
7

8.  mampu terbang dan hovering dengan sudut coning & pitch kecil,
yaitu kurang dari 120.
 Kecepatan rotasinya kurang dari 5Hz atau 300 RPM
 Massa totalnya tidak lebih dari 150 gram.
 Mampu terbang dan bergerak translasi horizontal dan vertikal
sesuai perintah dari pengendali.
 Mampu terbang dalam durasi minimal 5 menit.
Persyaratan dan Tujuan Desain
8

9. Penentuan Konfigurasi dan
Ukuran Awal
9

10. Konfigurasi Umum dan
Kecepatan Putar
 Konfigurasi yang dipilih straight
dengan penambahan “balance
beam” pada sumbu Y
 Posisi pusat massa berada di
persilangan antara 2 principal
inertia axis, di bawah titik
tumpunya (mirip konfigurasi high
wing)
 Take off support
 Kecepatan putar harus bisa
diimbangi oleh kecepatan servo
yang bekerja
  ~ 4 Hz (240 rpm) sebagai
terkaan awal
10

11. Keseimbangan Gaya
Pitch axis view
Coning axis view
• Penambahan ‘balance beam’ 
bidang acuan trim  Menjaga
besar sudut pitch
• CP sayap berimpit dengan titik
pusat massa
• Arah rotasi motor brushless &
propeler mengikuti aturan tangan
kanan  coning angle
• Panjang lengan gaya angkat
terhadap pusat rotasi sekecil
mungkin  taper
11

12.  Total Massa take off:
146 gram
Belum termasuk data logger &
take off support
Massa Komponen Penyusun Monocopter
Pie chart kontribusi massa penyusun monocopter

13. 1. Termasuk kategori airfoil tipis 
massa sayap ringan
2. Mempunyai koefisien pitching
moment yang kecil.
3. Memiliki efisiensi aerodinamik
yang tinggi
 Merupakan kategori airfoil Low
Reynold number
Pemilihan Airfoil
13
no Ag455ct-02r E214 E184
1 1 3 2
2 2 3 1
3 2 1 3
total 5 7 6

14. Propertis aerodinamika
berdasarkan Software:
JavaFoil & XFoil
Ag455ct-02r
14

15. Perhitungan Ukuran Sayap
𝐿 =
1
2
𝜌𝑣2 𝑆 𝐶 𝐿
𝑑𝐿 =
1
2
𝜌 𝜔𝑟 2 𝐶𝐿 𝐶(𝑥) ∙ 𝑑𝑟 𝐵 = 1 −
𝑐𝑡𝑖𝑝
2𝑅
𝐿 =
1
2
𝜌𝜔2 𝐶 𝐶𝐿 𝑟2
𝐵𝑟 𝑚𝑎𝑥
𝑟0
𝑑𝑟
15

16. Parameter Sayap
 Airfoil
 Kecepatan putar
 Tip chord
  dan Cl
 Taper ratio: 0.5
 mengurangi sudut coning
 Tip loss factor
16
Airfoil AG455CT-02r
 (RPM) 4 Hz (240 rpm)
Wing Loading 12.98 N/m2
Luas 1102.5 cm2
Aspect Ratio 2.18
Span 49 cm
Tip chord, Ct 15 cm
Tip chord, Cr 30 cm
Re (tip) 120000
Re(mid) 90000
Cl 0.65
 40
Cm -0,031
CP 29,5% chord

17. Visualisasi 3D
17

18. Pengembangan
Sistem Pengendali Terbang
Monocopter MC-11i
18

19. Konsep Kendali Terbang
Side view
Top view
Efek Giroskopik
Sumber animasi: Wikipedia
19
Sumbergambar:
http://www.jamesphoughton.com/

20. Algoritma
Kendali pertama
 Asumsi kecepatan rotasi konstan
 Sinusoidal servo deflection  aileron
 Tidak ada slot waktu untuk
memantau input kendali / heading
saat servo bekerja
 Ada 2 pendekatan dari algoritma
kendali dasar ini saat implementasi
ke sistem kendali
20

21. Algoritma kedua
21
 Ada slot waktu untuk memantau
input kendali, heading dan
logging ke SD Card.
 Output defleksi servo tidak bisa
membentuk sinusoidal sempurna, tetapi
didekati dengan bentuk trapesium.
 Dapat menyesuaikan dengan kecepatan
rotasi yang bervariasi

22. Flowchart
Algoritma
kedua
22

23.  Untuk keperluan ground
test
 SD Card module
dilepaskan apabila akan
dilakukan flight test
Skematik Rangkaian Elektronika
Sistem Kendali MC-11i
23

24. Mikrokontroler & Aktuator
Arduino Pro Mini 5V / 16 MHz
 Massa 3 gram dan berdimensi
34mm x 18mm x 2mm.
 14 pin digital I/O dan 8 pin
analog, 3 pin Ground, 3 pin
suplai daya
24
sumbergambar:sparkfun
HobbyKing mini
servo
 Massa 4 gram
 kecepatan aktuasi yang bisa
dicapai ialah 600 per 0.12 detik
atau 10 per 2 milidetik.
 Tegangan kerja 3.7V ~ 12V
sumbergambar:HobbyKing

25.  Output data: 3600-00 (counter
clockwise)
Magnetometer (Digital Compass)
Honeywell HMC6352
25sumber gambar: sparkfun
 Pembacaan langsung dalam derajat
 6 ms heading calculation time
 Mini, compact, low power
consumption
 Wide range magnetic field sensor
 I2C interface
 Minus fitur tilt compensated
Output Data:
Pembacaan Heading

26. Transmitter-Receiver & SD Card Module
(Pembatasan arah kendali)
26
sumbergambar:HobbyKing
Untuk keperluan
Logging saat
groundtest, tidak
diikutsertakan saat
flight test
 1 GB microSD + adapter
 Output File “datalog.txt”
 Arduino compatible
 6 pin
 Massa: 8 gram
(belum termasuk kabel)
sumbergambar:DFRobot

27. Proses Manufaktur, Assembly
dan Uji Terbang
27

28. Manufaktur Sayap
Partisi sayap
Pelapisan sayap
• Taper, swept
• Airfoil tipis
• Laser cutting pada balsa
untuk airfoil
• Kertas dodol Warna
merah
28

29. Assembly
 Perekat:
lem CA, lem Epoxy,
lakban, double tape,
isolasi
 Massa take off 146
gram
29

30. Take-Off support
 Terbuat dari balsa
 Konfigurasi monocopter tidak
memungkinkan peluncuran
dari tanah
 Massa take off bisa lebih ringan
30

31. Uji Terbang #1
Dilaksanakan di gedung BSCA ITB lantai 4 pada tanggal 22 Februari 2014
31

32. Analisis Uji Terbang #1
Coning angle 50 ~ 100
Pitch angle ~ -50
32
Massa 140 gram
Kecepatan putar sekitar 230 rpm

33. Uji Terbang #2 di Aula ITB Jatinangor
33
Pada tanggal 9 mei 2014

34. Analisis Respon Sistem Kendali
34
 Massa take off: 146
gram
 Kecepatan putar
sekitar 240 rpm

35. Massa total (take off) 146 gram
Wing Span 49 cm
Root chord 30 cm
Tip chord 15 cm
Aspect ratio 2,18
Wing loading 12,98 N/m2
Thrust untuk hovering 70% - 80%
Panjang Lengan motor 29 cm
Kecepatanrotasi ~ 240 rpm (4 Hz)
Coning angle 70 – 100
Pitch angle 50 - 80
Mikrokontroler Arduino Pro Mini
Magnetometer Honeywell HMC6352
Servo HobbyKing Mini Servo
Simpulan dan Saran
Simpulan
 Penggunaaan Fitur tilt
compensated pada magnetometer
 Mikrokontroler ganda
 Compact monocopter
 Penambahan opsi arah kendali &
variasi kecepatan
Saran
 Didapatkan sebuah monocopter dengan
spesifikasi seperti berikut:
 Parameter sikap terbang yang diinginkan dari
monocopter terpenuhi
 Didapatkan algoritma kendali yang dapat
menggerakan monocopter dalam empat arah
mata angin utama
35

36. Sekian
Terima Kasih
36