Peningkatan Kestabilan Quadrotor menggunakan Kendali Linear Quadratic Regulator dengan Kompensasi Integrator dalam Mempertahankan Posisi

Abstract

The quadrotor's ability to maintain position is a major requirement for the completion of various current missions. However, the large steady-state error (SSE) and multiple overshoots due to environmental disturbances cause flight instability. This condition makes Quadrotor unable to complete the mission optimally. Therefore, in this study applying a linear quadratic regulator control method, this research contributes to the addition of integrator compensation in handling the translational movement of the quadrotor. System model design testing is carried out by comparing quadrotor control using the LQR method without an Integrator and LQR with an Integrator. The value of R=1 for all states and Q_x=0.87, Q_y=124.6, Q_(v_x)=1.77, Q_(v_y)=124.6 and Ki_x=0,004, Ki_y=0.002 makes the SSE tendency that occurs 0.10 meters for the x-axis and -0.28 for the y-axis, while the multi-overshoot that occurs is 0.41 m for the maximum deviation and -1.35 m for the minimum deviation on the x-axis and 0.40 m maximum deviation and 0.47 m minimum deviations on the y axis. The test results show that the LQR control method with Integrator compensation is able to minimize and improve SSE and multiple overshoots that occur in quadrotor flights. In addition, it is able to significantly increase accuracy to 100% from 71.38% and precision to 37.71% from 35.91%.Kemampuan quadrotor dalam mempertahankan posisi menjadi kebutuhan utama untuk penyelesaian berbagai misi saat ini. Namun, besarnya steady state error (SSE) dan multiple overshoot karena gangguan lingkungan menyebabkan ketidakstabilan gerak terbang. Kondisi tersebut menjadikan quadrotor tidak mampu menyelesaikan misi secara optimal. Maka dari itu, pada penelitian ini menerapkan sebuah metode kendali Linear Quadratic Regulator penelitian ini memiliki kontribusi dengan penambahan kompensasi Integrator dalam menangani pergerakan translasi quadrotor. Pengujian desain model sistem, dilakukan dengan membandingkan antara pengendalian quadrotor menggunakan metode LQR tanpa Integrator dan LQR dengan Integrator. Nilai R=1 untuk semua state serta Q_x=0,87; Q_y=124,6; Q_(v_x)=1,77; Q_(v_y)=124,6 dan Ki_x=0,004; Ki_y=0,002 menjadikan kecenderungan SSE yang terjadi sebesar 0,10 m untuk sumbu x dan -0,28 m untuk sumbu y, sedangkan multi overshoot yang terjadi sebesar 0,41 meter simpangan maksimal dan -1,35 m simpangan minimal pada sumbu x serta 0,40 m simpangan maksimal dan 0,47 meter simpangan minimal pada sumbu y. Hasil pengujian tersebut menunjukkan bahwa metode LQR dengan kompensasi Integrator mampu meminimalkan dan memperbaiki SSE maupun multiple overshoot yang terjadi pada penerbangan quadrotor. Selain itu juga mampu meningkatkan akurasi secara signifikan sebesar 100% dari 71,38% serta presisi sebesar 37,71% dari 35,91%.

Altitude Control of UAV Quadrotor Using PID and Integral State Feedback

“…Thus, the linear acceleration of the quadrotor is then can be written as The weight of the quadrotor is equal to its mass multiplied by the gravity acceleration, or mathematically expressed as 𝑊𝑊 = 𝑚𝑚𝑚𝑚. Thus, the last equation can be rewritten as 𝑧𝑧̈= 𝑇𝑇(𝐶𝐶 𝜙𝜙 𝐶𝐶 𝜃𝜃 ) 𝑚𝑚 − 𝑚𝑚 (13) where 𝑚𝑚 is the gravity acceleration, and 𝑚𝑚 is the mass of the quadrotor.…”