PERANCANGAN SISTEM KONTROL SANDAR KAPAL OTOMATIS BERBASIS LOGIKA FUZZY DI PELABUHAN TANJUNG PERAK SURABAYA Oleh :
Randika Gunawan 2409100070 Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Aulia Siti Aisjah, MT Dr. Ir. A. A. Masroeri, M.Eng
NIP. 196601161989032001 NIP. 195808071984031001
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK FISIKA JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2013
Latar Belakang
Permasalahan Bagaimana merancang sistem kontrol auto berthing dengan menggunakan metode Logika Fuzzy.
Tujuan
• Memperoleh model matematis dinamika kapal dan manuver kapal saat bersandar. • Merancang sistem kontrol auto berthing dengan menerapkan metode logika Fuzzy. • Menganalisa kemampuan sistem kontrol auto berthing.
Batasan Masalah •
• • •
•
Untuk memfokuskan penyelesaian masalah pada penelitian tugas akhir ini diperlukan beberapa batasan masalah diantaranya sebagai berikut: Obyek yang di teliti adalah kapal kapal AHTS (Anchor Handling Tug Supply) “Wong Loi”. Variabel yang di kontrol adalah rudder, stern thruster dan bow thruster pada kapal. Pelabuhan yang digunakan simulasi ini adalah salah satu pelabuhan di Tanjung Perak Surabaya Perancangan sistem kontrol ini dilakukan secara simulasi dengan menggunakan software Matlab R2009a Menggunakan metode sandar kanan dan arus dari arah timur pelabuhan Tanjung Perak Surabaya.
Anchor Handling Tug Supply (AHTS) • Kapal AHTS (Anchor Handling Tug Supply) adalah kapal yang dipakai untuk menaikkan dan menurunkan jangkar di Oil Rig pada kegiatan pengeboran minyak lepas pantai. Dengan kemampuannya tersebut maka kapal ini dilengkapi dengan sistem yang mendukung yaitu berupa bow thruster maupun stern thruster yang membantu dalam maneuver kapal.
Dasar Teori • Dinamika Pada Kapal
Mulai Studi literatur yang berkaitan dengan berthing pada kapal secara otomatis Penentuan spesifikasi kapal Pemodelan dinamika kapal
Metodologi Penelitian
Penentuan trayektori dan sandar kapal
Merancang simulasi sistem kontrol trayektori
Merancang simulasi sistem kontrol sandar
Melakukan pengujian sistem trayektori
Melakukan pengujian sistem sandar
Tidak
Tidak
Telah Sesuai? Ya
Pemodelan gangguan arus laut
Analisa performansi sistem
Pembuatan pembahasan dan penyusunan laporan tugas akhir
Selesai
Data Spesifikasi Kapal Data yang diperlukan sebagai acuan maneuver kapal ACTS (Anchor Handling Tug Supply) Wong Loi dengan menggunakan model Nomoto (1957) adalah sebagai berikut: Lpp (panjang, m) B (lebar, m) T (kedalaman, m) ∆ (displacement, ton) U (kecepatan, m/s) CB (coefficient block) XG (center of gravity) Ad (rudder area, m2) r (jari-jari, m) m’
= 55 = 13 = 5.75 = 1680 = 10 = 0.4086 = 3.45 = 2.212 = 8.25 = 0.00000199
Pemodelan Dinamika Kapal Dari penurunan rumus Nomoto orde 3 (Fossen, 1994) diperoleh fungsi alih kapal AHTS (Anchor Handling Tug Supply) Wong Loi K R 1 T3 s s s1 T1 s 1 T2 s R
Nomoto 3 order
Rudder
Propeller
• Olah gerak kapal pada saat bersandar ditinjau dari arah yaw dan sway
• Penentuan Trayektori Kapal Untuk memandu kapal agar dapat berjalan sesuai dengan tujuan maka diperlukan sebuah jalur khusus. Kapal harus bermanuver mengikuti jalur yang telah ditentukan.
• Pemodelan Gangguan Arus Laut Pemodelan gangguan berupa arus laut di dekati dengan menggunakan model Gauss-Markov process orde satu (Fossen 1994). Dengan persamaan model matematis sebagai berikut : Dari persamaan diatas dengan kecepatan maksimum arus bervariasi dari 2, 2,25 dan 2,5 knot sehingga diperoleh hasil sebagai berikut: Untuk arus laut sebesar 2,0 knot Untuk arus laut sebesar 2,25 knot Untuk arus laut sebesar 2,5 knot
Perancangan Kontrol Auto Berthing
• Fuzifikasi Fuzifikasi merupakan pengubah input (membership function) yang bersifat crisp (bentuk tegas) dan diubah menjadi himpunan fuzzy (variable linguistic). • Mekanisme Pengambilan Keputusan Setiap hasil dari fuzifikasi di bandingkan dengan nilai pada rule base dan menghasilkan sebuah pengambilan keputusan. • Defuzifikasi Defuzifikasi meupakan tahap akhir dalam control logika fuzzy yaitu mengubah himpunan fuzzy menjadi himpunan crisp. Hasil konversi ini merupakan sebuah aksi yang diambil oleh system kendali logika fuzzy.
KLF Rudder
Surface Area
Membership Function Rudder
Membership Function Error Yaw
Membership Function Yaw Rate
KLF Yaw
Surface Area
Membership Function Bow Thruster
Membership Function Error Yaw
Membership Function Yaw Rate
KLF Yaw
Surface Area
Membership Function Stern Thruster
Membership Function Error Yaw
Membership Function Yaw Rate
KLF Sway Membership Function Distance
Surface Area Vb Membership Function Vb
Surface Area Vs
Membership Function Vs
Diagram Blok Kontrol Trayektori dan Sandar Kapal
Kontrol Trayektori Tanpa Gangguan
Kontrol Sandar kapal Tanpa Gangguan
Kontrol Trayektori Dengan Gangguan Arus Laut
Kontrol Sandar Kapal Dengan Gangguan Arus Laut
Uji Open Loop dan Close Loop Rudder
Uji Trayektori Tanpa Gangguan Arus Laut
Uji Sandar Kapal Tanpa Gangguan Arus Laut
330 detik
250 detik
Uji Trayektori Dengan Gangguan Arus Laut
Arus 2,25 Knot
Arus 2 Knot
Arus 2,5 Knot
Uji Sandar Heading Kapal Dengan Gangguan Sandar kapal dengan gagguan arus laut 2 Knot error sebesar 0.040 Sandar kapal dengan gagguan arus laut 2,25 Knot error sebesar 0.040 Sandar kapal dengan gagguan arus laut 2,5 knot error sebesar -0,010.
Uji Sandar Kapal Stern dan Bow Thruster Dengan Gangguan Arus
Kesimpulan • Kapal dapat mengikuti trayektori yang telah ditentukan walaupun dengan adanya gangguan arus laut. • Nilai root square error lintasan kapal maksimum dengan gangguan arus sebesar 2 knot adalah 1,26 m, untuk arus 2,25 sebesar 0,64 m sedangkan untuk arus 2,5 knot 2,68 m. • Perancangan sandar kapal dapat mengontrol aktuator stern thruster dan bow thruster sehingga mencapai set point 50. • Untuk tahapan sandar kapal dengan gagguan arus laut 2; 2,25 dan 2,5 knot menghasilkan error sebesar -0,110; -0,060 dan 0,030. • Waktu yang ditempuh untuk sandar kapal tanpa ada gangguan selama 668 detik, dengan adanya gangguan arus 2; 2,25 dan 2,5 knot berturut-turut selama 113, 96, dan 99 detik.
Daftar Pustaka Chak, Chu-Kwong; Feng. Gang; dan Palaniswani, Marimuthu. 1998. Implementation of Fuzzy Systems. Leondes Fossen, Thor. I. 1994. Guidance and Control of Ocean Vehicle. John Willy & Son. USA: John Willey & Sons,Inc Kusumadewi, Sri. 2002. Analisis dan Desain Sistem Fuzzy Menggunakan Tool Box Matlab. Graha Ilmu Yogyakarta Lee, S.D. 2012. Design and Experiment of A Small Boat AutoBerthing Control System. IEEE Journal Murdoch, Erick. 2004. A Master’s Guide to Berthing. www.standard-club.com
Daftar Pustaka Nguyen, Phung Hung. 2007. Automatic Berthing Control Of Ship Using Adaptive Neural Network. Korea Maritime University Oskar. 2007. Studi Perancangan Sandar Kapal Secara Otomatis Menggunakan Neural Network. ITS Surabaya Passino, Kevin M; Yurkovich, Stephen. 1998. Fuzzy Control. Addison-Wesley Longman, California Tzeng, C.Y; S.D Lee; W.L. Lin. 2006. Autopilot Design for Trackkeeping and Berthing of a Small Boat. IEEE International Converence, Taiwan Zhang, Yao; Grant e. Hearn; Pratyush Sen. 1997. A Multivariable Neural Controller for Automatic Ship Berthing. IEEE Journal
