Rancang Bangun Prototipe Sistem Kontrol Penjejak Lintasan Pada Kapal Tanpa Awak Menggunakan Fuzzy Logic

1

Rancang Bangun Prototipe Sistem Kontrol Penjejak Lintasan Pada Kapal Tanpa Awak Menggunakan Fuzzy Logic Mohamad Ridwan, Suwito(1), Tasripan(2), Aulia Siti Aisjah(3) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Sukolilo, Surabaya 60111 (1) E-mail: [email protected],(2) [email protected],(3) [email protected]

Abstrak— Indonesia dikenal sebagai negara maritim terbesar di dunia, dimana dua per tiga wilayahnya merupakan wilayah lautan. Indonesia juga dikenal sebagai negara kepulauan, yang terdiri dari beribu-ribu pulau yang dipisahkan oleh laut. Sebagai negara kepulauan, keamanan dan pertahanan negara dari jalur laut merupakan hal yang utama. Oleh sebab itu diperlukan suatu strategi untuk memantau kondisi perairan wilayah Negara Kesatuan Republik Indonesia (NKRI). Salah satu caranya adalah dengan menerapkan sistem autopilot pada kapal laut. Sehingga, kondisi wilayah lautan dapat dipantau dari daratan dengan bantuan kapal autopilot. Sistem kontrol penjejak lintasan pada kapal merupakan bagian dari sistem autopilot. Pada penelitian ini dirancang bagian dari sistem autopilot yaitu sistem kontrol penjejak lintasan pada kapal tanpa awak menggunakan logika fuzzy. Sistem kontrol fuzzy yang digunakan adalah metode Sugeno dengan sembilan aturan fuzzy. Nilai output fuzzy menggunakan metode weight average. Sistem kontrol yang dirancang menggunakan modul GPS untuk menentukan posisi dan sensor kompas untuk menetukan arah. Jenis GPS yang digunakan adalah modul GPS PMB648 sedangkan sensor kompas yang digunakan adalah modul CMPS10. Hasil perancangan sistem kontrol ini diimplementasikan pada mikrokontroler untuk mengkontrol gerak kapal. Mikrokontroler yang digunakan adalah atmega 16. Sistem kontrol yang dirancang adalah untuk mengkontrol gerak rudder, sehingga kapal dapat menjaga haluannya agar sampai pada koordinat yang telah ditentukan. Setelah dilakukan pengujian pada semua komponen, dapat diketahui bahwa modul GPS yang digunakan mempunyai error rata-rata 3,594 meter. Sensor kompas mempunyai prosentase error sebesar 0,089%. Kecepatan rata-rata kapal pada proses kontrol adalah 0,28 m/s, Nilai ini merupakan kecepatan minimum yang dapat dicapai oleh kapal. Kecepatan rata-rata rudder pada proses kontrol adalah 5,639 derajat/detik. Setelah semua sistem diintegrasikan, dapat diamati bahwa kapal telah berhasil menjejaki lintasan dan mencapai posisi koordinat yang telah ditentukan. Waktu rata-rata yang diperlukan dalam satu siklus proses kontrol adalah 3,625 detik.

Kata Kunci—Sistem Kontrol, Navigasi, GPS, Kontrol Kapal, Logika Fuzzy, Mikrokontroler

I. PENDAHULUAN Indonesia dikenal sebagai negara maritim terbesar di dunia, dimana dua per tiga wilayahnya merupakan wilayah lautan. Indonesia juga dikenal sebagai negara kepulauan, yang terdiri dari beribu-ribu pulau yang dipisahkan oleh laut. Wilayah Indonesia juga tepat berada di antara 2 samudera, yaitu samudera Pasifik dan Hindia. Hal ini tidak menutup kemungkinan bahwa kapal laut akan sering digunakan sebagai alat transportasi, baik untuk perdagangan, transportasi, maupun kemiliteran. Berlayar terkadang memerlukan waktu yang lama, bahkan bisa membutuhkan waktu berbulan-bulan. Hal tersebut akan membuat seorang nahkoda menjadi jenuh karena selalu mengendalikan kapalnya. Berlayar juga selalu membutuhkan suatu alat navigasi yang digunakan sebagai penunjuk jalan pada kapal laut. Sebab, di lautan yang luas sangat sulit untuk menentukan arah. Oleh sebab itu, diperlukan suatu perangkat yang dapat membantu nahkoda kapal untuk mengemudikan kapal secara otomatis agar kapal tetap berada pada jalurnya. Disaat nahkoda kapal ingin beristirahat, sistem otomatis ini dapat dijalankan. Sehingga kapal dapat berlayar secara otomatis dan tetap berada pada jalurnya[1]. Sebagai negara kepulauan, keamanan dan pertahanan negara dari jalur laut merupakan hal yang utama. Oleh sebab itu diperlukan suatu strategi untuk memantau kondisi perairan wilayah Negara Kesatuan Republik Indonesia (NKRI). Pemantauan wilayah laut bisa dilakukan dengan manual atau otomatis. Secara manual berarti dilakukan patroli keliling untuk mengawasi kondisi perairan Indonesia. Untuk menghemat waktu dan energi, maka diperlukan suatu cara otomatis untuk melakukan pengawasan pada wilayah laut. Salah satu caranya adalah dengan menerapkan sistem autopilot kapal laut. Sehingga, kondisi wilayah lautan dapat dipantau dari daratan dengan bantuan kapal autopilot. Saat ini, berbagai jenis kapal laut telah dilengkapi dengan sistem otomatis (autopilot). Sistem autopilot pada kapal pada umumnya menggunakan jenis course keeping (menjaga sudut haluan kapal) yaitu dengan cara membandingkan sudut haluan kapal yang diperoleh dari pembacaan gyro compass dengan sudut jalur yang diprogram. Seringkali sistem autopilot menggunakan sistem kontrol PID (Proportional Integral Derivative). Namun, untuk mengkompensasi gangguan seperti

2

Gambar. 1. Badan kapal beserta kerangka acuan terhadap bumi

angin, arus laut yang bekerja pada kapal diperlukan adjustment parameter dari PID itu sendiri. Kebanyakan pengaturan parameter ini dilakukan secara manual. Hal ini membuat kontroler tidak bekerja secara optimal. (Juan A. Contreras Montes, 2011)[2]. Perancangan sistem autopilot pada kapal akan selalu menjadikan persoalan yang menantang. Hal ini disebabkan karena kapal selalu dipengaruhi oleh faktor-faktor alam yang tidak terduga, seperti gelombang, angin, arus laut, dan sebagainya. Telah banyak dilakukan penelitian untuk mendapatkan suatu sistem autopilot pada kapal. Penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, dilakukan dengan membangun suatu sistem kontrol autopilot menggunakan fuzzy logic yang disimulasikan menggunakan komputer. Oleh sebab itu, pada penelitian ini akan dibahas tentang sistem kontrol autopilot pada kapal laut berbasis logika fuzzy untuk menjaga kapal agar dapat mencapai posisi koordinat yang telah ditentukan. Kemudian sistem ini akan diimplementasikan pada prototipe kapal laut. Sistem ini dilengkapi dengan GPS dan sensor kompas untuk dapat mengetahui posisi dan sudut haluan kapal. Meskipun ada gangguan seperti angin, ombak dan arus laut, data posisi dan haluan kapal akan dapat diketahui. Dari data ini akan diketahui nilai error sudut haluan kapal (error yaw) dan kecepatan haluan kapal (yaw rate). Sehingga dengan menggunakan logika fuzzy, sistem ini akan mengkontrol sudut haluan kapal sehingga kapal akan tetap pada jalurnya dan mencapai posisi koordinat yang telah ditentukan. II. DASAR TEORI A. Sistem Dinamika Kapal[3] Model dinamika kapal diperoleh dengan menerapkan hukum Newton. Kapal laut memiliki 6 derajat kebebasan (Degree of Freedom (DOF)) dimana 6 koordinat yang independen diperlukan untuk menentukan posisi spasial dan orientasi pada benda tegar. Keenam komponen gerak tersebut yaitu : surge, sway, heave, roll, pitch, dan yaw. Adapun notasi yang digunakan untuk komponen-komponen ini adalah: x, y, z, φ, θ dan ψ. Gambar. 1 menunjukkan definisi keenam koordinat yang dilihat dari suatu kerangka acuan. Posisi dan orientasi kapal yang dijelaskan relatif terhadap kerangka acuan inersia OE-xEyEzE (kerangka acuan terhadap bumi). Persamaan umum gerak kapal dapat dinyatakan sebagai (Fossen, 1994)[4]

Gambar 2. Sistem koordinat bidang horizontal kapal

Dimana M adalah matriks inersia. C(v) adalah hubungan antara matriks koriolis dan sentripetal. v = [u, v, w, p, q, r]T adalah persamaan linearisasi body kapal dan vektor kecepatan angular. τ = [X, Y, Z, K, M, N]T adalah persamaan umum vektor gaya dari luar dan momen pada kapal. Permasalahan untuk menjaga kapal agar tetap pada jalurnya adalah hanya pada bidang horizontal saja. Oleh sebab itu, sistem 6 DOF disederhanakan menjadi bentuk 3 DOF. Dengan asumsi bahwa koordinat awal body kapal berada pada garis tengah kapal (yG = 0), massa terdistribusi secara homogen, bidang xz simetris, dan pengaruh pergerakan pada arah sumbu z (heaving), rotasi pada sumbu x (rolling) dan sumbu y (pitching) terhadap bidang horizontal diabaikan, persamaan non-linear pergerakan kapal adalah (Fossen, 1994)[4] : ,

, ,

Dimana m adalah massa kapal, u dan v masing-masing adalah kecepatan surging dan swaying, r adalah kecepatan (angular) yawing, Iz adalah momen inersia terhadap sumbu z, X dan Y masing-masing adalah gaya yang berpengaruh pada sumbu x dan y, N adalah momen disekitar sumbu z dan r G = [xG, yG, zG] adalah pusat gravitasi (Centre of Gravity (COG)). B. Model Dinamika Rudder[5] Rudder yang mempunyai kemampuan dalam menjaga arah sesuai dengan perintah. Salah satu yang banyak terpasang dikapal adalah tipe Van Amorengen, yang mempunyai spesifikasi kemampuan kerja antara -350 sampai 350 dan laju kerja rudder sampai 70/detik. Syarat untuk minimum laju rata-rata rudder ditentukan oleh klasifikasi perhimpunan. Hal tersebut disyaratkan bahwa rudder dapat digerakkan 350 dari port menuju 350 ke starboard tidak lebih dari 30 detik. . C. GPS (Global Positioning Sistem)[6] GPS (Global Positioning Sistem) adalah sistem satelit navigasi dan penentuan posisi yang dimiliki dan dikelola oleh Amerika Serikat. Sistem ini didesain untuk memberikan posisi dan kecepatan tiga-dimensi serta informasi mengenai waktu, secara kontinyu di seluruh dunia tanpa bergantung waktu dan

3 cuaca, bagi banyak orang secara simultan. Saat ini GPS sudah banyak digunakan orang di seluruh dunia dalam berbagai bidang aplikasi yang menuntut informasi tentang posisi, kecepatan, percepatan ataupun waktu yang teliti. GPS dapat memberikan informasi posisi dengan ketelitian bervariasi dari beberapa millimeter (orde nol) sampai dengan puluhan meter. Secara umum ada tiga segmen dalam sistem GPS yaitu segmen sistem kontrol, segmen satelit, dan segmen pengguna. Secara umum segmen sistem kontrol berfungsi mengontrol dan memantau operasional satelit dan memastikan bahwa satelit berfungsi sebagaimana mestinya. Segmen pengguna terdiri dari para pengguna satelit GPS di manapun berada. Dalam hal ini alat penerima sinyal GPS (GPS receiver) diperlukan untuk menerima dan memproses sinyal-sinyal dari satelit GPS untuk digunakan dalam penentuan posisi, kecepatan dan waktu. Komponen utama dari suatu receiver GPS secara umum adalah antena dengan pre-amplifier, bagian RF dengan pengidentifikasi sinyal dan pemroses sinyal, pemroses mikro untuk pengontrolan receiver, data sampling dan pemroses data (solusi navigasi), osilator presisi, catu daya, unit perintah dan tampilan, dan memori serta perekam data. D. Kompas[7] Kompas adalah alat navigasi untuk menentukan arah. Kompas memberikan rujukan arah tertentu, sehingga sangat membantu dalam bidang navigasi. Kompas selalu menunjukkan arah utara-selatan magnetik bumi. Alat ini membantu perkembangan perdagangan maritim dengan membuat perjalanan jauh lebih aman dan efisien dibandingkan saat manusia masih berpedoman pada kedudukan bintang untuk menentukan arah. III. PERANCANGAN SISTEM Perancangan sistem kontrol penjejak lintasan ini terdiri dari beberapa, yaitu analisis sistem pada kapal, perancangan logika fuzzy, perancangan hardware dan perancangan software. A. Analisis Sistem Pada Kapal Prototipe kapal yang digunakan mempunyai spesifikasi sebagai berikut[8] : Lpp (panjang kapal) : 120 cm B (lebar kapal) : 33 cm T (tinggi kapal) : 19 cm Penggerak propeller : motor DC 24 Volt Penggerak rudder : motor DC gearbox 24 Volt Jumlah propeller : propeller tunggal Diameter propeller : 3 inch

Desain sistem kontrol dinamika kapal dengan logika fuzzy untuk mengkontrol pergerakan kapal adalah sesuai dengan blok diagram berikut ini :

Gambar. 4. Blok diagram sistem kontrol pada kapal dengan logika fuzzy

B. Perancangan Sistem Kontrol Fuzzy Sistem kontrol fuzzy yang dibuat mengandung dua input, yaitu error yaw e = Ψd – Ψ dan yaw rate r = dΨ/dt. Sistem ini akan mengkontrol sudut rudder (δ) agar kapal tetap pada jalur yang dikehendaki. Pada desain kontrol fuzzy ini digunakan metode Sugeno. Hal ini didasarkan pada penelitian yang dilakukan sebelumnya, pada simulasi kontrol fuzzy untuk autopilot pada kapal laut yang membandingkan antara metode mamdani dengan metode sugeno, didapatkan hasil bahwa metode sugeno memiliki hasil yang sedikit lebih baik dibandingkan dengan metode mamdani[9]. Untuk nilai error yaw (e) memiliki nilai [-350 350], command rudder angle (δc) memiliki nilai [-17/2 17/2] dan yaw rate (r) memiliki nilai [-7 7]. Nilai input dinormalisasi dengan faktor skala dalam blok conditioning sehingga nilai dari e*, r*, memiliki nilai [-7 7]. Fungsi keanggotaan digambarkan dalam bentuk kurva segitiga sama kaki agar memudahkan dalam proses komputasi dan kapasitas penyimpanan yang lebih sedikit. Semua variabel terbagi ke dalam 3 fungsi keanggotaan, yaitu N (Negative), Z (Zero), dan P (Positive).

Gambar. 5. Diagram blok kontrol fuzzy

Gambar. 6. Fungsi keanggotaan yang telah dinormalisasi

Gambar 3. Model kapal MCST-1 Ship

Aturan fuzzy menggunakan fungsi implikasi (if then rule) dengan operator AND. Aturan-aturan ini mengandung 9 aturan yang terdiri dari 3x3 kombinasi dari dua input e dan r. If e = N And r = N then y = Z If e = N And r = Z then y = N

4 If e = N And r = P then y = N If e = Z And r = N then y = P If e = Z And r = Z then y = Z If e = Z And r = P then y = N If e = P And r = N then y = P If e = P And r = Z then y = P If e = P And r = P then y = Z kesembilan aturan tersebut dapat dilihat pada tabel 1. Tabel. 1. Komposisi aturan fuzzy

e/r

N

Z

P

N

Z

N

N

Z

P

Z

N

P

P

P

Z

Metode Sugeno orde 0 memberikan suatu nilai tegas pada output hasil dari inferensi fuzzy. Secara umum, bentuk model fuzzy Sugeno orde 0 adalah : IF (x1 is A1) o (x2 is A2) o (x3 is A3) o ...... o (xN is AN) THEN z=k dengan Ai adalah himpunan fuzzy ke-i sebagai anteseden, dan k adalah suatu konstanta (tegas) sebagai konsekuen. Nilai k ini ditentukan untuk N = -3,5, Z = 0, dan P = 3,5. Penentuan nilai ouput fuzzy digunakan metode weight average. Sehingga output y dapat dicari dengan persamaan :

Dimana, zi : hasil inferensi fuzzy pada aturan ke-i αi : nilai dari α-predikat (fire strength) ke-i. C. Perancangan Konsep Tracking Sebelum kapal dijalankan, terlebih dahulu ditentukan titiktitik cek poin yang akan dilalui oleh kapal. Diasumsikan kapal bergerak lurus dari cek poin satu ke cek poin yang lainnya. Proses tracking kapal dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 7. Proses tracking kapal

Ada dua parameter yang dapat diamati dari gambar 3.5. yaitu Wheel Over Point (WOP) dan WOP*. Pada WOPin*, kapal berhenti dari track lurus dan memasuki circular track. Begitu juga ketika kapal memasuki area WOPout*, kapal akan memulai track lurus kembali. Pada perancangan yang dibuat, ditentukan untuk radius pada area circular track adalah 5 meter. Hal ini didasarkan pada kemampuan GPS yang digunakan memiliki akurasi

kurang lebih 5 meter. Sehingga kapal dinyatakan sampai pada cek poin berada dalam radius 5 meter dari koordinat yang telah ditentukan sebelumnya. Selama proses tracking, kapal selalu mendeteksi posisi menggunakan GPS. Dengan mengkombinasikan nilai koordinat yang terbaca oleh GPS dengan koordinat tujuan yang telah ditentukan, maka akan didapatkan sudut heading yang diharapkan. Dimana, sudut ini selalu dihitung terhadap arah utara (00).

Gambar 8. Ilustrasi perjalanan kapal

Pada gambar 3.6. diasumsikan bahwa kapal bergerak dari koordinat A menuju koordinat B. Dari gambar tersebut dapat dihitung nilai yaw desired (Ψd) :

Untuk mendapatkan nilai yaw desired ini harus diperhatikan untuk menentukan kuadran yang tepat untuk Ψd. Untuk menghitung jarak d antara posisi kapal saat ini dengan koordinat yang akan dituju dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini : Kapal dinyatakan sampai pada tujuan jika jarak d bernilai kurang dari 5 meter dari titik poin atau tujuan. D. Pengaturan Kecepatan Propeller Pada penelitian ini, memang tidak difokuskan dalam pengaturan kecepatan. Namun, untuk melakukan manuver, kapal harus dikontrol kecepatannya. Pengaturan ini dilakukan dengan memvariasikan nilai duty cycle dari PWM (Pulse Wave Modulation) untuk mengatur pergerakan motor penggerak propeller. Pada Tugas Akhir (TA) ini ditentukan ada dua kondisi untuk pengaturan kontrol propeller, yaitu cepat dan lambat. Dimana ditentukan jika jarak lebih besar atau sama dengan 30 meter dan melakukan manuver kurang dari 100, motor bergerak cepat dan jika jarak kurang dari 30 meter atau melakukan manuver lebih dari atau sama dengan 100, motor bergerak lambat. PWM menggunakan frekuensi 1 kHz dengan duty cycle 100% untuk kondisi cepat dan 85% untuk kondisi lambat. Pemilihan ini didasarkan pada hasil pengujian pada kapal, dimana kemampuan propeller mampu dikontrol hingga menggerakkan kapal dengan kecepatan (minimum) 0,28 m/s dengan frekuensi PWM 1 kHz dan duty cycle 85%. E. Perancangan Hardware Untuk mengaplikasikan desain dari sistem kontrol ini maka diperlukan perancangan instrumentasi elektronik. Pada sistem ini, instrumentasi elektronik yang digunakan terdiri dari power

5 supply, mikrokontroler, sensor GPS, sensor kompas, driver motor, sensor posisi rudder, input keypad dan LCD display. Pada perancangan ini digunakan mikrokontroler atmega 16[10]. Sensor kompas menggunakan modul CMPS10[11]. GPS menggunakan modul PMB-648[12]. Untuk mengakses data pada modul kompas digunakan komunikasi I2C sedangkan pada modul GPS digunakan komunikasi RS232. Driver motor yang digunakan adalah relay dan transistor mosfet IRFZ44. Kontrol kecepatan motor menggunakan PWM yang menggunakan fasilitas timer pada mikrokontroler. Keypad digunakan untuk meninputkan data koordinat tujuan. RTC digunakan untuk update waktu saat ini. Dan LCD display digunakan untuk menampilkan data-data yang diakses. Gambar 9. Diagram blok Hardware yang dibuat

F. Perancangan Software Pada penelitian ini digunakan software aplikasi untuk mengimplementasikan hasil perancangan ke dalam sistem. Software aplikasi yang digunakan adalah, CodeVisionAVR, dan AVRdude. CodeVisionAVR digunakan untuk merancang program pada mikrokontroler. AVRdude digunakan untuk memprogram mikrokontroler. Gambar 10 menunjukkan flowchart dari program yang diimplementasikan ke dalam mikrokontroler. IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS Pada bagian ini akan dipaparkan tentang hasil pengujian tentang sistem yang telah dibuat. Pengujian ini meliputi pengujian kecepatan kapal, kecepatan rudder, sensor kompas, modul GPS, dan sistem kontrol penjejak lintasan pada kapal. A. Pengujian Kecepatan Kapal Kecepatan kapal dikontrol dengan menggunakan PWM pada motor penggerak propeller. Pada pengujian ini digunakan frekuensi PWM sebesar 1 kHz dengan duty cycle 85%. Pengujian ini dilakukan dengan menganggap kecepatan kapal adalah konstan. Jarak tempuh kapal ditentukan berupa lintasan lurus sejauh 1,5 m. Hasil pengujian ditunjukkan pada tabel 2. Tabel 2. Data kecepatan kapal setelah dikontrol

Percobaan keWaktu t (s) 1 5,8 2 4,8 3 5,9 4 4,2 5 5,6 6 5,7 7 5,9 8 5,6 9 6,8 10 4,3 Kecepatan rata-rata v (m/s)

Gambar 10. Flowchart perancangan software pada mikrokontroler

Kecepatan v (m/s) 0,259 0,312 0,254 0,357 0,268 0,263 0,254 0,268 0,220 0,349 0,280

Berdasarkan hasil pengamatan, kecepatan ini merupakan kecepatan minimal yang dapat dicapai oleh kapal. Untuk melakukan proses kontrol, Kecepatan kapal harus mengimbangi dengan kecepatan rudder. Dimana menurut aturan Eda dan Crane (1996)[4] bahwa desain kecepatan rudder minimum adalah :

6 Tabel 4. Hasil pengujian sensor kompas CMPS10

Dimana, U : kecepatan kapal terhadap sumbu x (m/s) L : panjang Lpp kapal (m) Jika kecepatan rudder minimum dikontrol berdasarkan aturan Van Amorengen, yaitu sebesar 21/3 sampai 7 derajat/detik, maka kecepatan kapal adalah sebesar untuk

,

dan untuk

.

Jadi, kecepatan kapal berkisar antara 0,006 m/s sampai 0,063 m /s. Berdasarkan hasil pengamatan, kecepatan minimal yang dicapai oleh kapal adalah 0,280 m/s. Hal ini menunjukkan bahwa permodelan kapal uji masih belum memenuhi kriteria permodelan Eda Crane.

No

Arah

Sudut yang diharapkan

Sudut Terbaca

Error

1

U

0

0

0

Error relatif (%) 0

2

TL

45

45,10

0,1

0,222

3

T

90

90,30

0,3

0,333

4

TG

135

134,97

0,03

0,022

5

S

180

180,10

0,1

0,056

6

BD

225

225,10

0,1

0,044

7

B

270

269,93

0,07

0,026

8

BL

315

315,03

0,03

0,009

Error relatif rata-rata Tabel 5. Hasil Pengujian sensor GPS PMB-648

B. Kecepatan Rudder Motor penggerak rudder dikontrol menggunakan PWM dengan frekuensi 1 kHz dengan duty cycle 30%. Hasil pengujian ditunjukkan pada tabel 3. Tabel 3. Data kecepatan rudder dengan kontrol

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Posisi Posisi Waktu Awal (0) Akhir (0) (ms) 0 -35 5273 -35 -25 1708 -25 0 3636 0 25 3804 25 35 1958 35 -35 10296 -35 20 8669 20 0 2921 0 15 2347 15 20 883 Kecepatan rudder rata-rata

|Kecepatan| (derajat/s) 6,683 5,854 6,876 6,672 5,107 6,799 6,344 6,847 6,391 5,662 5,639

Tabel 6. Hasil Pengamatan menggunakan GPS E-trex

Berdasarkan tabel 3, dapat diketahui bahwa kecepatan ratarata rudder yang digunakan pada kapal adalah sebesar 5,639 derajat /s. Hal ini menunjukkan bahwa pergerakan rudder telah memenuhi syarat (aturan Van Amorengen), yaitu kecepatan rudder berkisar antara 21/3 derajat/s sampai 7 derajat/s. C. Pengujian Sensor Kompas Nilai dari sensor kompas dibandingkan dengan kompas yang ada, yaitu kompas analog (kompas bidik). Hasil pengujian ini ditunjukkan pada tabel 4. Berdasarkan tabel 4 dapat diketahui bahwa nilai error relatif dari sensor kompas CMPS10 adalah sebesar 0,089%. D. Pengujian modul GPS Data posisi pada modul GPS PMB-648 dibandingkan dengan GPS yang sudah ada, yaitu GPS personal navigator, Etrex HC series, yang diproduksi oleh Garmin. Hasil pengujian posisi pada modul GPS PMB-648 ditunjukkan pada tabel 5.

Tabel 7. Perhitungan error pembacaan sensor GPS

0,089

7 Berdasarkan tabel 7, error pembacaan GPS mempunyai error jarak terbesar sejauh 11,508 m. Rata-rata error pembacaan modul GPS-PMB 648 adalah sejauh 6,449 m. Berdasarkan datasheet dikatakan bahwa akurasi pembacaan GPS kurang lebih 5 m. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pembacaan modul GPS sudah baik. Pada pengujian ini, pembacaan GPS dilakukan dalam kondisi diam di tempat. Namun dalam pengamatan, Jika pembacaan GPS dilakukan dalam kondisi bergerak, GPS menunjukkan perubahan posisi pada kecepatan tertentu. Jika kecepatan gerak mendekati 0 m/s GPS relatif tidak menunjukkan adanya perubahan. E. Pengujian Sistem Kontrol Penjejak Lintasan Pada Kapal Pengujian ini merupakan pengujian sistem secara keseluruhan. Dari semua sistem yang telah dirancang kemudian diintegrasikan menjadi suatu bentuk sistem kontrol yang dapat mengkontrol pergerakan kapal sesuai jalur yang telah ditentukan. Pengujian ini dilakukan di kolam delapan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Sebelum melakukan pengujian, ditentukan terlebih dahulu koordinat tujuan yang akan dilalui oleh kapal. Pada saat kapal berjalan, mikrokontroler mengambil data posisi dari GPS dan dikirim melalui wireless ke komputer menggunakan Xbee-Pro. Data ini disimpan sebagai data logger posisi yang dilalui oleh kapal. Selain itu juga disimpan untuk nilai error yaw, yaw desired, yaw rate, rudder command, jarak dan waktu yang telah ditempuh oleh kapal. Haasil pengujian sistem ditunjukkan pada tabel 8: Tabel 8. Hasil pengujian sistem secara keseluruhan untuk proses tracking

Pada simulasi menggunakan software delphi, dapat dimonitoring dan dianalisa pergerakan kapal pada setiap waktu. Berikut ini adalah penampilan grafik pada percobaan pertama:

Gambar 12. simulasi percbaan pertama (bagian 2)

Berdasarkan grafik posisi di atas, dapat dilihat kondisi pergerakan setiap saat. Pada perubahan jarak, terlihat pergerakan kapal pada mulanya melambung. Hal ini terlihat bahwa kapal melakukan manuver sampai menemukan arah yang akan dituju.Tapi pada akhirnya, sistem kontrol ini mampu mengontrol pergerakan kapal untuk menuju ke koordinat yang telah ditentukan. Pada tabel 8. dapat diketahui besarnya error posisi pada koordinat tujuan. Hal ini disebabkan karena memang dalam proses perancangan, perjalanan kapal dikontrol mendekati koordinat tujuan pada radius 5 meter dari posisi cek poin. Hal ini untuk menghindari error pada pembacaan GPS. Yaw rate terlihat bernilai relatif 7 atau -7. Hal ini disebabkan karena kombinasi kecepatan kapal, kecepatan rudder yang tidak sebanding dengan model kapal uji.

Gambar 13. Hasil pemantauan posisi pergerakan kapal

Proses kontrol dilakukan selama watu tertentu tegantung dari besarnya error, yaw rate dan rudder command. Waktu untuk setiap siklus proses kontrol kapal ditunjukkan pada tabel 9: Tabel 9. Waktu tempuh satu siklus proses kontrol kapal

Percobaan ke1 2 3 4 5 ∆trata-rata (detik)

∆t (detik) 3,350 2,690 1,768 4,488 5,831 3,625

Jadi, rata-rata waktu yang diperlukan dalam setiap siklus proses kontrol pada kapal adalah 3,625 detik. Gambar 11. simulasi percbaan pertama (bagian 1)

8 V. KESIMPULAN Dari perancangan, realisasi, dan pengujian pada penelitan ini dapat disimpulkan bahwa fuzzy logic controller dapat mengkontrol kapal untuk menjejaki lintasan dengan baik. Kapal dapat bergerak dengan kecepatan 0,28 m/s dan kecepatan rudder adalah 5,639 derajat/detik. Sensor kompas yang digunakan mempunyai error 0,089%. Sedangkan modul GPS mempunyai error pembacaan rata-rata sejauh 6,449 meter. Waktu rata-rata yang diperlukan dalam setiap siklus proses kontrol adalah 3,625 detik. Saran untuk pengembangan selanjutnya adalah hasil perancangan ini diterapkan pada model kapal yang lebih baik. Pada perancangan selanjutnya dapat ditambahkan kamera pemantau, sehingga dapat diaplikasikan sebagai kapal pemantau wilayah perairan Indonesia dengan kapal autopilot. Dapat juga ditambahkan dengan sensor pendeteksi halangan, sehingga dapat dilakukan proses autopilot dan dapat ditambahkan kontrol kecepatan kapal sehingga kapal dapat tiba di tujuan dengan waktu yang tepat. Jika diinginkan waktu proses kontrol lebih cepat, dapat digunakan jenis mikrokontroler yang lain atau dapat digunakan mikroprosesor. DAFTAR PUSTAKA [1]

Harinoto,.Prototipe Autopilot Pada Kapal Laut Dengan Menggunakan Teknologi GPS dan Fuzzy Logic..Surabaya: Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.2011 [2] Contreras Montes Juan A.. Generating Fuzzy Autopilot For Ship Maneuvering.Cartegana (Kolombia):Ship Science & Technology. 2011. [3] Velagic, Jasmine, dkk. Adaptive Fuzzy Ship For-Track Keeping. Bosnia : Control Engineering Practice 11.2001.. [4] Fossen, T. I..Guidance And Control Of Ocean Vehicles. Chichester, UK: Wiley. 1994. [5] Isna, Maria Dwi. Perancangan Sistem Kendali Manuver Kapal Berbasis Logika Fuzzy untuk Mengatasi Faktor Gangguan Gelombang, Angin, dan Arus Laut.Surabaya:Teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.2011. [6] ..............Teknologi GPS, Pembahasan tentang teknologi GPS. http://geodesy.gd.itb.ac.id/?page_id=498, (didownload 23 April 2013). [7] ………..Kompas. Pembahasan tentang kompas. http://id.wikipedia.org/wiki/Kompas, (didownload 24 April 2013). [8] Haqqi Haydarul.Rancang Bangun Sistem Kontrol Arah Manuver Pada Prototipe Kapal (MCST-1 Ship Autopilot) Sebagai Upaya Peningkatan Kualitas Transportasi Laut:Teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.2011. [9] Vukic, Z., & Velagic, J.Comparative Analysis Of Mamdani And Sugeno Type Fuzzy Autopilots For Ships. CD Proceedings of the Fifth European Control Conference (Paper No. F0505). Karlsruhe, Germany.1999. [10] …………8-Bit Microcontroller With 16K Bytes In-System Programmable Flash-Atmega 16/Atmega16L.Atmel Corporation.2002 [11] …..........CMPS10-Tilt Compensated Compass Module.www. .pishrobot.com/files/products/datasheets/cmps10.pdf. (didownload 25 April 2013) [12] ………...PMB-648 GPS Module. http://www.parallax.com/Portals/0 /Downloads/docs/prod/sens/PMB-648_Specification_V0.1.pdf. (didownload 25 April 2013)