TUGAS AKHIR - SISTEM PENGENDALI MANEUVER PADA KAPAL PERANG DENGAN METODE SLIDING MODE CONTROL - ITS Repository

TUGAS AKHIR

  SISTEM PENGENDALI MANEUVER PADA KAPAL PERANG DENGAN METODE SLIDING MODE CONTROL

  Oleh :

  Oktia Dwi Irna Aini

  Pembimbing :

  DR. Dra. Mardlijah, M.T

   



LATAR BELAKANG

  PERMASALAHAN bagaimana penerapan SMC pada kendali maneuver kapal perang bagaimana hasil simulasi dari penerapan model SMC pada kendali maneuver kapal perang

  TUJUAN menerapkan SMC pada kendali maneuver kapal perang mengetahui hasil simulasi dari penerapan model SMC pada kendali maneuver kapal perang

BATASAN MASALAH

   Variabel DOF(derajat kebebasan kapal) yang dikendalikan adalah momen

  yaw, sedangkan variabel DOF yang lain diabaikan

   Model yang digunakan pada maneuvering control merupakan model Nomoto orde dua

   Gangguan pada kapal berupa gelombang laut dengan sea state 5 dan state 6 yang diinterpretasikan dalam fungsi transfer  Sudut datang gelombang yang digunakan untuk simulasi dengan gangguan adalah 180, 120 dan 60  Spesifikasi kapal yang digunakan adalah KRI Diponegoro  Simulasi menggunakan software MatLab

TINJAUAN PUSTAKA

  [ 1]Dontiawan, Aisyah dan Masroeri. (2013 ). “Perancangan Sistem Kendali Stabilitas Rolling Pada Kapal Perang Kawal Rudal Kelas Sigma-KRI Diponegoro dengan Menggunakan Logika Fuzzy

  ”. Tugas Akhir-Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. [2]Fossen, Thor. I. (1994).

  “Guidance and Control of Ocean Vehicle”. John Willey & Son. USA: John Willey & Sons,Inc [3]Muzzaki, M. (2015). “Desain Pengendalian Pintu Air dengan Sliding Mode Control (SMC)”. Tugas Akhir-Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

  [4]Oktafianto, K. dkk. (2015 ). “Design of Autonomous Underwater Vehicle Motion Using Sliding Mode Control Method”. ICAMIMIA 2015. Surabaya, Indonesia.

  [5]Tzeng, C. And Chen, J. (1999 ). “Fundamental Properties of Linear Ship Steering Dynamic Models”. Journal of Marine Science and Technology, Vol. 7 No.2 pp 79-88.

  [6]Ogata, K. (1992).

  

“Modern Control Engineering”. Second Ed. Prentice Hall, London

[7]Majid, T. (2015 ). “Analisis Perfomansi Auto Maneuver pada Beberapa Tipe Kapal di Perairan Lepas”. Tugas Akhir- Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

  [8]Syaifudin,W.H. (2013 ). “Penerapan Model Predictive Control (MPC) pada Kendali Haluan Kapal”. Tugas Akhir-Institut Teknologi Sepuluh Nopember [9] Widagdo, Agandi, H. (2011

  ). “Kontrol Posisi Motor DC dengan Sliding Mode Control”. Tugas Akhir-Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. [10] Subiono. (2013 ). “Sistem Linear”. Jurusan Matematika Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya, Indonesia. [11] Lia, S.T.(2013 ). “Kendali Kemudi Kapal dengan Nonlinear Backstepping”. Tugas Akhir-Institut Teknologi Sepuluh Nopember

METODOLOGI PENELITIAN

  Mulai Studi Literatur

  Pengkajian model dan Parameter

  Fungsi Switching Estimasi Pengendali

  Desain

  Control Law

  SMC

  Control Input Desain Kendali

  Simulasi sistem kontrol Analisa Hasil Simulasi

  Penarikan Kesimpulan Selesai

PEMODELAN DINAMIKA KAPAL

  Model dinamika dari haluan kapal didapatkan dari pendekatan fungsi transfer dari Nomoto orde dua [2]:

1 N

  11

        ) det(

  I Y m M

   

  Y mx v N mx N

        G r G r z v

  b n b n K  

  2

  ) det(

  1

  G r r N

    N Y b

    

       

  N u

   _{G r} ^r N u mx N Y mu Y

      Y mu N u mx N Y

    ) det(

     

  N M Y v N

     

     

       

     

  2  

  G N mx v Y m

b

det

     

^

     

     

       

     

  1  

  I z b det

  G Y mx r N

  N N r Y

      

       

     

  

  M T T det det

  12

  21

  21

  12

  ) det(

  1 

  2

       N

  22

  1  





  1

  1

  3

  1

  2

  T s s T

T s K

s r _{R R}

  11

  22

  I N mx Y mx Y m M

  2

   _{G r z v} ^{G r v} N

       

       

  3 N b m b m T K _R

  21

  1

  11

    ) det(

  11

  21 N b n b n K _R

  1

  11

  2

  ) det(

  m n m n m n m n T T     

  2

21 N

PEMODELAN DINAMIKA KAPAL

  2   Y _{ v B   Smitt(1970), Norrbin(1971) mengembangkan suatu} C B B

     1 .

  16 5 . 1  

2 T L T L

   ( / )   rumusan secaraempiris daribeberapa persamaan ₂ turunan koefisien hidrodinamika yang dikemukakan

   

  Y  B   B  _{ r}

        ₂ . 67 . 0033 oleh Clarke(1982).

   T L  L   T 

  ( / )  

  N _{v }  B   B 

        ₂ 1 . 1 . 041

   L T T L    

  ( / ) 

  

  N C B  B  _{r }

  1 B   

    ₂ . 017 .

  33

   T L T L

  ( / ) 12   

  

  Y C B _{v B}

    ₂ 1 .

  4

   T L T

  ( / ) 

  

  Y  B   B  _r

  1    

      ₂ 2 . 2 .

  08

   T L L T

  ( / ) 2     

  

  N  T  _v

  1  

    ₂ 2 .

  4

   T L L

  ( / ) 2   

   N _r B  B 

  1   

    ₂ . 039 .

  56

   T L T L  

  ( / )

  4 A

   _ Y   _ LT

  4

  1 N   Y _{ }

PEMODELAN DINAMIKA KAPAL

  Simbol Besar Satuan Keterangan Lpp 90.71 meter Panjang

  B 13.02 meter Lebar T 3.75 meter Kedalaman

  Cb 0.41 - Koefisien Blok U 14.4 m/s KecepatanServis

  X G 2.25 meter Pusat Gravitas

  M 1818 ton Massa 8,75 meter Tinggi kapal

  A

  3.14 m

2 Luas Rudder

   

  0.000889

  12 375 7262 , 987 4 ,

  2

    

  

  s s s s r _R

  

  Sehingga pemodelan dinamika KRI Diponegoro:

  δ

  , 1 2865 , 5 5385

PEMODELAN DINAMIKA KAPAL

  2

  12

  1

  2  a u x x x a a

    

  2

  1   

  Bu Ax x   

     

      

  1

  1 a a

  1  a

  A    

    

  1 B  

    u x x

     

     

        

   0797 ,

  1 , 4129 0797 , 

  dimana sehingga

  5385 ,

    , 1 2865 , 5 5385

  12 375 7262 , 987 4 ,

  misalkan dimana

  2   

   s s s s r _R

  

  pemodelan dinamika kapal :

  u x x y u y s s r _R

    ) ( ) (

  

  ) (S N x y 

  ) (

  1 S D u x  selanjutnya diubah dalam bentuk state space.

    7262 , 375 987 4 , 5385 ,

  12 2865 ,

  12

  1 5385 , 12 2865 ,

  5 5385 ,

  12

  1

  2  

       

         s s s

  sehingga dimana

  5385 ,

  5

SLIDING MODE CONTROL

  Tracking error: Fungsi Switching:

  Nilai estimasi:

  Control Law: Control Input:

  Menentukan nilai K agar memenuhi kondisi sliding

PEMODELAN GELOMBANG

  Fungsi transfer orde 2 digunakan untuk model gelombang yaitu sebagai berikut[2]: Kode Deskripsi Tinggi Persentase probabilitas laut laut gelombang dunia atlantik atlantik

  (m) utara selatan

  Tanpa gangguan Calm

  1 0-0.1 11.248 8.3103 6.0616

  Sea State 6 (rippeld)

  2 Smooth 0.1-0.5

  (waveless)

  3 Slight 0.5-1.25 31.685 28.1996 21.5683

  4 Moderate 1.25-2.5 40.194 42.0273 40.9915

  Rough

  5 2.5-4 12.8 15.4435 21.2383

  Very rough

  6 4-6 3.025 4.2938 7.0101

  High

  7 6-9 0.926 1.4968 2.6931

  Sea State 5

  8 Very high 9-14 0.119 0.2263 0.4346 9 phenomenal diatas 14 0.0009 0.0016 0.0035

  SIMULASI Plan dinamika KRI Diponegoro controller

  Dinamika kapal perang dg controller Studi kasus simulasi dg gangguan gelombang sea state 6 dg sudut datang gelombang 180 derajat

  SIMULASI Tanpa gangguan

  Kecepatan yaw Sudut kemudi

  Sudut haluan

  Gangguan gelombang sea state 5 dg sudut datang 180 derajat

  Kecepatan yaw Sudut kemudi

  Sudut haluan

  SIMULASI

  Gangguan gelombang sea state 5 dg sudut datang 120 derajat

  Kecepatan yaw Sudut kemudi

  Sudut haluan

  SIMULASI

  Gangguan gelombang sea state 5 dg sudut datang 60 derajat

  Kecepatan yaw Sudut kemudi

  Sudut haluan

  SIMULASI

  Gangguan gelombang sea state 6 dg sudut datang 180 derajat

  Kecepatan yaw Sudut kemudi

  Sudut haluan

  SIMULASI

  Gangguan gelombang sea state 6 dg sudut datang 120 derajat

  Kecepatan yaw Sudut kemudi

  Sudut haluan

  SIMULASI

  Gangguan gelombang sea state 6 dg sudut datang 60 derajat

  Kecepatan yaw Sudut kemudi

  Sudut haluan

  SIMULASI

  Sea State Sea State Tidak Ada

  6

  5 Gangguan 180 120 60 180 120

  60 Kecepatan 0.755 0.8321 0.824 0.964 0.950 0.972

  1.07 yaw Sudut haluan 0.525

  30.25 38.8 101.7

  37.1 67.04 162.8 (0.03rad) Sudut kemudi

  0.88

  9.5

  9.8

  1.21

  1.05

  1.16

  1.82

  KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan

• Hasil simulasi dengan SMC tanpa gangguan, kecepatan yaw lebih cepat dibanding dengan adanya gangguan, kapal juga lebih cepat menstabilkan sudut kemudi dan sudut haluan dibandingkan dengan adanya gangguan.
• Hasil simulasi dengan SMC dengan gangguan gelombang, menunjukkan bahwa semakin kecil sudut datang gelombang, maka semakin lama waktu yang dibutuhkan kapal dalam menstabilkan sudut haluan kapal sampai dengan mendekati sudut yang diinginkan.

  Saran

• Pada Tugas Akhir ini penulis hanya menggunakan gangguan eksternal berupa gelombang laut sea state 5-6 yang diinterpretasikan dalam bentuk fungsi transfer dan sudut datang 180, 120dan 60. sehingga untuk penelitian selanjutnya bisa ditambahkan model gangguan jenis lain ataupun gangguan eksternal lainnya berupa arus dan angin.
• Untuk penelitian selanjutnya, controller yang digunakan bisa diganti dengan pengendali yang lain, misal Fuzzy Logic Control, Sliding Fuzzy Logic Control dan lain-lain.

  Sekian… Terimakasih…

  ﺍﺭﻱﺥ ﺍﻝﻝﻩﺍﺯﺝ ﻝﻝﻩ ﺩﻡﺡ

  6 derajat kebebasan Kapal