STUDY SIMULASI AUTOPILOT KAPAL DENGAN LAB VIEW

(1)

PRO S ID IN G 20 1 1© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur Elektro Geologi Mesin Perkapalan Sipil

STUDY SIMULASI AUTOPILOT KAPAL DENGAN LAB VIEW

Hasnawiya Hasan

Jurusan Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, 90245

Telp./Fax: (0411) 585637 e-mail : [email protected]

Abstrak

Tracking control autopilot dan Internal Model Control (IMC) merupakan metode perancangan sistim kendali yang menarik dan menantang dalam bidang sistim kendali kapal. Olehkarena itu,kedua metode perancangan tersebut dapat disimulasi dengan menggunakan software Lab View dan Matlab,untuk dapat melihat grafik hasil dari perancangan sistim kendali. Lab View merupakan software Human Machine Interface sedangkan Matlab merupakan software signal processing. Sehingga penggabungan kedua software ini cukup ampuh untuk menyelesaikan tracking control autopilot dan Internal Model Control .

PENDAHULUAN

Simulasi gerak kapal banyak digunakan dalam industri galangan kapal. Simulasi gerak kapal menghasilkan data-data dengan kondisi laut yang berbeda-beda sehingga menghasilkan analisa gerak kapal dan sistim kendalinya. Tugas dari gerak kapal adalah membuat kapal mengikuti arah kapal atau jalur yang telah ditentukan Merancang tracking controller autopilot masih merupakan tantangan pada bidang sistim kendali kapal, sebab laut memiliki karakteristik yang berbeda dengan daratan sehingga membutuhkan autopilot yang cukup robust. Selain tracking control autopilot, metode perancangan yang digunakan adalah sistim kendali Internal Model Control (IMC). Metode sistim kendali tersebut disimulasikan dengan Lab View. Lab View adalah software

graphical programming yang mampu membentuk pengukuran,test, dan sistim kendali. Lab View juga mampu

terintegrasi dengan banyak hardware dan signal processing.

TINJAUAN PUSTAKA

Gerak Kapal memiliki 6 DOF (degree of freedom) terdiri atas gerak translational (surge,sway,dan heave) serta tiga gerak rotasional (roll,pitch,dan yaw). Menurut Hukum kedua Newton :

Force : iX + jY + kZ = ݉ௗ

ௗ௧(ଓ̂ݑ + ଔ̂ + ) (1)

Moment : iK + jM + kN = ௗ

ௗ௧(௫ + ௬ + ௭) (2)

Dimana : X,Y,Z = gaya-gaya yang bekerja pada bidang x,y,z

K,M,N = momento-moment yang bekerja pada bidang x,y,dan z Sementara persamaan untuk sistim koordinat gerak kapal

= ݉ݑ − ………Surge Motion (3) = ݉( + )………..Sway Motion (4) = ………Yaw motion (5) Dimana m = massa kapal

Iz = moment inersia sumbu z u,v,r = kecepatan surge, sway, dan yaw ݑ, , = gerak surge,sway,dan yaw

(2)

Studi Simulasi Autopilot Kapal… Hasnawiya Hasan

Lalu lakukan linearisasi. Sehingga menghasilkan model Nomoto orde kedua

(6)

Nilai T2 = T3 sehingga model nomoto Orde 1

()

()=

(7)

Dimana T = T1 + T2 – T3 adalah konstanta yaw k = konstanta rudder

Pada time domain persamaan difrensial dapat berubah :

= − + (8)

Dimana =

= sudut heading

Sehingga menghasilkan persamaan sistim kendali autopilot seperti berikut : ()

()=

( ) (9)

Internal Model Control (IMC)

Gambar.1. dibawah ini menunjukkan model internal control (IMC) dimana G dan  adalah model plant , Q adalah controller, y adalah sinyal keluaran, r adalah sinyal referensi, u adalah sinyal input pengendali, di adalah

sinyal input disturbance, dan do adalah sinyal output disturbance.

Gambar 1. Internal Model Controller

Bagian yang berada dalam garis-garis putus tersebut dapat digantikan dengan =

. Sehingga

menghasilkan sistim kendali umpan balik atau classical feedback control system seperti pada gambar 2

(3)

Perancangan Sistim Kendali Autopilot Fungsi Transfer

Gambar 3. Sistim Koordinat gerak kapal

Gaya kinematik kapal yang diperlihatkan gambar 3, dapat diuraikan seperti berikut :

 = ݑ cos +  (10)

 = ݑ -v cosࢸ (11)

= (12)

Nilai dari sudut sangat kecil sehingga , sedangkan nilai dari u adalah u >> v, sehingga menghasilkan persamaan-persamaan berikut :

 = ݑ +  (13)  = ݑ − ! (14) =+ (15) = − (16) () ()= ( ) (17) =+మ_(
) " − (18) ௫ = మ_(
) (19) ௬ = మ_(
) (20) (௫,௬) = (,) మ (21)

III.2. Perancangan Tracking Control

Merajuk pada sistim kendali IMC dimana

= (22)

(4)

=మ యఱయమ రమమ య (23) # = $ = % = % ==₍₎మమ_ఱ (24) !" = & +#$ +_%#೏ + #೏ మ %(%మ) =(#೏#%)మ## % # (%) + #೏మ %(%మ) =[#೏#೏%మ#%%మ]య[#೏#%%మ# %%మ]మ %(%మ) + [## (%%మ)]# %(௬మ) (25) &$=య (26) & + &'+ ' = య (27) & = మ య (28)

&( + &'+ ' + &'' =

మ

య (29)

&( =మ మ

య (30)

&ௗ&+ &('+ &''=

మ

య (31)

&ௗ&= − (&ௗ'+ &'

మ

) (32)

Dari persamaan-persamaan diatas didapatkan tiga pengendali PID yang bias digunakan untuk sistim kendali

tracking control autopilot.

Pengembangan simulasi autopilot kapal dengan menggunakan Lab View

Lab view merupakan software dengan pengolahan data dengan ketepatan tingkat tinggi sehingga baik sekali digunakan untuk simulasi. Sebenarnya data-data tersebut diolah dengan menggunakan MATLAB,kemudian penyelesaiannya dilanjutkan dengan menggunakan Lab View.

Software Lab View memiliki PCI 6251 yaitu data acquisition yang ditujukan untuk mendeteksi sinyal-sinyal dari sensor. Lab View memiliki kelebihan pada Human Machine Interface (HMI), sementara Matlab memiliki kelebihan pada signal processing, sehingga kedua software baik untuk digabungkan. Data yang telah diproses pada Matlab, di Lab View digunakan untuk menyelesaikan algoritma dan menfilter sinyal-sinyal dari sensor.

(5)

Gambar 4. Blok diagram Labview memanggil Matlab untuk diproses

Pada percobaan ini dilakukan simulasi dengan kecepatan respon (β) yang bervariasi dengan menggunakan 10

controller. (C1-C10).

(6)

Gambar 5. Sudut Yaw Vs Waktu

Pada gambar 5 tersebut terlihat bahwa makin besar β pada Internal Model Control semakin kecil kecepatan respon. Sedangkan simulasi tracking controller menghasilkan respon waktu yang cukup stabil seperti pada gambar 6. Pada grafik hasil simulasi terlihat bahwa kapal mengikuti 40 cm jalur pada sumbu x dan 40 cm kapal pada sumbu y, sesuai dengan yang telah direncanakan dengan selisih 1 m.

Gambar 6. Sudut yaw, error margins dan trajectory vs waktu

SIMPULAN

Merancang sistim kendali gerak kapal dengan menggunakan metode Internal Model Controller (IMC) dan Autopilot Tracking Controller merupakan percobaan yang menarik dalam bidang teknologi perkapalan.

(7)

Perancangan menggunakan Internal Model Controller, didapatkan hasil yang cukup stabil, dimana kapal dapat mengikuti jalur yang telah dirancang. Sinyal-sinyal kendalinya juga dengan mudah dapat dibuat dalam format PID.

Demikian pula dengan metode tracking control autopilot, menghasilkan sistim kendali kapal yang robust.

DAFTAR PUSTAKA

Fossen Thor, Perez Tristan”Ship Motion Control and Motion”, University of New Castle.

Sin Der Lee and Ching Yaw Tzeng,”A study on model ship Track Keeping Autopilot Design and Experiment” Department on Transportation Technology, National Taiwan Ocean University.

Wang, X F,” Research of Motion Resolving and Filtering Algorithm of a Ship’s Three-Freedom Motion Simulation Platform Based on LabVIEW”, Automation College of Harbin Engineering University, Harbin 150001, China.

(8)