STUDY SIMULASI AUTOPILOT KAPAL DENGAN LAB VIEW

Transkripsi

1 + PRO S ID IN G HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK STUDY SIMULASI AUTOPILOT KAPAL DENGAN LAB VIEW Jurusan Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, Telp./Fax: (0411) hasna_hasan@yahoo.com 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 = º (» +» + º») (1) Moment : ik + jm + kn = (ºº º + ºº º + ºº») (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» = º» ¹ = º(» Dimana m = massa kapal Iz = moment inersia sumbu z u,v,r = kecepatan surge, sway, dan yaw»,»,»= gerak surge,sway,dan yaw»» Surge Motion (3)»»)..Sway Motion (4) =» Yaw motion (5) Volume 5 : Desember 2011 Group Teknik Perkapalan ISBN : TP7-1

2 » = Studi Simulasi Autopilot Kapal Lalu lakukan linearisasi. Sehingga menghasilkan model Nomoto orde kedua Nilai T 2 = T 3 sehingga model nomoto Orde 1 (6) () () = (7) Dimana T = T1 + T2 T3 adalah konstanta yaw k = konstanta rudder Pada time domain persamaan difrensial dapat berubah :» + É (8)» Dimana È = ß = 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, d i adalah sinyal input disturbance, dan d o 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 Gambar 2. Sitim Kendali Umpan Balik ISBN : Group Teknik Perkapalan Volume 5 : Desember 2011 TP7-2

3 » =» =» =» = PRO S ID IN G HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Perancangan Sistim Kendali Autopilot Fungsi Transfer Gambar 3. Sistim Koordinat gerak kapal Gaya kinematik kapal yang diperlihatkan gambar 3, dapat diuraikan seperti berikut :» cos È +»»ººß»»ººß-v cosß (10) (11) È =» (12) Nilai dari sudut ß sangat kecil sehingga, sedangkan nilai dari u adalah u >> v, sehingga menghasilkan persamaan-persamaan berikut :» +»ß»ß Ü» = +» = (13) (14) (15) (16) () () = () (17)» = + = = () () () ß Ü Ü (18) (19) (20) (,) = (,) (21) III.2. Perancangan Tracking Control Merajuk pada sistim kendali IMC dimana = (22) Maka fungsi transfer untuk posisi rudder Volume 5 : Desember 2011 Group Teknik Perkapalan ISBN : TP7-3

4 Studi Simulasi Autopilot Kapal = (23) = = = º + ºº» = = = (24) () + + = ( ) ( ) + ( ) ( ) = [ ] [ ] ( ) + [ ( )] ( ) (25) = º + ºÉ + É = º = ¹ + ºÉ + É + ºÉ É = (26) (27) (28) (29) ¹ = (30) + ¹É + ºÉ É = (31) = ( É + ) (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. ISBN : Group Teknik Perkapalan Volume 5 : Desember 2011 TP7-4

5 PRO S ID IN G HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK 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). Tabel 1.Parameter Data Internal Model Controller (IMC) Volume 5 : Desember 2011 Group Teknik Perkapalan ISBN : TP7-5

6 Studi Simulasi Autopilot Kapal 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. ISBN : Group Teknik Perkapalan Volume 5 : Desember 2011 TP7-6

7 PRO S ID IN G HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK 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 , China. Volume 5 : Desember 2011 Group Teknik Perkapalan ISBN : TP7-7

8 Studi Simulasi Autopilot Kapal ISBN : Group Teknik Perkapalan Volume 5 : Desember 2011 TP7-8