Perancangan Sistem Kendali Manuver Kapal Berbasis Logika Fuzzy untuk Mengatasi Faktor Gangguan Gelombang, Angin, dan Arus Laut

Transkripsi

1 Perancangan Sistem Kendali Manuver Kapal Berbasis Logika Fuzzy untuk Mengatasi Faktor Gangguan Gelombang, Angin, dan Arus Laut Abstrak Kapal tangki banyak digunakan untuk pelayaran lintas negara untuk itu dibutuhkan suatu kendali yang dapat mengendalikan manuver kapal agar tetap pada alur lintasannya walaupun ada faktor pengaruh gangguan gelombang, angin, dan arus laut. Pada penelitian ini kendali logika fuzzy yang dirancang terdiri dari masukan berupa error yaw (e), yaw rate (r), dan error lintasan (d), serta keluaran berupa sinyal command rudder (δc). Ada 7 basis aturan yang digunakan berdasarkan 7 fungsi keanggotaan error yaw (e), 7 fungsi keanggotaan yaw rate (r), dan fungsi keanggotaan error lintasan (d). Uji track keeping dilakukan dengan 7 kondisi. Hasil uji menunjukkan kendali logika fuzzy yang telah dirancang mampu mengendalikan manuver kapal dengan baik saat tanpa gangguan, saat ada gangguan gelombang, serta saat ada gangguan gelombang dan angin. amun performansi aksi kendali tidak terlalu baik saat ada gangguan gelombang, angin, dan arus. Kata kunci: manuver kapal, kendali logika fuzzy, track keeping I. PENDAHULUAN Indonesia adalah negara maritim dan kepulauan terbesar di dunia yang dua per tiga wilayahnya adalah lautan. Salah satu sistem pengamanan bagi lalu lintas kapal pada jalur perairan dapat dilakukan dengan menerapkan teknologi untuk mengatasi faktor gangguan lingkungan yang meliputi gelombang, angin, dan arus laut. Sistem pengendalian ini digunakan pada kendali manuver kapal. Jenis kapal yang akan digunakan sebagai model dalam penelitian Tugas Akhir ini adalah kapal tangki. Batasan permasalahan dalam penelitian ini adalah:. Kapal yang digunakan dalam penelitian ini adalah kapal tangki.. Metode perancangan sistem pengendalian berdasar logika fuzzy.. Variabel yang dikendalikan adalah sudut yaw kapal.. Analisa yang dilakukan berupa analisa tentang performansi sistem pengendalian untuk mengatasi faktor gangguan angin gelombang, angin, dan arus laut yang mewakili kondisi perairan internasional.. Gangguan lingkungan berupa gelombang dari arah depan kapal dengan variasi ketinggian yaitu 0,; 0,; 0,;, Dwi Isna Maria ), Aulia Siti Aisjah ), Agoes A. Masroeri ) ) Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri ITS Surabaya Indonesia 0, maria@ep.its.ac.id ) Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri ITS Surabaya Indonesia 0, auliasa@ep.its.ac.id ) Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan ITS Surabaya Indonesia 0,,, dan m, angin dengan variasi sudut datang yaitu 0, 00, dan 70, serta arus laut dari arah depan kapal dengan kecepatan, m/s.. Perancangan sistem pengendalian dilakukan secara simulasi dan disimulasikan menggunakan perangkat lunak Matlab. II. DASAR TEORI. Kapal Tangki Kapal tangki adalah kapal yang dirancang untuk mengangkut minyak atau produk turunannya.. Model Dinamika Kapal Bentuk umum persamaan kendali manuver kapal dinyatakan sebagai berikut : Mv + Dv τ (.) Persamaan kecepatan dan sistem kemudi kapal akan sesuai berdasarkan beberapa asumsi, yaitu: a. Distribusi massa homogen dan bidang xz simetris (I xy I yz 0) b. Mode heave, roll dan pitch dapat diabaikan (z ф θ 0) Maka persamaan gerak non-linear dari kapal adalah : Surge : m(u -vr-x G r ) X (.) Sway : m(v -ur-x G r) Y (.) Yaw : I z ṙ + mx G (v + ur) (.).. Persamaan Sistem Kemudi Kapal Linear Persamaan sistem kemudi kapal linier berdasarkan pada pemodelan Davidson dan Schiff (9). Dengan memperhatikan dinamika sistem kemudi linear dalam bentuk: m( v +u 0 r+x G ṙ) Y (.) Izṙ +mx G r(v +u 0 r) (.) Teori linear mengusulkan bahwa momentum dan gaya hidrodinamik dapat dimodelkan sebagai: Y Y v v +Y ṙ ṙ+y v v+y r r+y δ δ R (.7) v v + ṙ ṙ+ v v+ r r+ δ δ R (.8) Sedangkan untuk model state space nya yaitu []: ẋ Ax + b u (.9) dengan dan (.0).. Fungsi Transfer Dinamika Kapal Di bawah ini adalah fungsi transfer antara dan dari model Nomoto [] :

2 K R( + Ts) ( + T s)( + T s) ψ ( s) δ R s (.) Parameter parameter dari fungsi transfer berdasarkan turunan hidrodinamik adalah : det( M) T T det( ) (.) nm+ nm nm nm T + T det( ) (.) nb nb K R det( ) (.) mb mb K R T det( ) (.) Y C B T v& B L Y r & L T v & L T r& Y CB B T L v + 0. C BB T Y r L T v T +. L B r T L (.a) (.b) (.c) (.d) (.e) (.f) (.g) (.h) Sedangkan untuk gaya dan momen yang diakibatkan rudder : π Aδ Yδ ρ LT (.) δ Y δ (.).. Kemudi Otomatis pada Kapal Persamaan linier kendali gerak kapal adalah sebagai berikut: Dimana adalah kecepatan sway, r adalah kecepatan anguler dalam yaw, adalah sudut heading, dan adalah defleksi rudder. Persamaan tersebut dalam bentuk state space adalah: + (.) c (.7) dimana,, dan, maka: 0 0+ (.8) Model Dinamika Gangguan Lingkungan pada Kapal Ada gagguan lingkungan yang mempengaruhi dinamika kapal, yaitu gelombang, angin, dan arus laut... Model Dinamika Gangguan Gelombang berdasarkan Pemodelan Gelombang Frekuensi Rendah Kecepatan gelombang frekuensi rendah dapat dideskripsikan melalui pemodelan dalam surge, sway, dan yaw, dengan Coriolis nonlinier dan redaman dapat diabaikan. Pemodelan yang disarankan adalah sebagai berikut: + τ + (.9) dengan asumsi teori slender body, struktur matriks persamaan di atas adalah sebagai berikut: dan dengan 0 diperoleh pendekatan: η (.) dimana η,,. Pendekatan ini baik diterapkan pada model kontrol DP karena sangat kecil, sehingga dapat dituliskan: + + (.) dimana,,,,, dan 0 0 ; 0 ; 0 (.).. Model Dinamika Gelombang Angin berdasarkan Pemodelan Gelombang Frekuensi Tinggi Pemodelan gelombang frekuensi tinggi dapat dituliskan sebagai berikut: + (.) dimana ξx, ξ y, ξ Ψ,, H, H, Ψ H,,, Ψ, sehingga: x H y H Ψ H -ςω x H ω yh 0 -ςω ω 0 0 Ψ H w x ξx 0 0 -ςω ω 0 ξy I 0 ξ x +K w w y ξ w Ψ y ξ ξψ Ψ.. Model Dinamika Gangguan Angin Pemodelan gaya angin dalam surge dan sway serta momen angin dalam yaw berdasarkan persamaan Isherwood (97) yaitu: γ (N) (.8) γ (N) (.9) γ (Nm) (.0) Delapan parameter yang dibutuhkan untuk memenuhi persamaan di atas meliputi: L panjang keseluruhan kapal (m) B kedalaman kapal (m) A L area proyeksi lateral (m ) A T area proyeksi transversal (m ) A SS area proyeksi superstruktur lateral S keliling kapal (m) C jarak dari haluan ke pusat area proyeksi lateral (m) M jumlah pembagian pembangun kapal dilihat dari proyeksi lateral.

3 Persamaan yang sesuai dengan parameter tersebut adalah: Model Dinamika Arus Laut Kecepatan arus rata-rata dapatt diturunkan dengan menggunakan persamaan Gauss-Markov orde yaitu: + (.) dengan w(t) adalah zero mean Gaussian, µ 0 0 adalah konstan dan batasan prosesnya adalah V min V c (t) V max.. Peralatan Kemudi Kapal (Steering Gear) UNIT KONTROL UNIT TRANSMISI UNIT TENAGA UNIT KEMUDI UNIT KONTROL UNIT TENAGA UNIT TRANSMISI (.a) (.b) (.c). Tes berbelok: manuver turning circle.. Tes zig zag.. Tes pemberhentian..8 Kendali Logika Fuzzy (KLF) Logika fuzzy pertamaa kali dikenalkan oleh Lotfi A. Zadeh, professor ilmu pengetahuan komputer dari Universitas California, Barkeley. Pada tahun 9, Zadeh memodifikasi teori himpunan dimana setiap anggotanya memiliki derajat keanggotaan yang bernilai kontinu antara 0 sampai. Himpunan ini disebut himpunan kabur (Fuzzy Set). Beberapa kelebihan yang dimiliki oleh logika fuzzy yaitu: a. Konsep logika fuzzy mudah dimengerti, dimana konsep matematis yang mendasari fuzzy sangat sederhana dan mudah dimengerti. b. Logika fuzzy bekerja didasarkan pada bahasa alami. c. Logika fuzzy memiliki toleransi terhadap data-data yang tidak tepat. d. Logika fuzzy mampu memodelkan fungsi-fungsi nonlinier yang sangat kompleks. e. Logika fuzzy dapat bekerja sama dengan teknik-teknik kendali secara konventional. III. METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini dilakukan melalui beberapa tahapan. Tahapan tahapan tersebut sesuai dengan diagram alir pada gambar.. Gambar. Bagan Unit pada Steering Gear []. Model Dinamika Rudder 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 - 0 sampai dengan 0, dan laju kerja rudder, 7 0 /detik. Syarat untuk minimum laju rata-rata rudder ditentukan oleh klasifikasi perhimpunan. Hal tersebut disyaratkan bahwa rudder dapat digerakkan 0 dari port menuju 0 ke starboard tidak lebih dari 0 detik[7]..7 Olahgerak / Manuver Kapal Berdasarkan standar IMO (International Maritime Organizaton) untuk manuver kapal: Kualitas manuver:. Stabilitas dinamik inheren. Kemampuan track-keeping (tetap pada jalurnya): kemampuan mengendalikan kapal untuk mempertahankan jalur lurus yang telah ditetapkan tanpa osilasi yang berlebihan pada rudder dan heading.. Kemampuan merubah jalur. Kemampuan mengecek yaw: respon rudder pada kondisi belok tertentu.. Kemampuan berbelok: kemampuan kapal untuk berbelok menggunakan rudder.. Kemampuan berhenti: tercapai saat track reach dan time to dead in water. Standar tes manuver meliputi: Gambar. Diagram Alir Penelitian. Studi Literatur Meliputi pemahaman tentang karakteristik gelombang, angin, dan arus laut di perairan bebas di seluruh dunia, dinamika kapal tangki Cahaya Samudra, serta pemahaman atas jurnal-jurnal penelitian sebelumnya.. Pengambilan data Data yang digunakan adalah data dari kapal tangki kimia Cahaya Samudra berupa spesifikasi kapal, data skala Beaufort yang berlaku di perairan internasional, serta ketinggian gelombang, kecepatan angin, dan kecepatan arus yang berlaku di perairan lintasan.. Pemodelan Sistem Data spesifikasi kapal adalah sebagai berikut : tangki kimia Cahaya Samudra

4 Simbol Besar Satuan Keterangan Lpp 99 Meter (m) Panjang U,9 Meter/sekon (m/s) Kecepatan B 8, Meter (m) Lebar T,8 Meter Tinggi C B 0,7 - - x G,0 Meter Pusat gravitasi A δ 0,9 - Rudder area m 99 Ton Displacement r,8 - Yaw rate m',9x xg' 0, U,9 Meter/sekon (m/s) Kecepatan DWT 7 Ton Berat angkut kapal Data spesifikasi kapal tersebut digunakan untuk mendapatkan koefisien hidrodinamik yang berasal dari regresi Clarke berdasarkan persamaan.a-.h, dari hasil perhitungan didapatkan sebagai berikut : 0,0709; 0,007 0,007; 0,007 0,088; 0,009 0,0098; 0,007 0,88; 0,079,9 ;,90 Nilai nilai yang sudah didapatkan dimasukkan sebagai elemen matriks pada persamaan.-.8 sehingga didapatkan variabel-variabel yang ada pada persamaan model Nomoto sebagai berikut : 0,0 0,007 0,007,9 0,0709 0,0 0,007 0,009 det M 0,77 det N 0,000, +,089 0,9,089,, Nilai koefisien hidrodinamika tersebut merupakan koefisien pada matriks M dan D sesuai dengan persamaan state space (.), dimana v c w L 0, ,0 0, ,0709 0,0 0 0,007,9 0+0,007 0, ,8 7,98 (.) 0 Berdasarkan persaman (.8) dalam bentuk state space, persamaan tersebut menjadi : ,07 0,00 0,99 0,000 0, ,07 (.) Pemodelan gelombang frekuensi rendah ditunjukkan oleh persamaan (.0) dengan variabel keadaan,,,,, adalah sebagai berikut: 0,07 0,00 0 0,000 0, (.) 0 0,99 0,07 (.) 0,99 0,07 (.) 0 Model frekuensi tingi merupakan pemodelan ganguan gelombang yang dibangkitkan oleh angin menggunakan persamaan (.7) dalam bentuk state space sebagai berikut: x H y H Ψ H -ςω x H ω yh w x 0 -ςω ω 0 0 Ψ H w y ξx 0 0 -ςω ω 0 ξy I 0 ξ x +K w w (.) Ψ ξ y 0 ξ ξψ Ψ dengan 0.; g m/s ;.; H.H -ςω H 0.0H ; -ω H ; 0..9H.0.79H ; sehingga model gelombang laut pada persamaan di atas menjadi: x H y H 0.0H Ψ H H 0 0 ξ 0 0.0H H 0 x H ξ I 0 y ξ Ψ 0.798H w x w y w Ψ 0 (.7) Model dinamika kapal dengan gangguan angin dinyatakan sesuai persamaan.8-.0, dengan 8 parameter yang diperoleh dari data spesifikasi kapal dan perhitungan adalah sebagai berikut: L 99 m B 8, m A L 7, m A T,7 m A SS 80,8 m S 9,0 m C 0,7 M 99 Pada penelitian ini dilakukan penentuan sudut datang angin γ R sebesar 0, 00, dan 70. Kecepatan angin diasumsikan sebesar knot atau sekitar,8 m/s (termasuk dalam bilangan Beaufort 7) berdasarkan data kecepatan angin maksimum di perairan Kepulaun Riau, dan ρw, (kg/m ). Perhitungan C X, C Y, dan C N dilakukan berdasarkan persamaan.8-.0 dan nilai A 0 -A, B 0 -B, dan C 0 -C diambil dari tabel.-.. dapat diketahui nilai C X, C Y, serta C N sebagai berikut:

5 Untuk γ R 0 ; ,7+,, +0,, + 0,, 0, (.8a) ,09+0,, ,7 (.8b) Gambar. Lintasan Target Kapal di Kepulauan Riau [] ,09+0,0, ,07, 0,00778 γ 0,,,00,9 7, N γ 0,7,,00,97 89,7 N (.8c) (.8d) (.8e). Perancangan Kendali Logika Fuzzy Perancangan kendali dilakuukan atas beberapa tahapan. Secara keseluruhan tahapan digambarkan pada diagram alir.. Mulai Pembangkitan Data Input Output Fuzzifikasi Membuat Aturan (Rule) Interferensi Fuzzy Defuzzifikasi Outputt Model γ 0,00778,,00 0,9799 7,0 Nm (.8f) Validasi i Sistem Kontrol Kesesuaian dengann Kriteria Analisa Tidak Model dinamika kapal dengan gangguan arus dinyatakan sesuai persamaan. dengan nilai µ 0 0, dan nilai Vc(0) sebesar knot atau, m/s, maka persamaannya menjadi sebagai berikut: V c(t) + µ 0 Vc(t) w(t) V c(t) w(t) - µ 0 Vc(t) Penyelesaian menggunakan deret Euler: +!!. maka: Vc(t) Vc(0) + t (w(t) - µ 0 Vc(0)) Vc(t), + t (w(t) 0,.,) Vc(t), + t (w(t) 0,777) dengan w(t) adalah zero mean Gaussian white noise sequence.. Penentuan Lintasan Kapal Lintasan yang digunakan dalam simulasi manuver kapal adalah lintasan di perairan Selat Riau yang memisahkan Pulau Batam dan Pulau Bintan di Kepulauan Riau. Lintasan kapal dibagi dalam 9 titik koordinat yang berawal dari Pelabuhan di Citranusa Kabil, Pulau Batam dan berakhir di Pelabuhan Sei Kolak Kijang, Pulau Bintan seperti yang terdapat pada Gambar.. Ya Selesai Gambar. Diagram Alir Kendali Logika Fuzzy.. Pembangkitan Data Masukan-Keluaran M Pada Tugas Akhir ini digunakan masukan yaitu berupa error yaw (e), yaw rate (r), error lintasan (d) dan keluaran berupa sinyal aksi rudder. Selanjutnya dilakukan fuzzifikasi, yaitu mengubah himpunan crisp menjadi himpunan fuzzy. Pada proses fuzzifikasi ditentukan fungsi keanggotaan, range dan parameter dari setiap masukan dan keluaran fuzzy. Fungsi keanggotaan error yaw dan yaw rate masing-masing dibagi dalam 7 fungsi keanggotaan, dan error lintasan dibagi dalam fungsi keanggotaan. Error yaw memiliki range - sampai dan yaw rate memiliki range -7 sampai 7. Penentuan range ini didasarkan pada spesifikasi rudder yang dapat bergerak - 0 sampai 0 dan laju rudder /detik sampai 7 0 /detik. Sedangkan error lintasan memiliki range 0 sampai 0, hal ini didasarkan pada range error lintasan yang disimulasikan. Aturan fuzzy dibuat berdasarkan jumlah fungsi keanggotaan masukan dan keluaran. Pada perancangan Tugas Akhir ini digunakan 7 basis aturan. Selanjutnya proses inferensi fuzzy, proses ini merupakan proses pengambilan keputusan berdasarkan aturan-aturan yang telah dibuat. Pada Tugas Akhir ini digunakan inferensi fuzzy dengan metode mamdani max min. Defuzzifikasi merupakan proses mengubah himpunan fuzzy menjadi himpunan crisp. Pada

6 Tugas Akhir ini digunakan defuzzifikasi dengan metode center of area... Fuzzifikasi Gambar. merepresentasikan fungsi keanggotaan segitiga simetri yang digunakan dalam perancangan fungsi keanggotaan error yaw (e) sebagai masukan fuzzy. Variabel masukan error yaw (e) dibagi dalam 7 fungsi keanggotaan yaitu NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB dengan rentang kerja yang digunakan untuk fungsi keanggotaan adalah - sampai. N adalah negatif, ZE adalah zero, P adalah positif, B adalah big. Pemilihan nilai range error yaw - sampai adalah berdasarkan kondisi nyata rudder yang hanya dapat berbelok sebesar - 0 sampai 0. Fungsi keanggotaan segitiga simetri yang digunakan dalam perancangan fungsi keanggotaan yaw rate (r) sebagai masukan fuzzy. Digunakan fungsi keanggotaan segitiga, karena sederhana, mudah dalam komputasi dan memerlukan kapasitas penyimpanan yang sedikit, sehingga fuzzifikasinya lebih halus. Fungsi keanggotaan yang digunakan adalah segitiga simetri (konstan), karena pada saat simulasi nilai masukan error yaw mendekati konstan, dalam artian perubahan nilai error yaw tidak terlalu besar. Variabel masukan yaw rate (r) dibagi dalam 7 fungsi keanggotaan yaitu NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB dengan rentang kerja yang digunakan untuk fungsi keanggotaan adalah -7 sampai 7. N adalah negatif, ZE adalah zero, P adalah positif, B adalah big. Penentuan range dari masukan yaw rate (r) ini berdasarkan laju kerja rudder Van Amorengen yaitu sebesar 7 0 /detik... Basis Aturan Basis aturan terdiri dari 7 aturan dengan 7 fungsi keanggotaan pada error yaw dan yaw rate; fungsi keanggotaan pada error lintasan dan fungsi keanggotaan pada keluaran fuzzy sinyal command rudder (s) dan aturan yang telah dirancang menggunakan logika and seperti tertulis pada Tabel.. Tabel. Basis aturan kendali logika fuzzy aksi s [] Proses inferensi fuzzy adalah proses pengambilan keputusan untuk mendapatkan sinyal kendali logika fuzzy berdasarkan rancangan rule base. Nilai masukan (lintasan) yang teramati diolah untuk diidentifikasi aturan mana yang digunakan. Pada Tugas Akhir ini, teknik pengambilan keputusan yang digunakan adalah metode mamdani. Jika masukan fuzzy error yaw (e) 0, yaw rate (r) 0, dan error lintasan (d) 0, maka keluaran fuzzy yaitu aksi kendali rudder sebesar -,8e-0. Nilai keluaran fuzzy ini mengacu pada basis aturan yang telah dirancang... Defuzzifikasi Defuzzifikasi adalah langkah terakhir dalam suatu sistem kendali logika fuzzy dimana tujuannya adalah mengkonversi setiap hasil dari inference engine yang diekpresikan dalam bentuk fuzzy set ke satu bilangan real. Hasil konversi tersebut merupakan aksi yang diambil oleh sistem kendali logika fuzzy. Karena itu, pemilihan metode defuzzifikasi yang sesuai juga turut mempengaruhi sistem kendali logika fuzzy dalam menghasilkan respon yang optimum. Dalam Tugas Akhir ini, metode defuzzfikasi yang digunakan adalah center of area..7 Pengujian dan Analisa Pengujian dan analisa dilakukan terhadap hasil keluaran sistem kendali yaitu error lintasan, untuk mengetahui apakah sistem kendali yang telah dirancang mampu melakukan track keeping. Hasil dari pengujian akan dijelaskan pada bab selanjutnya. Pengujian kendali logika fuzzy ini dilakukan dengan uji simulink sebagai berikut:.7. Uji Open Loop Sistem Uji open loop ini digunakan untuk mengetahui karakteristik kapal Cahaya Samudra ketika tidak diberikan pengendali. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan kapal untuk merubah haluan sebesar. Kualitas kemampuan tersebut ditinjau dari waktu yang diperlukan untuk merubah haluannya..7. Uji Close loop Sistem Uji Uji close loop sistem terdiri dari 7 kondisi sebagai berikut: Tabel. Kondisi uji Close loop Sistem.. Inferensi Fuzzy Diagram blok simulink uji close loop ini ditunjukkan pada gambar.8.

7 7 Gambar.8 Diagram Blok Simulink Uji Tracking Kapal Cahaya Samudra IV. HASIL PENELITIAN. Analisa Kendali Logika Fuzzy Pada Kendali Lintasan Kapal Cahaya Samudra Kendali logika fuzzy lintasan kapal Cahaya Samudra terdiri dari 7 aturan didasarkan pada masukan kendali. Masukan terdiri dari nilai yaitu error yaw (e), yaw rate (r) dan error lintasan (d). Error yaw (e) terdiri dari 7 fungsi keanggotaan yaitu NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB dengan range - 0 sampai 0 yang didasarkan pada kinerja aktuator (rudder), dimana rudder hanya bisa bergerak membentuk sudut - 0 sampai 0. Yaw rate (r) terdiri dari 7 fungsi keanggotaannya sama seperti pada fungsi keanggotaan error yaw. Range masukan error yaw berkisar antara -7 sampai 7 didasarkan pada range kinerja kecepatan rudder yang hanya mampu bergerak hingga 7 0 /s. Error lintasan (d) dibagi menjadi fungsi keanggotaan yaitu ZE, NE, FA dengan range antara 0 sampai 0, range ini didasarkan pada nilai selisih koordinat setpoint dengan koordinat aktual kapal. Inferensi fuzzy yang digunakan adalah metode max-min. Tolok ukur keberhasilan perancangan kendali logika fuzzy berdasarkan kemampuannya memenuhi tracking dari set point lintasan.. Pengujian Open loop Kapal Cahaya Samudra Uji sistem open loop dilakukan untuk mengetahui respon sistem tanpa diberikan logika kendali di dalamnya. Sinyal masukan yang diberikan berupa sinyal step untuk memudahkan mengetahui respon dinamik dari manuver sudut kapal Cahaya Samudra. Dari hasil pengujian akan ditinjau hubungan antara perubahan sudut kapal dengan waktu yang diperlukan. Berikut adalah hasil pengujian open loop kapal Cahaya Samudra: Grafik. Uji open loop model dinamika kapal Cahaya Samudra Pada uji open loop ini model dinamika kapal Cahaya samudra diberi masukan arah rudder berupa sinyal step dengan amplitudo dengan waktu 0 detik. Beberapa data hasil uji open loop juga disajikan pada tabel.. Dari grafik. dapat diketahui respon dinamik kapal Cahaya Samudra pada saat waktu tempuhnya 9,8 detik. Pada waktu tempuh 0 detik, arah kapal berubah sebesar,0 ke arah kanan. Pada Tabel. nilai slope yaitu kecepatan perubahan arah, diperoleh dengan membagi selisih antara waktu sekarang dan waktu sesudahnya lalu dibagi dengan perubahan waktunya. Sebagai contoh untuk mendapatkan nilai 0.0 pada waktu, detik yaitu dengan mengurangkan nilai arah pada, detik (0,00 ) dengan nilai arah pada detik (0 ) kemudian dibagi dengan dari hasil pengurangan antara, dengan detik (0,). Hal ini dilakukan untuk mencari waktu tempuh dimana kapal tersebut menghasilkan respon perubahan arah yang linear. Dari hasil uji dapat disimpulkan bahwa hingga waktu tempuh selama 000 detik perubahan arah pada kapal Cahaya Samudra masih belum linear, tetapi semakin lama nilai kecepatan perubahannya hampir menuju ke arah linear. Tabel. Data hasil uji open loop Waktu (detik) Arah Kapal ( ) Slope Pengujian Close loop Kapal Cahaya Samudra Uji close loop sistem dilakukan dengan 7 kondisi seperti yang tercantum pada tabel.. Penamaan diberikan untuk beberapa bagian lintasan seperti pada gambar. untuk mempermudah analisa data.. x Titik Keberangkatan Lintasan Lurus Lintasan Lengkung Lintasan Lurus Lintasan Lengkung x 0 7 Gambar. Penaman Bagian-bagian Lintasan Uji Titik Pemberhentian Lintasan Lurus

8 x x (m) x x x x (m) x x (m) x Pengujian Tracking Tanpa Gangguan (Kondisi A) Dari gambar. terlihat bahwa lintasan target dan lintasan aktual berimpit pada lintasan lurus, tetapi saat melalui lintasan lengkung, mulai terdapat penyimpangan lintasan aktual meskipun sangat kecil. Selanjutnya di sepanjang lintasan lurus tetap terjadi penyimpangan namun sangat kecil. Penyimpangan yang semakin membesar terjadi di sepanjang lintasan lengkung. Pada awal lintasan lurus penyimpangan menjadi sangat kecil, namun kembali membesar pada pertengahan lintasan lurus hingga titik pemberhentian.. x y (m) x 0 7 Gambar. Lintasan Target dan Aktual Kondisi A Data hasil simulasi uji tracking kondisi A disajikan pada tabel.. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa error lintasan pada titik keberangkatan adalah 0 m, pada titik lintasan ke dua error lintasan bertambah menjadi, m. Error lintasan terus bertambah hingga mencapai nilai maksimumnya pada 7, m. Nilai X minimum adalah 0 m dan X maksimum adalah 9, m, sedangkan nilai Nilai Y minimum adalah 0 m dan Y maksimum adalah 0, m yang terdapat pada titik pemberhentian... Pengujian Tracking dengan Gangguan Gelombang (Kondisi B-I) Pengujian tracking dengan gangguan gelombang dilakukan dengan variasi ketinggian gelombang yang mewakili skala Beaufort -8 yaitu 0,; 0,; 0,; ; ; ; ; dan, meter. Pada pengujian tracking dengan kondisi B sampai I ini dihasilkan respon sistem yang baik dan tidak jauh berbeda dengan pengujian kondisi A. Dari Gambar. terlihat bahwa lintasan target dan lintasan aktual berimpit pada lintasan lurus, tetapi saat melalui lintasan lengkung, mulai terdapat penyimpangan lintasan aktual. Selanjutnya di sepanjang lintasan lurus tetap terjadi penyimpangan namun sangat kecil. Penyimpangan yang semakin membesar terjadi di sepanjang lintasan lengkung. Perbedaan dengan kondisi terdapat pada lintasan lengkung di mana pada uji kondisi ini terdapat lebih banyak penyimpangan pada lintasan lengkung dibandingkan dengan kondisi. Pada awal lintasan hingga pertengahan lintasan lurus penyimpangan menjadi sangat kecil, namun kembali membesar pada pertengahan lintasan lurus hingga titik pemberhentian.. x x 0 7 Gambar. Lintasan Target dan Aktual Kondisi B Dari data pada tabel. diketahui bahwa error lintasan pada titik keberangkatan adalah 0 m, pada titik lintasan ke dua error lintasan bertambah menjadi, m. Error lintasan terus bertambah hingga mencapai nilai maksimumnya pada 7, m. Nilai X minimum adalah 0 m dan X maksimum adalah 9, m, sedangkan nilai Nilai Y minimum adalah 0 m dan Y maksimum adalah 0, m yang terdapat pada titik pemberhentian... Pengujian Tracking saat Gangguan Gelombang dan Angin dengan Sudut Datang 0 (Kondisi J Q) Pengujian pada kondisi J Q dilakukan dengan sudut datang angin γ R sebesar 0, dan kecepatan angin sebesar knot atau,808 m/s (termasuk dalam bilangan Beaufort 7) berdasarkan data kecepatan angin maksimum di perairan Kepulaun Riau [].. x y (m) y (m) Gambar. Lintasan Target dan Aktual Kondisi J x 0 7 Dari Gambar. diketahui bahwa lintasan target dan lintasan aktual berimpit pada lintasan lurus dan mulai terdapat penyimpangan pada lintasan lengkung, namun berbeda dari dua kondisi sebelumnya, penyimpangan hanya pada lintasan lengkung dan ke arah sumbu x dan y negatif sedangkan pada lintasan lurus tidak terjadi penyimpangan. Namun, walaupun pada lintasan lurus tidak terjadi penyimpangan, ternyata diperoleh bahwa titik pemberhentian aktual tidak mencapai titik target pemberhentian. Dari data pada tabel. diketahui bahwa error lintasan pada titik keberangkatan adalah 0 m, pada titik lintasan ke dua error lintasan bertambah menjadi, m. Error lintasan terus bertambah hingga mencapai nilai maksimumnya pada 7, m di akhir lintasan. Nilai X minimum adalah 0 m dan X

9 x x (m) x x x (m) x 0 7 Kondisi HH 9 maksimum adalah 0, m pada titik pemberhentian, sedangkan nilai Nilai Y minimum adalah 0 m dan Y maksimum adalah, m yang juga terdapat pada titik pemberhentian... Pengujian Tracking saat Gangguan Gelombang dan Angin dengan Sudut Datang 00 (Kondisi R Y) Pengujian pada kondisi R Y dilakukan dengan sudut datang angin γ R sebesar 00, dan kecepatan angin sebesar,808 m/s.. x x 0 7 Gambar. Lintasan Target dan Aktual Kondisi R Dari gambar. terlihat penyimpangan tidak hanya terjadi pada lintasan lengkung namun juga pada lintasan lurus di mana track aktual bergeser ke arah sumbu x dan y positif serta lebih besar daripada pengujian sebelumnya.namun, walaupun pada lintasan lurus penyimpangan cukup kecil, ternyata diperoleh bahwa titik pemberhentian lintasan aktual melebihi titik pemberhentian tujuan. Data hasil simulasi uji tracking kondisi R - Y disajikan pada tabel.. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa error lintasan pada titik keberangkatan adalah 0 m. Error lintasan terus bertambah hingga mencapai nilai maksimumnya pada 7, m. Nilai X dan Y minimum adalah 0 m, nilai X maksimum adalah 0, m, sedangkan Y maksimum adalah, m yang sama-sama terdapat pada titik pemberhentian... Pengujian Tracking saat Gangguan Gelombang dan Angin dengan Sudut Datang 70 (Kondisi Z GG) Pengujian pada kondisi Z GG dilakukan dengan sudut datang angin γ R sebesar 70, dan kecepatan angin sebesar,808 m/s.. x y (m) y (m) Gambar.7 Lintasan Target dan Aktual Kondisi Z x 0 7 Hasil uji kondisi Z GG ditunjukkan pada gambar.7, penyimpangan pada lintasan lengkung dan lintasan lengkung sangat kecil. Pada lintasan lurus terjadi penyimpangan di sepanjang lintasan ke arah sumbu x positif dan y negatif, serta titik pemberhentian aktual tidak tepat pada target. Data hasil simulasi uji tracking kondisi Z - GG disajikan pada tabel.. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa nilai error lintasan minimum adalah 0 m yaitu pada titik keberangkatan, dan nilai error lintasan maksimum adalah 7, m pada titik pemberhentian. Nilai X dan Y minimum adalah 0 m, nilai X maksimum adalah, m, sedangkan Y maksimum adalah,9 m yang sama-sama terdapat pada titik pemberhentian... Pengujian Tracking saat Gangguan Gelombang, Angin dengan Sudut Datang 0, dan Arus (Kondisi HH OO) Pengujian pada kondisi HH OO dilakukan dengan sudut datang angin γ R sebesar 0, kecepatan angin,808 m/s, dan kecepatan arus, m/s.. x x x 0 7 Gambar.8 Lintasan Target dan Aktual Kondisi HH Hasil uji kondisi HH OO ditunjukkan pada gambar.8 dimana penyimpangan pada lintasan lengkung hingga lintasan lurus sangat kecil. Pada lintasan lengkung terjadi penyimpangan yang cukup besar di sepanjang lintasan. Penyimpangan yang besar terus berlanjut hingga di sepanjang lintasan lurus, bahkan dari gambar perbesaran terlihat bahwa lintasan aktual berkelok-kelok tidak halus. Pada titik pemberhentian juga terdapat penyimpangan yang cukup besar. Data hasil simulasi uji tracking kondisi HH - OO disajikan pada tabel.7. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa error lintasan pada titik keberangkatan adalah 0 m. Error lintasan terus bertambah hingga mencapai nilai maksimumnya pada 7,07 m pada titik pemberhentian. Nilai X dan Y minimum adalah 0 m, nilai X maksimum adalah,9 m pada akhir lintasan lurus. Nilai Y maksimum adalah 9,9 m terdapat pada titik pemberhentian...7 Pengujian Tracking saat Gangguan Gelombang, Angin dengan Sudut Datang 00, dan Arus (Kondisi PP WW) Pengujian pada kondisi PP WW dilakukan dengan x 0 7

10 0 sudut datang angin γ R sebesar 00, kecepatan angin,808 m/s, dan kecepatan arus, m/s. Hasil uji kondisi PP WW ditunjukkan pada gambar.9. Penyimpangan pada lintasan lengkung hingga lintasan lurus sangat kecil. Pada lintasan lengkung hingga lintasan lurus terjadi penyimpangan yang cukup besar di sepanjang lintasan. Dari gambar perbesaran terlihat bahwa pada lintasan lurus lintasan aktual berkelok-kelok tidak halus dan menikung pada akhir lintasan. Data hasil simulasi uji tracking kondisi PP - WW disajikan pada tabel.8. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa nilai error lintasan minimum adalah 0 m yaitu pada titik keberangkatan, dan nilai error lintasan maksimum adalah 7, m pada titik pemberhentian. Nilai X dan Y minimum adalah 0 m, nilai X maksimum adalah, m pada akhir lintasan lurus, sedangkan Y maksimum adalah,9 m pada titik pemberhentian.. x x x 0 7 Gambar.0 Lintasan Target dan Aktual Kondisi VV..8 Pengujian Tracking saat Gangguan Gelombang, Angin dengan Sudut Datang 70, dan Arus (Kondisi XX EEE) Pengujian pada kondisi XX EEE dilakukan dengan sudut datang angin γ R sebesar 70, kecepatan angin,808 m/s, dan kecepatan arus, m/s. Hasil uji kondisi XX EEE yang ditunjukkan pada gambar.0. tidak jauh berbeda dengan pengujian yang dilakukan sebelumnya saat ditambahkan gangguan arus pada sistem, yaitu kondisi HH OO dan kondisi PP WW. Penyimpangan pada lintasan lengkung hingga lintasan lurus sangat kecil. Pada lintasan lengkung hingga lintasan lurus terjadi penyimpangan yang cukup besar di sepanjang lintasan. Dari gambar perbesaran terlihat bahwa pada lintasan lurus lintasan aktual berkelok-kelok dan tidak halus. Data hasil simulasi uji tracking kondisi PP - WW disajikan pada tabel.9. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa nilai error lintasan, X dan Y minimum adalah 0 m yaitu pada titik keberangkatan, dan nilai error lintasan maksimum adalah 7, m pada titik pemberhentian. Nilai X maksimum adalah,7 m pada akhir lintasan lurus, sedangkan Y maksimum adalah, m pada titik pemberhentian. x 0 7. x x Posisis x (m) Posisis x (m) x 0 7 Gambar. Lintasan Target dan Aktual Kondisi XX Berdasarkan hasil uji tracking dengan 7 kondisi sebagaimana dibahas pada subbab....8 dapat dibuat tabel hasil uji secara singkat sebagai berikut. Tabel.0 Data error lintasan dan selisih koordinat XY berbagai kondisi Kondisi X min X max Y max Y min (m) (m) (m) (m) A B I J Q R Y Z GG HH OO PP WW XX - EEE Dari tabel.0 dapat dilihat bahwa pada semua kondisi, nilai selisih koordinat x dan koordinat y minimum adalah sama yaitu 0 m dan terdapat pada titik keberangkatan. Nilai X maksimum terbesar adalah 0,0 m pada titik pemberhentian kondisi J Q (kondisi saat gangguan gelombang dan angin dengan sudut datang 0 ). Nilai X maksimum terkecil adalah 0,8 m pada titik pemberhentian kondisi R Y (kondisi saat gangguan gelombang dan angin dengan sudut datang 00 ). Nilai Y maksimum terbesar adalah,90 m pada titik pemberhentian kondisi PP WW (kondisi saat ada gangguan gelombang, angin dengan sudut datang 00, dan arus). Nilai Y maksimum terkecil adalah,90 m pada titik pemberhentian kondisi Z GG (kondisi saat gangguan gelombang dan angin dengan sudut datang 70 ). V. KESIMPULAN. Kesimpulan Dari pengujian dan analisa yang telah dilakukan pada pengerjaan tugas akhir ini diperoleh beberapa kesimpulan. Telah dirancang kendali logika fuzzy Mamdani untuk mengendalikan lintasan kapal tangki Cahaya Samudra yang terdiri dari 7 basis aturan, masukan yaitu error yaw, yaw rate dan error lintasan, serta keluaran berupa aksi kendali command rudder.. Kendali logika fuzzy yang telah dirancang mampu mengendalikan manuver kapal dengan baik saat tanpa x 0 7

11 gangguan, saat ada gangguan gelombang, serta saat ada gangguan gelombang dan angin. Namun performansi aksi kendali tidak terlalu baik saat ada gangguan gelombang, angin, dan arus.. Lintasan aktual yang paling buruk terjadi pada kondisi gangguan gelombang, sudut datang angin 00, dan kecepatan arus, m/s.. Pada 7 kondisi uji tracking, error lintasan longitudinal maksimum terbesar adalah 0, m pada kondisi saat ada gangguan gelombang dan angin dengan sudut datang 0. Nilai error lintasan longitudinal maksimum terkecil adalah 0, m pada kondisi saat ada gangguan gelombang dan angin dengan sudut datang 00. Nilai error lintasan transversal maksimum terbesar adalah,9 m pada kondisi saat ada gangguan gelombang, angin dengan sudut datang 00, dan arus. Nilai error lintasan transversal maksimum terkecil adalah,9 m pada kondisi saat gangguan gelombang dan angin dengan sudut datang 70.. Saran Beberapa saran yang dianjurkan untuk melanjutkan penelitian ini adalah sebagai berikut:. Penggunaan alur pelayaran lain sebagai lintasan uji tracking kapal.. Penggunaan sudut datang angin dan kecepatan arus yang lebih banyak. BIODATA PEULIS Penulis bernama Dwi Isna Maria yang dilahirkan di Situbondo pada tanggal Januari 989. Penulis menempuh pendidikan sekolahnya di TK Dharma Wanita Situbondo, SDN Dawuan Situbondo, SMPN Situbondo, dan SMAN Situbondo. Kecintaannya pada fisika dan teknologi membuatnya memilih untuk melanjutkan kuliah di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jurusan Teknologi melalui jalur Penelusuran Minat Dan Kemampuan (PMDK) Reguler pada tahun 007. Pada saat menjadi mahasiswa, penulis aktif di beberapa organisasi yaitu Himpunan Mahasiswa Teknik Fisika (HMTF), Idjo Robotic and Rocketry Team, dan Pemandu FTI ITS, serta menjadi asisten Laboratorium Pengukuran Fisis Teknik Fisika ITS. Hobi penulis antara lain berenang, mendaki, dan menyanyi. Penulis dapat dihubungi melalui isnamaria@ymail.com. VI. DAFTAR PUSTAKA [] Anitasari, Ruri, Aisjah, A.S, Masroeri, A.A., 00, Perancangan Sistem Kendali Manuver Untuk Menghindari Tabrakan Pada Kapal Tangki Berbasis Logika Fuzzy, Surabaya. [] Efendi, Moch.Aries, Aisjah, A.S., Iskandarianto, F.A., 00, Perancangan Kendali Otomatis Haluan dan Kecepatan Kapal Pada Jalur Pelayaran Karang Jamuang Tanjung Perak Berbasis Logika Fuzzy, Surabaya. [] Fossen, T.I., 999, Guidance and Control of Ocean Vehicles, John Willey and Sons, New York. [] Rizianiza, Illa, Aisjah, A.S, Masroeri, A.A., 00, Perancangan Sistem Kendali Lintasan Kapal Berbasis Logika Fuzzy: Studi Kasus Kepulauan Riau, Surabaya. [] Sari, Devina Puspita, 0, Perancangan Sistem Monitoring dan Pengendalian untuk Menghindari Tabrakan antar Kapal pada Alur Barat Pelayaran Tanjung Perak Surabaya, Surabaya. [] Soemartojo, W.A., 00, Teknik Permesinan Kapal III: Permesinan Bantu; Peralatan Kemudi (Steering Gear), Jurusan Teknik Sistem Perkapalan ITS, Surabaya. [7] _, 99, Focus on IMO, Tanker Safety: The Work of The International Maritim Organization, IMO, London.