autonomous underwater vehicle (auv) parahyangan

Perjanjian No: III/LPPM/2017-01/36-P

LAPORAN

PENERAPAN METODE FUZZY-PID UNTUK KENDALI

AUTONOMOUS UNDERWATER VEHICLE (AUV) PARAHYANGAN

Disusun Oleh:

Faisal Wahab, S.Pd., M.T.

Dr. Christian Fredy Naa, M.Si., M.Sc.

Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat

Universitas Katolik Parahyangan

2017

i

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ............................................................................................................. i

ABSTRAK ................................................................................................................ 1

BAB I PENDAHULUAN ......................................................................................... 2

1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 2

1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 4

1.3 Batasan Masalah ............................................................................................ 4

1.4 Tujuan ........................................................................................................... 4

1.5 Target Luaran ................................................................................................ 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................... 5

2.1 Glider ............................................................................................................. 5

2.2 Model Matematika AUV ............................................................................... 6

2.3 Kendali PID ................................................................................................... 8

2.4 Kendali Fuzzy . .............................................................................................. 9

2.5 Arduino Mega Uno ....................................................................................... 10

BAB III METODE PENELITIAN............................................................................. 11

3.1 Tahapan-tahapan Penelitian .......................................................................... 11

3.2 Lokasi Penelitian ........................................................................................... 11

3.3 Peubah yang diamati ..................................................................................... 11

3.4 Rancangan Penelitian ..................................................................................... 12

BAB IV JADWAL PELAKSANAAN ..................................................................... 14

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................... 15

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................. 21

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 22

Laporan Penelitian| 1

ABSTRAK

PENERAPAN METODE FUZZY-PID UNTUK KENDALI

AUTONOMOUS UNDERWATER VEHICLE (AUV) PARAHYANGAN

Oleh

Ketua Peneliti : Faisal Wahab, S.Pd., M.T.

Anggota Peneliti : Dr. Christian Fredy Naa, M.Si., M.Sc.

Pembina : Dr. Bagus Made Arthaya, Ir., M. Eng.

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika

Fakultas Teknologi Industri

Universitas Katolik Parahyangan

Perkembangan teknologi robotik semakin hari semakin pesat khususnya teknologi

robot bawah air. Salah satu robot bawah air yang menjadi banyak perhatian saat ini

adalah Autonomous Underwater Vehicle (AUV). Autonomous Underwater Vehicle

(AUV) Glider adalah robot yang dapat bekerja pada bawah air tanpa ada bantuan

kendali oleh operator dengan menggunakan perubahan buoyancy agar robot AUV

dapat tenggelam dan mengapung.

Penelitian ini akan merancang dan membuat sebuah robot AUV Glider dengan

menerapakan kendali Fuzzy-PID untuk kendali kedalaman robot AUV Parahyangan.

Pergerakan kinematik dan dinamik robot AUV digambarkan menggunakan enam

derajat kebebasan dari kerangka koordinat robot dan kerangka koordinat global

sebagai acuan. Robot AUV menggunakan dua buah penggerak, pertama menggerakan

pompa untuk mengatur berat dari robot AUV dan kedua menggerakan variable massa

untuk kendali pitch robot AUV. Kendali Fuzzy-PID menggunakan dua buah input,

yaitu error dari kedalaman robot AUV dan perubahan error dari kedalaman robot

AUV.

Kendali Fuzzy-PID disimulasikan terlebih dahulu menggunakan software MATLAB

sebelum diterapkan pada robot AUV Parahyangan sebelum dilakukan eksperimen.

Kata Kunci : Autonomous Underwater Vehicle (AUV), Glider, Kendali Fuzzy Logic,

kendali Proportional-Integral-Derivative (PID).


BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Lebih dari 70% wilayah Indonesia adalah lautan. Potensi sumber daya lautan

indonesia sangatlah besar. Selain diapit oleh dua samudra, lautan Indonesia juga

menjadi jalur perdagangan internasional. Diperlukan perhatian lebih dan penggunan

teknologi untuk menjaga, observasi, eksplorasi lautan Indonesia untuk kepentingan

seluruh rakyat indonesia.

Salah satu caranya adalah dengan robot bawah air, atau disebut Remote Operated

Underwater Vehicle (ROV). Fungsi dari ROV diantaranya dapat melakukan tugas

penyelamatan (resque), pencarian (search), pemeriksaan(inspection), pengawasan

(surveillance), pendeteksian (detection) dan explorasi (exploration) [6]. Namun

keterbatasan komunikasi dari ROV adalah yang membutuhkan jaringan kabel sebagai

penghubung antara operator dengan robot, sehingga sulit untuk menjangkau kondisi

lokasi yang sangat jauh.

Gambar 1.1. Contoh Remote Operated Underwater Vehicle (ROV)

(https://oceanservice.noaa.gov/facts/roveastbankgps.jpg)

Saat ini penelitian masuk kedaerah sistem autonomous. Robot AUV harus

dibekali dengan kemampuan dapat bernavigasi, penjajakan (tracking), kestabilan

(stability) dan manuver (manuvering) dan macam-macam gangguan dalam air tanpa

ada kendali pada manusia [9]. Salah satu aplikasi adalah pembuatan gambar 3D hiu

putih menggunakan AUV [5] dan pemetaan gunung es yang dilakukan dengan robot

AUV [12].


Kendali pergerakan AUV seperti kendali arah, kendali kedalaman [1][2],

kendali pitch, penjajakan [4] adalah kajian utama bidang para peneliti. Kendali

pergerakan yang baik adalah point penting agar menjamin AUV berhasil

menyelesaikan misi [8]. Namun, kinetika dari AUV memiliki karakteristik nonlinier,

model pergerakan tidak pasti dan banyak gangguan dari luar seperti arus air laut.

Terdapat beberapa macam metoda untuk kendali pergerakan AUV,

diantaranya dengan menggunakan metoda Fuzzy [7], Genetic Algorithm [8] dan salah

satu metoda yang populer digunakan adalah Proportional, Derivative dan Integral

PID [3]. PID memiliki kemudahan, praktis stabil dan realible, tetapi harus akurat

dalam pemodelan matematikanya sedangkan metoda FUZZY tidak membutuhkan

model akurat dari objek yang dikendalikan.

Oleh karena itu, pada penelitian kali ini, akan dirancang sebuah robot bawah

air dengan menerapkan gabungan antara kendali FUZZY-PID pada AUV untuk dapat

bernavigasi sesuai dengan arah dan posisi yang diinginkan. Penelitian dilakukan

dengan tahapan pemodelan, simulasi dan eksperimen.

Gambar 1.2 Research Road Map Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika

Seiring dengan tema penelitian ini, Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi

Mekatronika memiliki Research Road Map yang di dalam bagiannya mendukung

dengan tema penelitian ini, yaitu pada bidang Robotics yang dalam cabangnya terdapat

Unmanned System. Dengan begitu, penelitian ini merupakan salah satu cabang yang

mendukung dari Research Road Map Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika,

Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan.


1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang menjadi fokus penelitian ini adalah respon sistem setelah

melalui tahapan perancangan, pembuatan dan penerapan kendali Fuzzy-PID pada

robot AUV Parahyangan.

1.3 Batasan Masalah

Pada penelitian ini diperlukan batasan, sehingga penelitian dapat lebih terarah dan

lebih fokus pada hal yang akan diteliti. Batasan masalah penelitian kali ini dilakukan

pada saat ujicoba pada kondisi air yang diam.

1.4 Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah merancang, membuat dan menerapkan kendali

Fuzzy-PID pada robot AUV Parahyangan. Selain itu penelitian ini merupakan

pengembangan dosen muda dalam bidang penelitian.

1.5 Target Luaran

Terget luaran yang akan dicapai adalah sebagai berikut

1. Naskah artikel ilmiah yang akan dimasukan ke Jurnal Nasional Terakreditasi.

2. Sebagai pendukung mata ajar di perkuliahan Sistem Kendali Dasar, Elektronika

dan Praktikum Elektronika.


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Glider Underwater

Glider adalah salah satu tipe dari AUV yang menggunakan perubahan buoyancy

agar bergerak naik dan turun dalam air. Daya apung (buoyancy) adalah daya tekan ke

atas dari fluida/cairan terhadap suatu benda sebagian atau seluruhnya dicelupkan di

dalam fluida/ciran. Daya apung (bouyancy) ada 3 macam, yaitu :

1. Daya apung positif (positive bouyancy) yaitu bila suatu benda mengapung jika

massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair,

2. Daya apung negatif (negative bouyancy) yaitu bila suatu benda tenggelam jika

Massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair.

3. Daya apung netral (neutral bouyancy) yaitu bila benda dapat melayang jika

Massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair.

Glider dibuat agar dapat tenggelam, mengapung dan melayang dengan mengatur

berat dari Glider itu sendiri. Pengaturan masa Glider yaitu dengan cara memasukan

air kedalam tanki dan membuang air menggunakan pompa.

Gambar 2.1 Konsep Dasar Robot Glider AUV

Kelebihan dari Robot Glider adalah dari konsumsi energi, karena konsumsi

energi hanya digunakan untuk mengendalikan buoyancy engine dan variabel mass.

Selain itu, kelebihan dari glider adalah dapat bergerak kedalam air dengan kedalaman

tertentu dan dapat berjalan sampai dengan jarak yang sangat jauh.


2.2 Model Matematika dari AUV

Model matematika AUV memiliki enam derajat kebebasan dengan dua kerangka

koordinat [10][11]. Diantaranya adalah Pada Sumbu x terdiri dari 2 bagian, yaitu

Surge artinya AUV bergerak maju/mundur searah sumbu x. Roll merupakan gerak rotasi

terhadap sumbu x. Pada Sumbu y, Sway : artinya AUV bergerak ke samping searah

sumbu y. Pitch merupakan gerak rotasi terhadap sumbu y, gerakanya seperti

menganggukan kepala. Pada Sumbu z, Heave : artinya AUV bergerak ke atas/bawah

searah sumbu z. Yaw merupakan gerak rotasi terhadap sumbu z, gerakanya seperti

menggelengkan kepala.

Gambar 2.1 Kerangka Koordinat dari AUV [7]

Kerangka Koordinat AUV terdiri dari dua macam, yaitu kerangka koordinat

global dan kerangka koordinat AUV. Kerangka koordinat AUV berada pada Center

of Gravity dari robot AUV dan koordinat ini diukur dengan referensi kerangka

koordinat global. Kerangka koordinat AUV, terdiri dari enam koordinat kecepatan,

tiga secara translasi dan tiga secara rotasi. Berikut adalah vektor untuk kerangka

koordinat AUV.

𝜐 = [𝑢, 𝑣, 𝑤, 𝑝, 𝑞, 𝑟]𝑇

Dimana 𝜐1 = [𝑢, 𝑣, 𝑤]𝑇 adalah kecepatan translasi, diantaranya adalah sebagai

kecepatan surge, sway dan heave, dan 𝜐1 = [𝑝, 𝑞, 𝑟]𝑇 adalah kecepatan rotasi,

diantaranya adalah pergerakan roll, pitch dan yaw. Berikut adalah vektor untuk

kerangka koordinat global.

𝜂 = [𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝜙, 𝜃, 𝜓]𝑇


Dimana 𝜂1 = [𝑥, 𝑦, 𝑧]𝑇 adalah koordinat posisi dan 𝜂2 = [𝜙, 𝜃, 𝜓]𝑇 adalah

koordinat rotasi. Untuk memetakan antara dua buah kerangka koordinat, digunakan

Transformasi sudut Euler �̇� = 𝐽(𝜂)𝜈, Dimana 𝐽(𝜂) adalah matrik jacobian.

Pergerakan translasi robot menggunakan hukum newton

𝐹 = 𝑚𝑎

Dimana m adalah massa robot, dan a adalah percepatan dari center of massa

robot. Pergerakan rotasi robot dengan persamaan euler

𝑀𝑐 = 𝐼𝐶�̇� + 𝜔 x 𝐼𝐶

F adalah gaya eksternal dan 𝑀𝑐 yang termasuk gravitasi, buoyancy, propulsive

kendali, gaya hydrodynamic dan moment. Berdasarkan persamaan newton dan euler,

6 derajat kebebasan dari pergerakan AUV dapat dibuat persamaan dengan istilah

kerangka koordinat AUV :

𝑚[�̇� − 𝑣𝑟 + 𝑤𝑞 − 𝑥𝑔(𝑞2 + 𝑟2) + 𝑦𝑔(𝑝𝑞 − �̇�) + 𝑧𝑔(𝑝𝑟 + �̇�)] =∑𝑋𝑒𝑥𝑡

𝑚[�̇� − 𝑤𝑝 + 𝑢𝑟 − 𝑦𝑔(𝑟2 + 𝑝2) + 𝑧𝑔(𝑞𝑟 − �̇�) + 𝑥𝑔(𝑞𝑝 + �̇�)] = ∑𝑌𝑒𝑥𝑡

𝑚[�̇� − 𝑢𝑞 + 𝑣𝑝 − 𝑧𝑔(𝑝2 + 𝑞2) + 𝑥𝑔(𝑟𝑝 − �̇�) + 𝑦𝑔(𝑟𝑞 + �̇�)] = ∑𝑍𝑒𝑥𝑡

𝐼𝑥𝑥�̇� + (𝐼𝑧𝑧 − 𝐼𝑦𝑦)𝑞𝑟 + 𝑚[𝑦𝑔(�̇� − 𝑢𝑞 + 𝑣𝑝)] − 𝑧𝑔(�̇� − 𝑤𝑝 + 𝑢𝑟) =∑𝐾𝑒𝑥𝑡

𝐼𝑦𝑦�̇� + (𝐼𝑥𝑥 − 𝐼𝑧𝑧)𝑟𝑝 + 𝑚[𝑧𝑔(�̇� − 𝑣𝑟 + 𝑤𝑞)] − 𝑥𝑔(�̇� − 𝑢𝑞 + 𝑣𝑝) =∑𝑀𝑒𝑥𝑡

𝐼𝑧𝑧�̇� + (𝐼𝑦𝑦 − 𝐼𝑥𝑥)𝑝𝑞 + 𝑚[𝑦𝑔(�̇� − 𝑤𝑝 + 𝑢𝑟)] − 𝑦𝑔(�̇� − 𝑣𝑟 + 𝑤𝑞) =∑𝑁𝑒𝑥𝑡

Pada penelitian kali ini fokus pada pengendalian kedalaman robot. Untuk

pergerakan kedalaman robot, sudut pitch yang akan dikendalikan. Oleh karena itu,

persamaan diatas dapat diabaikan dari menurut [12].

⌊𝐼𝑦𝑦 −𝑀�̇� 0 0

0 1 00 0 1

⌋ [�̇��̇��̇�

] + [−𝑀𝑞 0 −𝑀𝜃

0 0 𝑈−1 0 0

] [𝑞𝑧𝜃] = [

𝑀𝛿𝑠

00]

𝐼𝑦𝑦 adalah momen inersia pada axis Y dan 𝑀𝜃, 𝑀𝑞, 𝑀�̇� adalah parameter

hidrodinamik. Dalam dibuat dalam bentuk state space �̇� = 𝐴𝑥 + 𝐵𝑢


[�̇��̇��̇�

] = [

𝑀𝑞

𝐼𝑦𝑦 −𝑀�̇�0 −

𝑀𝜃

𝐼𝑦𝑦 −𝑀�̇�

0 0 𝑈1 0 0

] [𝑞𝑧𝜃] + [

𝑀𝛿𝑠


00

] [𝛿𝑠]

Transfer Function untuk kendali pitch diperoleh dari persamaan state space

diatas.

𝜃(𝑠)

𝛿𝑠(𝑑)=

𝑀𝛿𝑠


𝑠2 −𝑀𝑞

𝐼𝑦𝑦 −𝑀�̇�𝑠 −

𝑀𝜃


2.3 Kendali PID

Sistem Kendali PID (Proportional Integral Derivative controller) merupakan

pengendali untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik

adanya umpan balik pada sistem tesebut (Feed back).

Sistem kendali PID terdiri dari tiga buah cara pengaturan yaitu kontrol P

(Proportional), D (Derivative) dan I (Integral), dengan masing-masing memiliki

kelebihan dan kekurangan. Dalam implementasinya masing-masing cara dapat bekerja

sendiri maupun gabungan diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol PID yang

perlu dilakukan adalah mengatur parameter P, I atau D agar tanggapan sinyal keluaran

sistem terhadap masukan tertentu sebagaimana yang diinginkan

Gambar 2.2. Diagram blok kendali PID

Kendali Kp adalah Konstanta Proporsional. Kp berlaku sebagai penguat (gain)

saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja pengendali. Aplikasi dasar

kendali P mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling

time. Kendali Ki adalah konstanta Integral, Kendali I dapat memperbaiki sekaligus

menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat

menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan

ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan

P

I

D

Proses Set Point Error

Feedback

Output

+ -

+ +

+


Koutput berosilasi karena menambah orde sistem. Kendali Kd digunakan untuk

memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kendali

Derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kendali

ini tidak akan bereaksi.

2.4 Kendali Fuzzy

Fuzzy Logic adalah suatu cabang ilmu Artificial Intellegence, yaitu suatu

pengetahuan yang membuat komputer dapat meniru kecerdasan manusia sehingga

diharapkan komputer dapat melakukan hal-hal yang apabila dikerjakan manusia

memerlukan kecerdasan.

Gambar 2.3. Diagram Blok Kendali Fuzzy

Ada tiga proses utama jika ingin mengimplementasikan fuzzy logic pada suatu

perangkat, yaitu fuzzifikasi, evaluasi rule, dan defuzzifikasi.

1. Fuzzification, merupakan suatu proses untuk mengubah suatu masukan dari

bentuk tegas (crisp) menjadi fuzzy yang biasanya disajikan dalam bentuk

himpunan-himpunan fuzzy dengan suatu fungsi kenggotaannya masing-masing.

2. Interference System (Evaluasi Rule), merupakan sebagai acuan untuk

menjelaskan hubungan antara variable-variabel masukan dan keluaran yang

mana variabel yang diproses dan yang dihasilkan berbentuk fuzzy. Untuk

menjelaskan hubungan antara masukan dan keluaran biasanya menggunakan

“IF-THEN”.

3. Defuzzification, merupakan proses pengubahan variabel berbentuk fuzzy

tersebut menjadi data-data pasti (crisp) yang dapat dikirimkan ke peralatan

pengendalian.


2.5 Arduino Uno

Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328 yang memiliki 14 pin

input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output

PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP

header, dan tombol reset. Agar mikrokontroler dapat digunakan, cukup dengan

menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB

atau listrik dengan AC yang-ke adaptor-DC atau baterai untuk menjalankannya.

Gambar 2.3. Arduino Uno

Berikut adalah spesifikasi Arduino Mega 2560

Tabel 2.1 Spesifikasi Arduino

Mikrokontroler ATmega2560

Tegangan Operasi 5V

Input Voltage (disarankan) 7-12V

Input Voltage (limit) 6-20V

Pin Digital I/O 14 (yang 6 pin digunakan sebagai output PWM)

Pins Input Analog 6

Arus DC per pin I/O 40 mA

Arus DC untuk pin 3.3V 50 mA

Flash Memory 32 KB (0.5 KB digunakan untuk bootloader)

SRAM 2 KB

EEPROM 1 KB

Clock Speed 16 MHz


BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tahapan-tahapan Penelitian

Pada penelitian ini terdapat beberapa tahapan penelitian, diantaranya :

1. Studi Literatur dan Tinjauan Pustaka

Pada tahap pertama dilakukan pengumpulan literatur-literatur yang

berhubungan dengan penelitian ini.

2. Pemodelan dan Simulasi Sistem

Pada tahap ini dilakukan Pemodelan dan simulasi sistem AUV. Simulasi

dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak MATLAB untuk menguji

sistem sebelum dilakukan eksperimen.

3. Pembuatan

Setelah melaksanakan simulasi, tahap selanjutnya adalah proses pembuatan.

Dimana proses ini adalah pengumpulan bahan, pembuatan serta perakitan

sistem.

4. Eksperimen dan Analisis

Pada tahap ini, robot AUV akan diujicobakan pada lapangan real dan

melakukan analisis untuk mengetahui terjadinya ketidaksesuaian antara

simulasi dan eksperimen.

5. Kesimpulan dan Saran

Setelah melaksanakan eksperimen dan analisis, akan disajikan kesimpulan dari

penelitian yang telah dilakukan dan saran-saran pengembangan dari penelitian

ini.

3.2 Lokasi Penelitian

Lokasi Pembuatan akan dilaksanakan di Laboratorium Elektronika Teknik Elektro

Konsentrasi Mekatronika di Gedung 10 dan pelaksanaan ujicoba akan dilaksanakan di

rooftop gedung 10 Universitas Katolik Parahyangan

3.3 Peubah yang diamati

Peubah yang diamati adalah perbandingan respon awal sebelum menggunakan metode

Fuzzy-PID dan setelah menggunakan metoda tersebut.


3.4 Rancangan penelitian

Perancangan Glider AUV terdiri dari komponen mekanik, elektrik dan kendali.

Pada perancangan mekanik, robot terdiri dari badan robot, penutup depan dan

belakang dan ditambah dengan saya di kiri dan di kanan.

Gambar 3.1 Perancangan Robot AUV Parahyangan tampak samping

Robot Glider yang dirancang bekerja mengatur berat massa jenis Glider supaya

robot dapat mengapung, tenggelam dan melayang. Selain itu, Glider dapat mengatur

sudut mengangguk (pitch) atau gerak rotasi terhadap sumbu y juga pergerakan Glider

hanya bisa maju pada sumbu x atau Surge.

Pergerakan Glider AUV dikendalikan menggunakan dua buah aktuator. Akuator

pertama digunakan untuk menarik air dari luar ke dalam tanki robot dan sebaliknya.

Penarikan air ini ditujukan untuk menambah massa jenis robot agar lebih besar dari

massa jenis air menggunakan tanki. Aktuator kedua digunakan untuk menentukan

sudut pitch dengan cara menggeserkan variabel massa.

Untuk sistem elektrik terdiri dari beberapa bagian, yaitu input berupa sensor,

proses berupa mikrokontroller dan terakhir adalah output yang berupa aktuator.

Gambar 3.2 Bagan Rancangan Sistem Elektrik

Sensor

IMU

Arduino

Uno

Stepper Motor

(Bouyancy)

Stepper Motor

(Variabel mass)

Sensor

Suhu

Sensor

Tekanan

Driver

Motor

Driver

Motor Sensor

Kompas

x

y

z


Pada Gambar 3.2. menunjukan komponen yang digunakan untuk penelitian kali

ini, diantaranya adalah sensor IMU, Sensor Suhu, Sensor Tekanan, Sensor Kompas,

Arduino Mega Uno, Driver Motor Stepper, Motor Stepper dan Batterai. Berikut adalah

penjelasan fungsi dan kegunaaan komponen.

a. Sensor Inertial Measurement Unit (IMU) digunakan untuk mengetahui sudut

dan orientasi robot Glider. Sensor IMU adalah instrumentasi elektronik yang

digunakan untuk mengukur kecepatan, orientasi, dan gaya gravitasi dengan

menggunakan accelerometer dan gyroscope. Accelerometer adalah sensor yang

digunakan untuk mengukur percepatan suatu objek. Accelometer mengukur

percepatan dynamic dan static.

b. Sensor Magnetometer adalah instrumen ilmiah yang digunakan untuk mengukur

kekuatan atau arah medan magnet di sekitar alat tersebut. Salah satu contoh

sensor magnetometer yang dapat digunakan adalah sensor HMC58883L

(tripleaxis magnetometer).

c. Sensor suhu digunakan untuk mengetahui temperature dalam robot. Jika

diperlukan sensor suhu ini juga dapat digunakan untuk mengetahui suhu didalam

air.

d. Sensor tekanan untuk mengetahui kedalaman robot,

e. Driver Motor stepper berfungsi sebagai piranti yang bertugas untuk menjalankan

motor baik mengatur arah putaran motor maupun kecepatan putar motor stepper.

f. Motor Stepper salah satu jenis motor DC yang dikendalikan dengan pulsa-pulsa

digital. Prinsip kerja motor stepper adalah bekerja dengan mengubah pulsa

elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit dimana motor stepper bergerak

berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor stepper tersebut. Motor

Stepper digunakan untuk menngatur bouyanci dan variable massa Glider.


BAB IV

JADWAL PELAKSANAAN

No Kegiatan

Bulan

Ket.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 Modelling dan Simulasi Sistem

Kebutuhan

3 orang

Pemodelan Sistem

Simulasi Sistem dengan Matlab

2 Pembelian Alat dan Bahan

3 Proses Pembuatan

Pembuatan Kontruksi AUV

Pembuatan Sistem Elektrik AUV

Sinkronisasi Kontruksi dan Sistem

Elektrik AUV

4 Uji Coba Sistem

Penerapan Kendali Fuzzy-PID

pada AUV

5 Evaluasi Sistem

6 Finishing Sistem

7 Pelaksanaan Eksperimen

Lapangan

8 Pengolahan dan Analisis Data

9 Penyusunan Laporan


BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

Setelah proses perancangan, tahapan selanjutnya adalah proses pembuatan Glider

AUV Parahyangan baik dari mekanik, elektrik dan kendali.

Pada pembuatan mekanik, terdapat beberapa material yang digunakan untuk

membuat robot glider AUV. Pada bagian luar, yaitu badan robot digunakan bahan dari

akrilik. Ukuran pipa akrilik silinder yang digunakan ini adalah berdiameter 12cm dan

dengan ketebalan 5mm. Bagian penutup 2 sisi menggunakan bahan nilon. Penyangga

untuk sayap menggunakan bahan abs yang dibuat menggunakan mesin 3d printer.

Ukuran robot Glider AUV adalah 75cm dan lebar 1,5 meter.

Gambar 5.1 Badan robot, penutup dan sayap Glider AUV

Pada bagian dalam robot terdapat pipa alumunium yang berfungsi sebagai

penyangga komponen-komponen, diantaranya motor stepper, variable massa, dan

sistem elektrik pada Gambar 3.3.

Gambar 5.2 Bagian dalam Robot Glider AUV


Sistem elektrik pada robot Glider AUV terdiri beberapa bagian, diantaranya input,

proses dan output

Gambar 5.3 Bagan Rancangan Sistem Elekrik Glider AUV

Pada Gambar 3.3 menunjukan komponen yang digunakan untuk penelitian kali

ini, diantaranya adalah sensor BMP 280 baromectric pressure, GY 273 3 Axis

Magnometer Compass, GY 571 6 Axis accelerometer, gyroscope, DS3231 RTC,

Arduino Uno, Modul LCD dengan i2c, Modul micro SD, Driver Motor Servo, Motor

stepper Nema 17, NE555 Frekuensi adjustable dan Batterai.

Komunikasi yang digunakan dari beberapa sensor diatas adalah Inter Integrated

Circuit (i2c). I2C adalah standar komunikasi serial dua arah menggunakan dua saluran

yang didisain khusus untuk mengirim maupun menerima data. Sistem I2C terdiri dari

saluran SCL (Serial Clock) dan SDA (Serial Data) yang membawa informasi data

antara I2C dengan pengontrolnya.

Untuk menggerakan buoyancy dan variable massa digunakan Motor Stepper.

Motor Stepper yang digunakan menggunakan tipe Nema 17 yang memiliki torsi

4kg/cm dan 1.8 deg/step. Sebelum menghubungkan dari Arduino Uno ke stepper

motor, digunakan driver motor stepper Toshiba TB6560. Pada modul driver motor

dibutuhkan sebuah frekuensi generator NE555 sebagai clock eksternal untuk

mengaktifkan motor stepper. Tegangan yang dibutuhkan untuk stepper motor ini

adalah 12 V.


Baterai yang digunakan adalah baterai lippo ddengan 3 sell 5200mAh dan

11,7 V. Tegangan 5 volt didapatkan dengan menghubungkan baterai lippo dengan

modul step down regulator LM2596.

Sistem Kendali

Pengendalian Glider AUV menggunakan kendali Fuzzy -PID.

Gambar 5.4 Diagram Blok Kendali Glider AUV

Kendali Fuzzy menggunakan variabel lingusitik sebagai inputnya dan

mengahasilkan nilai crisp sebagai output setelah proses defuzzufikasi. Input dari fuzzy

ini adalah error (e) dan perubahan error (∆e). Error (e) adalah perbedaan antara sudut

pitch robot yang diinginkan dengan sudah yang sudah dicapai oleh robot tersebut.

Gambar 5.5 Kendali Fuzzy Logika

Proses pertama pada kendali fuzzy adalah fuzzification. Fuzzification adalah

proses mengubah nilai input Crisp menjadi Fuzzy Input. Terdapat beberapa metode

fuzzifier, 3 diantaranya yaitu: Singleton fuzzifier, Gausian fuzzifier dan Triangular

fuzzifier. Pada penelitian ini menggunakan Triangular fuzzifier.

Fuzz

ific

atio

n Inference

Mechanism

De

fuzz

ific

atio

n

Rule-base

Depth Error

Rate of Change in

Depth Error

y

Input Fuzzy Logic Controller Output


Gambar 5.6 Fuzzification fungsi segitiga

Fungsi keanggotaan (membership function) adalah suatu kurva yang

menunjukkan pemetaan titik-titik input data ke dalam nilai keanggotaannya yang

memiliki interval antara 0 sampi 1. Membership function dinyatakan dalam variabel

linguistik. Pada penelitian kali ini fungsi keanggotaan terdiri dari Negatif Big (NB),

Negatif Small (NS), Zero (Z), Positif Small (PS) dan Positif Big (PB). Membership

Function (MFs) pada penelitian ini ada 2, yaitu error (e) dan perbuahan error (∆e).

(a)

(b)

(c)

Gambar 3.7 (a) Input error (b) Input perubahan error (c) Output


Setelah dilakukan fuzzifikasi untuk setiap masukan dan keluaran, maka

langkah berikutnya yaitu membuat aturan (rule base). Rule Base berisikan sekumpulan

pernyataan fuzzy dalam bentuk IF…THEN. Rule base ini terdiri dari kumpulan aturan

yang berbasis logika fuzzy untuk menyatakan suatu kondisi.

Tabel 1. Fuzzy Rule base

∆e

E

NB NS Z PS PB

NB NVB NB NM NS Z

NS NB NM NS Z PS

Z NM NS Z PS PM

PS NS Z PS PM PB

PB Z PS PM PB PVB

Fungsi dari Inference adalah mengolah Fuzzy input yang di dapat dari

Fuzzifikasi menjadi Fuzzy output. Fuzzy inference didasarkan pada prinsip min-max.

𝜇𝑅(𝑥, 𝑦) = min(𝜇𝐴(𝑥, 𝑦), 𝜇𝐵(𝑥, 𝑦))

Misalkan nilai error adalah 2.5 dan perubahan error adalah -0.5. Error dapat

diklasifikasikan pada Positif Small (PS) dan Positif Big (PB). Setelah menggunakan

persamaan pada Gambar 3.4. , Maka nilai PS adalah 0.75 dan PB adalah 0.25.

sedangkan perubahan error diklasifikasikan pada Negatif Small (NS) dengan nilai

0.33 dan Zero (Z) adalah 0.67. Dengan menggunakan persamaan diatas, maka output

adalah 0.33.

Gambar 5.8 Fuzzy Inference Mechanism

error Perubahan

Error Output

0.75

min 0.33 0.33


Defuzzyfication adalah hasil dari proses inference yang berupa Fuzzy Output

diubah menjadi Crisp Output. Cara untuk me-defuzzifikasi ada banyak cara antara lain

metode centroidal, metode height, metode first (or last) of maxima, metode mean-

max, weighted average, dll. Pada penelitian kali ini menggunakan metode centroidal

yang menghasilkan output crisp.

Setelah proses pembuatan, tahapan selanjutnya yaitu pengujian. Pengujian

dilakukan dari mekanik, elektrik dan pengendali. Namun pada penelitian kali ini,

Pengujian dilakukan hanya dari sistem elektrik dan kendali Fuzzy, yaitu dengan cara

menguji pendeteksian sensor-sensor, komunikasi i2c, kendali di Arduino Uno,

mekanisme buoyancy dan variable massa beserta aktuatornya.

Gambar 5.9 Uji coba sistem elektrik dan kendali kondisi awal

Posisi awal robot di-set kondisi datar dengan kemiringan 0 derajat. Sudut

kemiringan yang diinginkan dimisalkan 30 derajat. Sudut kemiringan ini dapat

dideteksi oleh sensor IMU dan setelah itu, mengirimkan informasi kemiringan ini ke

Arduino Uno menggunakan komunikasi i2c.

Gambar 5.10 Uji coba sistem elektrik dan kendali kondisi akhir

Pada Arduino Uno telah dimasukan kendali Fuzzy, maka terdapat error

sebesar ± 30 derajat. Output dari fuzzy ini langsung mengaktifkan stepper motor untuk

menggeser posisi variable massa supaya robot menjadi posisi yang diinginkan.

Setelah variable massa bergeser, posisi robot menjadi memiliki kemiringan 30 derajat.


BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Robot Glider AUV Parahyangan meliputi perancangan, pembuatan mekanik,

sistem elektrik dan sistem kendali. Glider AUV menggunakan dua buah aktuator

yaitu digunakan buoyancy engine dan variable massa.

Dari hasil uji coba sementara, sistem elektrik dan kendali Fuzzy Glider AUV

telah berfungsi dengan baik, dengan menggunakan sensor yang telah terpasang dan

dapat menggerakan motor variabel massa sehingga robot dapat berada kembali pada

posisi yang diinginkan.

5.2 Saran

Dari hasil penelitian ini, tedapat beberapa hal yang harus dikembangkan lebih

lanjut, diantaranya.

1. Memodelkan sistem Glider AUV Parahyangan agar mendapatkan performa

maksimal dalam perancangan pengendaliannya

2. Ujicoba lapangan secara langsung pada kolam, sehingga alat tersebut dapat

teruji dengan baik.

3. Perlu pengembangan lebih lanjut dengan berbagai inovasi dan perbandingan

algoritma supaya memperkaya teknologi Glider AUV


DAFTAR PUSTAKA

[1] Gao, Cheng, Yang, 2016, Depth Control for Underactuated AUV in Vertical

Plane Using Optimal Internal Model Controller, Chinese Control and

Decision Conference.

[2] H. Bo, T. Hain dkk, 2013, A Fuzzy-PID Method to Improve the Depth Control

of AUV, International Conference on Mechatronics and Automation.

[3] J. Kim, W. Baekl, 2015, Way-point tracking for a Hovering AUV by PID

controller, International Conference on Control, Automation and Systems.

[4] J. Zhibin, L. Tiejun, dkk, 2016, Diving Control of Autonomous Underwater

Vehicle Based on Cascade Control and Tracking Differentiator, OCEANS -

Shanghai

[5] L. Kukulya, Padilla, 2015, 3D Real-time Tracking, Following and Imaging of

White Sharks with an Autonomous Underwater Vehicle: OCEANS - Genova.

[6] Li, Huiping, Shi, Yang, 2016, Receding Horizon Formation Control of

Nonholonomic Autonomous Underwater Vehicles, Chinese Control

Conference.

[7] N. Tiwari, L. M. Waghmare, P. Krishnankutty, 2016, Single Input Fuzzy Logic

Controller tuning for Steering Control of Autonomous Underwater Vehicle:

Genetic Algorithm Approach, Indian Institute of Technology Hyderabad.

[8] Q. Chen, T. Chen, 2009, Research of GA-based PID for AUV Motion Control,

International Conference on Mechatronics and Automation.

[9] S. Patel, K. Kumar, dkk, 2015, Design of Fuzzy Logic Based Controller with

Pole Placement for the Control of Yaw Dynamics of an Autonomous

Underwater Vehicle, Annual IEEE India Conference (INDICON).

[10] T. 1. Fossen, 2002, Marine Control System, Marine Cybernetics.

[11] T. I. Fossen, 1994,Guidance and Control of Ocean Vehicles, John Wiley and

Sons.

[12] Timothy P., Verification of a Six-Degree of Freedom for the Simulation of

REMUS Autonomous Underwater Vehicle”, Massachusetts Institute of

Technology, November 2001.

[13] W. Kimball, M. Rock, 2015, Mapping of Translating, Rotating Icebergs With

an Autonomous Underwater Vehicle, JOURNAL OF OCEANIC

ENGINEERING VOL. 40, NO. 1.

http://ieeexplore.ieee.org/xpl/mostRecentIssue.jsp?punumber=7480733


http://ieeexplore.ieee.org/search/searchresult.jsp?searchWithin=%22Authors%22:.QT.Amy%20L.%20Kukulya.QT.&newsearch=true


autonomous underwater vehicle (auv) parahyangan

Documents