Estimasi Koefisien Hidrodinamika Kapal X dengan Twin-Propeller Twin-Rudder Menggunakan Metode Extended H∞ Filter
Total View This Week0
Total View This Week0
Institusion
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Author
Jannah, Luluk Wardatul
Subject
VM161 Ships--Hydrodynamics
Datestamp
2023-07-31 01:14:19
Abstract :
Kapal merupakan salah satu transportasi yang paling sering digunakan. Pentingnya peran kapal dalam kehidupan membuat jumlah transportasi ini semakin meningkat sehingga menyebabkan risiko kecelakaan di perairan. Salah satu cara untuk mencegah terjadinya insiden tersebut adalah melakukan penelitian mengenai kemampuan manuver kapal. Kemampuan manuver kapal dapat digambarkan dan dianalisa melalui pemodelan matematika. Salah satu komponen dalam pemodelan matematika gerak kapal adalah koefisien hidrodinamika. Koefisien hidrodinamika ini digunakan untuk memprediksi gerakan kapal. Untuk memperoleh koefisien hidrodinamika, maka dapat menggunakan metode identifikasi sistem. Dalam penelitian ini, metode identifikasi yang digunakan adalah metode Extended H? Filter dengan data pengukuran yang digunakan merupakan data hasil uji coba FRM Kapal Perang Extended Korvet Sigma TPTR. Uji FRM dilakukan dengan memasang sensor pada kapal dan kapal dibiarkan bergerak bebas pada perairan yang tenang. Sensor tersebut digunakan dalam melacak pergerakan kapal dan data hasil pergerakan kapal direkam oleh GPS dan IMU. Data hasil uji FRM berupa latitude dan longitude yang akan diubah menjadi koordinat posisi sumbu-x, y (, xy), data sudut yaw (?), serta data kecepatan sudut yaw (r). Penelitian ini bertujuan untuk mengestimasi koefisien hidrodinamika dengan pergerakan kapal 3 DOF, yaitu surge, sway, yaw. Metode Extended H? Filter digunakan dalam estimasi model persamaan gerak kapal dengan bantuan software Matlab R2022b, dimana parameter yang diestimasi diasumsikan tidak diketahui dengan pasti. Hasil estimasi menggunakan metode EH? memiliki nilai RMSE yang kecil, yaitu RMSE r = 0.4119, x = 0.0016, y = 0.0050, dan ? = 0.0012. Lintasan yang diperoleh dari hasil estimasi metode ini juga memiliki RMSE yang kecil, yaitu 0.0037. Oleh sebab itu, metode EH? cukup akurat dalam mengestimasi variabel dan parameter, serta memprediksi lintasan pergerakan kapal. Selanjutnya, hasil estimasi tersebut digunakan dalam metode regresi linier untuk mendapatkan nilai koefisien hidrodinamika. Selain itu, dilakukan juga perhitungan gaya dan momen pada propeller dan rudder dengan menggunakan software Matlab R2022b, dimana gaya dan momen ini dibutuhkan dalam metode regresi linier untuk memperoleh koefisien hidrodinamika. ==================================================================================================================================== Ships are one of the most frequently used modes of transportation. The importance of ships in daily life has led to an increase in the number of ships, which in turn has resulted in risks of accidents at sea. One way to prevent this from happening is to conduct research on the ship maneuverability. Ship maneuverability can be described and analyzed through mathematical modeling. One component in the mathematical modeling of ship motion is hydrodynamic coefficients. These coefficients are used to predict the motion of a ship. To obtain hydrodynamic coefficients, the system identification method can be used. In this study, the Extended H? Filter method is used for system identification, and the measurement data used is the result of the FRM (Free Running Model) test of Ship X TPTR. The FRM test is conducted by placing sensors on the ship and allowing it to move freely in calm waters. These sensors are used to track the ship?s movements, and the resulting data is recorded by GPS and IMU. The FRM test data consists of latitude and longitude, which are converted into x and y-axis position coordinates (x, y), yaw angle data (?), and yaw angular velocity data (r). This study aims to estimate the hydrodynamic coefficients for the 3 degrees of freedom (DOF) ship motion, namely surge, sway, and yaw. The Extended H? Filter method is used to estimate the ship motion equation model with the help of MATLAB R2022b software, assuming that the estimated parameters are not precisely known. The estimation results using the EH? method have small RMSE (Root Mean Square Error) values, namely RMSE r = 0.4119, x = 0.0016, y = 0.0050, and ? = 0.0012. The trajectory obtained from the estimation results also has a small RMSE of 0.0037. Therefore, the EH? method is accurate enough in estimating variables and parameters, as well as predicting ship motion trajectories. Furthermore, these estimation results are used in the linear regression method to obtain the hydrodynamic coefficients. Additionally, calculations of forces and moments on the propeller and rudder are performed using MATLAB R2022b software, as these forces and moments are needed in the linear regression method to obtain the hydrodynamic coefficients.
Kapal merupakan salah satu transportasi yang paling sering digunakan. Pentingnya peran kapal dalam kehidupan membuat jumlah transportasi ini semakin meningkat sehingga menyebabkan risiko kecelakaan di perairan. Salah satu cara untuk mencegah terjadinya insiden tersebut adalah melakukan penelitian mengenai kemampuan manuver kapal. Kemampuan manuver kapal dapat digambarkan dan dianalisa melalui pemodelan matematika. Salah satu komponen dalam pemodelan matematika gerak kapal adalah koefisien hidrodinamika. Koefisien hidrodinamika ini digunakan untuk memprediksi gerakan kapal. Untuk memperoleh koefisien hidrodinamika, maka dapat menggunakan metode identifikasi sistem. Dalam penelitian ini, metode identifikasi yang digunakan adalah metode Extended H? Filter dengan data pengukuran yang digunakan merupakan data hasil uji coba FRM Kapal Perang Extended Korvet Sigma TPTR. Uji FRM dilakukan dengan memasang sensor pada kapal dan kapal dibiarkan bergerak bebas pada perairan yang tenang. Sensor tersebut digunakan dalam melacak pergerakan kapal dan data hasil pergerakan kapal direkam oleh GPS dan IMU. Data hasil uji FRM berupa latitude dan longitude yang akan diubah menjadi koordinat posisi sumbu-x, y (, xy), data sudut yaw (?), serta data kecepatan sudut yaw (r). Penelitian ini bertujuan untuk mengestimasi koefisien hidrodinamika dengan pergerakan kapal 3 DOF, yaitu surge, sway, yaw. Metode Extended H? Filter digunakan dalam estimasi model persamaan gerak kapal dengan bantuan software Matlab R2022b, dimana parameter yang diestimasi diasumsikan tidak diketahui dengan pasti. Hasil estimasi menggunakan metode EH? memiliki nilai RMSE yang kecil, yaitu RMSE r = 0.4119, x = 0.0016, y = 0.0050, dan ? = 0.0012. Lintasan yang diperoleh dari hasil estimasi metode ini juga memiliki RMSE yang kecil, yaitu 0.0037. Oleh sebab itu, metode EH? cukup akurat dalam mengestimasi variabel dan parameter, serta memprediksi lintasan pergerakan kapal. Selanjutnya, hasil estimasi tersebut digunakan dalam metode regresi linier untuk mendapatkan nilai koefisien hidrodinamika. Selain itu, dilakukan juga perhitungan gaya dan momen pada propeller dan rudder dengan menggunakan software Matlab R2022b, dimana gaya dan momen ini dibutuhkan dalam metode regresi linier untuk memperoleh koefisien hidrodinamika. ==================================================================================================================================== Ships are one of the most frequently used modes of transportation. The importance of ships in daily life has led to an increase in the number of ships, which in turn has resulted in risks of accidents at sea. One way to prevent this from happening is to conduct research on the ship maneuverability. Ship maneuverability can be described and analyzed through mathematical modeling. One component in the mathematical modeling of ship motion is hydrodynamic coefficients. These coefficients are used to predict the motion of a ship. To obtain hydrodynamic coefficients, the system identification method can be used. In this study, the Extended H? Filter method is used for system identification, and the measurement data used is the result of the FRM (Free Running Model) test of Ship X TPTR. The FRM test is conducted by placing sensors on the ship and allowing it to move freely in calm waters. These sensors are used to track the ship?s movements, and the resulting data is recorded by GPS and IMU. The FRM test data consists of latitude and longitude, which are converted into x and y-axis position coordinates (x, y), yaw angle data (?), and yaw angular velocity data (r). This study aims to estimate the hydrodynamic coefficients for the 3 degrees of freedom (DOF) ship motion, namely surge, sway, and yaw. The Extended H? Filter method is used to estimate the ship motion equation model with the help of MATLAB R2022b software, assuming that the estimated parameters are not precisely known. The estimation results using the EH? method have small RMSE (Root Mean Square Error) values, namely RMSE r = 0.4119, x = 0.0016, y = 0.0050, and ? = 0.0012. The trajectory obtained from the estimation results also has a small RMSE of 0.0037. Therefore, the EH? method is accurate enough in estimating variables and parameters, as well as predicting ship motion trajectories. Furthermore, these estimation results are used in the linear regression method to obtain the hydrodynamic coefficients. Additionally, calculations of forces and moments on the propeller and rudder are performed using MATLAB R2022b software, as these forces and moments are needed in the linear regression method to obtain the hydrodynamic coefficients.
Download
book
BibTex
Latex, Jabref
cloud_download
Original Resource
url resource Institution
