PENERAPAN SISTEM FUZZY UNTUK DIAGNOSIS CAMPURAN

PENERAPAN SISTEM FUZZY UNTUK DIAGNOSIS CAMPURAN
BAHAN BAKAR DAN UDARA PADA MOBIL F15 GURT
SKRIPSI
Diajukan Kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Negeri Yogyakarta
untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan
guna Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Oleh:
Laila Wahyu Trimartanti
NIM. 12305144017
PROGRAM STUDI MATEMATIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
OKTOBER 2016
PENERAPAN SISTEM FUZZY UNTUK DIAGNOSIS CAMPURAN
BAHAN BAKAR DAN UDARA PADA MOBIL F15 GURT
SKRIPSI
Diajukan Kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Negeri Yogyakarta
untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan
guna Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Oleh:
Laila Wahyu Trimartanti
NIM. 12305144017
PROGRAM STUDI MATEMATIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
OKTOBER 2016
i
ii
iii
iv
MOTTO
“BUKANLAH ORANG YANG KUAT ITU YANG MENANG DALAM
GULAT, SESUNGGUHNYA ORANG YANG KUAT ITU YANG MAMPU
MENAHAN AMARAHNYA.”
(Hr. Bukhari, Muslim, Ahmad)
“KEUTAMAAN ORANG YANG BERILMU DENGAN AHLI IBADAH
SEPERTI KEUTAMAAN BULAN PURNAMA ATAS SELURUH
BINTANG-BINTANG.”
(HR. Abu Na’im)
v
PERSEMBAHAN
Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT, sehingga saya dapat
menyelesaikan skripsi ini. Karya ini saya persembahkan untuk:
Kedua orang tua, Bapak Sukir dan Ibu Sudinem yang senantiasa mendo’akan ,
memberikan semangat dan kasih sayang serta dukungan sehingga karya ini dapat
terselesaikan dengan baik.
Kedua kakak, Nur Susi Yanuantari dan Dwi Nova Siti Handayani yang selalu
menyemangati untuk segera menyelesaikan karya ini.
Zen, Una, Triyanti, Mita, Weni, Desy, Afif, dan Najib pejuang skripsi dengan
dosen pembimbing yang sama , akhirnya terselesaikan juga karya ini
Mada, Isas, Ratih, Anita, Rini, dan Dinda yang telah memberikan banyak
semangat untuk menyelesaikan karya ini dan terimakasih untuk segalanya
Mbak A’yun, Mbak Tiar, Mas Muh, Mas Najib, Mas Aan, dan Mas Wayan,
terima kasih atas mimpi-mimpi yang telah kalian tularkan
Keluarga MATSWA 2012, terimakasih atas segala ilmu, kenangan,
kebersamaan dan bantuan selama 4 tahun ini. Semoga kita dapat menjadi
pribadi yang lebih baik dan bermanfaat untuk orang lain.
Keluarga UKM Rekayasa Teknologi UNY, Garuda UNY Racing Team, BSO
Himatika FMIPA UNY dan seluruh kawan dalam berorganisasi, terimakasih atas
pembelajaran selama ini
vi
PENERAPAN SISTEM FUZZY UNTUK DIAGNOSIS CAMPURAN
BAHAN BAKAR DAN UDARA PADA MOBIL F15 GURT
Oleh
Laila Wahyu Trimartanti
NIM. 12305144017
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui proses mendapatkan campuran
stoichiometric pada mobil F15 GURT, mengetahui penerapan sistem fuzzy untuk
diagnosis campuran bahan bakar dan udara pada mobil F15 GURT dan
mengetahui tingkat keakurasian sistem fuzzy yang digunakan. Air Fuel Ratio
merupakan perbandingan antar massa molekul senyawa dalam proses
pembakaran. Perbandingan antara jumlah udara sesungguhnya dengan nilai teori
stoichiometric disebut lambda. Diperlukan diagnosis untuk mengetahui campuran
bahan bakar yang ideal. Sistem fuzzy dengan tingkat akurasi yang baik dapat
digunakan untuk mendiagnosis campuran bahan bakar dan udara pada mobil. Data
yang digunakan untuk penelitian diperoleh dari tim mobil yang berada di
Universitas Negeri Yogyakarta, yaitu Garuda UNY Racing Team.
Penelitian ini mendapatkan perbandingan yang ideal ketika terdapat 15,1
gr udara untuk setiap 1 gr bahan bakar sehingga dapat menghasilkan campuran
stoichiometric ketika nilai lambda sebesar 1. Penelitian ini menggunakan sistem
fuzzy dengan 2 variabel input, yaitu error dan delta error. Variabel output
diklasifikasikan menjadi 3 himpunan fuzzy rich, stoichiometric dan lean. Data
yang digunakan sebanyak 180 data terdiri atas 113 data digunakan untuk data latih
dan 67 data digunakan untuk data uji. Proses inferensi menggunakan Metode
Mamdani dan pada proses defuzzifikasi menggunakan Metode Centroid. Sistem
fuzzy kemudian diimplementasikan menggunakan Graphical User Interface
(GUI).
Tingkat keakurasian sistem fuzzy untuk diagnosis campuran bahan bakar
dan udara pada mobil F15 GURT mencapai 85% pada data latih dan 90% pada
data uji. Penerapan sistem fuzzy yang digunakan pada penelitian ini dengan nilai
lambda yang berada di sekitar 1 dapat dikatakan mampu untuk mendiagnosis
campuran bahan bakar dan udara pada mobil F15 GURT.
Kata kunci: Metode Centroid, Metode Mamdani, Mobil F15 GURT, Sistem
Fuzzy, Stoichiometric
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
memberikan Rahman dan Rahiim-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
tugas akhir skripsi ini. Skripsi yang berjudul “Penerapan Sistem Fuzzy untuk
Diagnosis Campuran Bahan Bakar dan Udara pada Mobil F15 GURT”
disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan guna meraih gelar Sarjana
Sains pada Program Studi Matematika, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Yogyakarta.
Penyelesaian skripsi ini tidak terlepas dari kendala, namun kendala
tersebut dapat teratasi dengan bimbingan, saran dan dukungan dari berbagai
pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. Hartono, selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Universitas Negeri Yogyakarta yang telah memberikan kelancaran
pelayanan dalam urusan akademik.
2. Bapak Dr. Ali Mahmudi, M. Pd, selaku Ketua Jurusan Pendidikan
Matematika,Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas
Negeri Yogyakarta yang telah memberikan kelancaran pelayanan dalam
urusan akademik.
3. Bapak Dr. Agus Maman Abadi, M.Si, selaku Ketua Program Studi
Matematika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas
Negeri Yogyakarta dan dosen pembimbing yang telah dengan sabar
memberikan arahan, bimbingan dan motivasi kepada penulis.
viii
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .......................................................................................
i
PERSETUJUAN .............................................................................................
ii
PENGESAHAN ................................................................................................
iii
PERNYATAAN ................................................................................................
iv
MOTTO ...........................................................................................................
v
PERSEMBAHAN ...........................................................................................
vi
ABSTRAK ....................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ..................................................................................... viii
DAFTAR ISI ....................................................................................................
x
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xiv
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah ........................................................................
1
B. Batasan Masalah ...................................................................................
5
C. Rumusan Masalah .................................................................................
5
D. Tujuan Penelitian ..................................................................................
6
E. Manfaat Penelitian ................................................................................
6
BAB II KAJIAN TEORI
A. Logika Fuzzy .........................................................................................
7
1. Pengertian Fuzzy Logic ...................................................................
7
2. Himpunan Tegas .............................................................................
8
3. Himpunan Fuzzy .............................................................................
8
4. Fungsi Keanggotaan ........................................................................
9
5. Operasi Pada Himpunan Fuzzy ....................................................... 12
B. Sistem Fuzzy ......................................................................................... 14
x
1. Fuzzifikasi ....................................................................................... 15
2. Aturan Fuzzy ................................................................................... 15
3. Inferensi Fuzzy ................................................................................ 16
4. Defuzzifikasi ................................................................................... 17
C. Pengujian Sistem Fuzzy ........................................................................ 18
D. Toolbox Fuzzy Pada Matlab (Matrix Laboratory) ................................ 19
1. Pengertian MATLAB ...................................................................... 19
2. Fuzzy Logic Toolbox ....................................................................... 19
3. Graphical User Interface ................................................................. 22
E. Pembakaran ........................................................................................... 23
1. Pembakaran Normal ......................................................................... 23
2. Pembakaran Tidak Normal .............................................................. 23
F. Bahan Bakar .......................................................................................... 23
G. Konsep Reaksi Pembakaran .................................................................. 25
H. Perbandingan Udara dengan Bahan Bakar ........................................... 26
I. Electronic Control Unit ........................................................................ 29
J. Mobil F15 .............................................................................................. 31
1. Powertrain ...................................................................................... 32
2. Mesin ............................................................................................... 32
3. Kelistrikan ........................................................................................ 32
4. Intake and Exhaust ........................................................................... 33
5. Drivetrain ......................................................................................... 34
6. Kemudi, Rem dan Suspensi ............................................................. 34
7. Rangka ............................................................................................. 34
8. Body ................................................................................................. 35
K. Garuda UNY Racing Team (GURT) .................................................... 35
L. Penelitian-penelitian terlebih dahulu .................................................... 36
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
A. Teknik Pengumpulan Data ECU ............................................................ 38
B. Teknik Analisis Data ECU .................................................................... 38
xi
C. Perencanaan Layar Aplikasi................................................................... 39
BAB IV PEMBAHASAN
A. Analisis Pembakaran pada Bahan Bakar ............................................... 41
B. Perhitungan diagnosis campuran bahan bakar dan udara ...................... 43
1. Identifikasi Data ECU ...................................................................... 43
a. Variabel Input ........................................................................... 43
b. Variabel output .......................................................................... 44
2. Pendeskripsian himpunan fuzzy pada variabel input dan output .... 45
a. Variabel Input ........................................................................... 45
b. Variabel output (𝑜) .................................................................... 48
3. Pembentukan Aturan Fuzzy ............................................................ 49
4. Inferensi Fuzzy Metode Mamdani .................................................. 51
5. Defuzzifikasi ................................................................................... 52
6. Hasil Pembahasan ........................................................................... 54
a. Hasil Sistem Fuzzy pada Data Latih ......................................... 54
b. Hasil Sistem Fuzzy pada Data Uji ............................................. 55
7. Analisis Pengujian Sistem ............................................................... 56
8.
Sistem Diagnosis Menggunakan Graphical User Interface (GUI)
58
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan ...........................................................................................
60
B. Saran ..................................................................................................... 61
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 62
LAMPIRAN ..................................................................................................... 64
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Hasil pengelompokan himpunan fuzzy lambda data pertama ............ 51
Tabel 4.2 Hasil diagnosis campuran bahan bakar dan udar adata latih ............. 57
Tabel 4.3 Hasil diagnosis campuran bahan bakar dan udara data uji ................ 57
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Representasi Kurva linier turun ................................................... 10
Gambar 2.2. Representasi Kurva linier naik ..................................................... 11
Gambar 2.3. Representasi Kurva Segitiga ........................................................ 11
Gambar 2.4. Representasi Kurva Trapesium .................................................... 12
Gambar 2.5. Susunan Sistem Fuzzy (Wang, 1997) ........................................... 14
Gambar 2.6. Tampilan FIS Editor .................................................................... 20
Gambar 2.7. Membership Function Editor ....................................................... 20
Gambar 2.8. Rule Editor ................................................................................... 21
Gambar 2.9. Rule Viewer .................................................................................. 21
Gambar 2.10. Surface Viewer ............................................................................ 22
Gambar 2.11. Halaman baru GUI ..................................................................... 22
Gambar 2.12. Pengaruh campuran bahan bakar dan udara terhadap power ..... 28
Gambar 2.13. Pengaruh campuran bahan bakar dan udara terhadap efisiensi ... 28
Gambar 2.14. Motec M400 ............................................................................... 31
Gambar 3.1. Langkah-langkah penelitian ......................................................... 39
Gambar 3.2. Tampilan Rancangan Layar Grapichal User Interface (GUI) ..... 39
Gambar 4.1. Representasi himpunan fuzzy variabel error ................................. 46
Gambar 4.2. Representasi himpunan fuzzy variabel delta error ........................ 48
Gambar 4.3. Representasi himpunan fuzzy variabel output .............................. 49
Gambar 4.4. Hasil defuzzifikasi sistem fuzzy ................................................... 54
Gambar 4.5. Perbandingan nilai lambda pada data latih ................................... 55
Gambar 4.6. Perbandingan nilai lambda pada data uji ...................................... 55
Gambar 4.7. Hasil implementasi pada GUI dari sistem fuzzy ........................... 59
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Data ECU pada data latih ............................................................... 65
Lampiran 2 Data ECU pada data uji .................................................................. 68
Lampiran 3 Script Matlab pada GUI ................................................................. 70
Lampiran 4 Aturan sistem fuzzy berdasarkan data latih ..................................... 75
Lampiran 5 Pengujian sistem fuzzy data latih .................................................... 76
Lampiran 6 Pengujian sistem fuzzy data uji ....................................................... 81
Lampiran 7 Langkah-langkah sistem fuzzy dengan Matlab R2013a.................. 85
Lampiran 8 Langkah-langkah diagnosis dengan GUI: ...................................... 88
Lampiran 9 Gambar penampang mobil F15 GURT .......................................... 90
Lampiran 10 Gambar Sistem Periodeik Unsur .................................................. 93
xv