Fault Tolerant Model Predictive Control (FTMPC) pada Kapal Tanpa Awak dengan Pengaruh Cyber Attack

Lutfiani, Fadia Nila Sihan Novita (2024) Fault Tolerant Model Predictive Control (FTMPC) pada Kapal Tanpa Awak dengan Pengaruh Cyber Attack. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6002212002-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2026. Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Sensor pada sistem navigasi kapal tanpa awak atau unmanned surface vessel (USV) rawan terhadap cyber attack berupa spoofing dan jamming. Terjadinya cyber attack mengakibatkan kapal kehilangan kemampuan dalam melakukan navigasi yang akurat dan lebih lanjut dapat menyebabkan insiden berupa bertabrakan dengan kapal lain, bangunan, maupun lingkungan sekitar. Ancaman kebocoran data-data yang bersifat rahasia dan kerugian finansial juga tidak dapat dihindarkan. Oleh karena itu, penting untuk memastikan bahwa sensor pada kapal tanpa awak dapat bekerja secara optimal, aman, dan tahan terhadap serangan. Pada penelitian ini, dilakukan suatu upaya mitigasi cyber attack secara matematis dengan merancang kendali yang dapat mengkompensasi adanya fault yang disebabkan oleh cyber attack atau disebut dengan fault tolerant control (FTC). Model yang digunakan dalam penelitian ini merupakan model matematika gerak kapal korvet SIGMA. Model tersebut selanjutnya dimodifikasi dengan menambahkan pengaruh cyber attack. Sebelum melakukan proses perancangan FTC, terlebih dahulu dilakukan deteksi fault dengan mengestimasi variabel keadaan dan fault secara simultan menggunakan metode Adaptive Observer. Informasi yang diperoleh dari hasil estimasi selanjutnya digunakan pada tahap perancangan kendali optimal menggunakan metode Model Predictive Control (MPC). Kendali yang dirancang selanjutnya disebut dengan Fault Tolerant Model Predictive Control (FTMPC). Simulasi selanjutnya dilakukan untuk mengetahui hasil dari perancangan FTMPC yang telah dibentuk. Hasil simulasi dengan nilai horizon prediksi (Np) sebesar 15 menunjukkan bahwa metode FTMPC yang dirancang dapat diterapkan dengan baik pada kendali sudut haluan dan posisi kapal. Selain itu, metode ini juga dapat memenuhi setiap kendala batas yang ditentukan.
=============================================================================================================================
Sensors on the navigation system of the unmanned surface vessel (USV) are vulnerable to cyber attacks in the form of spoofing and jamming. The occurrence of cyber attacks renders the ship incapable of performing precise navigation and may lead to colliding with other ships, buildings, and the environment. The threat of data leaks, privacy losses, and financial losses cannot be avoided. Therefore, it is crucial to ensure that the USV sensors are in perfect working condition and are resistant to attack. This research presents a strategy to mathematically mitigate the fault effects caused by cyber attacks by designing control that can compensate faults or what is called fault tolerant control (FTC). The model used in this research is a mathematical model of the corvette SIGMA motion. It was then modified by adding the influence of cyber attacks. Before constructing the FTC, the fault detection process will first be carried out by simultaneously estimating the state variables and fault using the Adaptive Observer method. The information obtained from the estimation results is then injected into the optimal control design using the Model Predictive Control (MPC) method. The following control strategy being constructed here is called Fault Tolerant Model Predictive Control (FTMPC). Further simulations are carried out to determine the results of the FTMPC design that has been designed. Simulation results with a prediction horizon value (Np) of 15 show that the designed FTMPC method can be applied well to the control of yaw angle and ship position. Furthermore, this method is also able to satisfy all of the given boundary conditions.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Cyber attack, kesalahan sensor, fault tolerant control, Adaptive Observer, Model Predictive Control (MPC), Cyber attack, sensor fault
Subjects:	Q Science > QA Mathematics Q Science > QA Mathematics > QA401 Mathematical models. Q Science > QA Mathematics > QA76.9.F38 Fault-tolerant computing
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Mathematics > 44101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Fadia Nila Sihan Novita Lutfiani
Date Deposited:	12 Feb 2024 19:50
Last Modified:	12 Feb 2024 19:50
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/106933

Actions (login required)

View Item