Estudio comparativo de algoritmos de control para maniobras de DAECs* de primera generación y dos grados de libertad

Abstract

[EN] From the devices for harnessing the energy of ocean currents (In English, they are denoted as TEC “Tidal Energy Converters”. This term does not englobe all the devices for marine current harnessing), those denoted as first-generation devices are used to obtain energy from underwater currents at depths that do not exceed 40 or 50 m, which configures them as structures supported over the seabed. For the energy exploitation of this resource to be competitive, from a technical and economic perspective, it is necessary to overcome various technological challenges, and to reduce operating costs, focusing the effort on lowering maintenance costs too. Thanks to the implementation of a ballast control system, these generators are equipped with the possibility of automatically changing orientation and depth during emersion-immersion maneuvers, which can reduce these costs. This work presents the dynamic modeling of a device with two degrees of freedom and several multivariable control algorithms, all of them based on a non-linear decoupling matrix, together with the compensation of the loss of buoyancy term in the neighborhood of the free surface. The performance of these controllers is evaluated by simulating the emersion maneuver of a full-scale device, and these results are validated with a small-scale prototype in the Model Basin. Finally, the obtained results under simulation are compared, and experimental validation is presented.

[ES] Los Dispositivos de Aprovechamiento de la Energía de las Corrientes (DAECs), denominados de primera generación, se emplean para la obtención de la energía de las corrientes submarinas en profundidades que no superan los 40 ó 50 m, lo que los configura como estructuras apoyadas en el fondo marino. Para que la explotación energética de este recurso sea competitiva -desde una perspectiva técnica y económica-, se requiere superar diversos retos tecnológicos y además, reducir los gastos de explotación, focalizando los esfuerzos en un abaratamiento de los costos de mantenimiento. Gracias a la implantación de un sistema de control de lastres, se dotan a estos generadores de la posibilidad de cambiar automáticamente de orientación y profundidad durante las maniobras de emersión-inmersión que pueden reducir dichos costos. En este trabajo se presenta el modelado dinámico de un dispositivo de dos grados de libertad y varios algoritmos de control multivariable, todos ellos basados en una matriz no lineal de desacoplamiento, junto con el término de compensación de la pérdida de empuje en las cercanías de la superficie libre. Se evalúan las prestaciones de estos controladores mediante la simulación de la maniobra de emersión de un dispositivo a escala real, y se validan los resultados con un prototipo a escala en Canal de Ensayos. Finalmente, se comparan los resultados obtenidos en simulación y se presenta su validación experimental.