Sviluppo di un sistema di controllo real-time per un modello di aerogeneratore in galleria del vento

In this report it will be presented the development of a real-time control system for a wind turbine model to be used in a wind tunnel. This work is a part of a three years pro ject and takes place when the mechanical parts has been already defined and realised. It will be discussed the actuators configuration to be used to control the system, actuators already chosen in earlier phase of the pro ject, and the communication and operating modes in a real time environment. Then it will be analysed how a real wind turbine works, focusing on the state machine logic that runs on-board, and studying a new solution for the scaled model; it will be highlight the differences between the states of the real wind turbine and the scaled mode, the common aspects, and it will emerge the needs to add some functionalitys to run the model in order to make the pro ject data validation tests in the wind tunnel. Ones the control logic has been defined, it will be studied his implementation in RTAI, an open-source real time pro ject developed at Politecnico di Milano, and it will be discussed the different aspects about his configuration and use, the advantages of the system and the his criticalities. A preliminary realisation will be constructed in order to evaluate the good behaviour of the mechanical parts , the actuators and the control logic. It will be later analysed an industrial product used on the real wind turbines, the Bachmann system, making a study about the possibility to use it with the scaled model and making a comparison with RTAI’s development possibilities and capabilitys. Finally it will be shown the developed real time solution behaviour in the wind tunnel, highlighting the tests organisation, the operative results and the criticalities detected.

In questo elaborato di tesi si presenterà lo sviluppo di un sistema di controllo real-time per un modello di aerogeneratore da utilizzare in galleria del vento. Il lavoro fa parte di un progetto triennale e si inserisce in una fase in cui il l’apparato meccanico è già stato definito e realizzato. In particolare, si discuterà della configurazione degli attuatori da utilizzare per il controllo del sistema e individuati in una fase precedente del progetto, nonché le modalità di comunicazione e funzionamento in un ambiente real-time. Si analizzerà successivamente il metodo di funzionamento di un vero aerogene- ratore, in particolare la logica della macchina agli stati che ne gestisce il controllo, riproponendo una soluzione per il modello scalato; si evidenzieranno nel dettaglio le differenze tra gli stati delle due macchine, i punti in comune e si discuterà della necessità di aggiungere delle modalità che permettano il tracciamento delle curve prestazionali per validare il modello in galleria del vento. Una volta definita la logica di controllo e supervisione se ne studierà quindi l’implementazione in RTAI, un applicativo real-time opensource sviluppato al Po- litecnico di Milano, e se ne discuteranno i differenti aspetti legati alla sua configu- razione e al suo utilizzo, i punti di forza e le criticità; se ne costruirà quindi una realizzazione preliminare che permetterà di valutare il buon funzionamento della componentistica meccanica, degli attuatori e della logica di controllo. Si analizzerà in seguito un prodotto industriale utilizzato sui veri aerogenera- tori, il sistema Bachmann, studiandone l’adattabilità al modello scalato e con- frontandone le possibilità di sviluppo e le capacità operative con quelle offerte da RTAI. Si vedrà infine l’utilizzo del modello scalato in galleria del vento con la solu- zione real-time sviluppata, evidenziando la programmazione delle prove, i risultati operativi ottenuti e le criticità rilevate.