Modellistica e controllo di turbine offshore per acque profonde

Il presente elaborato di tesi si pone come primo obiettivo quello di affrontare la revisione, l’identificazione e la successiva validazione di un modello matematico semplificato, orientato al controllo, di turbine offshore per acque profonde con supporti galleggianti di tipo tension leg e ballast stabilized. Innanzitutto sono analizzati i principali segnali esogeni agenti sul sistema, cioè il vento e le onde; successivamente sono presentate nel dettaglio le equazioni che governano le dinamiche principali dell’aerogeneratore; da ultimo, vengono illustrate le fasi di identificazione dei parametri sconosciuti e di validazione del simulatore, effettuate utilizzando FAST, un software dettagliato e ampiamente utilizzato liberamente disponibile in letteratura ([24]). La seconda parte del lavoro descrive lo sviluppo di tecniche di controllo classiche e avanzate. Sono stati progettati sia controllori PI che controllori MIMO basati sulla tecnica H∞, utilizzando differenti metodi di sintesi basati sia sulle funzioni di trasferimento del processo sia sul sistema espresso in variabili di stato, includendo anche lo spettro del disturbo generato dal vento agente sul sistema. È emerso come il controllo H∞ basato sulle funzioni di trasferimento sia il compromesso migliore tra attenuazione dei disturbi e la controllabilità del sistema retroazionato. La fase di controllo si è conclusa verificando che i controllori progettati sul modello semplificato mantenessero le medesime prestazioni anche quando applicati su FAST. È stato inoltre utilizzato il controllo PI gain scheduling proposto in [24] per confrontare le prestazioni, osservando che il controllore H∞ garantisce un ottimo controllo della potenza elettrica prodotta e della velocità di rotazione del rotore, utilizzando delle variazioni di coppia inferiori. Le oscillazioni della struttura, invece, sono rimaste praticamente invariate in entrambi i casi.