Date of Award

12-2015

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Electrical Engineering (MSEE)

Department

Electrical Engineering

First Advisor

Dr. Addy Wahyudie

Abstract

This thesis concerned with developing control strategies for a heaving sea wave Energy converter. The objective of this study is to improve captured and converted. Power. In heaving wave energy converters using a robust hierarchical control strategy. This strategy consists of higher and lower hierarchical controller. The higher controller provide a reference velocity signal, whereas the lower one follows the reference despite the uncertainties in the model. In this thesis, two novel methods for the higher controller are proposed. The objective of the first method is to design the intrinsic resistance that maximizes the captured power while considering the constraint on the elevation of the buoy. For this purpose, a constrained optimization quadratic problem is formulated as a function of the wave's significant height and peak frequency. The objective of the second method is to maximize the captured power without exceeding the allowable Level of the control force and a power take-off utilization index. Similarly, three novel lower hierarchical controller are proposed. The first method contain the P I D (proportional -integral-derivative) augmentation with sliding mode control. This method has an interesting feature in which the dynamic model in the lower level not needed. Hence, it can be categorized as a model-free controller. The PID handles the stability and speed of the convergence error, while the robustness and tracking properties are conducted by the sliding mode control. The second method proposes a robust PID controller, which is designed using complex polynomial stabilization. The last method proposes a novel lead-lag compensator, which is designed using Hoo theory with the objectives of maximizing the robustness and tracking properties while minimizing the control force of the power take-off device. The proposed method are methods using nominal and perturbation cases in regular and irregular sea states. The resultant performance under different perturbation scenarios is compared with existing control technique.

Arabic Abstract

تتم هذه الأطروحة بتطوير استراتيجيات هرمية للتحكم في محولات طاقة أمواج البحر رأسية الحركة، وتهدف إلى تحسين القدرة على حصد الطاقة الميكانيكية الكامنة في الأمواج وتحويلها إلى طاقة كهربائية. تعتمد الاستراتيجية على تصميم جهازي تحكم، أحدهما علوي والآخر سفلي. يُعنى جهاز التحكم العلوي بإصدار إشارة مرجعية آخذاً في الاعتبار قيود وضوابط معينة مثل الحد الأعلى لقوة التحكم ونسبة أعلى قيمة للطاقة المحولة إلى متوسطها وأقصى ارتفاع يمكن أن يصل إليه الجزء الطافي من محول طاقة أمواج البحر. أما جهاز التحكم السفلي، فيقوم بتتبع الإشارة الصادرة عن الجهاز العلوي بشكل آلي لا يتأثر بمتغيرات النظام أو العوامل الخارجية المشوشة. تم اعتماد طريقتين لتصميم جهاز التحكم العلوي، أولهما تقوم على حل مسألة شرطية من الدرجة الثانية بدلالة الارتفاع المؤثر للموجة وترددها، في حين تعتمد الطريقة الثانية تحقيق أقصى حصد ممكن للطاقة الميكانيكية الكامنة في الموجة بدون تجاوز القيمة المحددة لقوة التحكم ومؤثر جهاز حصد الطاقة وتحويلها. في المقابل، تم اعتماد ثلاث طرق لتصميم جهاز التحكم السفلي، وتمثلت في جهاز تحكم تناسبي تكاملي تفاضلي بسيط مدمج مع نظام تحكم انزلاقي، وفي الطريقة الثانية تم استخدام جهاز تحكم تناسبي تكاملي تفاضلي بنصف الآلية. أما الطريقة الثالثة فاعتمدت تصميم جهاز تحكم على أساس طريقة التقديم والتأخير. تم التحقق من فاعلية التصاميم باستخدام برامج المحاكاة وتم تحليل النتائج ومقارنتها بنتائج استراتيجيات أخرى، وقد أثبتت التصاميم كفاءتها من ناحية تحقيق نسبة مرضية لحصد الطاقة وتحويلها في ظل القيود المحددة. كما تم اختبار فاعلية التصاميم في وجود نسبة من المتغيرات والقوى الخارجية المشوشة.

Arabic Comments

مفاهيم البحث الرئيسية: استراتيجية التحكم الهرمي، محول طاقة أمواج البحر رأسي الحركة، الطاقة المتجددة.

Download

Included in

Engineering Commons

COinS