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Linear uncertain modelling of LIDAR systems for robust wind turbine control design
(Elsevier, 2023) Miquélez Madariaga, Irene; Lizarraga Zubeldia, Idoia; Díaz de Corcuera Martínez, Asier; Elso Torralba, Jorge; Ingeniería; Ingeniaritza; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Light detection and ranging (LIDAR) sensors measure the free wind ahead of the rotor, enabling the use of new feedforward control strategies. However, there exist some sources of error inherent to the measuring process that should be considered during the design of LIDAR-based controllers. Typically, the coherence function is used for that purpose, but it is not compatible with some robust design methodologies. This paper presents an analytic relation between the coherence function and a non-parametric uncertainty model of LIDAR sensors, suitable for the design of controllers via 𝜇-synthesis or Quantitative Feedback Theory. Such a relation is applied to a realistic LIDAR simulator. First, the linear non-parametric uncertainty model is identified using simulation data obtained from the well-known NREL 5 MW wind turbine. Then, it is validated against the coherence model by comparing linear predictions of the simulation outputs.
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Lidar-based feedforward control design methodology for tower load alleviation in wind turbines
(John Wiley & Sons, 2022) Miquélez Madariaga, Irene; Lizarraga Zubeldia, Idoia; Díaz de Corcuera Martínez, Asier; Elso Torralba, Jorge; Ingeniería; Ingeniaritza
Minimising tower loads is a key issue for the optimal operation and cost-effective design of wind turbines. Light detection and ranging (LIDAR) technologies enable the measurement of free wind ahead of the rotor and the addition of new feedforward controllers to the traditional control loops, improving the performance in terms of generator speed regulation and load reduction. This paper presents a design procedure based on plant inversion at a set of key frequencies. Tower base longitudinal bending moment is considered the main output of the system. Although the minimisation of tower base loads is the main objective of the design, good results are obtained in terms of generator speed regulation and pitch actuation as well. The methodology has been tested in the well-known NREL 5MW wind turbine. Results have been obtained for different LIDAR configurations in order to quantify the loss of performance due to measurement errors. In all cases, the feedforward control behaves better than the baseline case.
Embargo
Robust multivariable control of wind turbines based on wind measurements provided by LiDAR sensors
(2023) Miquélez Madariaga, Irene; Elso Torralba, Jorge; Díaz de Corcuera Martínez, Asier; Ingeniería; Ingeniaritza
La energía eólica es, junto a la solar fotovoltaica, la única opción realista para la descarbonización del sector eléctrico. Su competitividad en el mercado se mide a través del Coste de la Energía (LCOE por sus siglas en inglés), que está determinado por la producción de energía a lo largo de su vida útil y por los costes de fabricación y operación. Aunque existen numerosos avances técnicos que optimizan el funcionamiento de los aerogeneradores, pocos son tan ventajosos como el desarrollo de estrategias de control avanzadas. El correcto diseño de los algoritmos de control permite, de manera simultánea, aumentar la producción de energía y reducir el daño sobre los elementos de la máquina, mejorando el caso de negocio. En los últimos años han aparecido sensores y actuadores novedosos, que permiten desarrollar e incluir nuevas estrategias en los lazos de control de los aerogeneradores. En concreto, los sensores LiDAR permiten obtener una medida remota del campo de viento turbulento que se aproxima a un aerogenerador. Esta información se puede emplear para generar una acción de control por prealimentación con la que mejorar el funcionamiento del aerogenerador. Esta tesis trata del diseño de controladores feedforward lineales que emplean la medida de viento proporcionada por un sensor LiDAR para reducir las cargas algunos componentes estructurales del aerogenerador. Las principales líneas de trabajo de la tesis son: el desarrollo de una metodología de diseño de controladores feedforward sencilla y orientada a la reducción de cargas en la base de la torre. El desarrollo de un modelo incierto del sensor, que recoja la incertidumbre de medida y permita diseñar controladores robustos. El desarrollo de metodologías de diseño de controladores feedforward robustos, que permitan el diseño simultáneo de los controladores de pitch y par del aerogenerador y satisfagan simultáneamente las especificaciones impuestas sobre varios objetivos.
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Control of a single degree of freedom helicopter
(2016) Miquélez Madariaga, Irene; Elso Torralba, Jorge; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa
El presente proyecto continua el trabajo iniciado por E. Azcona [1] sobre el control de una maqueta de un grado de libertad. Dicho objetivo se aborda desde una nueva perspectiva, ya que la función de transferencia se obtiene mediante la identificación de la planta, con datos de las señales de entrada y salida, resultado de diferentes ensayos, en lugar de la aplicación de leyes f´ısicas. Para lograr dichos objetivos se trabaja en primer lugar el funcionamiento en lazo abierto del sistema. Para ello se realiza el cambio del sensor y se emplea otro cuya resolución y requerimiento de velocidad de lectura se adecuen a las del problema. Además, se estudia qué microcontrolador, entre los ofertados en las placas Arduino, ofrece unas prestaciones que se adecuen a las necesidades del problema planteado. Por otra parte, se desarrolla un código que permita la correcta lectura del encoder, la generación de una señal PWM con una resolución suficiente y el muestreo exacto de las señales de entrada y salida. Tras la identificación de la planta, se comprueba el comportamiento del sistema en lazo cerrado y la respuesta obtenida con el uso de diferentes controladores. Se observa la variaci´on en las oscilaciones y la velocidad del sistema en función de la posición, quedando verificada la no linealidad del mismo

Miquélez Madariaga, Irene

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