هدايت و كنترل سيستم كايت انرژي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مكانيك

كارشناسي ارشد

در سال‌هاي اخير، مسائل اقتصادي، زيست‌محيطي و بسياري از عوامل ديگر توجه جامعه دانشگاهي و كارآفرينان در سراسر دنيا را به سمت استحصال انرژي از باد هوابرد جلب كرده است. از آنجا كه باد در ارتفاعات بالا داراي ثبات و قدرت بيشتري است، لذا با بهره‌مندي از آن مي‌توان به توان توليدي بيشتر دست يافت. يكي از روش‌هاي پيشنهادي در اين زمينه استفاده از كايت انرژي مي‌باشد. كايت در حالت صلب كه در اين پروژه در نظر گرفته شده شبيه به يك هواپيماي بدون سرنشين است و همين‌طور مي‌تواند غير صلب و مشابه يك بادبادك باشد كه همواره در ارتفاع عملياتي بسيار بيشتر از توربين‌هاي بادي قرار گرفته و از آنجا كه همچون توربين‌هاي بادي به زيرساخت‌هاي عظيم و هزينه‌هاي نگهداري هنگفت نياز نخواهد داشت، ميزان هزينه‌هاي مصرفي به توان توليدي در اين روش بارها كمتر از روش‌هاي تجديدپذير ديگر خواهد بود. در فناوري نامبرده كايت به‌وسيله يك طناب مهار شده و در اثر نيروي باد و گشتاورهاي اعمالي از طرف آن به پرواز در مي‌آيد. با اعمال نيروي برآ از طرف باد، كايت يك مسير 8-لاتين خوابيده را طي مي‌كند كه باعث كشش در طناب و حركت ژنراتور مستقر بر زمين گرديده و در نتيجه آن، انرژي الكتريكي توليد مي‌شود. . در اين پژوهش ، ابتدا معادلات حركت كايت مدل‌سازي شده و سپس براي اولين بار، تحليل سه‌بعدي ديناميكي يك كايت مقيد به كابل با در نظر گرفتن شتاب و كنترل كامل كايت، گسترش يافته و روابط آن استخراج گرديده است. از يك ساختار كنترل دو حلقه¬اي براي كنترل سيستم استفاده مي¬شود؛ كه حلقه بيروني مبتني بر فيدبك خطي ساز و براي كنترل حركت انتقالي كايت است؛ در حالي كه حلقه داخلي براي كنترل زواياي اويلر كايت و مبتني بر كنترل مود لغزشي است. خروجي حلقه كنترلي بيروني زواياي اويلر مطلوب و كشش كابل، و خروجي حلقه كنترلي داخلي زواياي سطوح كنترلي كايت است. براي نخستين بار الگوريتم هدايتي گسترش داده شده است كه در اكثر نقاط سيكل حركت پيشنهادي كشش كابل مثبت و استحصال انرژي بيشينه باشد؛ و همچنين در نهايت و بعد از طي تعداد سيكل مشخص، كايت با طي يك مسير برگشت دقيقاً به شرايط ابتدايي برگردد. با توجه به كم¬عملگر بودن سيستم، براي اولين بار الگوريتمي ارائه شده كه كشش كابل، زواياي اويلر و در نتيجه آن زاويه حمله، زاويه سرش جانبي، و ماتريس انتقال نيروهاي آيروديناميك از دستگاه باد به دستگاه اينرسي به گونه¬اي محاسبه گردد كه در نهايت برآيند نيروهاي كشش، وزن، و آيروديناميك وارد بر كايت با نيروي مطالبه شده توسط كنترلر برابر شود. ضرايب نيروها و گشتاورهاي آيروديناميكي با استفاده از نرم‌افزار "xflr5" و با توجه به زوايه بالك‌ها استخراج شده‌اند.

223131

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان