Diseño, implementación y evaluación de técnicas de control clásicas para generador undimotriz de tipo absorbedor puntual pivotante.
| dc.contributor.advisor | Hernández Vicente, Bernardo Andrés | es |
| dc.contributor.author | Peña Salvatierra, Maximiliano José | es |
| dc.date.accessioned | 2026-01-12T15:51:40Z | |
| dc.date.available | 2026-01-12T15:51:40Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | Tesis presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil en Aeroespacial. | es |
| dc.description.abstract | Este trabajo se enmarca en el desarrollo de convertidores de energía undimotriz, donde la eficiencia de captura depende fuertemente de la estrategia de control aplicada al sistema de extracción de potencia (PTO). Se aborda el problema de cuantificar, bajo condiciones comparables, el aporte real de distintas técnicas clásicas de control sobre un generador undimotriz de tipo absorbedor puntual pivotante, con el fin de establecer una base de referencia para el diseño de controladores avanzados. El objetivo general ha sido evaluar el desempeño energético de estrategias pasivas y activas de control en el PTO de un absorbedor puntual, utilizando un modelo numérico construido a partir de datos experimentales de la Universidad del Bío-Bío. El estudio se ha desarrollado íntegramente en simulación, tomando como caso de estudio un prototipo a escala 1:13 del generador Lafkenewen, representado mediante un modelo hidrodinámico lineal basado en la ecuación de Cummins. Se han considerado estados de mar regular e irregular con espectro JONSWAP e incorporado las fuerzas de excitación, masa añadida y amortiguamiento radiativo en un modelo en espacio de estados. Sobre esta planta se implementó un PTO resistivo pasivo y tres familias de controladores: esquemas de enclavamiento (incluyendo variantes de tiempo, fuerza y predicción), control proporcional–integral (PI) en velocidad y control predictivo basado en modelo (MPC). Para cada estrategia se realizó una búsqueda sistemática de parámetros y del amortiguamiento global del PTO, evaluando la potencia media capturada bajo restricciones de desplazamiento, velocidad y fuerza del actuador. Los resultados muestran que, en oleaje irregular, todas las estrategias activas superan al PTO pasivo. Se obtuvieron incrementos promedio de potencia del orden de un 10 % para el PI con referencia nula y para el latching de umbral de tiempo; el latching predictivo alcanzó un aumento cercano al 40 %; los modelos basados en predicción (MPC) presentaron mejoras entre un 30 y un 60 %; y se observaron ganancias de hasta aproximadamente 1.7–2.3 veces para el enclavamiento con umbral de fuerza óptimo y el PI de seguimiento de velocidad, que mostraron el mejor desempeño energético. En oleaje regular, en cambio, un PTO pasivo correctamente sintonizado se mantiene como referencia difícil de superar cuando el sistema opera cercano a la zona resonante; en estas condiciones, la mayoría de los esquemas activos tiende a reducir la captación global de energía, aunque el enclavamiento por umbral y el PI de seguimiento ofrecen mejoras en bajas frecuencias y en estados de mar alejados de la resonancia. Se concluye que el potencial real de mejora energética mediante control activo en absorbedores puntuales depende fuertemente del tipo de oleaje y del compromiso entre rendimiento y robustez. Las estrategias más agresivas, como el PI de seguimiento y ciertos esquemas de enclavamiento, permiten explotar la resonancia, pero acercan la operación a los límites físicos del dispositivo, mientras que el MPC entrega aumentos de potencia más moderados manteniendo explícitamente las restricciones de desplazamiento, velocidad y esfuerzo del PTO. Esta memoria aporta una cuantificación comparativa del efecto de estrategias pasivas, de enclavamiento, PI y MPC sobre un mismo dispositivo y modelo hidrodinámico, y establece un marco de referencia numérico para la evaluación de futuros controladores avanzados, en particular aquellos basados en aprendizaje por refuerzo. | es |
| dc.description.abstract | This work is framed within the development of wave energy converters, where the capture efficiency strongly depends on the control strategy applied to the power take-off (PTO) system. It addresses the problem of quantifying, under comparable conditions, the actual contribution of different classical control techniques to the energy capture of a pivoting point-absorber wave energy converter, in order to provide a reference baseline for advanced control designs. The main objective is to evaluate the energy performance of passive and active control strategies applied to the PTO of a point absorber, using a numerical model built from experimental data obtained at Universidad del Bío-Bío. The study is carried out entirely in simulation, using as a case study a 1:13 scale prototype of the Lafkenewen device, represented by a linear hydrodynamic model based on Cummins’ equation. Regular and irregular sea states with JONSWAP spectrum are considered, and excitation forces, added mass and radiation damping are incorporated into a state-space model. On this plant, a passive resistive PTO and three families of controllers are implemented: latching schemes (including time-based, force-based and predictive variants), velocity-based proportional–integral (PI) control, and model predictive control (MPC). For each strategy, a systematic search over controller parameters and global PTO damping is performed, and the mean absorbed power is evaluated under displacement, velocity and PTO force constraints. The results show that, in irregular seas, all active strategies outperform the passive PTO. Average power increases of about 10 % are obtained for the zero-reference PI controller and the time-threshold latching strategy; predictive latching achieves an improvement of around 40 %; MPC-based schemes yield gains between 30 and 60 %; and the largest improvements, about 1.7–2.3 times the power of the passive PTO, are achieved by the optimal force-threshold latching and the velocity-tracking PI controller, which exhibit the best overall energy performance. In regular seas, by contrast, a properly tuned passive PTO remains a difficult benchmark to surpass when the system operates near resonance; under these conditions most active schemes tend to reduce the overall energy capture, although threshold latching and PI tracking provide improvements at low frequencies and for sea states far from resonance. It is concluded that the real potential of active control to improve the energy performance of point absorbers depends strongly on the sea state and on the balance between performance and robustness. More aggressive strategies, such as PI tracking and certain latching schemes, enable stronger exploitation of resonance but drive the device closer to its physical limits, whereas MPC delivers more moderate power gains while explicitly enforcing limits on displacement, velocity and PTO effort. This thesis provides a comparative quantification of passive, latching, PI and MPC strategies on a single device and hydrodynamic model, and establishes a numerical reference framework for the evaluation of future advanced controllers, in particular those based on reinforcement learning. | en |
| dc.description.campus | Concepción | es |
| dc.description.departamento | Departamento de Ingeniería Mecánica | es |
| dc.description.facultad | Facultad de Ingeniería | es |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.udec.cl/handle/11594/13564 | |
| dc.language.iso | es | es |
| dc.publisher | Universidad de Concepción | es |
| dc.rights | CC BY-NC-ND 4.0 DEED Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject | Convertidores de corriente eléctrica | es |
| dc.subject | Energía de las olas oceánicas | es |
| dc.subject | Recursos energéticos renovables | es |
| dc.subject.ods | ENERGÍA asequible y sostenible | es |
| dc.title | Diseño, implementación y evaluación de técnicas de control clásicas para generador undimotriz de tipo absorbedor puntual pivotante. | es |
| dc.type | Thesis | en |