Área de Sistemas de la Información y las Comunicaciones
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- PublicationFlight trajectory optimization of Ground-Gen airborne wind energy systems through a harmonic balance method(Universitat Politècnica de València, 2023-09-14) Domenech Moreno, Aitor; Despujol Zabala, Ignacio; Dpto. de Ingeniería de la Construcción y de Proyectos de Ingeniería Civil; Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño; Área de Sistemas de la Información y las Comunicaciones[ES] En la siguiente tesis se logra el estudio del problema de control óptimo para las trayectorias de vuelo del sistema de energía eólica aérea Ground-Gen (AWES), siendo una de las novedades de este trabajo la expresión del problema de control óptimo en el dominio de la frecuencia a través de una formulación de balance armónico. En primer lugar, se realiza una introducción a la Energía Eólica Aérea (AWE) describiendo los diferentes tipos de unidades aéreas, además se presenta el modelo en estado estacionario. Luego, se introduce el modelo dinámico de vuelo con sus correspondientes ecuaciones y marcos de referencia. Suponiendo que la velocidad de salida de la cuerda solo se considera en las fuerzas aerodinámicas, no se incluye en el término de fuerzas inerciales. A continuación, se presenta la descripción de la formulación en el dominio de la frecuencia, donde la trayectoria se describe mediante los coeficientes de Fourier de la dinámica (ángulos de elevación y azimut) y de las entradas de control (ángulo de balanceo y gamma del AWES, que se refiere a la relación entre la velocidad de salida de la cuerda y la velocidad del viento). Luego, se describe el enfoque del problema de control óptimo. Además, se establecen las conclusiones de la tesis a partir de los resultados del problema de control óptimo, al considerar casos idealizados con una velocidad de viento entrante uniforme y sin restricciones en el ángulo de elevación mínimo. Si se descuida la gravedad, la solución es estable y se puede describir mediante expresiones analíticas. Por otro lado, si se considera la gravedad, las soluciones ya no son constantes. Si el objetivo es maximizar la potencia mecánica promedio considerándola como función objetivo, las trayectorias ideales para el sistema AWES Ground-Gen son de forma circular, manteniendo una velocidad constante del AWES y con la envergadura perpendicular al viento entrante. Además, las soluciones óptimas presentan un ángulo de elevación promedio negativo.