MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798291569528
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32272025
■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham006383
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620
■1001  ▼aYang,  Lisheng.
■24510▼aDesign  and  Control  of  an  Active  Mechanical  Motion  Rectifier  Power  Take-Off  for  Wave  Energy  Conversion
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a171  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Zuo,  Lei.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2025.
■520    ▼aOcean  waves  have  high  energy  density  and  are  persistent  and  predictable.  Yet,  converting  wave  energy  to  a  usable  form  remains  challenging.  A  major  hurdle  is  the  oscillatory  nature  of  waves  resulting  in  alternating  loads,  which  necessitate  the  use  of  rectification  at  some  stage  of  the  energy  conversion.  This  research  effort  presents  a  novel  design  of  active  mechanical  motion  rectifier  (AMMR)  for  a  wave  energy  converter  (WEC)  power  take-off  (PTO),  which  provides  enhanced  controllability  and  better  power  performance  when  compared  to  passive  mechanical  motion  rectifiers  (MMR).  Inspired  by  transistors  used  in  synchronous  electrical  rectifiers,  the  proposed  design  uses  controllable  electromagnetic  clutches  in  the  mechanical  transmission  to  allow  active  engagement-disengagement  control;  thus,  rectifying  the  oscillatory  motion  into  a  unidirectional  rotation  for  high  energy  conversion  efficiency  and  allowing  the  generator  in  unidirectional  rotation  to  control  the  bidirectional  wave  capture  structure  for  maximizing  the  power  output.    This  design,  although  attractive,  brings  substantial  obstacles  to  power  evaluation  with  control  in  the  loop.  The  alternating  clutch  engagement  of  the  PTO  leads  to  a  switching  dynamic  system,  which  presents  significant  challenges  to  existing  control  optimization  methods  used  for  conventional  linear  systems.  This  dissertation  proposes  innovative  methods  to  efficiently  evaluate  the  power  performance  of  WECs  using  an  AMMR  PTO.  A  semi-analytical  scheme  is  developed  to  optimize  power  in  regular  waves  with  the  assumption  of  symmetric  clutch  switching.  Both  feedback  control  and  open-loop  control  parameterization  can  be  integrated  in  this  power  evaluation  scheme,  providing  a  versatile  tool  for  performing  control  co-design  of  the  AMMR  PTO  parameters.  The  method  is  used  in  case  studies  of  an  oscillating  surge  WEC.  Both  wave  power  capture  and  electrical  power  output  potentials  of  the  WEC  are  investigated  for  different  generator  inertia  values.  In  addition,  another  method  for  approximating  the  optimal  control  of  PTO  switching  instants  and  generator  torque  in  irregular  waves  is  developed.  Building  on  the  dynamic  programming  principle,  this  method  provides  a  tractable  and  flexible  numerical  framework  for  optimizing  the  hybrid  control  of  discrete  switching  and  continuous  torque.  Simulations  are  conducted  to  examine  the  optimal  control  patterns  and  numerical  approximation  effects.  To  validate  the  design  functionality  and  numerical  power  analysis  results,  two  PTO  prototypes  of  different  scales  are  fabricated  and  tested  extensively.  Wave  tank  tests  of  the  small-scale  PTO  demonstrate  the  AMMR  PTO  increases  power  capture  significantly  for  long  wave  periods.  Hardware-in-loop  tests  of  the  small-scale  and  large-scale  PTO  demonstrate  the  proposed  regular  wave  and  irregular  wave  control  methods  can  be  implemented  in  real-time  controllers.  With  unidirectional  load  constraints  in  the  experiments,  the  AMMR  PTO  shows  10-120%  power  enhancement  compared  to  a  conventional  mechanical  PTO.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aEngineering
■650  4▼aNaval  engineering
■650  4▼aMechanical  engineering
■653    ▼aMarine  renewable  energy
■653    ▼aWave  energy  converter
■653    ▼aSwitching  system  optimal  control
■653    ▼aWave  tank  tests
■690    ▼a0537
■690    ▼a0548
■690    ▼a0468
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bNaval  Architecture  &  Marine  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-03B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359969▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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