Modello dinamico a sei gradi di libertà e design logiche di controllo PID e FUZZY di una imbarcazione foilante con valutazione dei consumi per alimentazioni elettriche e ad idrogeno = Dynamic model with six degrees of freedom and PID and FUZZY control logic design of a foiling boat with consumption evaluation for electric and hydrogen power supplies

Negli ultimi anni le barche foilanti sono la punta di diamante nell’innovazione della nautica da competizione, e l’interesse per implementare questa tecnologia nel mondo della nautica da diporto è in forte ascesa. I principali vantaggi di queste tecnologie sono l’incremento di prestazioni, l'eliminazione dell'onda di scia e la riduzione dei consumi, minimizzando l'impatto ambientale sulle acque costiere, favorendo un’ampia diffusione di queste soluzioni in tutto il settore nautico. I principali obbiettivi della ricerca spingono sull’efficientamento energetico attraverso l’implementazione di sistemi di controllo attivi per migliorare la stabilità e il confort. Si studiano inoltre configurazioni di alimentazioni ibride, elettriche e a idrogeno per ridurre le emissioni. La tesi vuole contribuire alla ricerca in questo senso, attraverso la creazione di un modello dinamico a 6 gradi di libertà (6DOF) che consente di analizzare accuratamente le forze e i momenti in gioco sul sistema, permettendo di ottimizzare le prestazioni ed il design dell’imbarcazione e sviluppare strategie di controllo avanzate. L’imbarcazione di riferimento è di medie dimensioni destinata alla nautica da diporto. Lo scopo è studiare la transizione dell’imbarcazione dal regime dislocante al regime foilante, dapprima in un ambiente marino indisturbato, al quale poi vengono implementate delle perturbazioni, al fine di analizzarne il comportamento dinamico e la robustezza del controllo. Il modello dinamico è stato creato sfruttando l’ambiente di simulazione di Matlab – Simulink, tramite la creazione di blocchi rappresentanti le correlazioni fisiche del sistema. I controlli sviluppati riguardano la gestione della forza propulsiva della motorizzazione al fine di garantire una propulsione regolare che non intacchi la stabilità del sistema e che permetta di creare uno strumento di previsione del consumo dell’alimentazione in termini di energia e potenza. Il controllo ha come focus l’assetto e la quota dell’imbarcazione tramite l’azione sui flap terminali sul bordo di uscita delle appendici orizzontali dei foil. Il controllo dei flap di un’imbarcazione foilante può essere gestito tramite controllori PID (Proportional Integrative Derivative) con l’obbiettivo di correggere l’errore tra assetto desiderato ed il valore misurato. In questo lavoro di tesi viene sviluppato il controllo tramite logica FUZZY, una teoria logico-matematica che tende ad eliminare la discontinuità che si ha con la logica tradizionale binaria, valutando attraverso regole linguistiche una superficie di controllo progettata sulla combinazione di funzioni di appartenenza definite per gli input. Essa permette di ottimizzare il controllo al fine di migliorare le performance dell’imbarcazione e adattarsi in modo efficace alle variazioni regime. Entrambe le metodologie di controllo vengono sottoposte a vari scenari di perturbazione dai quali si confrontano la stabilità, la robustezza e la risposta del sistema. In ultima analisi i dati ottenuti dalle simulazioni si elaborano per identificare la potenza richiesta dal sistema in diversi scenari di funzionamento. Si effettuano valutazioni di consumo e di configurazione per due diverse motorizzazioni, sia elettrica che ad idrogeno, evidenziandone i vantaggi in termini di peso e volume.