Molí de vent de control actiu: 5 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:10

Aquesta instrucció es va crear per complir el requisit del projecte del Makecourse de la Universitat del Sud de Florida (www.makecourse.com)

He de triar un projecte per dissenyar i construir des de la base. Vaig decidir que volia intentar construir un molí de vent que detectés la direcció del vent i s’enfrontés activament a ella, sense necessitat de paleta ni cua. Com que el meu focus en aquest projecte estava en la combinació de sensors i control PID, el molí de vent no fa res amb l'energia que fa girar les pales. No dubteu a modificar el disseny perquè sigui més útil. El que segueix no és l'única manera de construir-lo. Vaig haver de resoldre diversos problemes imprevistos al llarg del camí i em van portar a utilitzar diferents materials o eines. Diverses vegades em vaig acomodar amb peces a mà o escanejades d’aparells o tecnologia vells. Així, de nou, no dubteu a fer un zig-zag per allà on he zagged. Per poder documentar completament aquest projecte, hauria de destruir efectivament el meu projecte per proporcionar imatges de cada pas de construcció. No estic disposat a fer-ho. En lloc d'això, he proporcionat els models en 3D, la llista de materials i he proporcionat suggeriments útils que he après pel camí difícil.

Subministraments:

He inclòs el codi Arduino i els fitxers Autodesk. També necessitareu el següent: Eines:

-Taller de canonades petites: soldador, soldadura, flux-tornavisos-trepant-navalla o tallador de caixes o ganivet exacto-pistola de cola calenta- (opcional) pistola de calor

Materials:

-24 polzades de tubs d'alumini de 0,25 polzades de diàmetre (tinc el meu de Mcmaster-Carr) -Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-ULN2003 controlador pas a pas- (opció 1) Escut del motor de gravetat i sensor d'efecte hall de DfRobot- (opció 2) qualsevol altre sensor de rotació analògic-3 + anell antilliscant de plom o anell de creps-projecta caixes de rodaments per al muntatge del nas-cargols-Fusta per a plataforma-Bateries (faig servir un 9v per a la placa i alimento el pas a pas amb un Li-Po de 7,8) -RC barres d’empenyament planes (qualsevol fil dur de petit diàmetre serà dur).

Pas 1: modelar el molí de vent

He utilitzat l’edició Autodesk Inventor Student per modelar aquest projecte de molí de vent. He inclòs els fitxers stl en aquest instructiu. Si tornés a fer això, augmentaria dràsticament la superfície de les meves fulles perquè funcionessin millor a aquesta escala. El que cal tenir en compte a l’hora de modelar el projecte és l’escala de les peces i la resolució / toleràncies de la impressora disponible. Assegureu-vos d’escalar el vostre model perquè s’adapti a tots els sensors necessaris o a qualsevol altre equip incorporat.

També vaig trobar que les preocupacions de resistència em van portar a utilitzar articles per a la fabricació, com els tubs d'alumini, per a peces estructurals. Vaig comprar els meus coixinets a Mcmaster-Carr i en tenien un model en 3D que feia servir per muntar-los molt bé.

Vaig trobar que dibuixar peces abans d’intentar modelar-les ajudava el procés a anar més de pressa i reduïa la quantitat d’ajustaments que necessitava fer perquè les peces funcionessin juntes.

Pas 2: Munteu les impressions

Esborreu les rebaves de les superfícies portants; polir-los també si cal.

Vaig utilitzar un escalfador (amb compte!) Per redreçar un parell de fulles que es doblegaven mentre es refredava.

Aneu lent quan inseriu maquinari a les ranures / forats de muntatge.

Un cop muntada l'estructura, afegiu els sensors i l'electrònica. Vaig encolar l'electrònica a la seva posició dins de la caixa del projecte i vaig utilitzar el soldador per "soldar" el muntatge del sensor a la ranura de muntatge del cos.

Pas 3: Munteu l'electrònica

Assegureu-vos que tingueu bones connexions amb tot. Sense fil exposat; no hi ha curtcircuits potencials.

Assegureu-vos que el sensor estigui ben muntat.

Feu referència al codi per identificar quins pins es connecten on. (és a dir, els cables del motor pas a pas o el cable analògic del sensor).

Vaig alimentar el motor amb una font externa més que a través de la placa Arduino. No volia danyar el tauler si el motor tingués molta intensitat.

Pas 4: programa l'Arduino

El programa i el sistema de control de bucle tancat són el nucli d’aquest projecte. He adjuntat el codi Arduino i està completament comentat. En sintonitzar el PID, vaig trobar que tenia més facilitat si feia el següent: 1) Establiu tots els guanys de PID a zero. 2) Augmenteu el valor P fins que la resposta a l’error sigui una oscil·lació constant. 3) Augmenteu el valor D fins que es resolguin les oscil·lacions. 4) Repetiu els passos 2 i 3 fins que no pugueu obtenir cap millora.

5) Establiu P i D als darrers valors estables. 6) Augmenteu el valor I fins que torne al punt de consigna sense cap error d'estat estacionari.

A causa del disseny mecànic, vaig crear una funció de zona morta per tallar energia al motor quan el molí de vent està correctament orientat. Això redueix dràsticament la calor del motor pas a pas. Abans d'això, el vaig executar i feia prou calor com per deformar la plataforma de la torre i caure de la seva muntura.

El conjunt de la fulla no està perfectament equilibrat i és prou pesat com per fer trontollar el conjunt del pivot. El balanceig proporciona essencialment informació de sensor falsa al procés PID i afegeix soroll provocant un excés de moviment i, per tant, calor.

Pas 5: sigueu enginyer

Un cop muntat i programat tot, busqueu un ventilador o una tempesta tropical i proveu la vostra creació. Una part de la diversió per construir això va ser esbrinar com resoldre els problemes que van aparèixer. Per aquest motiu, aquest instructiu és molt clar. A més, si intenteu construir això i trobar solucions millors que jo, heu de compartir-los. Tots podem aprendre els uns dels altres.