Mulino a vento a controllo attivo: 5 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Questo istruttivo è stato creato in adempimento del requisito del progetto del Makecourse presso la University of South Florida (www.makecourse.com)

Ho avuto modo di scegliere un progetto da progettare e costruire da zero. Ho deciso che volevo provare a costruire un mulino a vento che percepisse la direzione del vento e lo affrontasse attivamente, senza bisogno di una banderuola o di una coda. Poiché il mio obiettivo in questo progetto era sulla combinazione di sensore e controllo PID, il mulino a vento non fa nulla con l'energia che fa girare le pale. Sentiti libero di modificare il design per essere più utile! Quello che segue non è l'unico modo per costruire questo. Ho dovuto risolvere diversi problemi imprevisti lungo il percorso e questo mi ha portato a utilizzare materiali o strumenti diversi. Diverse volte mi sono arrangiato con parti a portata di mano o recuperate da vecchi elettrodomestici o tecnologia. Quindi, di nuovo, sentiti libero di zigzagare dove ho zagato. Per documentare completamente questo progetto, dovrei distruggere efficacemente il mio progetto per fornire immagini di ogni fase di costruzione. Non sono disposto a farlo. Invece ho fornito i modelli 3D, l'elenco dei materiali e ho fornito suggerimenti utili che ho imparato nel modo più duro lungo la strada.

Forniture:

Ho incluso il codice Arduino e i file Autodesk. Avrai anche bisogno di quanto segue: Strumenti:

- Tagliatubi piccolo - Saldatore, saldatura, flusso - Cacciaviti - Trapano - Rasoio o coltellino o coltellino esatto - Pistola per colla a caldo - Pistola termica (opzionale)

Materiali:

-24 pollici di tubo in alluminio da 0,25 pollici di diametro (ho preso il mio da Mcmaster-Carr) -Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-Controller passo-passo ULN2003-(opzione 1) Scudo motore gravitazionale e sensore effetto hall da DfRobot-(opzione 2) qualsiasi altro sensore rotazionale analogico-3+ lead slipring o pancake ring-project box-cuscinetti per il montaggio del naso-viti-Legno per una piattaforma-Batterie (io uso un 9v per la scheda e alimenterò lo stepper con un Li-Po 7.8)-RC aste di spinta piane (qualsiasi filo rigido di piccolo diametro andrà bene).

Passaggio 1: modella il mulino a vento

Ho usato l'edizione Autodesk Inventor Student per modellare questo progetto di mulino a vento. Ho incluso i file stl in questo Instructable. Se dovessi farlo di nuovo, aumenterei drasticamente la superficie delle mie lame in modo che funzionino meglio su questa scala. Le cose da tenere a mente durante la modellazione del tuo progetto sono la scala delle tue parti rispetto alla risoluzione/tolleranze della tua stampante disponibile. Assicurati di ridimensionare il tuo modello in modo che si adatti a tutti i sensori richiesti o ad altre apparecchiature di bordo.

Inoltre ho scoperto che i problemi di resistenza mi hanno portato a utilizzare articoli per fabbricati, come i tubi in alluminio, per le parti strutturali. Ho comprato i miei cuscinetti da Mcmaster-Carr e ne avevano un modello 3d che ho usato per fare un montaggio che si adattasse molto bene.

Ho scoperto che disegnare le parti prima di provare a modellarle ha aiutato il processo ad andare più veloce e ha ridotto la quantità di aggiustamenti che dovevo fare per far funzionare le parti insieme.

Passaggio 2: assemblare le stampe

Eliminare eventuali bave sulle superfici di appoggio; carteggiali anche se necessario.

Ho usato un calore (con attenzione!) per raddrizzare un paio di lame che si sono piegate durante il raffreddamento.

Andare piano quando si inserisce l'hardware negli slot/fori di montaggio.

Una volta che la struttura è assemblata, aggiungi i sensori e l'elettronica. Ho incollato a caldo l'elettronica in posizione all'interno della scatola del progetto e ho usato il saldatore per "saldare" il supporto del sensore nella sua fessura di montaggio all'interno del corpo.

Passaggio 3: assemblare l'elettronica

Assicurati di avere buoni collegamenti con tutto. Nessun filo esposto; nessun potenziale cortocircuito.

Assicurati che il sensore sia montato saldamente.

Fare riferimento al codice per identificare quali pin sono collegati e dove. (cioè i cavi del motore passo-passo o il cavo analogico del sensore.)

Ho alimentato il motore con una sorgente esterna anziché tramite la scheda Arduino. Non volevo danneggiare la scheda se il motore assorbiva troppa corrente.

Passaggio 4: programma Arduino

Il programma e lo schema di controllo ad anello chiuso sono il cuore di questo progetto. Ho allegato il codice Arduino ed è completamente commentato. Durante la messa a punto del PID, ho scoperto che avrei avuto un momento più facile se avessi fatto quanto segue: 1) Impostare tutti i guadagni PID su zero. 2) Aumentare il valore di P fino a quando la risposta all'errore è un'oscillazione costante. 3) Aumentare il valore D fino a quando le oscillazioni si risolvono. 4) Ripetere i passaggi 2 e 3 finché non si ottengono ulteriori miglioramenti.

5) Impostare P e D sugli ultimi valori stabili. 6) Aumentare il valore I fino a quando non ritorna al setpoint senza errore di regime.

A causa del design meccanico, ho creato una funzione di zona morta per interrompere l'alimentazione al motore quando il mulino a vento è orientato correttamente. Questo riduce drasticamente il calore nel motore passo-passo. Prima di questo l'ho fatto funzionare e si è surriscaldato abbastanza da deformare la piattaforma della torre e cadere dal suo supporto.

Il gruppo lame non è perfettamente bilanciato ed è abbastanza pesante da far oscillare il gruppo del perno. L'oscillazione fornisce essenzialmente informazioni spurie del sensore al processo PID e aggiunge rumore causando un movimento eccessivo e quindi calore.

Passaggio 5: diventa un ingegnere

Una volta che tutto è assemblato e programmato, trova un ventilatore o una tempesta tropicale e prova la tua creazione! Parte del divertimento nel costruirlo è stato capire come risolvere i problemi che sono emersi. Questo Instructable è leggero nei dettagli per questo motivo. Inoltre, se provi a costruire questo e a trovare soluzioni migliori, allora l'ho fatto, per favore condividile. Tutti possiamo imparare gli uni dagli altri.