Active Control-windmolen - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Deze instructable is gemaakt om te voldoen aan de projectvereiste van de Makecourse aan de University of South Florida (www.makecourse.com)

Ik mocht een project kiezen om vanaf de grond af te ontwerpen en op te bouwen. Ik besloot dat ik wilde proberen een windmolen te bouwen die de windrichting voelde en er actief mee omging, zonder een wiek of staart. Omdat mijn focus in dit project lag op de combinatie van sensor en PID-regeling, doet de windmolen niets met de energie die de wieken laat draaien. Voel je vrij om het ontwerp aan te passen om het nuttiger te maken! Wat volgt is niet de enige manier om dit te bouwen. Ik moest onderweg verschillende onvoorziene problemen oplossen en het leidde ertoe dat ik verschillende materialen of gereedschappen gebruikte. Meerdere keren heb ik het gedaan met onderdelen die bij de hand waren of die ik had weggegooid van oude apparaten of technologie. Dus nogmaals, voel je vrij om te zigzaggen waar ik zag. Om dit project volledig te documenteren, zou ik mijn project effectief moeten vernietigen om foto's te maken van elke bouwstap. Ik ben niet bereid om dat te doen. In plaats daarvan heb ik de 3D-modellen, de materialenlijst verstrekt en nuttige hints gegeven die ik onderweg op de harde manier heb geleerd.

Benodigdheden:

Ik heb de Arduino-code en de Autodesk-bestanden toegevoegd. Je hebt ook het volgende nodig: Gereedschap:

-Kleine pijpsnijder-Soldeerbout, soldeer, flux-Schroevendraaiers-Boor-Razor of boxcutter of exacto mes-Heet lijmpistool-(optioneel) heteluchtpistool

Materialen:

-24 inch aluminium buizen met een diameter van 0,25 inch (ik heb de mijne van Mcmaster-Carr)-Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-ULN2003 stappencontroller-(optie 1) Zwaartekrachtmotorschild en hall-effectsensor van DfRobot-(optie 2) elke andere analoge rotatiesensor-3+ loden sleepring of pancake ring-project box-lagers voor de neus montage-schroeven-hout voor een platform-batterijen (ik gebruik een 9v voor het bord en voed de stepper met een 7.8 Li-Po)-RC vlakke duwstangen (elke stijve draad met een kleine diameter is voldoende.)

Stap 1: Modelleer de windmolen

Ik heb Autodesk Inventor Student-editie gebruikt om dit windmolenproject te modelleren. Ik heb de stl-bestanden opgenomen in deze Instructable. Als ik dit opnieuw zou doen, zou ik het oppervlak van mijn messen drastisch vergroten, zodat ze op deze schaal beter zouden werken. Dingen om in gedachten te houden bij het modelleren van uw project zijn de schaal van uw onderdelen versus de resolutie/toleranties van uw beschikbare printer. Zorg ervoor dat u uw model schaalt zodat het op alle vereiste sensoren of andere apparatuur aan boord past.

Ik ontdekte ook dat de zorgen over de sterkte ertoe leidden dat ik per-gefabriceerde items, zoals de aluminium buizen, voor structurele onderdelen ging gebruiken. Ik kocht mijn lagers van Mcmaster-Carr en ze hadden er een 3D-model van dat ik gebruikte om een montage te maken die er heel goed op paste.

Ik ontdekte dat het tekenen van onderdelen voordat ik ze probeerde te modelleren, het proces sneller liet verlopen en de hoeveelheid aanpassingen verminderde die ik moest maken om de onderdelen samen te laten werken.

Stap 2: Monteer de afdrukken

Klop eventuele bramen op lageroppervlakken af; schuur ze indien nodig ook.

Ik gebruikte een hitte (voorzichtig!) om een paar van de bladen recht te trekken die tijdens het afkoelen kromden.

Ga langzaam bij het plaatsen van hardware in hun montagesleuven/gaten.

Zodra de structuur is gemonteerd, voegt u uw sensoren en elektronica toe. Ik lijmde de elektronica op zijn plaats in de projectdoos en gebruikte de soldeerbout om de sensorbevestiging in de montagesleuf in de behuizing te "lassen".

Stap 3: Monteer de elektronica

Zorg voor goede verbindingen met alles. Geen blootliggende draad; geen mogelijke kortsluitingen.

Zorg ervoor dat uw sensor stevig is gemonteerd.

Verwijs naar de code om te bepalen welke pinnen waar zijn aangesloten. (d.w.z. de draden van de stappenmotor of de analoge draad van de sensor.)

Ik voedde de motor met een externe bron in plaats van via het Arduino-bord. Ik wilde het bord niet beschadigen als de motor te veel stroom trok.

Stap 4: Programmeer de Arduino

Het programma en het gesloten regelschema vormen de kern van dit project. Ik heb de Arduino-code bijgevoegd en deze is volledig becommentarieerd. Bij het afstemmen van de PID merkte ik dat ik het gemakkelijker had als ik het volgende deed: 1) Zet alle PID-winsten op nul. 2) Verhoog de P-waarde totdat de reactie op de fout een constante oscillatie is. 3) Verhoog de D-waarde totdat de oscillaties zijn opgelost. 4) Herhaal stap 2 en 3 totdat u geen verdere verbetering kunt bereiken.

5) Stel P en D in op de laatste stabiele waarden. 6) Verhoog de I-waarde totdat deze terugkeert naar het instelpunt zonder steady-state-fout.

Vanwege het mechanische ontwerp heb ik een dode zone-functie gemaakt om de stroom naar de motor af te sluiten wanneer de windmolen correct is georiënteerd. Dit vermindert de warmte in de stappenmotor drastisch. Hiervoor heb ik het laten lopen en het werd heet genoeg om het torenplatform te vervormen en uit de berg te vallen.

De mesconstructie is niet perfect uitgebalanceerd en is zwaar genoeg om de spilconstructie te laten wiebelen. De wiebel geeft in wezen valse sensorinformatie aan het PID-proces en voegt ruis toe die overmatige beweging en dus warmte veroorzaakt.

Stap 5: Wees een ingenieur

Zodra alles is gemonteerd en geprogrammeerd, zoek je een ventilator of een tropische storm en test je je creatie! Een deel van het plezier om dit te bouwen was uitzoeken hoe de problemen die zich voordeden op te lossen. Deze Instructable is om die reden licht op detail. Bovendien, als je probeert dit te bouwen en betere oplossingen te bedenken dan ik, deel ze dan alsjeblieft. We kunnen allemaal van elkaar leren.