Active Control Windmill: 5 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:36

Denna instruerbara skapades för att uppfylla projektkravet för Makecourse vid University of South Florida (www.makecourse.com)

Jag fick välja ett projekt att designa och bygga från grunden. Jag bestämde mig för att jag ville försöka bygga en väderkvarn som kände av vindriktningen och aktivt mötte den, utan att behöva en skovel eller svans. Eftersom mitt fokus i detta projekt var på sensorn och PID -kontrollkombinationen, gör väderkvarnen ingenting med den energi som snurrar bladen. Känn dig fri att ändra designen för att vara mer användbar! Det som följer är inte det enda sättet att bygga detta. Jag var tvungen att lösa flera oförutsedda problem på vägen och det ledde till att jag använde olika material eller verktyg. Flera gånger nöjde jag mig med delar till hands eller avlägsnades från gamla apparater eller teknik. Så igen, zigga gärna där jag zackade. För att dokumentera det här projektet fullt ut måste jag effektivt förstöra mitt projekt för att kunna ge bilder av varje byggsteg. Jag är ovillig att göra det. Istället har jag tillhandahållit 3D -modellerna, materiallistan och gett användbara tips som jag lärde mig på det hårda sättet på vägen.

Tillbehör:

Jag har inkluderat Arduino -koden och Autodesk -filerna. Du behöver också följande: Verktyg:

-Liten rörskärare-Lödkolv, löd, fluss-Skruvmejslar-Borr-rakhyvel eller boxskärare eller exacto-kniv-Het limpistol- (tillval) värmepistol

Material:

-24 tum aluminiumrör med en diameter på 0,25 tum (jag fick mitt från Mcmaster-Carr) -Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-ULN2003 stegreglage- (alternativ 1) Gravitationsmotorsköld och hall-effektsensor från DfRobot- (alternativ 2) någon annan analog rotationssensor-3+ blyglidning eller pannkaksring-projektlådor för näsan-skruvar-Trä för en plattform-Batterier (jag använder en 9v för brädet och driver steget med en 7,8 Li-Po) -RC plana tryckstavar (alla trådar med en liten diameter kommer att göra.)

Steg 1: Modellera väderkvarnen

Jag använde Autodesk Inventor Student edition för att modellera detta väderkvarnprojekt. Jag har inkluderat stl -filerna i denna instruerbara. Om jag skulle göra detta igen skulle jag drastiskt öka ytan på mina blad så att de skulle fungera bättre i denna skala. Saker att tänka på när du modellerar ditt projekt är skalan på dina delar jämfört med upplösningen/toleranserna för din tillgängliga skrivare. Se till att du skalar din modell så att den passar alla erforderliga sensorer eller annan utrustning ombord.

Jag fann också att styrkan oroade mig att använda per-tillverkade artiklar, som aluminiumröret, för konstruktionsdelar. Jag köpte mina lager från Mcmaster-Carr och de hade en 3D-modell av dem som jag använde för att göra ett fäste som passade dem mycket bra.

Jag fann att ritning av delar innan jag försökte modellera dem hjälpte processen att gå snabbare och minskade mängden justeringar jag behövde göra för att få delarna att fungera tillsammans.

Steg 2: Montera utskrifterna

Slå av alla grader på lagerytorna; slipa dem också om det behövs.

Jag använde en värme (försiktigt!) För att räta ut ett par blad som böjde sig under kylning.

Gå långsamt när du sätter in hårdvara i deras fästplatser/hål.

När strukturen är monterad lägger du till dina sensorer och elektronik. Jag varmluftade elektroniken på plats i projektlådan och använde lödkolven för att "svetsa" sensorfästet i dess fästplats i kroppen.

Steg 3: Montera elektroniken

Se till att du har bra kopplingar till allt. Ingen exponerad tråd; inga potentiella kortslutningar.

Se till att din sensor är ordentligt monterad.

Hänvisa till koden för att identifiera vilka stift som är anslutna var. (dvs. stegmotorkablarna eller sensorns analoga tråd.)

Jag drev motorn med en extern källa snarare än genom Arduino -kortet. Jag ville inte skada kortet om motorn drog till mycket ström.

Steg 4: Programmera Arduino

Programmet och kontrollsystemet för slutna kretsar är kärnan i detta projekt. Jag har bifogat Arduino -koden och den är fullständigt kommenterad. När jag ställde in PID fann jag att jag hade lättare om jag gjorde följande: 1) Ställ in alla PID -vinster till noll. 2) Öka P -värdet tills svaret på fel är en stadig oscillation. 3) Öka D -värdet tills oscillationerna försvinner. 4) Upprepa steg 2 och 3 tills du inte kan få någon ytterligare förbättring.

5) Ställ in P och D till de sista stabila värdena. 6) Öka I -värdet tills det återgår till börvärdet utan steady state -fel.

På grund av den mekaniska konstruktionen skapade jag en deadzone -funktion för att stänga av motorn när väderkvarnen är rätt orienterad. Detta minskar drastiskt värmen i stegmotorn. Innan detta körde jag den och det blev tillräckligt varmt för att förvränga tornplattformen och falla ur dess fäste.

Bladet är inte helt balanserat och det är tillräckligt tungt för att få svängaggregatet att vingla. Wobble ger i huvudsak falsk sensorinformation till PID -processen och lägger till brus som orsakar överdriven rörelse och därmed värme.

Steg 5: Var en ingenjör

När allt är monterat och programmerat, hitta en fläkt eller en tropisk storm och testa din skapelse! En del av det roliga med att bygga detta var att räkna ut hur man löser problemen som dök upp. Denna instruerbara är lätt på detaljer av den anledningen. Dessutom, om du försöker bygga detta och ta reda på bättre lösningar då jag gjorde, dela dem. Vi kan alla lära av varandra.