Aktivní ovládání větrného mlýna: 5 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Tento instruktáž byl vytvořen při splnění požadavku projektu Makecourse na University of South Florida (www.makecourse.com)

Musím si vybrat projekt, který navrhnu a postavím od základů. Rozhodl jsem se, že se pokusím postavit větrný mlýn, který bude vnímat směr větru a aktivně mu čelit, aniž bych potřeboval lopatku nebo ocas. Protože jsem se v tomto projektu soustředil na kombinaci senzoru a PID ovládání, větrný mlýn nedělá nic s energií, která roztáčí lopatky. Nebojte se upravit design, aby byl užitečnější! Následující postup není jediný způsob, jak to vytvořit. Cestou jsem musel vyřešit několik nepředvídaných problémů a vedlo mě to k použití různých materiálů nebo nástrojů. Několikrát jsem si vystačil s díly po ruce nebo uklizenými ze starých spotřebičů nebo techniky. Takže znovu, klidně kličkujte tam, kde jsem se zagagoval. Abych tento projekt plně zdokumentoval, musel bych svůj projekt efektivně zničit, abych mohl poskytnout obrázky každého kroku stavby. Nejsem ochoten to udělat. Místo toho jsem poskytl 3D modely, seznam materiálů a poskytl užitečné rady, které jsem se po cestě naučil obtížně.

Zásoby:

Zahrnul jsem kód Arduino a soubory Autodesk. Budete také potřebovat následující: Nástroje:

-Drobná řezačka trubek-Páječka, pájka, tavidlo-Šroubováky-Vrták-Razor nebo boxcutter nebo přesný nůž-Horká lepicí pistole- (volitelně) teplovzdušná pistole

Materiály:

-24 palců hliníkových trubek o průměru 0,25 palce (dostal jsem od Mcmaster-Carr) -Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-ULN2003 krokový ovladač- (možnost 1) Gravitační štít motoru a snímač Hallova efektu od DfRobot- (možnost 2) jakýkoli jiný analogový snímač otáčení-3+ olověné slipringové nebo palačinkové prstencové projektové ložiska pro sestavu nosu-šrouby-dřevo pro platformu-baterie (používám 9V pro desku a napájím stepper 7,8 Li-Po) -RC rovné tlačné tyče (postačí jakýkoli tuhý drát o malém průměru).

Krok 1: Modelování větrného mlýna

K modelování tohoto projektu větrného mlýna jsem použil edici Autodesk Inventor Student. Do tohoto Instructable jsem zahrnoval soubory stl. Pokud bych to udělal znovu, drasticky bych zvětšil povrch svých čepelí, aby v tomto měřítku fungovaly lépe. Na co byste měli při modelování projektu myslet, je měřítko vašich součástí a rozlišení/tolerance vaší dostupné tiskárny. Ujistěte se, že svůj model upravíte tak, aby se vešel do všech požadovaných senzorů nebo jiného palubního vybavení.

Také jsem zjistil, že obavy o pevnost mě vedly k použití jednotlivě vyráběných předmětů, jako jsou hliníkové trubky, pro konstrukční díly. Koupil jsem si ložiska od Mcmaster-Carr a oni měli jejich 3D model, který jsem použil k tomu, aby jim držák velmi dobře seděl.

Zjistil jsem, že kreslení dílů předtím, než jsem se je pokusil modelovat, pomohlo postupu rychleji a zmenšilo množství úprav, které jsem potřeboval k tomu, aby součásti spolupracovaly.

Krok 2: Sestavte výtisky

Srazte všechny otřepy na nosných plochách; v případě potřeby je také pískujte.

Pomocí tepla (opatrně!) Jsem narovnal pár čepelí, které se při chlazení ohýbaly.

Při vkládání hardwaru do jejich montážních slotů/otvorů postupujte pomalu.

Jakmile je konstrukce sestavena, přidejte senzory a elektroniku. Zašrouboval jsem elektroniku na místo v krabici projektu a pomocí páječky „přivařil“držák senzoru do jeho montážní štěrbiny v těle.

Krok 3: Sestavte elektroniku

Zajistěte dobré spojení se vším. Žádný odkrytý drát; žádné potenciální zkraty.

Ujistěte se, že je váš senzor pevně namontován.

Odkazujte na kód, abyste zjistili, které piny jsou kde zapojeny. (tj. vodiče krokového motoru nebo analogový vodič senzoru.)

Motor jsem napájel z externího zdroje, a ne z desky Arduino. Nechtěl jsem poškodit desku, pokud motor čerpal velký proud.

Krok 4: Naprogramujte Arduino

Program a schéma řízení uzavřené smyčky je jádrem tohoto projektu. Připojil jsem kód Arduino a je plně komentován. Při ladění PID jsem zjistil, že to mám jednodušší, když jsem provedl následující: 1) Nastavte všechny zisky PID na nulu. 2) Zvyšujte hodnotu P, dokud nebude reakcí na chybu stálá oscilace. 3) Zvyšujte hodnotu D, dokud se kmity nevyřeší. 4) Opakujte kroky 2 a 3, dokud nezískáte další zlepšení.

5) Nastavte P a D na poslední stabilní hodnoty. 6) Zvyšte hodnotu I, dokud se nevrátí na požadovanou hodnotu bez chyby ustáleného stavu.

Kvůli mechanické konstrukci jsem vytvořil funkci mrtvé zóny, která přerušuje napájení motoru, když je větrný mlýn správně orientován. To drasticky snižuje teplo v krokovém motoru. Předtím jsem to spustil a bylo to tak horké, že to mohlo pokřivit plošinu věže a vypadnout z jejího držáku.

Sestava čepele není dokonale vyvážená a je dostatečně těžká, aby se otáčela sestava čepu. Kývání v podstatě poskytuje falešné informace o senzoru procesu PID a přidává hluk způsobující nadměrný pohyb a tím i teplo.

Krok 5: Staňte se inženýrem

Jakmile je vše sestaveno a naprogramováno, najděte si fanouška nebo tropickou bouři a vyzkoušejte svůj výtvor! Součástí zábavy při stavění bylo zjistit, jak vyřešit problémy, které se objevily. Tento Instructable je z tohoto důvodu lehký na detaily. Pokud se to navíc pokusíte vybudovat a vymyslíte lepší řešení, než jsem to udělal já, sdílejte je prosím. Všichni se můžeme navzájem učit.