Windmühle mit aktiver Steuerung - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Dieses instructable wurde in Erfüllung der Projektanforderung des Makecourse an der University of South Florida (www.makecourse.com) erstellt.

Ich musste ein Projekt auswählen, das ich von Grund auf entwerfen und bauen wollte. Ich beschloss, dass ich versuchen wollte, eine Windmühle zu bauen, die die Windrichtung erfasst und ihr aktiv entgegentritt, ohne eine Schaufel oder ein Leitwerk zu benötigen. Da mein Fokus in diesem Projekt auf der Kombination aus Sensor und PID-Steuerung lag, macht die Windmühle nichts mit der Energie, die die Rotorblätter dreht. Fühlen Sie sich frei, das Design zu ändern, um nützlicher zu sein! Was folgt, ist nicht die einzige Möglichkeit, dies zu erstellen. Ich musste unterwegs einige unvorhergesehene Probleme lösen und das führte dazu, dass ich verschiedene Materialien oder Werkzeuge verwendete. Mehrmals begnügte ich mich mit vorhandenen Teilen oder aus alten Geräten oder Technik. Zickzack, wo ich zackte. Um dieses Projekt vollständig zu dokumentieren, müsste ich mein Projekt effektiv zerstören, um Bilder von jedem Build-Schritt bereitzustellen. Ich bin nicht bereit, das zu tun. Stattdessen habe ich die 3D-Modelle, die Materialliste und hilfreiche Hinweise bereitgestellt, die ich auf die harte Tour gelernt habe.

Lieferungen:

Ich habe den Arduino-Code und die Autodesk-Dateien eingefügt. Sie benötigen außerdem Folgendes: Werkzeuge:

-Kleiner Rohrschneider-Lötkolben, Lötmittel, Flussmittel-Schraubendreher-Bohrer-Rasiermesser oder Boxcutter oder exaktes Messer-Heißklebepistole-(optional) Heißluftpistole

Materialien:

-24 Zoll Aluminiumrohr mit einem Durchmesser von 0,25 Zoll (ich habe meins von Mcmaster-Carr bekommen)-Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-ULN2003-Schrittsteuerung-(Option 1) Schwerkraftmotorschild und Hall-Effekt-Sensor von DfRobot-(Option 2) jede andere analoger Rotationssensor-3+ Bleischleifring oder Pancake Ring-Projekt Box-Lager für die Nase Montage-Schrauben-Holz für eine Plattform-Batterien (ich benutze eine 9v für die Platine und betreibe den Stepper mit einem 7.8 Li-Po)-RC ebene Schubstangen (jeder steife Draht mit kleinem Durchmesser reicht aus.)

Schritt 1: Modellieren Sie die Windmühle

Ich habe Autodesk Inventor Student Edition verwendet, um dieses Windmühlenprojekt zu modellieren. Ich habe die stl-Dateien in diesem Instructable enthalten. Wenn ich dies noch einmal tun würde, würde ich die Oberfläche meiner Klingen drastisch vergrößern, damit sie in diesem Maßstab besser funktionieren. Beachten Sie beim Modellieren Ihres Projekts die Skalierung Ihrer Teile im Vergleich zur Auflösung/Toleranzen Ihres verfügbaren Druckers. Stellen Sie sicher, dass Sie Ihr Modell so skalieren, dass es zu allen erforderlichen Sensoren oder anderen Bordgeräten passt.

Außerdem stellte ich fest, dass die Bedenken hinsichtlich der Festigkeit mich dazu veranlassten, für Strukturteile vorgefertigte Artikel wie Aluminiumrohre zu verwenden. Ich kaufte meine Lager von Mcmaster-Carr und sie hatten ein 3D-Modell davon, mit dem ich eine Halterung anfertigte, die sehr gut zu ihnen passte.

Ich stellte fest, dass das Zeichnen von Teilen vor dem Versuch, sie zu modellieren, den Prozess beschleunigte und die Anzahl der Anpassungen verringerte, die ich vornehmen musste, um die Teile zusammenzuarbeiten.

Schritt 2: Montieren Sie die Drucke

Alle Grate an den Lagerflächen abschlagen; Sand sie auch, wenn nötig.

Ich benutzte eine Hitze (vorsichtig!), um ein paar der Klingen zu begradigen, die sich beim Abkühlen verbogen haben.

Gehen Sie langsam vor, wenn Sie die Hardware in ihre Montageschlitze/-löcher einsetzen.

Sobald die Struktur zusammengebaut ist, fügen Sie Ihre Sensoren und Elektronik hinzu. Ich habe die Elektronik innerhalb der Projektbox heißgeklebt und den Lötkolben verwendet, um die Sensorhalterung in ihren Montageschlitz im Körper zu "schweißen".

Schritt 3: Montieren Sie die Elektronik

Stellen Sie sicher, dass Sie gute Verbindungen zu allem haben. Kein freiliegender Draht; keine möglichen Kurzschlüsse.

Stellen Sie sicher, dass Ihr Sensor fest montiert ist.

Referenzieren Sie den Code, um zu erkennen, welche Pins wo eingesteckt sind. (d. h. die Schrittmotorkabel oder das analoge Sensorkabel.)

Ich habe den Motor mit einer externen Quelle und nicht über das Arduino-Board mit Strom versorgt. Ich wollte die Platine nicht beschädigen, wenn der Motor zu viel Strom zog.

Schritt 4: Programmieren Sie das Arduino

Das Programm und das Regelungsschema bilden den Kern dieses Projekts. Ich habe den Arduino-Code angehängt und er ist vollständig kommentiert. Beim Abstimmen des PID stellte ich fest, dass ich es einfacher hatte, wenn ich Folgendes tat: 1) Alle PID-Verstärkungen auf Null setzen. 2) Erhöhen Sie den P-Wert, bis die Fehlerreaktion eine stetige Schwingung ist. 3) Erhöhen Sie den D-Wert, bis die Schwingungen aufgelöst sind. 4) Wiederholen Sie die Schritte 2 und 3, bis Sie keine weitere Verbesserung erzielen können.

5) Setzen Sie P und D auf die letzten stabilen Werte. 6) Erhöhen Sie den I-Wert, bis er ohne Dauerfehler zum Sollwert zurückkehrt.

Aufgrund des mechanischen Designs habe ich eine Totzonenfunktion erstellt, um die Stromzufuhr zum Motor zu unterbrechen, wenn die Windmühle richtig ausgerichtet ist. Dadurch wird die Hitze im Schrittmotor drastisch reduziert. Vorher habe ich es laufen lassen und es wurde heiß genug, um die Turmplattform zu verziehen und aus der Halterung zu fallen.

Die Klingenbaugruppe ist nicht perfekt ausbalanciert und schwer genug, um die Schwenkbaugruppe zum Wackeln zu bringen. Das Wobbeln gibt dem PID-Prozess im Wesentlichen falsche Sensorinformationen und fügt Rauschen hinzu, das übermäßige Bewegung und damit Wärme verursacht.

Schritt 5: Seien Sie ein Ingenieur

Sobald alles zusammengebaut und programmiert ist, finden Sie einen Ventilator oder einen tropischen Sturm und testen Sie Ihre Kreation! Ein Teil des Spaßes beim Bauen bestand darin, herauszufinden, wie man die Probleme lösen konnte, die auftauchten. Dieses Instructable ist aus diesem Grund leicht im Detail. Wenn Sie versuchen, dies zu erstellen und bessere Lösungen als ich zu finden, teilen Sie sie bitte mit. Wir können alle voneinander lernen.