Molino de viento de control activo: 5 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Este instructable fue creado en cumplimiento del requisito del proyecto de Makecourse en la Universidad del Sur de Florida (www.makecourse.com)

Tengo que elegir un proyecto para diseñar y construir desde cero. Decidí que quería intentar construir un molino de viento que detectara la dirección del viento y lo enfrentara activamente, sin necesidad de veleta o cola. Como mi enfoque en este proyecto estaba en la combinación de sensor y control PID, el molino de viento no hace nada con la energía que hace girar las palas. ¡Siéntete libre de modificar el diseño para que sea más útil! Lo que sigue no es la única forma de construirlo. Tuve que resolver varios problemas imprevistos en el camino y eso me llevó a utilizar diferentes materiales o herramientas. Varias veces me las arreglé con piezas a mano o recuperadas de aparatos o tecnología viejos. Así que, de nuevo, siéntete libre de zigzaguear donde yo hice zag. Para documentar completamente este proyecto, tendría que destruirlo de manera efectiva para poder proporcionar imágenes de cada paso de construcción. No estoy dispuesto a hacer eso. En su lugar, proporcioné los modelos 3D, la lista de materiales y sugerencias útiles que aprendí por las malas a lo largo del camino.

Suministros:

He incluido el código Arduino y los archivos de Autodesk. También necesitará lo siguiente: Herramientas:

-Cortatubos pequeño-Soldador, soldador, fundente-Destornilladores-Taladro-Maquinilla de afeitar o cortador de cajas o cuchillo exacto-Pistola de pegamento caliente- Pistola de calor (opcional)

Materiales:

-24 pulgadas de tubo de aluminio de 0,25 pulgadas de diámetro (obtuve el mío de Mcmaster-Carr) -Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-Controlador paso a paso ULN2003- (opción 1) Escudo del motor de gravedad y sensor de efecto Hall de DfRobot- (opción 2) cualquier otro sensor de rotación analógico-3 + anillo deslizante de plomo o anillo de panqueque-proyecto de caja-cojinetes para el montaje de la nariz-tornillos-Madera para una plataforma-Baterías (yo uso un 9v para la placa y enciendo el paso a paso con un 7.8 Li-Po) -RC varillas de empuje planas (cualquier alambre rígido de diámetro pequeño servirá).

Paso 1: modele el molino de viento

Usé Autodesk Inventor Student Edition para modelar este proyecto de molino de viento. He incluido los archivos stl en este Instructable. Si volviera a hacer esto, aumentaría drásticamente el área de superficie de mis cuchillas para que funcionen mejor a esta escala. Lo que debe tener en cuenta al modelar su proyecto es la escala de sus piezas frente a la resolución / tolerancias de su impresora disponible. Asegúrese de escalar su modelo para que se ajuste a los sensores necesarios u otro equipo a bordo.

También descubrí que las preocupaciones sobre la resistencia me llevaron a utilizar elementos prefabricados, como los tubos de aluminio, para las piezas estructurales. Compré mis rodamientos de Mcmaster-Carr y tenían un modelo 3D de ellos que usé para hacer una montura que les quedaba muy bien.

Descubrí que dibujar piezas antes de intentar modelarlas ayudó a que el proceso fuera más rápido y redujo la cantidad de ajustes que necesitaba hacer para que las piezas funcionaran juntas.

Paso 2: Reúna las impresiones

Elimine las rebabas en las superficies de los cojinetes; lijarlos también si es necesario.

Usé calor (¡con cuidado!) Para enderezar un par de cuchillas que se doblaron mientras se enfriaban.

Vaya lento al insertar hardware en sus ranuras / orificios de montaje.

Una vez que la estructura esté ensamblada, agregue sus sensores y componentes electrónicos. Pegué los componentes electrónicos en su posición dentro de la caja del proyecto y usé el soldador para "soldar" el soporte del sensor en su ranura de montaje dentro del cuerpo.

Paso 3: ensamble la electrónica

Asegúrese de tener buenas conexiones con todo. Sin cable expuesto; sin posibles cortocircuitos.

Asegúrese de que su sensor esté sólidamente montado.

Haga referencia al código para identificar qué pines están conectados y dónde. (es decir, los cables del motor paso a paso o el cable analógico del sensor).

Encendí el motor con una fuente externa en lugar de a través de la placa Arduino. No quería dañar la placa si el motor consumía mucha corriente.

Paso 4: programa el Arduino

El programa y el esquema de control de circuito cerrado es el núcleo de este proyecto. Adjunté el código Arduino y está completamente comentado. Al ajustar el PID, descubrí que me resultaba más fácil si hacía lo siguiente: 1) Establecer todas las ganancias de PID en cero. 2) Aumente el valor P hasta que la respuesta al error sea una oscilación constante. 3) Aumente el valor D hasta que se resuelvan las oscilaciones. 4) Repita los pasos 2 y 3 hasta que no pueda obtener más mejoras.

5) Establezca P y D en los últimos valores estables. 6) Aumente el valor I hasta que vuelva al punto de ajuste sin error de estado estable.

Debido al diseño mecánico, creé una función de zona muerta para cortar la energía al motor cuando el molino de viento está orientado correctamente. Esto reduce drásticamente el calor en el motor paso a paso. Antes de esto, lo ejecuté y se calentó lo suficiente como para deformar la plataforma de la torre y caerse de su soporte.

El conjunto de cuchillas no está perfectamente equilibrado y es lo suficientemente pesado como para hacer que el conjunto de pivote se tambalee. El bamboleo esencialmente proporciona información falsa del sensor al proceso PID y agrega ruido que causa un movimiento excesivo y, por lo tanto, calor.

Paso 5: ¡Sea un ingeniero

Una vez que todo esté ensamblado y programado, busque un ventilador o una tormenta tropical y pruebe su creación. Parte de la diversión de construir esto fue descubrir cómo resolver los problemas que surgieron. Este Instructable es ligero en detalles por esa razón. Además, si intenta construir esto y encontrar mejores soluciones que yo, compártalas. Todos podemos aprender unos de otros.