Moulin à vent à contrôle actif : 5 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Cette instructable a été créée pour répondre aux exigences du projet du Makecourse à l'Université de Floride du Sud (www.makecourse.com)

J'ai eu à choisir un projet à concevoir et à construire à partir de zéro. J'ai décidé que je voulais essayer de construire un moulin à vent qui détecte la direction du vent et lui fait face activement, sans avoir besoin d'une girouette ou d'une queue. Comme je me concentrais dans ce projet sur la combinaison du capteur et du contrôle PID, l'éolienne ne fait rien avec l'énergie qui fait tourner les pales. N'hésitez pas à modifier le design pour qu'il soit plus utile ! Ce qui suit n'est pas la seule façon de le construire. J'ai dû résoudre plusieurs problèmes imprévus en cours de route et cela m'a amené à utiliser différents matériaux ou outils. Plusieurs fois, je me suis contenté de pièces en main ou récupérées de vieux appareils ou de la technologie. Donc, encore une fois, n'hésitez pas à zigzaguer là où j'ai zagged. Afin de documenter complètement ce projet, je devrais détruire efficacement mon projet afin de fournir des images de chaque étape de construction. Je ne veux pas faire ça. Au lieu de cela, j'ai fourni les modèles 3D, la liste des matériaux et des conseils utiles que j'ai appris à la dure.

Fournitures:

J'ai inclus le code Arduino et les fichiers Autodesk. Vous aurez également besoin des éléments suivants: Outils:

-Coupe petit tuyau-Fer à souder, soudure, flux-Tournevis-Perceuse-Rasoir ou cutter ou couteau exacto-Pistolet à colle chaude-(facultatif) pistolet thermique

Matériaux:

-24 pouces de tube en aluminium de 0,25 pouce de diamètre (j'ai eu le mien de Mcmaster-Carr)-Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-ULN2003 contrôleur pas à pas-(option 1) Bouclier de moteur à gravité et capteur à effet Hall de DfRobot-(option 2) tout autre capteur de rotation analogique-3+ bague collectrice en plomb ou anneau à crêpes-boîte de projet-roulements pour l'assemblage du nez-vis-Bois pour une plate-forme-Piles (j'utilise un 9v pour la carte et alimente le stepper avec un 7.8 Li-Po)-RC tiges de poussée planes (n'importe quel fil rigide de petit diamètre fera l'affaire.)

Étape 1: Modéliser le moulin à vent

J'ai utilisé l'édition Student d'Autodesk Inventor pour modéliser ce projet d'éolienne. J'ai inclus les fichiers stl dans ce Instructable. Si je devais le refaire, j'augmenterais considérablement la surface de mes lames pour qu'elles fonctionnent mieux à cette échelle. Les choses à garder à l'esprit lors de la modélisation de votre projet sont l'échelle de vos pièces par rapport à la résolution/tolérances de votre imprimante disponible. Assurez-vous de mettre votre modèle à l'échelle afin qu'il s'adapte à tous les capteurs ou autres équipements embarqués requis.

J'ai également constaté que les problèmes de résistance m'ont amené à utiliser des éléments fabriqués, comme les tubes en aluminium, pour les pièces structurelles. J'ai acheté mes roulements chez Mcmaster-Carr et ils en avaient un modèle 3D que j'ai utilisé pour faire un support qui les convenait très bien.

J'ai découvert que dessiner des pièces avant d'essayer de les modéliser aidait le processus à aller plus vite et réduisait le nombre d'ajustements que je devais faire pour que les pièces fonctionnent ensemble.

Étape 2: Assemblez les impressions

Éliminez les bavures sur les surfaces d'appui; poncez-les également si nécessaire.

J'ai utilisé une chaleur (avec précaution !) Pour redresser quelques lames qui se sont pliées en refroidissant.

Allez-y lentement lorsque vous insérez le matériel dans leurs fentes/trous de montage.

Une fois la structure assemblée, ajoutez vos capteurs et votre électronique. J'ai collé à chaud l'électronique en position dans le boîtier du projet et j'ai utilisé le fer à souder pour "souder" le support du capteur dans sa fente de montage à l'intérieur du corps.

Étape 3: Assembler l'électronique

Assurez-vous d'avoir de bonnes connexions avec tout. Aucun fil exposé; pas de court-circuit potentiel.

Assurez-vous que votre capteur est solidement monté.

Référencez le code afin d'identifier quelles broches sont branchées où. (c'est-à-dire les fils du moteur pas à pas ou le fil analogique du capteur.)

J'ai alimenté le moteur avec une source externe plutôt que via la carte Arduino. Je ne voulais pas endommager la carte si le moteur tirait trop de courant.

Étape 4: programmer l'Arduino

Le programme et le schéma de contrôle en boucle fermée sont au cœur de ce projet. J'ai joint le code Arduino et il est entièrement commenté. Lors du réglage du PID, j'ai trouvé que j'avais plus de facilité si je faisais ce qui suit: 1) Réglez tous les gains PID à zéro. 2) Augmenter la valeur P jusqu'à ce que la réponse à l'erreur soit une oscillation régulière. 3) Augmenter la valeur D jusqu'à ce que les oscillations disparaissent. 4) Répétez les étapes 2 et 3 jusqu'à ce que vous n'obteniez plus aucune amélioration.

5) Réglez P et D sur les dernières valeurs stables. 6) Augmenter la valeur I jusqu'à ce qu'elle revienne au point de consigne sans erreur de régime permanent.

En raison de la conception mécanique, j'ai créé une fonction de zone morte pour couper l'alimentation du moteur lorsque l'éolienne est correctement orientée. Cela réduit considérablement la chaleur dans le moteur pas à pas. Avant cela, je l'ai couru et il a fait assez chaud pour déformer la plate-forme de la tour et tomber de sa monture.

L'assemblage de la lame n'est pas parfaitement équilibré et il est suffisamment lourd pour faire vaciller l'assemblage du pivot. L'oscillation donne essentiellement des informations de capteur parasites au processus PID et ajoute du bruit provoquant un mouvement excessif et donc de la chaleur.

Étape 5: Devenez ingénieur

Une fois tout assemblé et programmé, trouvez un ventilateur ou une tempête tropicale et testez votre création ! Une partie du plaisir de construire cela consistait à trouver comment résoudre les problèmes qui surgissaient. Ce Instructable est léger sur les détails pour cette raison. De plus, si vous essayez de construire ceci et de trouver de meilleures solutions que moi, veuillez les partager. Nous pouvons tous apprendre les uns des autres.