กังหันลมแบบแอคทีฟคอนโทรล: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:02

คำแนะนำนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของโครงการ Makecourse ที่มหาวิทยาลัยเซาท์ฟลอริดา (www.makecourse.com)

ฉันต้องเลือกโครงการที่จะออกแบบและสร้างตั้งแต่ต้นจนจบ ฉันตัดสินใจว่าฉันต้องการลองสร้างกังหันลมที่รับรู้ทิศทางลมและเผชิญหน้าอย่างกระตือรือร้น โดยไม่ต้องใช้ใบพัดหรือหาง เนื่องจากฉันมุ่งเน้นในโปรเจ็กต์นี้ที่เซ็นเซอร์และชุดควบคุม PID กังหันลมไม่ทำอะไรเลยกับพลังงานที่หมุนใบมีด ปรับเปลี่ยนการออกแบบให้มีประโยชน์มากขึ้นได้ตามสบาย! สิ่งที่ตามมาไม่ใช่วิธีเดียวที่จะสร้างสิ่งนี้ ฉันต้องแก้ปัญหาที่ไม่คาดฝันหลายอย่างระหว่างทาง และมันทำให้ฉันต้องใช้วัสดุหรือเครื่องมือที่แตกต่างกัน หลายครั้งที่ฉันทำกับชิ้นส่วนในมือหรือขับออกจากเครื่องใช้หรือเทคโนโลยีเก่า ดังนั้น อีกครั้ง โปรดอย่าลังเลที่จะซิกแซกที่ฉัน zagged เพื่อจัดทำเอกสารโครงการนี้อย่างสมบูรณ์ ฉันจะต้องทำลายโครงการของฉันอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อที่จะให้รูปภาพของแต่ละขั้นตอนการสร้าง ฉันไม่เต็มใจที่จะทำอย่างนั้น แต่ฉันได้จัดเตรียมแบบจำลอง 3 มิติ รายการวัสดุ และคำแนะนำที่เป็นประโยชน์ซึ่งฉันได้เรียนรู้มาตลอดทาง

เสบียง:

ฉันได้รวมรหัส Arduino และไฟล์ Autodesk แล้ว คุณจะต้องมีสิ่งต่อไปนี้:เครื่องมือ:

- เครื่องตัดท่อขนาดเล็ก - หัวแร้ง บัดกรี ฟลักซ์สกรู - สว่าน - มีดโกนหรือมีดตัดกล่องหรือมีดที่แน่นอน - ปืนกาวร้อน - ปืนความร้อน (อุปกรณ์เสริม)

วัสดุ:

-24 นิ้วของท่ออลูมิเนียมขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง.25 นิ้ว (ฉันได้ของฉันจาก Mcmaster-Carr) -Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-ULN2003 ตัวควบคุมสเต็ป - (ตัวเลือก 1) โล่มอเตอร์แรงโน้มถ่วงและเซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์จาก DfRobot- (ตัวเลือก 2) อื่น ๆ เซ็นเซอร์การหมุนแบบแอนะล็อก-3+ ตะกั่วลื่นหรือวงแหวนแพนเค้ก-โครงการลูกปืนกล่องสำหรับประกอบจมูก-สกรู-ไม้สำหรับแพลตฟอร์ม-แบตเตอรี่ (ฉันใช้ 9v สำหรับบอร์ดและจ่ายไฟให้กับสเต็ปด้วย 7.8 Li-Po) -RC แท่งดันระนาบ (ลวดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก ๆ ที่แข็งจะทำได้)

ขั้นตอนที่ 1: สร้างแบบจำลองกังหันลม

ฉันใช้รุ่น Autodesk Inventor Student เพื่อสร้างแบบจำลองโครงการกังหันลมนี้ ฉันได้รวมไฟล์ stl ไว้ในคำแนะนำนี้แล้ว ถ้าฉันทำเช่นนี้อีกครั้ง ฉันจะเพิ่มพื้นที่ผิวของใบมีดอย่างมากเพื่อให้ทำงานได้ดีขึ้นในระดับนี้ สิ่งที่ต้องคำนึงถึงขณะสร้างแบบจำลองโครงการของคุณคือขนาดของชิ้นส่วนเทียบกับความละเอียด/ความคลาดเคลื่อนของเครื่องพิมพ์ที่คุณมี ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณปรับขนาดโมเดลของคุณเพื่อให้พอดีกับเซ็นเซอร์ที่จำเป็นหรืออุปกรณ์ออนบอร์ดอื่นๆ

นอกจากนี้ ฉันยังพบว่าความกังวลเรื่องความแข็งแรงทำให้ฉันใช้สินค้าที่ผลิตขึ้นเอง เช่น ท่ออลูมิเนียม สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้าง ฉันซื้อตลับลูกปืนของฉันจาก Mcmaster-Carr และพวกเขามีโมเดล 3 มิติซึ่งฉันเคยติดตั้งให้พอดี

ฉันพบว่าการวาดชิ้นส่วนก่อนที่จะพยายามสร้างแบบจำลองช่วยให้กระบวนการทำงานเร็วขึ้น และลดจำนวนการปรับเปลี่ยนที่จำเป็นเพื่อให้ชิ้นส่วนทำงานร่วมกันได้

ขั้นตอนที่ 2: ประกอบภาพพิมพ์

ขจัดครีบบนพื้นผิวแบริ่ง ทรายพวกเขาเช่นกันหากจำเป็น

ฉันใช้ความร้อน (อย่างระมัดระวัง!) เพื่อยืดใบมีดสองใบที่งอขณะทำความเย็น

ทำงานช้าเมื่อใส่ฮาร์ดแวร์ลงในช่อง/รูยึด

เมื่อประกอบโครงสร้างแล้ว ให้เพิ่มเซ็นเซอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของคุณ ฉันติดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้าไปในตำแหน่งภายในกล่องโปรเจ็กต์ และใช้หัวแร้งเพื่อ "เชื่อม" ที่ยึดเซ็นเซอร์เข้ากับช่องยึดภายในตัวเครื่อง

ขั้นตอนที่ 3: ประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ให้แน่ใจว่าคุณมีความสัมพันธ์ที่ดีกับทุกสิ่ง ไม่มีลวดสัมผัส; ไม่มีการลัดวงจรที่อาจเกิดขึ้น

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเซ็นเซอร์ของคุณติดตั้งอย่างแน่นหนา

อ้างอิงรหัสเพื่อระบุว่าหมุดใดเสียบอยู่ (เช่นสายสเต็ปเปอร์มอเตอร์หรือสายแอนะล็อกเซ็นเซอร์)

ฉันขับเคลื่อนมอเตอร์ด้วยแหล่งภายนอกมากกว่าผ่านบอร์ด Arduino ฉันไม่ต้องการสร้างความเสียหายให้กับบอร์ดหากมอเตอร์ดึงกระแสไฟมาก

ขั้นตอนที่ 4: ตั้งโปรแกรม Arduino

โปรแกรมและรูปแบบการควบคุมวงปิดเป็นแกนหลักของโครงการนี้ ฉันได้แนบรหัส Arduino และมีการแสดงความคิดเห็นอย่างเต็มที่ เมื่อปรับ PID ฉันพบว่าฉันมีเวลาง่ายขึ้นหากทำสิ่งต่อไปนี้: 1) ตั้งค่าการเพิ่ม PID ทั้งหมดเป็นศูนย์ 2) เพิ่มค่า P จนกว่าการตอบสนองต่อข้อผิดพลาดจะเป็นการแกว่งคงที่ 3) เพิ่มค่า D จนกว่าการแกว่งจะได้รับการแก้ไข 4) ทำซ้ำขั้นตอนที่ 2 และ 3 จนกว่าคุณจะไม่สามารถปรับปรุงได้อีก

5) ตั้งค่า P และ D เป็นค่าคงที่ล่าสุด 6) เพิ่มค่า I จนกว่าจะกลับสู่ค่าที่ตั้งไว้โดยไม่มีข้อผิดพลาดของสถานะคงตัว

เนื่องจากการออกแบบทางกลไก ฉันจึงสร้างฟังก์ชันเดดโซนเพื่อตัดกำลังไปยังมอเตอร์เมื่อกังหันลมอยู่ในทิศทางที่ถูกต้อง ซึ่งจะช่วยลดความร้อนในสเต็ปเปอร์มอเตอร์ได้อย่างมาก ก่อนหน้านี้ฉันวิ่งไปและมันก็ร้อนพอที่จะทำให้แท่นหอคอยบิดเบี้ยวและตกลงมาจากภูเขา

ชุดใบมีดไม่สมดุลอย่างสมบูรณ์และหนักพอที่จะทำให้ชุดเดือยสั่นคลอน การโยกเยกโดยพื้นฐานแล้วให้ข้อมูลเซ็นเซอร์ปลอมแก่กระบวนการ PID และเพิ่มเสียงรบกวนซึ่งทำให้เกิดการเคลื่อนไหวที่มากเกินไปและทำให้เกิดความร้อน

ขั้นตอนที่ 5: เป็นวิศวกร

เมื่อทุกอย่างถูกประกอบและตั้งโปรแกรมแล้ว ให้หาพัดลมหรือพายุโซนร้อนและทดสอบการสร้างสรรค์ของคุณ! ส่วนหนึ่งของความสนุกในการสร้างสิ่งนี้คือการหาวิธีแก้ไขปัญหาที่ปรากฏขึ้น คำแนะนำนี้มีรายละเอียดเล็กน้อยด้วยเหตุผลดังกล่าว นอกจากนี้ หากคุณพยายามสร้างสิ่งนี้และหาวิธีแก้ปัญหาที่ดีกว่าที่ฉันทำ โปรดแบ่งปัน เราทุกคนสามารถเรียนรู้จากกันและกัน