Moinho de vento de controle ativo: 5 etapas

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-23 15:03

Este instrutível foi criado em cumprimento ao requisito do projeto do Makecourse na University of South Florida (www.makecourse.com)

Tive que escolher um projeto para desenhar e construir do zero. Decidi que queria tentar construir um moinho de vento que sentisse a direção do vento e o enfrentasse ativamente, sem a necessidade de cata-vento ou cauda. Como meu foco neste projeto estava na combinação de sensor e controle PID, o moinho de vento não faz nada com a energia que gira as pás. Sinta-se à vontade para modificar o design para ser mais útil! O que se segue não é a única maneira de construir isso. Tive que resolver vários problemas imprevistos ao longo do caminho e isso me levou a usar diferentes materiais ou ferramentas. Várias vezes me virei com as peças à mão ou removidas de aparelhos antigos ou de tecnologia. Então, novamente, sinta-se à vontade para ziguezaguear onde eu zaguei. Para documentar totalmente este projeto, eu teria que destruir meu projeto efetivamente para fornecer imagens de cada etapa de compilação. Não estou disposto a fazer isso. Em vez disso, forneci os modelos 3D, a lista de materiais e forneci dicas úteis que aprendi da maneira mais difícil ao longo do caminho.

Suprimentos:

Incluí o código do Arduino e os arquivos da Autodesk. Você também precisará do seguinte: Ferramentas:

- Cortador de tubos pequenos - Ferro de soldar, solda, flux - Chaves de parafuso - Broca-Navalha ou cortador de caixa ou faca de exacto - Pistola de cola quente - (opcional) pistola de calor

Materiais:

-24 polegadas de tubo de alumínio de 0,25 polegadas de diâmetro (comprei o meu na Mcmaster-Carr) -Arduino Uno-28BYJ48 Stepper-ULN2003 stepper controller- (opção 1) Blindagem do motor de gravidade e sensor de efeito Hall da DfRobot- (opção 2) qualquer outro sensor rotacional analógico-3 + chumbo slipring ou pancake anel-projeto caixa-rolamentos para a montagem do nariz-parafusos-Madeira para uma plataforma-Baterias (eu uso um 9v para a placa e alimente o stepper com 7.8 Li-Po) -RC hastes de impulso planas (qualquer fio rígido de pequeno diâmetro servirá.)

Etapa 1: modelar o moinho de vento

Usei a edição Autodesk Inventor Student para modelar este projeto de moinho de vento. Incluí os arquivos stl neste Instructable. Se eu fizesse isso de novo, aumentaria drasticamente a área de superfície de minhas lâminas para que funcionassem melhor nessa escala. O que você deve ter em mente ao modelar seu projeto é a escala de suas peças versus a resolução / tolerâncias de sua impressora disponível. Certifique-se de dimensionar seu modelo para que ele se encaixe em todos os sensores necessários ou outro equipamento a bordo.

Também descobri que as preocupações com a resistência me levaram a usar itens por fabricados, como os tubos de alumínio, para peças estruturais. Comprei meus rolamentos da Mcmaster-Carr e eles tinham um modelo 3D deles que usei para fazer uma montagem que os encaixava muito bem.

Descobri que desenhar as peças antes de tentar modelá-las ajudava a acelerar o processo e também diminuía a quantidade de ajustes que eu precisava fazer para que as peças funcionassem juntas.

Etapa 2: Monte as impressões

Retire quaisquer rebarbas nas superfícies do rolamento; lixe-os também, se necessário.

Usei um calor (com cuidado!) Para endireitar algumas das lâminas que entortavam durante o resfriamento.

Vá devagar ao inserir o hardware em seus slots / orifícios de montagem.

Depois que a estrutura estiver montada, adicione seus sensores e eletrônicos. Eu colei os componentes eletrônicos na posição dentro da caixa do projeto e usei o ferro de soldar para "soldar" a montagem do sensor em sua ranhura de montagem dentro do corpo.

Etapa 3: montar os eletrônicos

Certifique-se de ter boas conexões com tudo. Nenhum fio exposto; nenhum potencial curto-circuito.

Certifique-se de que seu sensor esteja montado de maneira sólida.

Consulte o código para identificar quais pinos estão conectados onde. (ou seja, os fios do motor de passo ou o fio analógico do sensor.)

Alimentei o motor com uma fonte externa em vez da placa Arduino. Não queria danificar a placa se o motor recebesse muita corrente.

Etapa 4: programar o Arduino

O programa e o esquema de controle de malha fechada são o núcleo deste projeto. Anexei o código do Arduino e ele está totalmente comentado. Ao ajustar o PID, descobri que seria mais fácil se fizesse o seguinte: 1) Defina todos os ganhos do PID para zero. 2) Aumente o valor P até que a resposta ao erro seja uma oscilação constante. 3) Aumente o valor de D até que as oscilações sejam resolvidas. 4) Repita as etapas 2 e 3 até que não consiga obter mais melhorias.

5) Defina P e D para os últimos valores estáveis. 6) Aumente o valor de I até retornar ao ponto de ajuste sem erro de regime permanente.

Por causa do projeto mecânico, criei uma função de zona morta para cortar a energia do motor quando o moinho de vento está orientado corretamente. Isso reduz drasticamente o calor no motor de passo. Antes disso, eu o executei e ficou quente o suficiente para deformar a plataforma da torre e cair de seu suporte.

O conjunto da lâmina não está perfeitamente equilibrado e é pesado o suficiente para fazer com que o conjunto do pivô oscile. A oscilação essencialmente fornece informações espúrias do sensor ao processo PID e adiciona ruído, causando movimento excessivo e, portanto, calor.

Etapa 5: seja um engenheiro

Depois que tudo estiver montado e programado, encontre um ventilador ou uma tempestade tropical e teste sua criação! Parte da diversão em construir isso foi descobrir como resolver os problemas que surgiram. Este Instructable é claro em detalhes por esse motivo. Além disso, se você tentar construir isso e descobrir soluções melhores do que eu, compartilhe-as. Todos podemos aprender uns com os outros.