Servo singt unter Last. B-Ware, reparierbar oder - Müll ?

[oberallgeier]

Grüß Euch, Leute,

bitte um Rat, ob ich Servos "entstören" kann, also das Singen unter Last durch eigene Mahßnahmen wegbekommen kann/könnte/werde.

Über A...zon habe ich aus dem Land der aufgehenden Sonne zwei Servos gekauft. Typ 1501 MG, analog, ziemlich hohes Drehmoment, 2x niceeshop(TM) FPOWER HD 1501MG Servo Oder RC (https://www.amazon.de/gp/r.html?C=1VSYRMGW3HNG0&K=A1IF5X8V31JBT0&R=2DCR76YY5EQBU&T=C&U=http%3A%2F%2Fwww.amazon.de%2Fdp%2FB00SXOBI5G%2Fr ef%3Dpe_386171_37038021_TE_3p_dp_1&A=VO5AJJPVJ0JRNAAIZNV1KSLL2CYA&H=DYZSHEMYQNZSLCVCAAF6YAALQNEA&ref_=pe_386171_37038021_TE_3p_dp_1). Durchschnittliche Lieferzeit: zweieinhalb Wochen, gesamt knappe 38 Steine.

Die Servos sind heute gekommen. Eingangskontrolle: sieht gut aus, äusserlich (Servo und Verpackung) vergleichbar mit meiner Lieferung vom letzten Jahr von pololu in LasVegas, NV., Nicht im Zubehör ist ein dicker, einarmiger Servohebel, den ich mit der Lieferung über USA erhalten hatte und der auch in der Angebotseite zu sehen ist.

Inbetriebnahme:
Beide Servos singen unter Last, teils sehr laut, lastlos ist nur sehr selten ein kurzes "Singen", eher ein Piff, hörbar. Das Singen klingt ziemlich deutlich nach der 50 Hz Servoperiodenzeit. Am Einsatzort habe ich 25,60 ms Servoperioden, allerdings zeigt sich an meinem Servotester bei 25,00 ms Servoperiode das gleiche Singen.

Vergleich mit der früheren Lieferung:
Der "alte" Typ 1501 MG hat ein tolles, steifes Regelverhalten. Durch stetiges Belasten an der Abtriebswelle geht die Stromaufnahme stetig rauf, die Nachgiebigkeit selbst bei hoher Last ist fast vernachlässigbar.
Motor ohne sichtbare Entstörungskondensatoren, Masseanschluss von Platine zum Motorgehäuse.
Stromaufnahme in Ruhe ca. 10 .. 30 mA, unter Last (derzeit leider nur qualitativ) bis >1A nur mit Mühe zu bringen.
Keinerlei Singen, Verfahrgeräusch ist eher nur eine Art Kugellagerrollen.
Die "neue" Lieferung Typ 1501 MG (beide Exemplare praktisch gleich) hat Servobodendeckel und Gehäuse fast identisch mit dem alten Typ.
Deutlich geändert ist die Bestückung der Elektronik - ein KZ9806 EDA01, ca. 5 mm x 8 mm, 20 Anschlüsse - der in ähnlicher Art beim Original nicht zu finden ist; dort sehe ich allenfalls einen ca. 3mmx3mm-Floh auf der "andern" Platinenseite.
Kein Masseanschluss von Platine zum Motorgehäuse!
Im Ruhezustand ohne Last ist kein Singen zu hören, beim oder nach dem Verstellvorgang ist ein Singen laut und deutlich zu hören. Nach einem Verstellvorgang lastlos oder mit Last ist bei geringer Last evtl. hörbares Singen durch Handeingriff (ruckeln??) zu beheben. Ein Schwenk mit steigender Last führt stets zum Singen, die gleiche Postion <=> die gleiche Last aus einer höheren Position/Last angefahren zeigt bei mässiger Last kein Singen.
Die Stromaufnahme beim Verstellvorgang ist sehr hoch, ein LCD am Servotester wird beim Verstellen des Servos regelmässig geresettet. Das LCD wird auch beim Einschalten des Testers mit angeschlossenem Servo oder beim Anschließen des Servos bei Tester unter Strom so gestört, dass eine Anzeige in keinem Fall möglich ist.

Vielleicht gibts noch Nachfragen, aber das ist so ziemlich alles.

Hat jemand einen Rat ob diese Probleme behebbar sind? Oder hab ich einfach eine lausige Fälschung, einen minderwertigen Clon oder nur eine Montagslieferung bekommen?

Danke im Voraus für Eure Hilfe.

[Peter(TOO)]

Hallo Geier,

Hat jemand einen Rat ob diese Probleme behebbar sind? Oder hab ich einfach eine lausige Fälschung, einen minderwertigen Clon oder nur eine Montagslieferung bekommen?
Vermutlich hörst du das Ansprechen der Strombegrenzung, da müsste man mal mit dem Oszilloskop am Motor messen.

Die Frage ist jetzt ob die Strombegrenzung zu knapp eingestellt ist, der Motor zu viel Strom frisst (Wirkungsgrad), die Totzeit beim Ansprechen der Strombegrenzung zu gross ist oder ob einfach das Gehäuse mehr mitschwingt?
Kann auch von Allem etwas sein ....

MfG Peter(TOO)

[malthy]

Moin!

Soweit ich Deine Schilderung richtig verstanden habe, kenne ich es eher als Ausnahme dass dieses Verhalten - zumindest unter Last - nicht auftritt. Ich habe mir das ganz simpel immer so erklärt: der Servo hat um den Sollwert herum eine kleine Nichtlinearität (Hyterese o.ä.), wenn die Istposition sich in diesem Fenster befindet, ist der Motor aus. Wenn nicht, ist der Motor leicht aktiviert. Und unter größerer Last schafft der Motor es nun nicht, sich in dieses Istwert-Fenster zu drehen, dementsprechend summt er vor sich hin, weil er weiterhin aktiv ist. Hilft man per Hand etwas nach, kann man den Servo in den Istwertbereich drücken, bei dem der Motor aus ist - dann ist Ruhe. Ich weiß nicht, wie die Elektronik von "modernen" Analogservos funktioniert, wenn das nach wie vor reine P-Regler sind, dann würde man dieses Verhalten da ja deutlicher ausgeprägt erwarten als bei einem digitalen Servo, dessen Regelung vermutlich zumindest noch einen zusätzlichen I-Anteil hat. Aber auch bei dem gilt natürlich: wenn er unter Last auf 100% läuft, gibt's auch für den I-Anteil keine Reserven mehr, um den Abtrieb auf Position zu ziehen. Macht das Sinn?

Gruß
Malte

[Peter(TOO)]

Hallo Malte,
Im Prinzip hat sich auch bei den digitalen Servos nichts geändert.

Der Sollwert wird nach wie vor als Impuls übermittelt, dessen Länge dem Wert entspricht.

Der Servo macht dann als erstes eine Pulsbreitenmessung.
Hier hat man aber als erstes den Jitter auf der Übertragungsstrecke und such schon beim Sender.
Hier hat man dann immer einen Messwert +/-1 bezogen auf die verwendete Zeitbasis im Servo.
Hier kann man mit Oversampling und intelligentem Runden noch ein bisschen Rausschlage, was aber etwas mehr Software-Aufwand und Rechenleistung ergibt, was ich bei einem billignachbau nicht erwarte.

Ein digitaler PID-Regler arbeitet nun aber nicht kontinuierlich, sondern es wird in bestimmten Zeitintervallen durchgerechnet. Der Motorstrom wird nur in den entsprechenden Intervallen verstellt. Diese Abtastfrequenz kann natürlich im hörbaren Bereich liegen.

Hinzu kommt, das jetzt beim Geier der Sollwert ca. alle 25ms abgetastet wird. Durch den Jitter erfolgt dann alle 25ms eine kleine Änderung des Stellwerts und 40Hz sind im hörbaren Bereich.

Der Motorsteller arbeitet, wegen der geringeren Verluste , mit PWM. Wenn die PWM-Frequenz im hörbaren Bereich liegt, dann hört man diese als Pfeifen. Hier sind dann vor allem 3 Mechanismen für die Wandlung in Schall verantwortlich:
1. Bei locker gewickelten Windungen schwingen die Drähte im Takt der PWM. die kann man vor allem durch Vakuum-Vergiessen verhindern.
2. Lockere Blechpakete und das Lagerspiel leisten auch noch ihren Beitrag.
3. Magnetostriktion. Ferromagnetische Materialien ändern ihre Dimension in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke. Hiergegen ist eigentlich kein Kraut gewachsen, mit der Wahl des Werkstoffs und der magnetischen Feldstärke liegen dies Parameter fest. mIT EINER GERINGEREN Feldstärke könnte man das Ganze etwas verringern, aber dann wird der Motor schwerer, die Eisenverluste steigen und der Motor wird trägen, dies alles will man bei einem Servo nicht wirklich :-(

Das nächste ist dann die Strombegrenzung/Überlastsicherung. Wird der eingestellte Maximalstrom durch den Motor überschritten, wird der aktuelle PWM-Impuls abgebrochen, dies verändert schon mal den Oberwellengehalt des Signals. Je nach Schaltung wird dann auch noch eine Totzeit gestartet, sodass die nächsten PWM-Impulse unterdrückt werden. Mit einer Totzeit von einem Impuls wird dann faktisch die PWM-Frequenz halbiert. man landet also schnell mal im hörbaren Bereich.
Motoren kann man kurzzeitig problemlos überlasten, das begrenzende Element ist dabei vor allem die thermische Zeitkonstante. Arbeitet man in diesem Bereich kann man aus einem kleinen Motor höhere Werte für die Beschleunigung erreichen, allerdings spricht dann die Strombegrenzung beim Hochfahren an.

Bei der analogen Technik hatte man keine Ruckartigen Veränderungen der Stellwerte, was entsprechend leiser war.

Eine Hörprobe des Servos könnte vielleicht das Ganze etwas eingrenzen.
Mit einer Messung mit dem Oszilloskop sieht man was mit der Motorspannung geschieht.

MfG Peter(TOO)

[oberallgeier]

..Eine Hörprobe des Servos könnte vielleicht das Ganze etwas eingrenzen..mit dem Oszilloskop sieht man was mit der Motorspannung geschieht..Ne Hörprobe will ich gern mal bringen (am Besten ein Video, Lastanzeige, Ton, Stromaufnahme und so) - ich kümmer mich drum.

Das Oszilloskop war ein prächtiger Tip, danke. Der alte Servo (Lieferung durch pololu, LasVegas, NV) zeigt am Motoreingang saubere Spannungsverläufe, ne PWM von rund 16 kHz, bursts z.T. im Millisekundentakt, teils erheblich langsamer wenn grad keine Last anliegt, maximale Motorspannung beim Pulsanstieg selten über 5V. Das Oszillogram des neuen Direktimports sieht schon gleich anfangs schauderhaft aus. Eher unsystematische Bursts, Spitzenspannungen z.T. über 8 V, negative Spannungen etc.

Zu meiner Beruhigung habe ich weitere Bildchen gleich sein lassen und den Servo zerlegt. Windungswiderstand min 1,6 Ω, max 2,5 Ω, Motorstrom bei 1,74 V satt 1A beim Blockieren.

Mein babyorangutan sollte eigentlich eine schöne Ansteuerung abgeben können - auch wenn das Platinchen leider nicht in den Servokasten passt. Immerhin verspricht das Datenblatt des TB6612FNG :
Output current; IOUT=1.2 A(ave) / 3.2 A (peak) ... PRO KANAL
und eine Motor supply (2.5 V to 13.5 V) . WENN ich richtig liege hat ein Motortreiber immer einen gewissen Spannungsabfall - da sollte ich von den 2,5 V doch eher an die 1,74V bis zum Motor rankommen, sodass ich das Gesamtsystem maximal mit nicht viel mehr als 1A Motorstrom antreiben würde. Sozusagen ein fail safe - by design.

Eine eigene Servoregelung wollte ich schon immer machen; habe wegen dringender anderer Arbeiten mich bisher davor gedrückt. Nun scheint die Zeit gekommen. Da nehme ich eben erstmal diesen Servo als Antriebseinheit für das Projekt für einen ersten Versuch. Wenn der gut geht, kann ich immer noch sehen ob ich einen lausigen RS2 auch mit einer Huckepacksteuerung versehe - und wie dort die Ergebnisse aussehen.

Mist, der Archie steht dabei immer noch mit eineinhalb Armen rum - und wird das ne Weile bleiben. Aber ich bestell mir gleich einen Satz dieser 1501 MG von pololu nach Charlotte, NC - die gehen dann in zwei Wochen im Reisegepäck mit hierher. Also zwei Wochen Zeit um an der Selbermach-Servosteuerung zu arbeiten. Hmmmm - irgendwie bin ich neugierig was das gibt.

[Peter(TOO)]

Hols der Geier,

Fragt sich jetzt noch, wie die Motorqualität ist und wie leise dann eine saubere Ansteuerung des Motors wird.

Mit 16kHz hören wir den Motor nicht mehr, aber für junge, sofern sie keinen Gehörschaden vom MP3-Player oder aus der Disco haben, wird der auch noch pfeifen.
Bei grossen Motoren, wie z.B. bei Bahn und Tram, kann man wegen der Induktivität meist nicht mit 16kHz arbeiten, da sind oft 8 oder 4kHz angesagt, weshalb man die auch gut hören kann.

Übrigens, wenn man schon einen Motor in einem Gerät hat, kann man diesen, durch entsprechende Ansteuerung, ganz gut als akustischen Alarmgeber verwenden.
Irgendwo habe ich mal eine Bibliothek für den Arduino gesehen, die das kann.

MfG Peter(TOO)

[oberallgeier]

.. Aber ich bestell mir gleich einen Satz dieser 1501 MG .. nach Charlotte, NC - die gehen dann .. mit hierher ..Mehr hatte sich nicht getan. Die äußerlich gleichen Servos von po..lu arbeiten wie gewohnt, die schrecklichen CC (ChinaClone) wie gewohnt schrecklich. Eben Müll!

Heute wurde ich daran erinnert:
(https://de.finance.yahoo.com/nachrichten/gef%C3%A4hrlicher-china-schrott-amazon-ebay-075500326.html)Gefährlicher China-Schrott bei Amazon und Ebay
(https://de.finance.yahoo.com/nachrichten/gef%C3%A4hrlicher-china-schrott-amazon-ebay-075500326.html)

https://s.yimg.com/bt/api/res/1.2/Ow67kiNAibXK1GiRFsMcMQ--/YXBwaWQ9eW5ld3NfbGVnbztmaT1maXQ7aD0yNw--/http://l.yimg.com/os/652/2012/02/09/handelsblatt-102x27-075606-gif_150221.gif (http://www.handelsblatt.com/)

(https://de.finance.yahoo.com/nachrichten/gef%C3%A4hrlicher-china-schrott-amazon-ebay-075500326.html)Und darüber brauchen wir fast garnichtmehr nachzudenken.

[oberallgeier]

.. Vermutlich hörst du das Ansprechen der Strombegrenzung, da müsste man mal mit dem Oszilloskop am Motor messen ..Es ist ja wirklich schlimm - oder aber gut. Ich habe im Bestand dieses Servotyps mal anhand der hier beschriebenen Störungen die "original China"teile rausgesucht. Fehlanzeige. Alle Servos arbeiten ziemlich gleichmässig (ohne Last).

Seltsam. Ist der Test anders als früher? Softwaremässig - Pulslänge und so - wohl nicht. ABER - wenn ich mich richtig erinnere, hatte ich früher bei Servotests die Strombegrenzung des Labornetzteils auf 2 A gestellt. Und nun steht die auf 4 A. Die braucht mein Archie bei Testfahrte, gerade wegen der Servos. Wenn da zu Beginn der Antoniusrede beide Arme mit Maximalfahrt hochgeschwenkt werden, dann war mir früher meist ein Controller ins Koma gefallen oder geresettet worden. Das ist "im Betrieb" - mit Akkus - kein Problem, die können diese Ströme ab und Sicherung (10A, flink) habe ich noch immer nicht eingebaut.

Mit den erwähnen 4A beim Labornetzteil läuft aber der ganze Servopark vergleichbar. Gegenprobe mit 2A zeigt mehr oder weniger die oben beschriebenen, gestörten, Eigenschaften. Offensichtlich ziehen diese Servos beim Start - oder schnellem Richtungswechsel deutlich über 2A . . .

Fazit: Hätte ich Peters Hinweis auf Strombegrenzung durchgängig beachtet, hätte ich das schon früher feststellen können :-/

Noch was:
.. Mit 16kHz hören wir den Motor nicht mehr, aber für junge, sofern sie keinen Gehörschaden vom MP3-Player oder aus der Disco haben, wird der auch noch pfeifen ..Wem sagst Du das. Wenn wir älter sind und das Geld für ne Super-HIFI-Anlage haben - haben wir meist nicht mehr die Ohren deren Leistung oben raus (im Frequenzspektrum) auch zu hören :-/