Servo - Unterschiede

[Moppi]

Hallo,

ich will nochmal extra nachfragen, da sich meine Kenntnisse in der Tiefe der Mechanik und Elektronik von Servos in Grenzen halten. Ich habe schon ein paar Versuche hinter mir, mit den günstigen Modellbauservos.
Ich habe diese Mini 9g Servos. Immer wieder kommt es vor, dass die sich (bei Anbringen eines Hebelarms) mechanisch aufschwingen. Abhilfe schafft ein Gegengewicht / eine Gegenkraft. Letzlich bin ich zu der Überzeugung gelangt, dass dieses Aufschwingen auch viel mit der Ruckartigkeit (Stellgeschwindigkeit) zu tun hat. Das Gewicht am Servohorn wird ruckartig in Bewegung gesetzt und kann dann aber nicht so schnell zum Stillstand gebracht werden. Der Servo regelt dagegen und infolge schwingt sich das dann in der Bewegung auf. Ob das DIE richtige Erklärung ist, weiß ich nicht. Deshalb will ich noch einmal hier fragen (ich weiß, dass teils schon an anderer Stelle darauf eingegangen wurde). Nach Videos scheint es aber so zu sein, dass es Servos gibt, die das Problem nicht oder weniger haben. Woran liegt das nun, lässt sich das endgültig klären?


MfG

[Holomino]

Das kann mehrere Ursachen haben.
Überlast: Ein Regelkreis ist immer ein Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Stabilität. Außerhalb der vorgegebenen Parameter müsste man die Geschwindigkeit absenken, um die Überschwingneigung zu minimieren.
Versorgung: Wenn die nicht ausreichend geglättet ist, schwingt es schon da, insbesondere beim parallelen Betrieb mehrerer Servos.
Mechanik: Manchmal sind es einfach die Schleifkontakte von zu billigen Potis, die den Ist-Wert der Regelung fehlerhaft vorgeben. Die fangen früher oder später an zu "kratzen", wie bei ner alten Stereoanlage.

[Klebwax]

... lässt sich das endgültig klären?

Positiv eher nicht, eigentlich nur negativ.

Die "analogen" Servos haben einen simplen P-Regler mit Dead-Band. Wenn man sich alte diskrete Schaltungen und die Innenschaltungen der gängigen ICs so ansieht, ist da nicht mehr drin. Das ganze Zeitverhalten wird aus dem Servosignal abgeleitet. Damit taktet der P-Regler nur mit rund 20ms Da ist auch schon seit Jahrzehnten nichts neues mehr gekommen. Wäre auch unsinnig, ein µC kann das alles viel besser und billiger. Alle analogen Servos haben also vergleichbare Probleme.

Bei "digitalen" Servos könnte das anders sein. Sie bestehen im Prinzip aus einem µC mit dem Servosignal und dem Poti an Eingängen und einer H-Brücke an Ausgängen. Die Geschwindigkeit der Reglung wird hier nicht aus dem Servosignal abgeleitet, sondern kann wesentlich schneller als die typischen 20ms sein. Daß die Motor-PWM schneller ist, kann man messen. Ob die Entwickler dieser Servos in die SW nun auch einen PID-Regler eingebaut haben, kann man nicht so leicht überprüfen. Möglich wäre es schon.

Als Fazit kann man sagen, digitale Servos haben das Potential besser zu sein. Ob sie es im Einzelfall auch sind, weiß man nicht.

MfG Klebwax

[oberallgeier]

.. Positiv eher nicht, eigentlich nur negativ ..Ist das nicht eine der Grundlagen in der Erkenntnistheorie? Dass nur die Anwesenheit von Fehlern nachweisbar ist, nicht deren Abwesenheit.


.. digitale Servos haben das Potential besser zu sein. Ob sie es im Einzelfall auch sind, weiß man nicht ..Ist das so? Ich kann das nicht ganz nachvollziehen. Weil ja digitale Regelungen immer ne Totzeit haben (die Rechenzeit). Bei analogen Reglern entfällt diese Rechenzeit. Aber gut, ja, ein Potenzial ist da.


.. Immer wieder kommt es vor, dass die sich (bei Anbringen eines Hebelarms) mechanisch aufschwingen. Abhilfe schafft ein Gegengewicht / eine Gegenkraft ..
.. Ein Regelkreis ist immer ein Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Stabilität. Außerhalb der vorgegebenen Parameter müsste man .. um die Überschwingneigung zu minimieren.Ich nenne diese "vorgegebenen Parameter" mal die Entwurfsgrenzen des Reglers (bin damit halt pingelig).

Ich habe mit/bei meinem Servotester natürlich Sprungantworten gemessen (https://www.roboternetz.de/community/threads/62904-Servomesstester-%28Servotester-und-%C2%96messaufbau%29?p=585556&viewfull=1#post585556). Das ist schon mächtig interessant. Aber einerseits hatte ich vorzugsweise (billige) analoge Servos vermessen, andererseits hätte ich - egal welche Technologie - die Software (bzw. die Regelparameter) sowieso nicht ändern können. Variationen der bewegten Masse wären ein indirekter Weg gewesen, hatte ich nie vermessen. Leider.

Beim Auslegen des Fahrtreglers meines MiniD015 war dann die Sprungantwort aber wirklich Grundlage (https://dl.dropbox.com/s/nk09zfxzcnd0p7g/Sprungantwort_21Feb2016-xls-Auszug.jpg?dl=0) der Reglerauslegung. (Anm.: IZdiff .. Zeitbedarf eines Encoderflügels). Der sehr gute Gleichlauf beider Antriebe zeigte, dass der Regler sehr gut arbeitet. Hier ist der Masseneinfluss gut zu sehen: die Motorzeitkonstante von fast ner halben Sekunde zeigt schon deutlich, dass sie berücksichtigt werden MUSS.

Zurück zum Servo und zur eigentlichen Frage von Moppi: im Leerlauf ist ein Sevo sicher "unterfordert" weil ja seine Stellaufgabe immer vom Bewegen einer gewissen Masse ausgeht UND von einer gewissen Dämpfung. Beim Anbringen einer !starren! Masse ist daher Besserung im Regelverhalten zu erwarten - WENN Masse oder Dämpfung nicht allzu groß werden. Abstimmprobleme bei Regelungen sind ja bekannt: der erste A-Klasse-Mercedes - der als "Kipper" in die Automobilgeschichte einging, weil die Radaufhängung zu kritischem Überschwingen neigte. Die Brücke am Tay (Dezember 1889 in Schottland (https://www.deutschland-lese.de/index.php?article_id=541)) die vom Sturm aufgeschaukelt wurde und durch den einfahrenden Zug (> Massen verändert Schwingverhalten) zusammenbrach - ein klassisches Problem des Überschingens (nicht direkt der Regelung). Möglicherweise/vermutlich führte ein Regelungsproblem bei der Boeing 737 Max 8 zu den bekannten Katastrophen (Ausregeln des aufkippenden Momentes bei Schuberhöhung durch die Höhenruder).

[Klebwax]

Ich formuliere mal etwas länger:

Der Regler in einem analogen Servo kann nicht schneller als 20ms sein, da das PWM-Timing vom Servosignal bestimmt wird. Der Motor wird ja nicht analog gesteuert, das PWM Timing bestimmt also die Geschwindigkeit des Reglers. Auch ist es nur ein P-Regler, das sieht man an den Innenschaltungen der üblichen ICs.

Der Regler in einem Servo mit µC kann wesentlich schneller sein. Jeder kleine AVR oder PIC schafft das. Das ist potentiell schon mal besser. Und wenn man sich bei der SW Mühe gibt, kann man auch einen PID-Regler realisieren. Auch das ist sicher besser als ein P-Regler.

Wenn ich nach einem "besseren" Servo suchen würde, würde ich daher nur digitale berücksichtigen.

MfG Klebwax

P.S. Ich hatte mir mal zwei fast baugleiche, ein HG939MG und ein DS939MG besorgt. Das MG steht bei beiden für Metall Gear. Das HK ist analog, das DS hat einen µC und eine Brücke drin. Den Unterschied in der PWM-Frequenz konnte man leicht messen. Im Moment finde ich bei Hobby King nur noch das digitale Modell. Die Zukunft ist halt digital.

[Moppi]

Danke Euch!

Vermutlich geringere, bewegte Masse und/oder leistungstärkerer Servo, wäre meine Überlegung dazu gewesen.

Ok, mal schauen, konstruiere momentan noch etwas um.



MfG

[Rabenauge]

Nimm dir mal ein _gutes_ Digitalservo (nich vom Chinamann, die taugen auch nur teilweise)- Savöx oder Corally.
Zwischen so einem _richtigen_ Servo und den Billigdingern, mit denen wir gewöhnlich basteln, liegen Welten.

[Moppi]

Deswegen habe ich diese Frage, nach den Unterschieden, nochmal gestellt. Um nicht wahllos mehrere Modelle zu kaufen, von denen Eines teurer als das Andere ist. Um dann vielleicht auch hinterher festzustellen, dass das Problem prinzipiell überall vorhanden ist. Ich baue jetzt mechanische Bremsen ein, dadurch wird eine höhere Motorleistung notwendig, was zu mehr Wärme und einem höheren Energieverbrauch führt und damit nicht Sinn und Zweck ist. Aber mal sehen ...


MfG

[HaWe]

ich weiß jetzt noch nicht, wie DU genau die Servos steuerst, aber viele machen es so, dass sie die Bewegung nicht sofort auf den Zielwert setzen, sondern schrittweise immer um +/- 1 Grad, mit 10-30msec Pause dazwischen, bis der Zielwert erreicht ist. Dadurch wird zu schnelle Bewegung mit Überschwingen quasi per Software gebremst/verlangsamt.

[Moppi]

So mache ich es im Grunde auch. Kommt drauf an, wie gut der Servo auflöst, desto besser, umso weniger würde er ruckeln bzw. umso mehr würde er gleichmäßig laufen. Hier wäre es sicher so, dass hochwertigere Servos bessere Ergebnisse liefern. Diese analogen 9g-Servos lösen nicht so gut auf und haben eine rel. große Abweichung beim Erreichen der Sollposition.

[oberallgeier]

Nimm dir mal ein _gutes_ Digitalservo (nich vom Chinamann, die taugen auch nur teilweise)- Savöx oder Corally ..Wie wärs - bitte - mit einem konkreten Tip, sagen wir mal ein 40mm-Servo und einer der "kleinen" fast halben Baugröße? Das wird hier hoffentlich nicht als Werbung verstanden, denn gerade dieses Forum soll ja Erfahrungsaustausch und -berichte bieten.

Warum meine Bitte? Ich hatte mal nach einem Ersatz für Conrad-ES-05/Carson501002 gesucht (hier). Die Tests des kleinen Savöx SH-0255MG waren unbefriedigend (u.a. siehe hier (https://www.roboternetz.de/community/threads/72123-Bitte-Hilfe-bei-Suche-nach-Ersatzservo-f%C3%BCr-Conrad-ES-05-Carson501002?p=645329&viewfull=1#post645329) , hier (https://www.roboternetz.de/community/threads/70923-Wie-sieht-der-optimale-Signalgang-f%C3%BCr-einen-Digitalservo-aus-%28Servo-singt-bei-Last%29?p=638510&viewfull=1#post638510) und hier (https://www.roboternetz.de/community/threads/70923-Wie-sieht-der-optimale-Signalgang-f%C3%BCr-einen-Digitalservo-aus-%28Servo-singt-bei-Last%29?p=638515&viewfull=1#post638515)) und schließlich ist er mir "gestorben". Schlimmste Eigenschaft war, dass er bei Überlast einfach durchgedreht war. Ersatz war dann eine chinesische Lösung (diese (https://de.aliexpress.com/item/32449568400.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.27424c4dXvs sdL)) fast gleicher größe - die bei meiner Aufgabe (Ellenbogenservo von archie) sehr gut läuft.

Und deswegen - würd ich ja gern dazu lernen (aus anderer Leute Erfahrung . . .). Danke schon mal jetzt.

[Rabenauge]

In klein hab ich derzeit nix da (schon, aber in Tragflächen verbaut, wo ich nich rankomme und nicht mehr den genauen Typ weiss), aber in 40mm hab ich da was:
Savöx SC-0254 MG.
Das Ding hab ich vor einigen Wochen in ein Modellauto (1:10er, Rally) eingebaut, nachdem das vorherige (übrigens von nem "Roboter-Shop" gekaufte) um nichts in der Welt zu bewegen war, jedesmal die selbe Neutralposition anzufahren, und seitdem funktioniert die Lenkung genau, wie sie das sollte...um Welten schneller und vor allem: extrem präzise.

Keinerlei Spiel, keinerlei Ungenauigkeiten, und eben Stellgeschwindigkeiten, von denen die Chinesen nur träumen...
Das erste Servo (irgendein Noname-Teil, aber kugelgelagert) hat nach jeder Kurve die Lenkung in die Gegenrichtung "geradeaus gestellt" gehabt, zum heulen....bei etwa Tempo 30 (das läuft das Auto) macht sowas keinen Spass.
Mit dem Savöx brauch ich an der Lenkung _nichts_ mehr korrigieren- ich fahr öfter auf nem grossen Betonparkplatz, das geht dann auch 50m an der Teernaht lang, ohne irgendwelche Lenkkorrekturen.
Alleine, wenn man das Servohorn manuell dreht (ja, bei anständigen 40mm-Servos kann man das tun, die halten das ohne weiteres aus) hört man schon, dass das Getriebe völlig anders "präziser" klingt- das summt fein, während das in Billigservos teilweise nur erbarmungswürdig scheppert....

Aber auch ich hab von Savöx schon, sagen wir, weniger Gutes gehört....wenn du _sicher_ sein willst: Corally kannst du _immer_ kaufen. Die kosten noch bisschen mehr, aber das ist dann wohl das obere Ende der Fahnenstange.

Man muss aber immer auch bedenken, dass das, was wir hier mit diesen Servos gewöhnlich anstellen, _nicht_ das ist, wofür die Dinger konstruiert sind.
Spätestens, wenn sich die Servohörner verformen, ist das ein Zeichen dafür, dass man es überlastet (ganz egal, was in der Beschreibung steht, die Chinesen wissen auch, wie geduldig Papier ist, die Werte sind oft einfach frei erfunden).
Auch Dauerbetrieb (kann man ja feine, kleine Getriebemotoren draus bauen, mach ich gelegentlich auch) ist _nicht_ das, wofür Modellbau-Servos eigentlich konzipiert sind. Da braucht man sich nicht wundern, wenn die Dinger sterben wie die Fliegen.
Die beliebten, kleinen Sechsbeiner, die man öfters sieht, laufen meist mit billigsten Servos, da frage ich mich jedes Mal, wieviele Betriebsstunden so ein Ding _das_ durchhält. Da sind Hebellängen verbaut, die im eigentlichen Einsatzbereich niemals vorkommen, und damit die überhaupt die Kraft aufbringen, werden sie z.T. noch mit Überspannung gefüttert...

Wobei aber auch hier natürlich hochwertige Servos nicht so leicht aufgeben. Schliesslich werden die, teilweise, auch in sehr hochwertigen Modellen eingesetzt, wo ein Versagen ziemlich böse enden könnte.

Wie gesagt: das obengenannte Savöx kann ich erstmal empfehlen, wobei ich allerdings noch nicht reingeschaut hab (tu ich bei Autos eigentlich auch nicht, in Flugmodellen dagegen schon, weil ich da z.B. prinzipiell _nichts_ verbaue, wo Motor oder Poti direkt mit der Platine verlötet sind).
Aber das Ding hat jetzt schon einige Km auf dem Buckel- auch etwas offroad- und man merkt ihm nix von an.

[Moppi]

Da sind Hebellängen verbaut, die im eigentlichen Einsatzbereich niemals vorkommen

Das ist ein sehr interessanter Aspekt, der schon irgendwo im Forum aufgetaucht ist. Da ich auf dem Gebiet auch Neuling bin, würde mich mal die Historie zu Servos generell interessieren. Gut wäre auch, wenn irgendwo etwas über den Einsatzzweck vermerkt ist, sowie in Datenblättern etwas zu Gewichten in Verbindung mit Hebellängen, Zwecks einer schnellen Übersicht und guten Vergleichbarkeit. Datenblätter könnten auch Versuchsaufbauten abbilden, mit Skizzen von Anbauteilen inkl. Maße, sowie Hinweise zu div. Maximalbelastungen.



MfG

[Rabenauge]

Bei den besseren Servos findet man diese Angaben durchaus- auf der Verpackung, im Beipackzettel...meist auch im Internet.
Beispiel zu oben genanntem Savöx: https://www.hoelleinshop.com/Sender-Servos-etc-/Servos/Servo-Savox-SC-0254MG-Digital-7-2kg-cm-.htm?shop=hoellein&SessionId=&a=article&ProdNr=RCSC-0254MG&t=182&c=187&p=187

Dort finden wir alle nötigen Angaben:
Stellmoment bei 4.8V (*): 62Ncm.
Das sind NewtonZentimeter.
Heisst: das Teil hat, bei 1cm Hebellänge, eine Stellkraft von 62N. Milchmädchenhaft ausgedrückt: schraubst du da nen 1cm langen Servohebel ran, kann es 6.2 Kilogramm anheben.
Ist aber dieser Hebel 10cm lang, bleibt, laut Hebelgesetz, nur ein Zehntel davon übrig: dann hebt das Ding nur noch 620g!
Und: das ist bereits ein mittelkräftiges Servo.....
Man muss diese Angaben aufmerksam lesen: damits nich zu einfach wird, geben die Hersteller manchmal Nm an (NewtonMeter), oder auch kg/cm.
Lässt sich aber alles umrechnen.

Wichtig auch: bei welcher Spannung!
Es gibt Servos, die durchaus mit höherer Spannung arbeiten können, das Savöx hier z.B. auch mit 6V- dann hat es mer Kraft und ist auch schneller.
Auch das steht dabei...
Teilweise können die noch höhere Spannungen ab- aber man sollte nie ein Servo, was nicht ausdrücklich dafür vorgesehen ist, mit Überspannung füttern. 5V halten sie alle aus (bis auf ganz wenige Ausnahmen, das sind aber Spezialservos, wo das dann auch dabei steht), höhere Spannungen nicht unbedingt.

Wenn man gar nix hat, dann sollte man nicht mehr als 5V auf ein Servo geben.

Die Stellkraft der Billigservos kann man grob ermitteln: Servohebel raufstecken, Servo fest auf den Tisch legen und ne Schnur an den Hebel (Schraube weg lassen, dazu gleich noch was). Das Servo sollte natürlich dabei angesteuert werden (Servotester oder irgendein Controller).
Nun hängst du ne Schnur an den Hebel und fängst an, die zu beschweren, so dass das Servo gegenhalten muss.
Irgendwann wird es anfangen, zu brummen- dann wird es schon überlastet.
Je nachdem, wie gross die Überlastung ist, kann das auch sehr leise anfangen- gut hinhören.
Das ist der Punkt, an dem es seine Soll-Stellung nicht mehr sicher erreichen kann.
Wenn man das Limit hat, ruhig das Servo mal ein wenig arbeiten lassen (Gewicht anheben, runterlassen, wieder anheben.....)- wers genau wissen will, klebt sich noch ne Verlängerung aus Pappe als Zeiger an den Hebel, so sieht man, wie präzise es seine Nullstellung wieder einnimmt.
Auch das bringt mitunter erstaunliches zu Tage....
Dabei immer mal das Servo anfassen: handwarm ist okay (kommt aber bei besseren eigentlich auch nicht vor)- alles darüber kann bedenklich sein.
Ich hatte schon geschmolzene Gehäuse...da das aber eben auch die ganzen Lager enthält, bleibt da nicht viel brauchbares über...

Aus der Länge des Hebels, den man dran hat (Mitte Schraubloch bis Mitte Schnur messen) und dem angehängten Gewicht kommt man jetzt leicht auf die Stellkraft.

Warum den Servohebel nicht festschrauben: Chinesische Passungen!
Viele Servos mit Kunstoff-Abtriebswelle haben einfach nur ein Loch in der Welle, wo eine selbstschneidende Schraube irgendwie reingewürgt wird.
Bei guten Servos funktioniert das auch einwandfrei, aber bei billigen kommt es öfter vor, dass sich dabei die Abtriebswelle im Ganzen weitet- die klemmt dann im Lager schon ohne jegliche Last.
Hast du ein Servo, was schon ohne Last (oder ohne nennenswerte Last) brummt, dann lös mal diese Schraube....meistens hilfts!
Darum ist es besser, diesen Test ohne sie zu machen- so schnell fällt das Hebelchen auch nicht ab.


*) Die Angabe mit den 4.8V kommt daher, dass früher oft (heute eher selten) NC-Akus zur Empfängerstromversorgung verwendet wurden. Vier Zellen, ergibt also 4.8V.