Mehrere Servos aus einer Stromquelle

[Chris1803]

Hallo zusammen

Ich baue mal auf meinem alten Thread auf, wobei sich dieser erledigt hat, ich aber noch eine Detailfrage habe.
https://www.roboternetz.de/community...8N-Br%C3%BCcke

Vorausgeschickt: Die Stromversorgung und die ganze Verkabelung funktioniert, das Programm funktioniert, im Grossen und Ganzen machen die Servos, was sie sollten. Nur unter Last (mein Modell hat ca. 27kg) passiert es von Zeit zu Zeit, dass ein Servo sich nicht dreht oder in eine andere Richtung dreht, als er sollte.

Da der verwendete Akku schon etwas älter ist, bin ich mir nicht sicher, ob die Stromversorgung optimal ist. Nun möchte ich den Akku ersetzen und dabei gleich noch die Verkabelung optimieren.
Es sind 3 Servos mit einer Betriebsspannung von 4.8-6.0 V. Ich wollte für die Stromversorgung einen 7.2V-Akku verwenden, bin mir nun aber nicht mehr ganz sicher, ob ich da nicht was falsch mache, oder schon wieder Strom, Spannung, Leistung und Widerstand durcheinander bringe.

Hier die Spezifikation der Servos und des ausgesuchten Akkus.
http://www.produktinfo.conrad.com/da...BMS_630_MG.pdf
https://www.conrad.ch/de/conrad-ener...er-206028.html

Danke im Voraus für die Hinweise.

Gruss
Chris

[Ceos]

du könntest für jeden Servo einen Linearregler vorschalten der die Spannung auf 6V begrenzt (Vorsicht bei den Strömen wird der sicher ordentlich warm, also auf die Belastbarkeit und eine ausreichende Kühlung achten!)

So filterst du gleichzeitig Schwankungen weg die deiner Regelung im Servo sicher schwierigkeiten bereiten können und vermeidet Überspannung denn 7.2V and einem 6V Servo scheint schon ein wenig arg an der Toleranzgrenze zu kratzen.

Womit generierst du die SteuerPWM? Direkt vom Controller mit 5V oder gar 3.3V Ausgängen?! Wenn deine Servo Elektronik die Pulse in niedrigerer Spannung bekommt als der Servo Versrogung hat kann je nach Regelschaltung auch die der Stellweg deswegen völlig anders sein als mit einem Signal höherer Spannung, das solltest du im Kopf behalten falls dein berechnetes timing nicht auf die Auslenkung passt

PS: Achte darauf dass die Kabel dick genug sind, auch wenn es zu funktionieren scheint, manchmal ist ein dickeres Kabel die einfachste Lösung ... habe ich bei meiner Solarpumpe auch erst lernen müssen

[oberallgeier]

.. Stromversorgung .. Verkabelung funktioniert .. machen die Servos, was sie sollten. Nur unter Last .. dass ein Servo sich nicht dreht oder ..

Die von Dir verlinkten Servos sind schon von der leistungsmässigen Oberklasse - aber ich kenne die nicht und finde auch keine genaueren Angaben. Allgemein sehe ich diese Klasse aber als stromhungrig im oberen Lastbereich; das bedeutet dass auch mal deutlich über 2 (zwei) Ampere Strom gezogen werden kann. PRO Servo. Wenn Du da Deinen Sixpack-NiMH anschließt, noch dazu nen älteren, ist die Sache schnell erklärt. Der Strombedarf ist s..hoch, die Spannung bricht ein - und damit sind wir dann bei der Beschreibung des von Dir beobachteten Fehlverhaltens.

.. Nun möchte ich den Akku ersetzen ,, Verkabelung optimieren .. 3 Servos .. 4.8-6.0 V. Ich wollte für die Stromversorgung einen 7.2V-Akku verwenden ..

Dein Akkupack hat sechs Zellen NiMH und liefert (als NENNWERT!) 7,2 V. Deine Servos wollen 6 V maximal - also ist eine Zelle von Deinem Akkupack zu viel da. Du könntest das natürlich verheizen - sprich nen Spannungswandler dranmachen, der Dir mehr oder weniger effektiv die Spannung runterbringt. Die bessere Wahl wäre dass Du zwei Batteriehalter besorgst - 1 Stück für 3xAA und 1 Stück für 2xAA, etwa so etwas, entsprechende Akkus reinsetzt und die sinnvoll zusammenschaltest !!WENN!! Du bei Deiner NiMH-Technologie bleiben willst. ODER eine 6V-Batterie mit entsprechend hoher Strombelastbarkeit nimmst. Die Verschaltung von Ansteuerung und Energiepack ist hier (bitte ne Seite runterscrollen) als Schaltbild gezeigt und beschrieben. Bitte besonders auf das gemeinsame GND-Niveau achten.

Aber erst viel Spannung liefern und dann die Spannung vorm Verbraucher runterwandeln ist Unsinn - das bringt immer verheizte Energie, egal welchen Wandler Du nimmst.

Zum Rest ist das Meiste ja schon oben beschrieben worden.

Viel Erfolg

[Ceos]

Aber erst viel Spannung liefern und dann die Spannung vorm Verbraucher runterwandeln ist Unsinn

ich würde das noch etwas relativieren ... es ist Situationsabhängig ... Wie ich schon geschrieben habe können je nach Art der internen Verschaltung starke Spannungsschwankungen auch den Regelweg beeinflussen

(Ich benenne hier einfach mal die klassische Pulsdehungsschaltung für Servos zum Analogsignal über einen Koparator mit dem Poti im Stellpfad ... ob das noch gebräuclich ist weis ich leider nciht ... aber wenn jetzt die Versorgung am Servo absackt (zu dünne Kabel als Beispiel) ändert sich der Referenzpegel (sofern nicht in der Schaltung gepuffert) über das Poti und der Servo versucht nachzuregeln. Das kann zu brummen oder zittern führen. (Wenn der Regelkreis üebr seine Versorgung anfängt zu oszillieren)

Deswegen hatte ich einen Drop Down Regler pro Servo vorgeschlagen, so hat man vor dem Regler Reserve wenn durch Spitzenströme die Versorgung schwankt und die Servos sind ruhiger und berechenbarer.

Ich würde die Idee nicht wegwischen und es zur Not einfach mal probieren.

[oberallgeier]

.. Ich würde die Idee nicht wegwischen und es zur Not einfach mal probieren.

Stimmt, ich geb Dir da völlig Recht, es kommt auf genauere Umstände an. In meinem archie mache ich es ähnlich - Spannungswandler vorm Servo - aber ich bin gerade dabei das zu ändern und für die Servo-Steckerleiste(n) nur noch sechs Volt anzuliefern; die Platinen sind auch entsprechend vorbereitet. Beim TO hatte ich aber für übliche Vorsichtsmaßnahmen plädiert.

Die bei mir geplante Änderung auf 6V-Versorgung für die Servos, direkt von den Akkus weg (aber noch 10A-T-Schmelzsicherung), liegt eben an dem hohen Strombedarf der großen Servos. Wenn ich den Archie bei "normalem", also bescheidenem Bewegungsablauf mit Strombegrenzung von unter 5A betreibe dann gibts hin und wieder Störungen. Beim Gestikulieren (er hat da ne theatralische Rede mit viel Gestik auf Lager) braucht archie erfahrungsgemäß die volle Akkuleistung meiner LiFePO4-Akkubatterie um störungsfrei zu laufen, das sind nach DAtenblatt 50 A (Puls 120A). Seinen realen Maximalbedarf hatte ich aber noch nie gemessen.

[Chris1803]

Danke für die schnellen Antworten. Ich denke, einen Teil habe ich verstanden, einiges aber noch nicht ganz.

Also, wenn ich den Akku ersetze, besser gleichen einen passenden 6V nehmen und auf entsprechende Kapazität achten (ich würde mal >2000 mAh nehmen, damit das Modell auch ein paar Minuten läuft). Aber wie finde ich raus, ob der Akku bei hoher Last auch genügend Strom liefert, so wie oben beschrieben (>2A)?
Muss ich zum Schutz der Servos noch etwas zwischen Akku und Servo bauen? Im bisherigen Aufbau sind die GND-Pole miteinander verbunden. Der RPi wird aus einem eigenen Akku gespeist, aber eine GND-Leitung geht zur Verbindung Servo-Akku zu Servo. Ist auch beim neuen Aufbau so geplant.

Die Servos werden direkt vom RPi über das PWM-Signal gesteuert. Es kommen also 3.3V aus den GPIO-Pins. Das scheint ein Problem zu sein. Was muss ich machen, dass das besser wird? Soweit ich verstanden habe, sollte das PWM-Signal auch mit 6V daherkommen. Wie bekomme ich das da hoch?

Gruss
Chris

[HaWe]

ich halte das so für kein Problem, probiere es einfach aus!
Wenn es scheitert, kannst du immer noch starke 9V Akkus nehmen mit einem leistungsfähigen 6V-Step-down-Wandler (so mache ich es).
Und wenn auch das wegen der 3.3V pwm Signale scheitert, was ich schon ungewöhnlich fände, dann nimm die 9V Akkus, den Step-Down-Wandler, und ein Servo-Board wie den PCA9685 Servocontroller, damit geht es sicher am einfachsten.

[Moppi]

Wegen dem Strombedarf, kann man mal nachdenken einen LiPo-Akku zu nehmen. Gleiche Leistung, gleiche Spannung, gleicher Preis: https://www.conrad.ch/de/hacker-mode...c3-239512.html
Die maximale Stromleistung beträgt 20C. Also ca. 60.000ma, die der Akku abgeben kann.

[Klebwax]

Nachdem nun klar ist, daß Modellbauservos für einen Akkupack mit ursprünglich 4, heute auch 5 NiCad bzw. NiMh Zellen gebaut sind zu den Pulsen.

Die Servos werden direkt vom RPi über das PWM-Signal gesteuert. Es kommen also 3.3V aus den GPIO-Pins. Das scheint ein Problem zu sein. Was muss ich machen, dass das besser wird? Soweit ich verstanden habe, sollte das PWM-Signal auch mit 6V daherkommen. Wie bekomme ich das da hoch?

Ein digitaler 3,3V CMOS Baustein, und das ist der RPi, liefert keineswegs 3,3V als high. Bei CMOS-Logic ist ein Spannungswert kleiner als 1/3 der Versorgung ein Low, ein Wert größer als 2/3 ein High. Die Werte schwanken etwas je nach Datenblatt, für einen Überblick reicht das aber. Das ist das, was er leisten muß. Belastet man den Ausgang nur schwach, wird er aber fast 3,3V liefern.

Die Servos stammen aus einer Zeit, als TTL Logic üblich war. Da gilt als High ein Spannung größer als 2V (< als 2/3 von 3,3) und als Low ein Wert kleiner als 0,4V. Diese Schwellen sind nicht auf die Versorgung bezogen. Wenn man mal ein Datenblatt eines Servochips in die Finger bekommt, findet man diese Werte auch explizit. Das passt also prima mit 3,3V CMOS Logic zusammen.

Aber wie finde ich raus, ob der Akku bei hoher Last auch genügend Strom liefert, so wie oben beschrieben (>2A)?

Aus dem Datenblatt. Aber ohne es zu lesen würde ich meinen, daß der Akku kurzzeitig 20C liefern kann. Das wären bei 2Ah 40A. Solche Akkus treiben Akkuschrauber an, da ist dein Servo keine "hohe" Last.

Muss ich zum Schutz der Servos noch etwas zwischen Akku und Servo bauen?

Es gibt keinen Schutz. Betrachten wir mal Motor und Elektronik der Servos getrennt. Elektronik stirbt viel schneller als eine Sicherung zum Auslösen braucht, Mikrosekunden gegen Millisekunden. Da ist nichts gegen zu machen. Und der Motor brennt vermutlich schon bei 1A Dauerstrom durch. Den Strom kann man aber darauf nicht begrenzen, kurzzeitig braucht er mehr. Das einzige, was man tun könnte ist die Motortemperatur zu überwachen. Das ist aber in üblichen Servos nicht vorgesehen.

Wenn man befürchtet, beim Basteln auch mal einen Kurzschluß zu machen, könnte man ein Autosicherung mit 8A an den Akku schalten um den Schaden etwas zu begrenzen. Oder man benutzt ein Labornetzteil mit Strombegrenzung.

MfG Klebwax

- - - Aktualisiert - - -

Wegen dem Strombedarf, kann man mal nachdenken einen LiPo-Akku zu nehmen. Gleiche Leistung, gleiche Spannung, gleicher Preis: https://www.conrad.ch/de/hacker-mode...c3-239512.html
Die maximale Stromleistung beträgt 20C. Also ca. 60.000ma, die der Akku abgeben kann.

Das ist keine gute Idee. Das haben die Hexapodbauer, die ja eine Menge Servos einsetzen, ausgiebig probiert. Die Spannungslage von LiPos passt beliebig schlecht zu Servos: 1S hat zuwenig (3,6V nominal sind weit weg von den 4,8 nominal der Servos, sie haben also kein Drehmoment) und 2S sind mit 8,4V Ladeschlußspannung weit über 6V und sie brennen ab.

Und mit Spannungsreglern hat man auch keine Freude, die schützen sich bei Überstrom durch Runterregeln oder Abschalten. Das wiederum bringt die Servoelektronik, die an der gleichen Versorgung hängt, zuverlässig aus dem Tritt. Richtet man den Regler nach dem Spitzenstrom aus, wird er ganz schön aufwendig. Dabei läuft er im Normalbetrieb, wenn der Spitzenstrom nicht benötigt wird, mit unterirdischem Wirkungsgrad.

In Summe wird es teurer, dafür aber schlechter.

MfG Klebwax

[HaWe]

Die Servos werden direkt vom RPi über das PWM-Signal gesteuert. Es kommen also 3.3V aus den GPIO-Pins. Das scheint ein Problem zu sein. Was muss ich machen, dass das besser wird? Soweit ich verstanden habe, sollte das PWM-Signal auch mit 6V daherkommen. Wie bekomme ich das da hoch?

Gordon Henderson empfiehlt grundsätzlich die normalen GPIOs des Raspis zusammen mit seinen wiringPi Libs (softPWM) zur Ansteuerung von Servos, d.h. mit 3.3V.
Auch Joan, der Autor von pigpio, bestätigt dies für seine eigenen libs.
Beide sehen auch keine grundsätzlichen Nachteile gegenüber PCA9685 Servocontrollern, es sei denn, die GPIO pins reichen nicht aus.
Wenn es also keine super-exotischen Servos sind, sehe ich keinen Grund, weshalb die Servos nicht mit Raspi-3.3V pwm Signalen laufen sollten, meine tun dies auch. Sie werden über 6V-7.2V externe Batterien (Akkus) oder einen DC-Wandler gespeist. Solche DC-stepdown-Wandler halte ich für die beste Lösung (meiner bringt bis zu 12A, für meine Zwecke reicht das).