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. 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 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) 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.