2 Servos - gegenseitige beeinflussung

[oberallgeier]

.. mit dem Oskar nachgemessen .. Es sieht ganz vernünftig aus, Keine Einbrüche . Ich sehe dort für die Dauer des Impulses ca. 20V ..

Danke für den Schaltplan.

Mein vorgestellter Bildschirmdump vom Oszilloskop ist sehr speziell. Dort liegt das Hauptaugenmerk auf der sprunghaften Änderung der Pulsdauer von 826 µs auf 2426 µs, also um 1,6 ms (daher der Trigger auf fallende Flanke des Vcc-Servo bei 4V !). Bei "normalem" Betrieb sehe ich keine Probleme. Allerdings weiß ich aus eigener Erfahrung, dass bei Servos hinter einem 7805 schon beim Anfahren erhebliche Störungen auftreten können, weil die eben - insbes. beim Anfahren - ein Vielfaches des Stroms vom "Normalbetrieb" ziehen - und das für Sekundenbruchteile. Is ja klar: ein DC-Motor zieht im Stillstand immer maximalen Strom . . . Diese Zeit hatte ich noch nie gemessen. Auch ne Strommessung . . . n Test mit meinen 3mΩ-Widerstand (5W) werde ich diese Tage auch nicht aufbauen.

Noch mal: der 7805 ist je nach Fabrikat für 1A (z.B. Toshiba) bis 1,5A (TI) spezifiziert. Und das war bei meinen wenigen Versuchen mit stärkeren Servos hinterm 7805 eindeutig zu wenig. Da Du ja zwei Servos an einem 7805 hast kann ich mir gut vorstellen, dass beim Einschalten mindestens einer ins Koma fällt. Vielleicht kannst Du doch mal nen 78S05 versuchen? Kompatibel bis auf spezifizierte 2A - und die sind immer noch ziemlich wenig für zwei große Servos. Oder, besser: versuchs doch mal mit nem Handy-Netzteil für Deinen Controllerzweig (USB - 5V/0,5A - reicht sicher für Deine Schaltung) und häng die beiden Servos an das 6080 @ 5V/3A. Und schau was dann passiert.

Anmerkung: im Schaltplan ist ein Mega5P dargestellt? Oder ist mein Bildschirm krank? Du schreibst von nem mega328P . . . ?

[Searcher]

Hallo Christian,

ich konnte es nicht lassen und habe versucht auch ein Programm zu machen. Wenn Du dich traust, kannst Du das Angehängte probieren. Ich hoffe ich habe die Funktionen richtig getroffen. Ist mit LEDs getestet, die etwa 6 mA aus den Ausgängen gesogen haben. Wird mit einem Taster an PD7 bedient. Laut Oszi keine Probleme.

Gruß
Searcher

EDIT Bug im Programm entdeckt und berichtigt: POP 19 statt POP 29

[autoguider]

Vielen Dank für Eure Antworten und Hilfen.
Auf Anraten des Herstellers habe ich die Versorgungsspannung der Servos mittels 7806 auf 6V erhöht. Es ruckelt nicht mehr. Dennoch bleiben Ungereimtheiten.
Der Logikpegel bricht nach wie vor auf 1V ein. Ich habe testweise ein HYX-S0009 Servo an meine Schaltung gehangen. Der Logikpegel blieb bei 5V. Also scheint es an den Servos zu liegen.

Zu Beginn und zum Ende eines Steuerimpulses gibt es Spitzen in Spannung und Strom.
Die Spannungsspitzen konnte ich durch Einbau eines 200 nF Folienkondensators in Nähe des Servos abfangen. Die Spitzen im Strom dagegen nicht. Mit dem Logikpegel von 1V bin ich nicht glücklich. Der hersteller gab bisher keine Antworten dazu.

Meine Oszillogramme möchte ich gerne mit Euch teilen.
In den Oszillogrammen bezeichnet S1 Servo 1 und S2 Servo 2. Die Messungen erfolgten immer an Servo1.
U-Control_1 .jpg zeigt den Steuerimpuls vor Einbau des Folienkondensators. Servo2 erzeugt Spannungsspitzen im Steuersignal von Servo1.
Danach habe ich jedes Servo jeweils mit eigenen Zuleitungen für Masse und Versorgungspannung (6V) versehen und einen 200 nF Folienkond. zwischen Impulseingang von Servo1 und Masse gelegt.
Siehe U_Control_HiRes.jpg.

Die Impulsform ist noch nicht glatt.
In U_Control_HiResWide.jpg sieht man daß der Einfluß von Servo2 deutlich verringert ist.


Danach habe ich beide Servos von der Schaltung getrennt d.h. Betrieb im Leerlauf.
Messung an der Impulsausgang für Servo1.
In UControl_NoServo.jpg sieht man weiterhin Spannungsspitzen zu Beginn und Ende des Impulses.

Auch hier sind Auswirkungen von Servo2 erkennbar.
Die Größe und Art des Überschwingens sieht man auf U_Control_NoServoStart.jpg

Nun zur Strommessung:
Zunächst habe ich die Messungen an einem 1 Ohm Längswiderstand durchgeführt. Auf Anraten eine Freundes, der im Bbereich Hardwareentwicklung tätig war, habe ich mir ich aus 2 parallelgeschalteten 1 Ohm Widerständen einen 0,5 Ohm Widerstand gebaut und in die Impulsleitung von Servo1 eingebracht.
Um die Varianz der Schwankungen zu erfassen betrieb ich den Oszi zuerst im Envelope Modus. Danach ergibt sich bei Servo1 eine Spannungsspitze von 620 mV was einem Strom von 1,2 A entspricht.

Siehe I_Control_05Ohm_2.jpg. Auch Servo2 macht sich bemerkbar.
In I_ControlHiRes.jpg ist der Stromverlauf des Steuerimpulses von Servo1 höher aufgelöst dargestellt.

Danach wollte ich wissen wie die Verhältnisse im Leerlauf sind.
Zunächst entfernte ich das Bandkabel und konnte einen Einschwingvorgang mit max. Amplitude von ca. 200 mV -> 400 mA messen bei ca. 3,6 MHz. Diese war nach 3 µs abgeklungen.
Nach Einstecken des Bandkabels vergrößerte sich der Überschwinger auf 1500 mV bei 4MHz Frequenz. Diese war nach 5µs abgeklungen.
Dann steckte ich das andere Ende an meine Verteilplatine ( mit 200 nF Kond.) der Überschwinger betrug dann 400 mV -> 800mA @160 kHz. Eingeschwungener zustand nach ca. 40 µs erreicht.
Das klingt plausibel da die Kapazität und die Induktivität des Schwingkreises erhöht wurde.

Ich hatte eigentlich nicht damit gerechnet in Bereiche der HF-Technik zu kommen.
Der Aufbau auf Lochrasterplatine ist sicherlich auch nicht HF konform.

Habt ihr evtl. Empfehlungen zu Servos mit 270° Stellbereich und doppeltem Lager?

beste Grüße
Christian

[Moppi]

Die Ausgänge liefern nur einen gewissen Strom, wenn da irgendetwas faul ist, kann es sein, dass die Spannung einbricht. Mit Pech gehen die Ausgänge vlt. auch kaputt. Deshalb sollte da mal der Strom zwischen Ausgang und Servosteuereingang gemessen werden. Was immer da auch los ist. Damit der Pegel erhalten bleibt, kann man einen Widerstand an den Ausgang schalten, bevor es zum Servosteuereingang geht. Zieht der Servo am Ausgang aus irgendeinem Grund massig Strom, geht die Spannung runter. Das funktioniert dann wohl nicht. Also den Strom begrenzen, dass die Spannung oben bleibt, auf einem Level, den man bei HIGH noch als HIGH-Pegel bezeichnen kann. Wie viel mA liefert so ein Ausgang? Man kann ja mal bei 470 Ohm anfangen (vielleicht auch bis ein Kilo-Ohm). Nun kann auch nicht mehr passieren, als dass der Servo damit nicht funktioniert, aber wenigstens ist der Ausgang nicht überstrapaziert. Den Servo selber kann man ja erst einmal aus einem Akku versorgen, der genug Strom liefert (statt 780x). Wer weiß, wie viel Ampere der zieht. Oberallgeier sagt ja schon sicherer ist 2A.

MfG

[autoguider]

Weitere Untersuchung zur Versorgungsspannung (6V).

An dem KUMAN Servo treten seltsame Spannungseinbrüche, auch im Stillstand des Servos auf.
Da ich auf AC gekoppelt habe, ist die 0 Linie des Oszillogramms auf 6V DC.
Immerhin sind es 500 mV Einbruch. Auch im Stillstand


Hier in höherer Auflösung:


Zum Vergleich habe ich dann das HYX-S0009 angeschlossen und Messungen durchgeführt.
Im Stillstand gibt es auch Spannungseinbrüche zu Beginn und Ende des Steuerimpulses.
und in hoher Auflösung
und hier im Envelopemodus und über 50ms


Das Oszillogram während der Bewegung des HYX-.. war etwas überraschend.

Es sieht nach einer abklingenden e-Funktion aus. Nach ca. 50 ms ist 0 Niveau erreicht. Die Spannungseinbrüche sind etwa 500-600 mV. Aber nur in der Bewegung.
Eine eigene 6V Versorgung mittels Akku möchte ich für die Servos nicht installieren.
Ich kann noch einen 470µF Kond. am Servo platzieren. 220µF haben nichts gebracht.
Für mich bleibt weiterhin fraglich ob andere Servos die Lösung sind oder ob/was ich noch an der Stromversorgung nacharbeiten muß.

beste Grüße
Christian

- - - Aktualisiert - - -

Hallo Moppi,
den Strom habe ich bereits gemessen. Ich habe auch schon 1k PullUp Widerstände eingebaut gehabt. Pegel blieb bei 1 V.
Seltsam ist daß beim HYX-S009 der Logikpegel bei 5V bleibt.
Deshalb vermute ich daß etwas mit dem Servo faul ist.
Ich kann mir nicht vorstellen daß ein Logikeingang so niederohmig sein kann.
Seltsamerweise benehmen sich die Servos gleich.
Deshalb die Nachfrage nach Ersatzmöglichkeiten.

Ich überlege mir noch einen Transistor einzubauen welcher genug Strom bringen kann.

beste Grüße
Chriatian

[Moppi]

Hallo Christian,

Ich habe auch schon 1k PullUp Widerstände eingebaut gehabt. Pegel blieb bei 1 V.

nicht Pullup! R in die Signalleitung zum Servo einklinken. Die Leitung, die am Ausgang des µC hängt. Die Leitung, wo das PWM-Signal drüber läuft. Ist doch die, welche auf 1V einbricht?

Port-Ausgang mit PWM -> 470 Ohm -> Servo

MfG

[autoguider]

Hallo Moppi,
ich habe den 470 Ohm Widerstand in die Signalleitung eingebaut.
Prozessorseitig messe ich die 5V. Damit wird der Ausgang des Prozessors nicht mehr mit soviel Strom belastet.
Servoseitig messe ich 800 mV Pegel und die abklingende e-Funktion eines RC-Gliedes.
Statt 500µs habe ich jetzt eine Inpulsbreite an der Basis von 560 µs.
das ist sicher kompensierbar.

Hier das Oszillogramm.

Das Servo scheint mit dem Pegel zurechzukommen.

beste Grüße
Christian

[Moppi]

Hallo Christian,

diese 0.8V sind normal zu wenig für einen HIGH-Pegel, Du schreibst aber, der Servo kommt damit zurecht.

[spekulation]

Wenn ich zum Beispiel an einer LED messe, messe ich vor Widerstand auch die volle Spannung vom Ausgang, an der LED - nach R - 1.3V (z.B.). Und ebenso, weil ich davon gerade mehrere in Betrieb habe, messe ich bei einem Transistor, der voll durchgesteuert ist (als Schalter betrieben wird), vor Basiswiderstand die volle Steuerspannung und an der Transistorbasis 0.8V. Es sieht wohl so aus, dass in dem Servo ein Transistor verbaut ist, der da am Steuereingang liegt. Gibt man dort die volle Spannung drauf (5V) ist der voll durchgesteuert.

Ich habe eine Lüftersteuerung mit einem ATmega328P gebaut und Transistoren zur Ansteuerung des Lüfters. Die Ts steuere ich dort auch über Basiswiderstand an. Einen sogar mit 2.2kOhm und einen mit 1kOhm. Normal sind aber 470Ohm ausreichend. Man kann den Basiswiderstand berechnen. Da hängt ja noch ein langes Kabel dran, zum Servo. Vielleicht sollte der R dann eher klein gewählt werden (hier scheint einer zu fehlen?).

Ein Transistor im Servo erzeugt offenbar diese 0.8V am Eingang, wo Du misst. Wenn ich weiter spekuliere würde ich auch sagen, dass der Transistor dann, weil nicht unüblich (mache ich auch so, bei Open Collector, als Schalter) ein NPN mit Emitter gegen Masse (ohne Emitterwiderstand) ist. Dann liegt die Basis - Emitter - Strecke des T gegen GND. Und Du misst die Basis-Emitter-Spannung (~0.8V, typisch für Silizium-T). Wahrscheinlich ist am Collector noch ein Widerstand gegen Plus der Digitalversorgngsspannung im Servo, um ein passendes HIGH-Signal für die nachfolgende Elektronik zu erzeugen.

Dann fungiert am Steuereingang des Servo ein Transistor als einfacher Schaltverstärker und original ohne Vorwiderstand.

[/spekulation]


MfG

- - - Aktualisiert - - -

Vermutlich darf der Basiswiderstand sogar >1k sein. Um den genau zu berechnen, müsste man die Daten des T kennen. Beim T als Schalter geht es aber darum, dass der voll durchsteuert. Dafür braucht der einen gewissen Strom. Meist spielen dann ein paar mA hin oder her keine Rolle. Wenn der T unbekannt ist, könnte man den Widerstand ermitteln, in dem man schaut, mit welchem Basiswiderstand (470 Ohm bis 10kOhm) der am besten zurecht kommt. Dafür kann man ja einen Spindeltrimmer vor die Basis setzen. Vielleicht nicht gerade 100kOhm als Trimmer, der lässt sich nicht so fein einstellen. Aber 10k vielleicht und dann ganz behutsam dran drehen. Wenn man meint einen "passendsten" Widerstandswert gefunden zu haben (vielleicht auch im Verbund mit mehreren Servos und anderer Beschaltung), kann man den Trimmer aus der Schaltung entfernen und den Widerstand dort messen.

- - - Aktualisiert - - -

Frohes und zufriedenes Neues Jahr 2021!

[Searcher]

Für mich bleibt weiterhin fraglich ob andere Servos die Lösung sind oder ob/was ich noch an der Stromversorgung nacharbeiten muß.

Es sieht tatsächlich so aus, als wenn der Steuereingang der Servos zu viel Strom zieht. Dadurch bricht die Spannung am ATmega Ausgangspin zusammen. Ich denke, das daß das eigentliche Problem ist. Die scheinbare Beeinflußung der beiden könnte über die interene Überlastung des µC zustande kommen. Bei absolute Maximum Rating stehen im Datenblatt 40mA pro Portpin. Laut I_Control_05Ohm_2.jpg im Beitrag fließen über die Impulslänge fast 160mA, wenn ich das Oszi-bild richtig interpretiere.

Das ist für ein Servo meiner Meinung nach nicht in Ordnung. Auch wenn die Servo Serie so ausgelegt ist, kann man die ja nur mit erhöhtem Aufwand ansteuern.

Die HF-Störungen, Einschwingen und sonstige Nadelimpulse, die Du gemessen hast würde ich erst mal nicht überbewerten. Oft hat man Fehlmessungen wegen unzureichender GND Verbindung, zu langen Kabeln oder Sonstiges. Standardabblockkondensatoren und Standardpufferelkos sollten erst mal reichen. Auf Steckbrett hatte ich bei zu vielen Elkos an jeder Ecke plötzlich Schwingungen in der Versorgung.

Leider habe ich zu wenig praktische Erfahrung mit Servos und kann keine empfehlen. Versuchsweise könnte man trotzdem mal für eine echt starke Stromversorgung für die Servos zum Testen sorgen. Transistor zwischenschalten hast Du ja auch erwähnt.

Kurz: Für mich sind die Servos jetzt die Schuldigen.

Gruß
Searcher