High Response vs. Standard Response servo's

[Sleurhutje]

Wat is er waar van het verhaal dat je met een High Response ontvanger Standard Response servo's kunt stuk maken? Technisch gezien zijn er drie aansluitingen op een servo: +, - en stuursignaal. Het stuursignaal is niets meer dan een pulsbreedte gemoduleerd signaal dat bepalend is voor de positie. Hoe kun je hiermee dan een servo slopen? Is de elektronica in de servo niet slim genoeg om stuursignaal buiten de grenzen te negeren of te beperken met een eindstop? Het enige dat ik kan verzinnen is dat er geen einde zit aan de uitslag bij analoge servo's en die dus voorbij het eind zouden kunnen draaien.

[Ernst Grundmann]

Er zijn ontvangers die het stuursignaal naar de servo's verhogen in frequentie. "Normaal" stuurt de zender ongeveer 50 stuurcommando's per seconden naar de ontvanger. PCM ontvangers krijgen meestal meer commando's per seconde maar toch sturen ze de stuurpulsen met een frequentie van ongeveer 50 per seconde naar de servo's. Nu zijn er ontvangers die deze frequentie verhogen, er zijn er die het tot wel 250 keer per seconde verhogen. Dit doet men omdat de servo daardoor sneller op de stuurcommando's zal reageren. Voor mij is het maar de vraag of je daar iets van merkt maar goed daar gaat het hier niet om.
Om met die hoge frequentie te kunnen werken moet je wel speciale servo's (meestal digitale) gebruiken. Een standaard servo zou daar inderdaad kapot van kunnen gaan.

[Sleurhutje]

Op grond waarvan zou een servo dan stuk gaan? Als en servo de hogere pulsfrequentie niet bij kan houden, zal deze alleen onregelmatig gedrag gaan vertonen (klapperen). Dit zal wel invloed hebben op de levensduur. Daar kan ik inkomen. Maar zeker niet rook tot gevolg hebbende lijkt mij. De spanning blijft gelijk (alleen puls-pauze verhoudingen veranderen) en in het meest ongunstigste geval meet de servo op het verkeerde punt waardoor deze een verkeerde stand zal aannemen.

Digitale servo's gebruiken een pulsopnemer om de positie te bepalen op basis van "harde cijfers" en niet een analoge potmeter die op een bepaalde stand moet blijven staan zodat de meetwaarde van de potmeter overeenkomt met die van de gewenste positie. Voor zover ik weet zijn er geen servo's die vanaf de ontvanger een digitale postie doorkrijgen (ik kan het mishebben, maar ik heb ze niet kunnen vinden).

[Ernst Grundmann]

Dat zie toch verkeerd.
De elektronica in de standaard servo's is ontworpen om gebruikt te worden met een pulsfrequentie zo rond de 50Hz. Daar is de condensator voor de pulsstretcher op berekend, de deadtime condensator net als de weerstanden die daar bij horen.
De versterker/motorstuurtrap kan niet zo snel reageren als de pulsen zouden "willen". De stuurtrap kan daardoor in beide richtingen tegelijk open gestuurd worden waardoor er min of meer kortsluiting ontstaat. De motor zal langzamer gaan draaien en de transistoren worden pisheet.
Als dit niet gebeurt kan het nog fout gaan want doordat de stuurtrap niet berekend is op dat hele snelle schakelen zal de servo zeer nerveus rond de middenstand gaan staan trillen of op z'n minst gaan brommen. Dat betekend dat de stroom door de motor stuurtrap steeds aan en uit geschakeld wordt in dat hele hoge tempo. Ook daarvan wordt die stuurtrap warm en als je pech hebt te heet met alle gevolgen van dien.
Het is echt geen sprookje datstandaard servo's niet tegen de hoge pulsfrequentie kunnen. Goed de ene zal er minder problemen mee hebben dan de andere maar het is niet goed voor ze en ze kunnen echt in rook opgaan.
Ik moet tot m'n schande bekennen dat ik zo ook een servo naar de knoppen heb geholpen. De gyro in m'n heli kan je op normaal en hoogfrequent zetten. Alleen bij gebruik van een snelle digitale servo mag hij op hoogfrequent staan. Ik heb daar niet op gelet en een gewone servo gebruikt. Het is even goed gegaan maar op een gegeven moment begon de heli wel erg met de staart te slaan en heb ik hem snel neergezet. Toen bleek dat de staart vrijwel niet meer te sturen was. De servo was naar de maan. De elektronica was doorgebrand en ook de motor had het voor z'n kiezen gehad. Om dat te voorkomen heb ik een goede snelle digitale servo gekocht en sindsdien vliegt de heli beter dan tevoren. Met die supersnelle gyro en bijpassende servo blijft de staart onder alle omstandigheden als een rots staan in de stand die ik wil.

[Corrien]

Het voert wat ver om hier uit te leggen hoe de versterker van een analoge servo werkt en wat er precies mis gaat, maar geloof maar dat een analoge servo kokend heet wordt en zichzelf om zeep helpt als deze op een hrs-ontvanger wordt aangesloten.

Om toch enige indicatie te geven: als het zogenaamde pulsverlengingsnetwerk in de versterker niet de normale 20 milliseconde kan overbruggen wordt de elektronische motordemping superkritisch. Hierdoor wordt het motortje met een rotgang rond de gewenste positie heen en weer geslingerd. De servo lijkt dan ogenschijnlijk normaal zijn werk te doen, maar als je luistert hoor je een hoge pieptoon in de motor, je voelt de servo trillen en binnen enkele seconden is het motortje heet. Het stroomverbruik is dan ook extreem hoog.

Ook alle typen digitale servo's hebben een potmeter aan boord en zijn dus eigenlijk nog steeds een beetje analoog. Het verschil met een analoge servo is de aanwezigheid van een microprocessor, die het motortje met een verhoogde frequentie aanstuurt. Meestal is dat 400 Hz of meer. Hierdoor wordt de houdkracht en de nauwkeurigheid, waarmee de stuurhevel op z'n plaats wordt gehouden enorm vergroot. Ook gaat het motortje beduidend sneller van start en wordt dit sneller afgeremd als de stuurhevel te bestemder plaatse is.

[Sleurhutje]

@Ernst en Corrien: Okay, nu heb ik hem. Ik heb mij nooit echt verdiept in de techniek in de servo en had hier qua ontwerp een bepaald idee bij. Maar met de uitleg van jullie beiden is het kwartje gevallen en blijkt het principe toch anders. Blijft wel merkwaardig dat een stukje elektronica als dit zo gevoelig hiervoor kan zijn. Met een paar componentjes meer is dit prima te beveiligen. Maar ja, het moet altijd weer het goedkoopst in China. Verklaart ook waarom de duurdere/merk servo's er vaak wel (beter) tegen kunnen.

[Alexzzz]

Kunnen deze problemen optreden met de nieuwe G3 ontvangers? (ik merk nog niks zelf...)

Grt.

[Corrien]

Oorspronkelijk geplaatst door Sleurhutje

Met een paar componentjes meer is dit prima te beveiligen.

Dat is niet zo. Een analoge elektronica kun je niet zodanig aanpassen, dat deze zowel op een frame-tijd van 20 ms (ppm) als van 5 ms (hrs) goed blijft werken. Tenzij je natuurlijk voldoende ruimte hebt om een veel complexer versterker op te bouwen. Je bent dan echter goedkoper uit als je een microcontroller gebruikt. Het is trouwens de vraag hoe lang het zal duren voordat alle servo's digitaal worden. Microcontrollers worden steeds kleiner, veelzijdiger en goedkoper en men bespaart enorm op de produktiekosten. Het aantal omhullende componenten gaat namelijk fors omlaag en dit beperkt de tijd, dat de bestukkingsmachines bezig zijn.

@Alexzzz,
Alleen hrs-ontvangers werken met een idioot hoge herhalingssnelheid. Dit is dan ook alleen te realiseren als je maar een beperkt aantal kanalen uitstuurt. Een kanaaltijd duurt nu eenmaal een vaste tijd van 0,5 milliseconde met daaraan vast een variabel deel van 0,5 tot 1,5 milliseconde. In het totaal heb je dus voor het 1e kanaal al tot 2 milliseconde nodig, enz.
Er zijn hiermee wel weer foefjes, zoals bijv. de GY601 en GY611 gyro's uithalen. Hier wordt slechts een puls van de halve lengte aan de servo gegeven met een herhalingstijd van zo'n 2,5 milliseconde. Hiervoor is dan ook een aparte digitale servo benodigd. Met het sturen merk je hiervan niks, maar de servo reageert wel rete-snel op de gyrowerking. Ook bij de GY401 wordt de herhalingstijd al enorm verhoogd als je 'm instelt voor digitale servo's, waarmee dus de gyrowerking nauwkeuriger en sneller wordt.

[Alexzzz]

Ok, helder

[Sleurhutje]

Oorspronkelijk geplaatst door Corrien

Dat is niet zo. Een analoge elektronica kun je niet zodanig aanpassen, dat deze zowel op een frame-tijd van 20 ms (ppm) als van 5 ms (hrs) goed blijft werken.

Je kunt het wel zo beveiligen dat je niet twee kanten tegelijk op je versterker openstuurt. Maar inderdaad leven we niet echt meer in het analoge tijdperk. Alles moet tegenwoordig zo snel mogelijk in enen en nullen. 1 plus 1 blijft 10.

[Ernst Grundmann]

Helaas het is niet allen het probleem dat de beide versterkers tegelijk iets opengestuurd worden. Er is veel meer aan de hand. Zoals Jan al aangaf is het niet zo eenvoudig de hele werking van de servoversterker uit te leggen. Zoals de meeste wel weten is de elektronica mijn vakgebied en ook dat van Jan (Corrien). Wij werken er dagelijks mee en Jan helemaal want hij repareerd die dingen voor z'n beroep!
Ik kan nog wel een klein voorbeeldje geven. Je KAN met je auto misschien wel 50 rijden in de eerste versnelling. Alleen loeit je motor dan als een gek en is de kans groot dat je hem over z'n toeren jaagt. Oké, de moderne auto's hebben een computer die de motor stuurt. De kans op motorschade is dan een heel stuk kleiner maar toch is het niet goed voor de motor als je constant in de eerste versnelling blijft rijden.
Sommige gewone servo's kunnen, kortstondig, die hogere pulsrate wel aan maar op den duur gaat het toch mis. Andere, en dan vooral de oudere servo's, kunnen er veel slechter tegen en zijn na enkele minuten al naar de haaien. Nog weer anderen werken gewoon helemaal niet. Die zullen dan meestal ook niet kapot gaan OF ze zijn direct al kapot gegaan doordat de beide versterkers open werden gestuurd en zo de eindtrap er binnen enkele tienden van een seconde uitfikte. Die servo zal dan nooit meer werken.

[Sleurhutje]

Oorspronkelijk geplaatst door Ernst Grundmann

Helaas het is niet allen het probleem dat de beide versterkers tegelijk iets opengestuurd worden. Er is veel meer aan de hand. Zoals Jan al aangaf is het niet zo eenvoudig de hele werking van de servoversterker uit te leggen.

In alle simpelheid lijkt mij de versterker niets meer dan een verschilversterker tussen de gwenste positie en de gemeten positie. Door dit in een opamp te jagen krijg je een stuurspanning die afhankelijk van de afwijking positief of negatief is. Omdat je geen negatieve spanning hebt kun je dit twee keer te doen maar bij één kant het geinverteerde signaal nemen zodat je de motor aan kunt sturen. Ik heb menig schakelingetje zo gemaakt en uitgerekend maar het is mij nog nooit gelukt de boel op te blazen.

Dat er bij een servo nog een referentie PWM-generator aanwezig is om de PWM om te zetten naar het stuursignaal, is begrijpelijk. Maar dat staat los van de aansturing van de motor. Het enige waarme je het echt stuk zou kunnen maken is een stuurtrap om met meer vermogen de servo aan te sturen. Je kunt dan inderdaad veel warmte dissiperen als je snel wisselt.

[Corrien]

Deze principe-schemaatjes komen uit een artikel van Paul Hills en zijn natuurlijk alleen bedoeld als uitleg. Een servoversterker zul je er nooit mee kunnen bouwen. Deze mijnheer Hills legt wel redelijk begrijpelijk uit hoe een servo werkt en welke problemen je tegenkomt als je een servoversterker zou willen ontwerpen. Helaas is het uiteindelijke schema, wat door hem wordt afgebeeld, voor onze servo's niet bruikbaar. Dit ligt aan de motordriver. Deze sluit namelijk de motor in de nulpositie kort en dat is wel heel erg heftig. Deze motordrivers zul je dan bijv. ook nooit in modelbouw-snelheidsregelaars tegenkomen (met één uitzondering, maar dat was een vergissing).
Als je je echt wil verdiepen in de werking van een servo-driver moet je eens zoeken naar de NE544 in oude Philips databoeken. Dit IC zat eind jaren '70/begin jaren '80 in erg veel servotypen (en is ook ergens in de 80er jaren uit produktie genomen). Bij Signetics analoge IC's staat-ie vanaf 1981 opgenomen met een blokschema, een equivalent schema (om te tonen wat er allemaal in het IC zit) en bovenal een applicatie-schema, wat m.i. altijd de meeste info verschaft.

[Sleurhutje]

Ik ga er ook vanuit dat de servoversterk opgebouwd is met FET's. Er zijn ook schema's te vinden van bijvoorbeeld Futaba en andere merken. Per merk verschilt het nog al eens. Vroeger ooit voor mijn Tamiya Pajero een elektronische regelaar gebouwd met de NE544 en TIP42/43. Maar de warmteontwikkeling in die torren was dermate heftig en het gebrek aan een achteruit (later opgelost met een relais) dat de draadgewonden regelaar het toch won.

vroeger... *zucht* toen werd er nog geknutseld

[Corrien]

Oorspronkelijk geplaatst door Sleurhutje

Ik ga er ook vanuit dat de servoversterk opgebouwd is met FET's

Bij de meeste analoge servo's is dat niet het geval, hoor. Ook bij de digitale servo's is dit lang niet altijd het geval. Overigens maakt het v.w.b. het werkingsprincipe natuurlijk niets uit of er fets of gewone transistoren worden gebruikt.