Skocz do zawartości

Serwo cyfrowe kontra analogowe -różnice w działaniu


stan_m
 Udostępnij

Rekomendowane odpowiedzi

Postaw mi kawę na buycoffee.to

Skoro mówimy o poborze prądu przez serwo to trzeba powiedzieć, że istnieją trzy rodzaje prądów:

 Prąd biegu jałowego, prąd roboczy i tzw. prąd trzymania.

 

Prąd biegu jałowego jest pobierany przez serwo wtedy, gdy mechanizm jest pod napięciem ale nie wykonuje żadnej pracy. Wynosi on około 5-20mA.

 

Prąd roboczy występuje wtedy, gdy serwo przechodzi z jednej ustalonej pozycji do drugiej przy tzw. normalnym obciążeniu w locie.

W zależności od wielkości serwomechanizmu (i obciążenia) wartość tego prądu może wynosić od 200mA do 1 A lub więcej.

 

Prąd trzymania jest pobierany przez serwo będące w położeniu ustalonym (różnym od neutralnego)ale pod obciążeniem mechanicznym (ramię serwa jest „trzymane”). Wówczas silnik elektryczny serwa działa prawie jak w zwarciu i pobiera dużo prądu. Wartość tego prądu (zależy od wielkości serwa i jakości jego silnika)może wynosić Od 500mA do 2 Amperów a nawet więcej.

 

Jest jeszcze tzw. prąd rozruchowy serwa.

Gdy serwo stoi nieruchomo w pozycji neutralnej pobiera tylko prąd jałowy.  Jednak za każdym razem, gdy podawany jest sygnał sterujący, silnik musi przejść z zerowej prędkości obrotowej i przyspieszyć do pełnej prędkości.

W momencie podania sygnału sterującego silnik nie obraca się, więc przez bardzo krótki czas silnik pobiera prąd trzymania, a następnie, gdy silnik zaczyna się obracać, ten poziom prądu spada do wartości prądu roboczego silnika.

 

W serwomechanizmach analogowych tranzystory zastosowane w obwodzie sterownika były (i są)normalnie tradycyjnymi tranzystorami bipolarnymi NPN i PNP.

Gdy serwomechanizmy są ustawione w puncie neutralnym,  w obwodzie wzmacniacza istnieje niewielki obszar (po obu stronach punktu neutralnego), gdzie serwa działają wg charakterystyki liniowej. Oznacza to, że jeśli trochę poruszymy drążkiem, serwo zareaguje powoli przy niższym poborze mocy. To powoduje mniejszy pobór prądu ale serwo porusza się wolno.

Jeśli jednak wykonamy duży ruch drążka, serwo szybko przyspieszy do pełnej mocy i pełnej prędkości i przejdzie do nowego położenia.

 

Nowe serwomechanizmy cyfrowe wykorzystują tranzystory typu FET w sterowniku silnika, które prawie nie mają liniowego obszaru  wokół punktu  neutralnego. Wysyłają również sygnały sterujące do silnika znacznie szybciej niż serwomechanizmy analogowe, więc reakcja jest znacznie szybsza.

Jeśli poruszamy drążkiem w najmniejszym stopniu, serwo natychmiast reaguje z pełną mocą (pobiera prąd trzymania o dużej wartości).

Ze względu na niesamowicie szybką reakcję nowych serwomechanizmów cyfrowych oraz fakt, że za każdym razem, gdy poruszamy drążkiem, natychmiast osiągają pełną moc, pobierają OGROMNE ilości prądu za każdym razem, gdy się poruszają.

Nowe cyfrowe serwomechanizmy zasadniczo pobierają pełny prąd trzymania serwomechanizmu za każdym razem, gdy wykonujemy jakikolwiek ruch drążkami. Ten fakt decyduje nieraz o bezpieczeństwie lotu (np. modele helikopterów, gdzie jednocześnie zawsze pracują co najmniej  cztery serwomechanizmy).

Dlatego tak istotny jest tzw. bilans mocy skutkujący właściwym  doborem parametrów serw, BEC-a, akumulatora i przewodów elektrycznych.

 

Najistotniejszym faktem jest znajomość prądu biegu jałowego, prądu roboczego i prądu trzymania serwomechanizmu. Niestety nawet renomowane firmy (Futaba, Graupner) nie ujawniają tych parametrów w katalogach. Trochę lepiej działa Hitec, np. dla serwa HS-6975HB podaje w Karcie Technicznej:

Prąd biegu jałowego - 3mA

Prąd roboczy - 200 mA przy 4,8 V, 240 mA przy 6,0 V (bez obciążenia)

Prąd trzymania - 2400 mA przy 4,8 V, 3000 mA przy 6,0 V

 

Reasumując: serwa analogowe trzeba stosować wówczas, gdy chcemy mieć małe pobory prądów ale co za tym idzie wolne działanie serwomechanizmów oraz mniejsze obciążenia mechaniczne.

Serwa cyfrowe – wtedy, gdy potrzebne są szybkie i precyzyjne wychylenia sterów oraz duże obciążenia mechaniczne (a dysponujemy mocną i sprawną instalacją zasilania).

Jednak w każdym przypadku potrzebny jest bilans mocy.

 

Ja wykonałem małą hamownię do pomiaru parametrów i charakterystyk serw, która bardzo dobrze się do tego celu nadaje. W wariancie najprostszym wystarczy obwód z amperomierzem i woltomierzem, testerem serw oraz zasilaniem (4,8V oraz 6,0V) w celu wyznaczenia trzech wyżej opisanych prądów by dobrać właściwie serwa oraz ich zasilanie.

 

stan_m

 

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Przepraszam Kolegę Stanisława, że pozwoliłem sobie zmienić akapity i odstępy w tym bardzo wartościowym tekście o serwach, który pozwolił nam na poszerzenie wiedzy na temat  tych serw.

Sam kiedyś przeczytałem pod swoimi postami propozycję o stosowanie przerw i akapitów. I zacząłem się stosować do tego i uważam, że tekst staje się bardziej przejrzysty i czasem mniej nudny w czytaniu.

Dlatego pozwoliłem sobie na tą samowolkę.

Jeżeli ten mój wpis zostanie potraktowany przez Kol. Stanisława, jako naruszenie praw to proszę o usunięcie go z tego wątku.

Jeszcze raz przepraszam

Andrzej

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

No to się cieszę, ale od razu mam pytanie:

Dlaczego serwo cyfrowe "na postoju" wydaje z siebie dźwięk? Dzieje się tak nawet przy nowym radiu i w miarę nowym cyfrowym serwie. Po ruszeniu drążkiem nadajnika czyli po zmianie pozycji orczyka  serwo cichnie, ale po chwili dźwięk powraca.

 

Przy analogowych serwach czasem orczyki serw drgają.. po zmianie wychylenia przestają, a za chwilę znowu się odzywają.

Radia nie żadne tam zabawki, tylko porządne Graupnery (choć te nowe, to już nie to samo co porządne solidne stare JRy :( )

Co może być przyczyną?

A.C.

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Już nie raz sprawdzałem, po odejściu od odbiornika też skrzeczą.

Rozeznanie mam wprawdzie w kanciapie, bo nad wodą buczenia siłą rzeczy nie słychać, ale w kanciapie jest zawsze jak włącze radio.

To w sumie nie stanowi, ale to buczenie jednak wkurza :)

A.C.

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Jak mi się wydaje ( pogląd oczywiście subiektywny), to ja się troszeczkę na silniczkach wyznaję, a serwa i cała ta elektronika bardziej złożona, to dla mnie jest jakby temat w którym głosu nie zabieram, a jedynie słucham kolegów, tych co maja wiedzę w tym temacie.

Stąd moje pytania, być może naiwne, ale bym chciał wiedzieć dlaczego słyszę moje serwa... :)

A.C.

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Żartujesz sobie ?

 

To, że "piszczą", nie jest wynikiem odległości tylko ich budowy.

Nie żartuję sobie. Też miałem do czynienia z tymi radiami. I to była główna przyczyna. I to nie było 20 lat temu tylko w tym roku.

 

U mnie takiego buczenia nie słyszę na żadnym dobrym (nie koniecznie markowym) serwie, czy to analog czy cyfrowe.

 

Kiedy słyszę serwo "wiem że coś się dzieje", np. przy zwiększeniu oporów. Czy to na łożysku serwa, czy to w modelu (opory bowdena, ocieranie o wręgę). Albo zakłucenia elektryczne, czy to w serwie czy zewnętrzne.

 

Serwo cyfrowe musi jakby stale ustalać pozycję (ale nie wszystkie), gdy ma nadmierne opory słychać buczenie, przy akceptowalnych może się zdarzyć raz na jakiś czas niewielki słyszalny ruch serwa. Normalnie są na tyle małe i krótkie (w spoczynku) że nawet ich nie słychać.

 

Ciągłe buczenie nie jest jednak dobrym znakiem. W takim przypadku sprawdzam pobór prądu przez serwo i jego tmp.

 

Jeśli nie buczy ciągle to bym to zlekceważył :)

 

Miłej zabawy !

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

No to się cieszę, ale od razu mam pytanie:

Dlaczego serwo cyfrowe "na postoju" wydaje z siebie dźwięk? Dzieje się tak nawet przy nowym radiu i w miarę nowym cyfrowym serwie. Po ruszeniu drążkiem nadajnika czyli po zmianie pozycji orczyka  serwo cichnie, ale po chwili dźwięk powraca.

 

Przy analogowych serwach czasem orczyki serw drgają.. po zmianie wychylenia przestają, a za chwilę znowu się odzywają.

Radia nie żadne tam zabawki, tylko porządne Graupnery (choć te nowe, to już nie to samo co porządne solidne stare JRy :( )

Co może być przyczyną?

A.C.

Odpowiem przypominając zasadę pracy serwomechanizmu:

Serwo składa się z silnika, zestawu kół zębatych, które zmniejszają prędkość i zwiększają moment obrotowy  silnika, potencjometru sprzężenia zwrotnego, układu wzmacniacza sprzężenia zwrotnego i układu napędowego.

Serwo odbiera impuls z odbiornika radiowego, który informuje , w którą pozycję powinno się ustawić. W typowym systemie radiowym impuls ma szerokość, która zmienia się od 1,0 milisekundy w jednej skrajności do 2,0 milisekundy w drugiej skrajności, przy czym 1,5 milisekundy uważa się za punkt środkowy.

Potencjometr sprzężenia zwrotnego w serwie zapewnia zmienną rezystancję, która jest przekształcana na zmienny sygnał impulsowy wewnątrz wzmacniacza sprzężenia zwrotnego. Wzmacniacz sprzężenia zwrotnego porównuje następnie szerokość tego sygnału z sygnałem przychodzącym z odbiornika radiowego. Jeśli szerokość dwóch impulsów jest taka sama, serwo stoi w tej pozycji (odpowiedniej dla danej szerokości tych impulsów).

Po lekkim wychyleniu drążka sterującego w nadajniku szerokość impulsu pochodzącego z odbiornika radiowego zmieni się, a wzmacniacz sprzężenia zwrotnego wyczuje teraz tę różnicę między dwoma sygnałami (sygnał z odbiornika i sygnał z potencjometru). Wzmacniacz sprzężenia zwrotnego wyśle ​​następnie sygnał do układu napędowego serwomechanizmu, a to spowoduje, że silnik obróci się we właściwym kierunku, dopasowując go do nowego sygnału wejściowego. Gdy silnik się obraca, obraca koła zębate w serwomechanizmie.  Te koła zębate napędzają ostatecznie  ramię  wyjściowe i sprzężony z nim potencjometr sprzężenia zwrotnego. Gdy ramię wyjściowe obraca potencjometr, wartość rezystancji zmienia się, aż do osiągnięcia punktu, w którym odpowiada pozycji drążka sterującego nadajnika, a  silnik serwa zatrzymuje się w tej nowej pozycji.

Ten proces powtarza się w kółko, setki razy na minutę,  stale dopasowując pozycję serwomechanizmu do wychylenia drążka, które zadajemy w nadajniku.

W przypadku serw cyfrowych sygnały sterujące wysyłane są do silnika wielokrotnie szybciej powodując ciągłą zmianę kierunków obrotu silnika (prawo-lewo)w celu uzgodnienia położenia suwaka potencjometru i dźwigni serwa. Efekt jest taki, że słyszymy dźwięk przypominający brzęczenie. Dlatego jakość silnika i potencjometru sprzężenia zwrotnego („strefa nieczułości”) odgrywa zasadniczą rolę w występowaniu głośnej pracy serwa.

W przypadku serw analogowych mała częstotliwość uzgadniania położenia suwaka potencjometru z dźwignią skutkuje drganiami dźwigni (w przypadku niskiej jakości lub zużycia potencjometru lub silnika). W przypadku serw cyfrowych bardzo wysoka częstotliwość uzgadniania powoduje brzęczenie, które niekoniecznie wynika z niskiej jakości potencjometru lub silnika a może wynikać z bezwładności układu mechanicznego (silnik-przekładnia-potencjometr). Żeby to ustalić należy zmierzyć wartość trzech, wspomnianych wcześniej prądów, charakteryzujących każdy serwomechanizm. Gdy ich wartości są takie jak podaje producent serwa można dopuścić do bezpiecznej eksploatacji.

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Zgadza się z tymi prądami. Wtedy eliminujemy sytuacje awaryjne jak opory. Serwa mają potencjometry bo są tanie, ale przy okazji kiepskie (zużycie, zmiana oporności wraz z temp. itp). Niektóre serwa mają enkodery. Ale za tym idzie cena.

 

Ruch serw które mam jest na tyle mały i krótki że tego nie słychać. Najwyraźniej i częstotliwość pracy jest tak dobrana?

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Żartujesz sobie ?

 

To, że "piszczą", nie jest wynikiem odległości tylko ich budowy.

 

Nie zawsze. Bywa tez, ze serwomechanizmy brzecza (a moze bardziej wlasciwym okresleniem byloby "drgaja") w wyniku interferencji sygnalu pochodzacego od nadajnika. Wowczas faktycznie wystarczy odejsc nieco dalej od odbiornika i brzeczenie ustaje.

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Piszczenie, a wyraźne drganie serwa (w nadajnikach 27-40mhz) to jest jednak różnica.

 

No, z tym "piszczeniem" to chyba Ty pierwszy...

 

O ile dobrze przeczytalem, Andrzej pisal o "skrzeczeniu", co w moim mniemaniu tez mogloby wskazywac na to, ze chodzi o drgania (niezaleznie od ich przyczyny). I chyba wlasnie do tego odniosl sie Adam. Przynajmniej ja jego wypowiedz tak zrozumialem.

 

Ponadto wywolane interferencja sygnalu drgania serwomechanizmow nie sa wylaczna domena aparatur o niskich czestotliwosciach przenoszenia sygnalu, gdyz wystepuja takze w systemach 2,4 GHz. Ale zeby zaraz awantury nie bylo: ja pisze tutaj wylacznie o reakcji serwomechanizmow na interferencje sygnalu pochodzacego od nadajnika. Zaznaczam wiec, ze to nie to samo, o czym wyzej pisal Stanislaw.

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Tak czy inaczej warto mieć to wszystko na uwadze gdy szuka się przyczyny problemu! :-)

 

Im więcej informacji i im więcej potencjalnych sprawców tym lepiej :-)

 

Fajnie że przytoczyliście zasadę działania serwa. Choć obawiam się że obecnie temat się troszkę komplikuje przez wprowadzanie programowalnych "sterowników" serw w środku serwa, do tego mikro ESC (gdy mamy silniki 3f w środku, dodatkowe zakłucenia).

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Dziękuje kolegom za te tłumaczenia w sprawie serw :)

Fakt jest faktem, że jak się wyłączy nadajnik to serwa ustawiają się  na ustawionych wychyleniach Fail -Safe i cichną całkowicie.

W starych radiach "kwarcowych" zaczynały wariować i pracować samodzielnie ;)

Fakt, że działo się to w mieście czyli np w budynku, lub obok. Nad wodą coś takiego rzadko się zdarzało...

Wszystko niby pięknie poza tym że koledzy chyba nie mierzyli jak się zachowuje zablokowane serwo analogowe stosunku do cyfrowego . A tu okazuje się że nie do końca jest tak pięknie z tymi analogami . Serwa cyfrowe mają przewagę w dwóch podstawowych rzeczach zablokowane zazwyczaj się nie spalą  bo elektronika ograniczy prąd do maksymalnego przewidzianego przez producenta , poza tym zablokowane serwo  będzie pobierało tyle prądu ile podaje specyfikacja . Zablokowany analog po pierwsze zazwyczaj się spali a po drugie  będzie brał tyle prądu ile zdoła

Moje serwa się nie blokują, a jak już to na amen, i w zasadzie trzeba wymontować i wywalić. A dzieje się tak przeważnie po solidnym "dzwonie " z inna łódką lub po nieszczęśliwym napłynięciu na boję. Wtedy, cholerka cichną całkowicie zwłaszcza to serwo na sterze ;).

A.C.

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

  • 8 miesięcy temu...

Swego czasu cały wątek poświęciłem na badanie poboru prądu w rzeczywistym locie, szybkich modeli szybowców i motoszybowców o rozpiętości około 3m. I nie ma potrzeby demonizowania olbrzymiego poboru prądu przez serwa cyfrowe. Oczywiście nie ulega kwestii że serwa cyfrowe pobierają więcej prądu niż analogowe ale nie są to aż takie różnice.

Jak sprawdziłem pobór prądu też znacząco zależy od sposobu napędu i długości dźwigni w takim modelu. W moich są one ekstremalnie krótkie, a długość nie przekracza 6mm. Przy klasycznym rozwiązaniu (i serwach cyfrowych) średni pobór prądu bywał o 30-40% niższy.

 

Pobór prądu w czasie lotu spokojnego (termika) dla całego modelu z 6cima serwami cyfrowymi nie przekracza 0.6A - 1A. W czasie lotu szybkiego, gdy lotki są wychylane w zakrętach maksymalnie i bardzo szybko pomiędzy maksymalnymi wychyleniami oraz gdy dość duże siły jakie oddziaływają na klapy i lotki w szybkim zakręcie, średni pobór prądu nie przekracza 1.2-13A - występują wtedy jedynie chwilowe piki poboru prądu gdy serwa przechodzą z jednej maksymalnej pozycji do drugiej, ale nie przekroczyły one nigdy 2.2A. Największy pobór prądu jest po otwarciu klap do lądowania gdy model leci szybko i gdy jest ciężki. Troche mniejszy prąd występuje przy otwarciu ButerFlyaya w lekkich modelach. Ale praktycznie nigdy sumaryczny pobór prądu nie przekroczył mi 3,2A. I te większe siły (a co za tym idzie pobór prądu) nie wynikają wprost z oddziaływania powietrza na powierzchnie sterowe, ale wynikają głównie z bardzo dużych oporów mechanicznych jakie są w układzie po otworzeniu klap.

 

W tego typu modelach (jak i w innych podobnych co do funkcji i gabarytów) w normalnym, bezawaryjnym locie, nie występują takie siły działające na powierzchnie sterowe aby serwa zbliżały sie choć trochę trochę w pobliże prądu trzymania. Moje modele latały od 30 do 140-150km/h i z takimi prędkościami pokonywały zakręty. Na pewno warto mieć jeden bec który zblokuje prąd w przypadku awaryjnym, choć ja najbezpieczniej sie czułem jak maiłem małe BECE (1-1.5A) na każdym serwie. Wtedy nawet jak dwa serwa mi sie uszkodziły w locie, i pobierały prą na jaki pozwalały im te BECE, to model wciąż był sterowny. I wylądował cało. Teraz mam serwa HV i niestety zrezygnowałem z tych BECów - choć z drugiej strony producent wycofał te trefne serwa i na razie tego typu problemy sie nie pojawiły. Na klapach mam serwa z silnikami bezszczotkowymi, które same się wyłączają gdy wykryją blokadę (zbyt duży prąd), więc tu to w ogóle mam luzik i spokój.

 

Jeśli chodzi o brzęczenie serw cyfrowych to najczęściej jest to wynikiem ich zawziętej i zdecydowanej tendencji do utrzymania założonej pozycji neutrum. Na pewno serwa więcej brzęczą przy "ciasnych" układach sterujących (np. typu LDS w modelach latających), niż na klasycznych. Ale też gdy jest większy luz w układzie (najczęściej na dużych klapach gdy model jest w poziomie), to serwa potrafiła mocniej hałasować niż w takim gdzie ten luz jest mniejszy. Oczywiście są przypadki że nadajnik/odbiornik sieje - może być to spowodowane taką sobie elektroniką, ale i "pływaniem: potencjometrów gimbali. W zerze w wielu aparaturach bywa lekki dryfcik, który może być zauważalny dla serwa cyfrowego. Szczególnie gdy dźwignie są poprawnie dobrane i serwo pracuje w całym zakresie. Wtedy właśnie wyłączenie aparatury i przejście odbiornika w tryb failsafe ucisza te serwa.

Powyższe to dywagacje nt problemów w poprawnie zamontowanych serwach i układach napędowych. Bo oczywiście jeśli taki napęd jest zamontowany koślawo, to tu serwa też będą brzęczeć, ale nieustannie. Ponieważ po każdym ruchu serwa w koślawym napędzie, neutum układu będzie w innym miejscu niż by chciało serwo. I taki układ brzęczy praktycznie cały czas.

 

Jakby ktoś chciał poczytać trochę praktycznych informacji (choć śmieci też jest troszkę) to zapraszam do tego wątku:

https://pfmrc.eu/topic/31819-zasilanie-szybowca-f3f/?do=findComment&comment=570047

 

  • Dzięki 1
Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Temat sporo mi wyjaśnił :) .

Też w niektórych modelach  mam podobną sytuacje z brzęczeniem , lub drganiami serw . Trzeba przejrzeć ich zamocowanie , gdyż nie zwracałem na to większej uwagi ,

a jednak mogą występować naprężenia . 

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

 Udostępnij

  • Ostatnio przeglądający   0 użytkowników

    • Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.
×
×
  • Dodaj nową pozycję...

Powiadomienie o plikach cookie

Umieściliśmy na Twoim urządzeniu pliki cookie, aby pomóc Ci usprawnić przeglądanie strony. Możesz dostosować ustawienia plików cookie, w przeciwnym wypadku zakładamy, że wyrażasz na to zgodę.