Сервомашинки

Отварям тази тема, за да можем в нея да споделяме своя опит и впечатления за най-важния компонент във всеки един модел - СЕРВОМАШИНКИТЕ. Всеки може да пише в темата за всеки един аспект от параметрите и експлоатацията на своите сервомашинки. Аз лично искам да споделя информация за тестовете, които правя последните няколко дни и които доведоха до изненадващи резултати.

Първо малко информация за начинаещите:

Сервомашинките основно се делят на АНАЛОГОВИ и ЦИФРОВИ. Разликата между тези две големи групи е в начина, по който те отработват входящия сигнал. Като световен стандарт се е наложило сигнала по даден канал да е импулс с дължина от 1 до 2 милисекунди, като 1.5 милоисекунди е центъра на позицията на сервото. Периода между 2 импулса е 20 милисекунди. Има известни вариации на този стандарт, но тях ще ги коментираме по-късно.

АНАЛОГОВИ МАШИНКИ

Аналоговите машинки обработват този сигнал по аналогов път. В тях има операционен усилвател, който усилва ГРЕШКАТА между ТЕКУЩАТА позиция (потенциометър) и ЖЕЛАНАТА позиция (дължината на импулса на входа) и на изхода си управлява мотор така, щото тази грешка да се намали. Важно е да се разберат следните три проблема на аналоговите машинки:

1. Вътре в сервото има аналогови RC групи, които интегрират входния сигнал с цел преобразуването на дължината на импулса в напрежение. Изходното напрежение на тези RC групи обаче зависи не само от дължината на импулса, но и от дължината на паузата между импулсите. Ако по някаква причина дължината на паузата се промени, ще се промени и позицията на сервото.

2. Тези RC групи имат голяма температурна нестабилност (най-вече заради капацитета на кондензатора). Тази температурна нестабилност води до промяна на позицията на сервото при промяна на температурата.

3. Тъй като аналоговите машинки работят на принципа на усилването на грешката, то при тях ВИНАГИ има някаква ОСТАТЪЧНА ГРЕШКА ПРИ ПОЗИЦИОНИРАНЕ. Ако коефициента на усилване на грешката се направи малък, то тогава при приближаване към позицията тази грешка намалява и ОУ спира мотора преди грешката да е станала нулева. Ако коефициента на усилване се направи голям, то тогава има пререгулиране - сервото подминава желаната позиция и след това се връща назад. И двете водят до ОСТАТЪЧНА ГРЕШКА.

ЦИФРОВИ МАШИНКИ

Цифровите машинки имат процесор, който следи САМО ДЪЛЖИНАТА НА ИМПУЛСА и не се влияе от паузата между импулсите. Освен това наличието на процесор предполага интелигентен алгоритъм за управление на мотора, който при команда за ново позициониране има 3 етапа - ускоряване, движение и забавяне. Така се постига по-висока скорост на отработване без да се подминава позицията и без да има остатъчна грешка. Температурната стабилност е по-висока, защото зависи само и единствено от два компонента - честотата на процесора (може да се стабилизира с кварц) и точността и температурната стабилност на потенциометъра (може да се направи с точност 0.1%).

Темата я отварям основно заради дискусията в Моделистика за това какви машинки са най-подходящи за T-Rex 450:
http://modelistika.com/showthread.php?t=16918

В тази дискусия писах за едни експерименти с едно аналогово серво и веднага бях оплют от трима всезнайковци:
- ПАЦО (Пламен Конакчиев), който започна да ме атакува с приказки от 1001 нощи, включая и с директни глупости от типа "греста влияе на точността на позиционирането" или "зъбните колелета въвеждат дискрета в позиционирането".
- Иван Кючуков, който директно се заяжда и обижда, без да даде никаква полезна информация.
- Fokke (Румен Чакъров), който както всички знаят е с мания за величие и си е голям гадняр.

За да не се получи и тука такова нещо и да не се разводнява темата, предлагам всеки да публикува само чиста информация и личен опит, без да прави намеци какво е казал другия.

Аз, сина ми и мои колеги (Penev и други моделисти от Габровския клуб) установихме един голям проблем при T-Rex 450, когато за CCPM-a се използват аналогови машинки. Проблема се състои в това, че след като хеликоптера се настрои перфектно, на другия ден се разстройва и отново започва да дърпа нанякъде. След като проведохме дискусия стигнахме до извода, че проблема може би е в неточното позициониране на аналоговите машинки. Също така по време на дискусията се изказаха предположения, че може би някои от сервотата, предлагани от Hobby King може би са фалшификати и параметрите им не отговарят на тези, посочени в сайта.

Като цяло всички бяхме единодушни, че трябва да се направят експерименти, и в тях за различни сервомашинки да се провери кой параметър каква действителна стойност има. Паралелно аз и Penev започнахме експерименти и получихме някакви резултати, за които ще ви информираме по-долу. Част от тези резултати са толкова фрапиращи, щото в един момент реших че уредите ми грешат и трябва да си купя нови.

Първите замервания бяха направени от Penev. Става въпрос за измерване на скоростта. Използваше се това устройство:
http://www.hobbyking.com/hobbyking/s...dProduct=10572

Ето получените данни за скоростта на няколко машинки:

SG90 - 157 mS
MD933 - 230 mS
MD922 - 160 mS
TG9 - 200 mS
TGY-90S - 121 mS
TGY-930 - 196 mS
HPX F - 83 mS
DS530 - 198 mS
MG14 - 178 mS

Както виждате, повечето от машинките са по-бавни от това, което го пише като техни параметри. Измерванията обаче са правени от Penev при обхват на движение от 1000 микросекунди. Това означава, че за някои от сервотата измерванията не са верни, защото скоростта се дефинира при зона на движение от 60 градуса, а различните сервота постигат тези 60 градуса с различни микросекунди ширина на управляващия импулс (500, 600, 750 и т.н.). Penev не е отчел този факт.

Заех се да направя по-точни измервания, но за тази цел ми трябваше скала, с която първо да видя колко градуса е максималния обхват на всяко едно серво и след това да видя колко микросекунди са необходими, за да придвижа дадено серво с 60 градуса.

Ето я скалата:

http://modelist.bg/attachment.php?attachmentid=1470

Всъщност на тази снимка е показано цялото оборудване, с което мисля да направя тестове на различните параметри на сервотата:

1. Парче фибран, на който съм залепил градуирана скала с дискрета 1 градус. В центъра на скалата съм изрязал отвор, в който се слагат сервомашинките.
2. Стрелка от карбон, залепена за едно колелце от серво. Тази стрелка се лепи на всяко едно ново серво, като предварително сервото се центрира и после стрелката се лепи така, че да сочи на 90 градуса.
3. Сервотестер GWS MT-1, с чиято помощ се подават еталонни сигнали към сервомашинките. Точността на сигнала, генериран от сервотестера, е +/-1 микросекунда или изразено в градуси това е около 1/6-та от градуса.
4. Електронно кантарче, с което ще измервам механичните натоварвания на сервомашинките. Идеята е при позиционирана машинка да създам странична сила на разстояние 1 сантиметър от оста и така да премеря с колко градуса се променя позицията в зависимост от натоварването.
5. Servo Doctor за измерване на скоростта на сервомашинките. Представлява устройство, което подава на сервомашинките еталонно напрежение и еталонен сигнал, с който движи машинката на предварително зададени микросекунди. На самото серво се лепи един жироскоп, който подава обратна информация за действителния ъгъл на завъртане.
6. Акумулатор, BEC, волтметър, ватметър (амперметър) и други помощни инструменти и уреди.

Реших да започна с измерване на скоростта на първото серво - MG90S. За целта обаче трябваше предвартелно да определя какъв е обхвата на сервото (на колко градуса се отклонява при 1000 и при 2000 микросекунди импулс) и колко микросекунди са необходими, за да го придвижа с 60 градуса. И тука се сблъсках с първия проблем:

При движение на сервото между 1000 и 2000 микросекунди то позиционираше на различно място. В началото се движеше между -38 и +42 градуса (спрямо абсолютния център от 90 градуса), но след няколко движения и двете крайни позиции започнаха да пълзят, като отклонението надхвърли 1 градус. Центъра също се премести с около 1 градус.

В началото помислих, че се е разместила лепенката, но после след няколко експеримента осъзнах, че явно сервото има някакъв дрейф. След това хванах и го движих в продължение на 1 минута и после го центрирах - сервото се позиционира на 96 градуса.

За 1 минута движение центъра избяга с 6 градуса !!!

После спрях и наблюдавах как на всеки 10-15 секунди сервото правеше цък-цък и стрелката през половин градус бавно бавно се приближаваше към центъра.

По принцип знаех, че аналоговите сервота са температурно нестабилни, но чак такова голямо отклонение не съм очаквал.

Направих и следните други замервания:

При позиционирано серво го натоварих на 1 сантиметър от оста и измерих, че при натоварване с 1 килограм, сервото КЛЯКА С ОЩЕ 4 ГРАДУСА, а при натоварване с 2 килограма - КЛЯКА СЪС 7 ГРАДУСА !!!

Общата грешка на позицията от температура и натоварване стига до 13 градуса !!!

Но това си е повече от 20% от целия ход на сервото !!!

Правете си изводите.

Паралелно мерех и тока - от 10 mA при покой стига до 650 mA при 2 килограма натоварване. Тoзи голям ток допълнително нагрява мотора и сервото и допълнително увеличава температурния дрейф.

Премерих и грешката в позиционирането при подход към центъра отляво и после отдясно. Оказа се, че грешката е сравнително малка - около половин градус.

Оставих стенда и си легнах, а на другата сутрин видях, че стрелката се е преместила на 88 градуса (лепена е на 90 градуса, а вечерта я бях оставил на 92 градуса). Температурата в стаята беше паднала само с няколко градуса, но това беше довело до преместване на центъра на сервото с нови 2 градуса.

Заинтересувах се колко голяма може да е тази температурна нестабилност и реших да направя измерване колко градуса отклонение на стрелката има за всеки един градус промяна на околната температура. За да е по-точно измерването, трябваше да измеря две далечни температурни точки. За ниска температурна точка реших да използвам охлаждане на цялата установка във фризера, а за висока точка - стопляне на цялата установка в кутия от фибран с нагревател и терморегулатор.

Експеримента с фризера стана бързо и лесно и при него центъра на сервото се премсти до 80 градуса, предизвиквайки 10 градуса грешка при намаляване на температурата от +20 на -10 градуса. Експеримента с нагряване още не съм го направил.

Това е историята до момента, която беше описана във Modelistika. Повече там не съм писал, защото ПАЦО превзе темата с хиляди неуместни забележки, обидни намеци, отклоняване на дискусията в друга посока, както и с директни глупости че сервото не можело да позиционира на половин зъб и други такива. Намесиха се с обиди и Иван Кючуков и Румен Чакъров (Fokke) и темата стана на мазал с избиване на комплекси от хора с мания за величие. Трябва да си призная, че и доста хора ме защитиха. Лошото е обаче, че темата от чисто информационна, се превърна в каша и помия (както и много други подобни теми), и то с участието на модератора Fokke. Повече няма да пиша там. Продължавам с описанието на експериментите тука. Който му е интересно, нека да задава въпроси или да споделя своята информация или личен опит. Който иска да се заяда и да избива комплекси - да ходи в Моделистика.

Изводи до момента:

MG90S (а може би и всички аналогови сервомашинки) имат голяма температурна нестабилност на позицията. При промяна на температурата центъра се измества с до 10 градуса в двете посоки. При натоварване също има голяма промяна на позицията - още 6-7 градуса. Като цяло това серво не е подходящо за управление на CCPM главата на T-Rex 450.

Трябва да се отбележи, че има много клонинги на 450 и при някои от тях е възможно да няма проблеми с аналоговите сервота, ако се използват за управление на главата. Всичко зависи от разположението на сервотата около главата. Ако те са разположени така, щото рамото на едно от тях да е отдясно, а на друго - отляво, то тогава температурната грешка на тези сервота се сумира и апарат-наклонителя се изкривява. Ако обаче и на трите сервота рамото е само от едната страна, то тогава температурната грешка се компенсира и проблемите са минимални или дори незабележими.