Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Funktionsprinzip 360-Grad-Servomotoren?


von Satz K. (satz_k)


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Hi,

die grundlegende Funktion eines 360-Grad-Servomotors ist klar: er hat 
eine eigene Spannungsversorgung und erhält über eine dritte Leitung ein 
Steuersignal.

Bei diesem Steuersignal handelt es sich um ein PWM-Signal. Abhängig von 
der Pulsweite steht der Motor oder bewegt sich vorwärts oder rückwärts 
(die Verfahrgeschwindigkeit hängt dabei auch wieder von der jeweiligen 
Pulsweite ab).

Meine Frage zu einem solchen Motor: Angenommen, der bewegt sich mit 
hoher Geschwindigkeit und der Servocontroller ändert die Pulsweite, um 
den Motor abzubremsen. Da kann es passieren, dass die reale 
Rotationsgeschwindigkeit nicht zur Sollgeschwindigkeit passt, wenn z.B. 
eine große Masse bewegt wird, die auf Grund ihrer Trägheit die 
Geschwindigkeit aufrecht erhält. Wer ist dann dafür zuständig 
nachzuregeln, um die Istgeschwindigkeit der Sollgeschwindigkeit 
anzupassen?

Macht das:

a) der Servomotor selbständig, da dieser seine reale Geschwindigkeit 
permanent erfasst

b) der Servocontroller (der dann logischerweise ein zusätzliches, z.B. 
QEP-Encodersignal vom Servomotor benötigt, um überhaupt zu wissen, wie 
schnell der Motor sich tatsächlich gerade bewegt)?

Danke!

von Jens M. (schuchkleisser)


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Da wird gar nix geregelt.
Das ist ein Motorsteller, viel PWM = Viel Strom am Motor, aus ende.
Im Grund ein normaler ESC an einem Servomotörchen in einem Servogehäuse.

Bei einem RC-Servo wird üblicherweise über das Poti die Position 
zurückgemeldet, und hier ist die Regelung auf Position, d.h. gibt es 
einen neuen Sollwert so wird dieser mit maximaler Geschwindigkeit 
angefahren.

von Andreas B. (bitverdreher)


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Satz K. schrieb:
> die grundlegende Funktion eines 360-Grad-Servomotors ist klar: er hat
> eine eigene Spannungsversorgung und erhält über eine dritte Leitung ein
> Steuersignal.

Da ist erstmal gar nichts klar. Eine Servomotor hat eine 
Spannungsversorgung und einen Encoder.
Falls Du von Modellbauservos sprichst, so stellt sich mit der Pulsweite 
der PWM am Steuereingang eine Position ein. Die Pulsweite hat hier mit 
der Verfahrgeschwindigkeit nichts zu tun.

von Satz K. (satz_k)


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Andreas B. schrieb:
> Falls Du von Modellbauservos sprichst, so stellt sich mit der Pulsweite
> der PWM am Steuereingang eine Position ein. Die Pulsweite hat hier mit
> der Verfahrgeschwindigkeit nichts zu tun.

Ich rede von 360-Grad-Servos. Die fahren eben nicht nur eine fixe 
(Winkel-)Position an (wie es "normale" Servos tun), sondern rotieren 
fortlaufend.

von Andreas B. (bitverdreher)


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Satz K. schrieb:
> Andreas B. schrieb:
>> Falls Du von Modellbauservos sprichst, so stellt sich mit der Pulsweite
>> der PWM am Steuereingang eine Position ein. Die Pulsweite hat hier mit
>> der Verfahrgeschwindigkeit nichts zu tun.
>
> Ich rede von 360-Grad-Servos. Die fahren eben nicht nur eine fixe
> (Winkel-)Position an (wie es "normale" Servos tun), sondern rotieren
> fortlaufend.

Es gibt keine 360 Grad servos. "Normale" Servos (eben keine 
Modellbauservos) haben keine Begrenzung der Drehwinkels.
Es ist also immer noch unklar von was Du sprichst.

von Satz K. (satz_k)


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von Rainer W. (rawi)


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Satz K. schrieb:
> Bei diesem Steuersignal handelt es sich um ein PWM-Signal. Abhängig von
> der Pulsweite steht der Motor oder bewegt sich vorwärts oder rückwärts
> (die Verfahrgeschwindigkeit hängt dabei auch wieder von der jeweiligen
> Pulsweite ab).

Du meinst einen Getriebemotor mit Geschwindigkeitsvorgabe über das 
Tastverhältniss?

von Jens M. (schuchkleisser)


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Andreas B. schrieb:
> Es gibt keine 360 Grad servos. "Normale" Servos (eben keine
> Modellbauservos) haben keine Begrenzung der Drehwinkels.

"Normale Leute" merken sofort, das er von Modellbauservos spricht, was 
im allgemeinen auch das ist an das die weitaus meisten mit Elektronik in 
der Freizeit beschäftigten Leute denken.
Z.B. an der Erwähnung, das diese mit einem PWM-Signal über nur eine 
dritte Leitung angesteuert werden.
Und dort gibt es eben welche, die keine Servos sind, sondern nur so 
aussehen, und z.B. als Winch verwendet werden. Die werden im 
entsprechenden Umfeld halt 360°-Servos genannt, weil sie wie ein Servo 
aussehen, sich auch so ansteuern lassen (3-poligen stecker in den 
Empfänger, fertig) und sich eben rundum drehen können im Gegensatz zu 
den anderen normalen Servos, die auf den Winkel regeln.

von Andreas B. (bitverdreher)


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Satz K. schrieb:
> Nein, gibt es nicht:

Also redest Du von Modellbauservos. Modifizierte zwar, aber immer noch 
Modellbauservos. Da hier das Poti fuer die Positionsbestimmung ausgebaut 
wurde, hast Du jetzt kein Servo mehr (es ist naemlich keine Regelschlefe 
mehr vorhanden), sondern ein Motor der mit PWM angesteuert wird.
Da wird also gar nichts mehr geregelt.

Jens M. schrieb:
> "Normale Leute" merken sofort,

Ok, dann bin ich eben nicht normal.
Ich bevorzuge eben eine exakte Ausdrucksweise. Und 360 Grad ist da nun 
mal gar nichts, auch wenn es in gewissenen "Kreisen" so bezeichnet wird.

: Bearbeitet durch User
von Uwe D. (monkye)


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Also als ich vor 35 Jahren zu Ostzeiten einen monströsen Stiftplotter 
(160x120cm) nutzen durfte (Tesla), da waren auch Servomotoren verbaut. 
Die gaben ein Feedback in Form von aktuellem Strom, dem Winkel und der 
Geschwindigkeit.

Insofern geht also um ein Feedback des Motors, anders als der einfache 
Stepper am 3D-Drucker…

von Rainer W. (rawi)


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Andreas B. schrieb:
> Ich bevorzuge eben eine exakte Ausdrucksweise. Und 360 Grad ist da nun
> mal gar nichts, auch wenn es in gewissenen "Kreisen" so bezeichnet wird.

Vielleicht meint der TO so etwas wie eine Segelwinde aus dem Modellbau?
z.B.
https://www.hobbydirekt.de/sonstiges/sonstiges/Segelwinde-REGATTA-Graupner-5172::40189.html

von Thomas B. (thombde)


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Die Servos die ich kenne machen den Drehwinkel über das Tastverhältnis.
Wenn da so eine große Masse dranhängt, dass das Servo überschwingt,
dann geht das Getriebe schon beim anlaufen kaputt.

: Bearbeitet durch User
von Lothar J. (black-bird)


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Thomas B. schrieb:
> Die Servos die ich kenne machen den Drehwinkel über das Tastverhältnis.
> Wenn da so eine große Masse dranhängt, dass das Servo überschwingt,
> dann geht das Getriebe schon beim anlaufen kaputt.

Interessant. Die kenne ich noch nicht. Hast Du mal einen Link dazu, wo 
man die beziehen kann?

Blackbird

von Udo S. (urschmitt)


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Satz K. schrieb:
> Nein, gibt es nicht:

Ein Modellbauservo ist nur ein winziger Teil in der Welt der 
Servomotoren.
https://de.wikipedia.org/wiki/Servomotor
Auch in Industrierobotern werkeln Servomotore. Und nein das sind keine 
Modellbauservos.
Beschreib dein Problem exakt und benutze die korrekten Bezeichnungen.
Dann kann man dir auch am besten helfen

von Udo S. (urschmitt)


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Thomas B. schrieb:
> dann geht das Getriebe schon beim anlaufen kaputt

Der nächste der nur billige Modellbauservos kennt.

Beitrag #7389533 wurde vom Autor gelöscht.
Beitrag #7389538 wurde vom Autor gelöscht.
von Uwe D. (monkye)


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Udo S. schrieb:
> Thomas B. schrieb:
>> dann geht das Getriebe schon beim anlaufen kaputt
>
> Der nächste der nur billige Modellbauservos kennt.

Der Unterschied ist ja im Preis direkt ablesbar. Schlussendlich ist das 
15€-360Grd-Servo nix weiter wie ein ESC mit Motor+Getriebe.
Denn eine Regelung in Bezug auf die Sollgröße findet ja nicht statt. Das 
muss man quasi selbst machen.

von Kolja L. (kolja82)


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Udo S. schrieb:
> Auch in Industrierobotern werkeln Servomotore. Und nein das sind keine
> Modellbauservos.
> Beschreib dein Problem exakt und benutze die korrekten Bezeichnungen.
> Dann kann man dir auch am besten helfen

Wenn man aus der ModellbauWelt (Oder der ganz normalen) und nicht aus 
der Industrie, dann sind Servos eben die kleinen schwarzen Motoren aus 
den Autos.

Und da der Rest seines Beitrages eindeutig in diese Richtung geht, hast 
du den Sinn, absichtlich oder nicht, missverstanden.

von Andreas B. (bitverdreher)


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Kolja L. schrieb:
> Und da der Rest seines Beitrages eindeutig in diese Richtung geht

Wo liest Du im Eröffnungsbeitrag etwas von Modellbau o.ä.?
Mag ja sein, daß jemand, der Modellbau betreibt, gleich an einem 
Modellbauservo denkt. Jemand, der Wassersport betreibt, denkt an eine 
Segelwinde. Und der Ingenieur aus der Industrie denkt eben an einen 
richtigen Servo (von denen es auch viele Typen gibt).

Insofern hat es Udo ganz korrekt geschrieben:
Udo S. schrieb:
> Beschreib dein Problem exakt und benutze die korrekten Bezeichnungen.
> Dann kann man dir auch am besten helfen

von Mathias M. (matjes)


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Satz K. schrieb:
> 
https://www.electronicsplanet.ch/Roboter/Servo/hacking/servomotor-360-grad-mit-pwm.php

Wenn du ein Servo so umbaust, regelt der Servo nicht nach. Dann musst du 
das selber machen. Das Problem tritt nicht nur beim Beschleunigen auf. 
Wenn er eine hohe Last bewegen soll, dreht er langsamer als im Freilauf.

Wenn die anderen 360° Servos genauso arbeiten (wahrscheinlich), dann ist 
es bei denen genauso.

Professionelle Servomotoren arbeiten natürlich anders.

von Satz K. (satz_k)


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Udo S. schrieb:
> Satz K. schrieb:
>> Nein, gibt es nicht:

> Beschreib dein Problem exakt und benutze die korrekten Bezeichnungen.
> Dann kann man dir auch am besten helfen

Das habe ich. Und die erste Reaktion auf mein Posting hat die Frage dann 
auch schon beantwortet. Der Rest dieses Threads: viel Selbstdarstellung 
:-/

von Stefan F. (Gast)


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Satz K. schrieb:
> Angenommen, der bewegt sich mit
> hoher Geschwindigkeit und der Servocontroller ändert die Pulsweite, um
> den Motor abzubremsen. Da kann es passieren, dass die reale
> Rotationsgeschwindigkeit nicht zur Sollgeschwindigkeit passt

Das kann generell immer bei jedem R/C Servo passieren. Es gibt überhaupt 
keine klare Angabe, wie schnell er sich bei welcher Pulsweite bewegt.

> Wer ist dann dafür zuständig nachzuregeln

Niemand. Modellbau Servos sind Steller, keine Regler.

von Stefan F. (Gast)


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Jens M. schrieb:
> Bei einem RC-Servo wird üblicherweise über das Poti die Position
> zurückgemeldet, und hier ist die Regelung auf Position, d.h. gibt es
> einen neuen Sollwert so wird dieser mit maximaler Geschwindigkeit
> angefahren.

Ist nicht ganz richtig. Bei 180° Servos wird der Strom in der Nähe der 
Soll-Position bis auf 0 reduziert. Größere Abweichungen werden aber wie 
du sagtest möglichst schnell angefahren. Wo da genau die Schwelle ist, 
ist nicht festgelegt. Da mag sich jeder Servo im Detail anders 
verhalten.

von Stefan F. (Gast)


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Udo S. schrieb:
>> dann geht das Getriebe schon beim anlaufen kaputt
> Der nächste der nur billige Modellbauservos kennt.

Nein, es ist einfach völlig klar, dass sich die Frage des TO auf solche 
Servos bezieht. Warum sollten wir hier andere Produkte diskutieren?

von Hermann W. (hermannw)


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Stefan F. schrieb:
> Modellbau Servos sind Steller, keine Regler.

Ein Modellbau-Servo hat wohl einen Regler.
Er hat einen Sollwert (das PWM-Signal) und einen Istwert (das Poti). Die 
Differenz Soll-Ist steuert die Stellgröße (den Strom). Genau das ist die 
Definition für einen Regler.
Der Regler ist nur sehr einfach: ein Zweipunkt-Regler mit einem 
einfachen P-Anteil.

von Jens M. (schuchkleisser)


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Stefan F. schrieb:
> Modellbau Servos sind Steller, keine Regler.

Wie regelt ein Steller denn dann auf die Sollposition? ;)
Außer du beziehst dich auf 360°-Servos, das sind Motorsteller (ESC), ja.

Stefan F. schrieb:
> Bei 180° Servos wird der Strom in der Nähe der
> Soll-Position bis auf 0 reduziert.

Naja, wie bei jedem PID-Regler (oder PI, oder PD), hängt halt von der 
Implementation ab. Und es betrifft natürlich jedes (Modellbau-)Servo, 
das kurz vor dem Erreichen des Sollwerts die Motoransteuerung 
runterfährt. Sonst würde es ja überschwingen.

Hermann W. schrieb:
> Der Regler ist nur sehr einfach: ein Zweipunkt-Regler mit einem
> einfachen P-Anteil.

Und Totzone, und und und.
Man kann durchaus welche kaufen, bei denen man die Parameter sogar 
einstellen kann, damit der Regler auch die bewegte Masse berücksichtigt.
Ich würde schätzen das es mehr Implementationen gibt als 
Servo-Hersteller.

von Lothar J. (black-bird)


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Satz K. schrieb:
>> Beschreib dein Problem exakt und benutze die korrekten Bezeichnungen.
>> Dann kann man dir auch am besten helfen
>
> Das habe ich. Und die erste Reaktion auf mein Posting hat die Frage dann
> auch schon beantwortet. Der Rest dieses Threads: viel Selbstdarstellung
> :-/

Und nun? Hast Du es auch verstanden und kannst es mit eigenen Worten 
wiedergeben?

Blackbird

: Bearbeitet durch User
von Rainer W. (rawi)


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Andreas B. schrieb:
> Jemand, der Wassersport betreibt, denkt an eine Segelwinde.

Wie kommst du von "Segelwinde" auf Wassersport?
Dort werden die Dinger einfach als "elektrische Winsch" bezeichnet.
Die werden aber nicht mit PWM gesteuert.

Es wird Zeit, dass sich der TO mal wieder meldet und hier ein bisschen 
Klarheit in seine Frage bringt.

: Bearbeitet durch User
von C-hater (c-hater)


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Satz K. schrieb:

> Bei diesem Steuersignal handelt es sich um ein PWM-Signal. Abhängig von
> der Pulsweite steht der Motor oder bewegt sich vorwärts oder rückwärts
> (die Verfahrgeschwindigkeit hängt dabei auch wieder von der jeweiligen
> Pulsweite ab).

Nein, das ist völlig falsch. Die Pulsweite der Steuer-PWM gibt allein 
die Zielposition für den Servo an. Wie dieser sich dann dieser 
Zielposition annähert, ist sein Bier. I.d.R. steckt ein PID-Regler im 
Servo dahinter, der allerdings insofern behindert ist, als dass er von 
den äußeren Lasten keinerlei Ahnung hat. Deswegen wird das 
Bewegungsverhalten eines einfachen Servos meist suboptimal sein.

Es gibt allerdings auch welche mit lernfähiger und/oder parametrierbarer 
Regelung. Aber die bewegen sich mit einiger Wahrscheinlichkeit weit 
jenseits der Preisregionen, die DU für einen Servo bezahlen würdest...

von Kolja L. (kolja82)


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Rainer W. schrieb:
> Es wird Zeit, dass sich der TO mal wieder meldet und hier ein bisschen
> Klarheit in seine Frage bringt.

Das hat er, ist leider in den ganzen Selbstdarstellungen untergegangen.

Satz K. schrieb:
> Das habe ich. Und die erste Reaktion auf mein Posting hat die Frage dann
> auch schon beantwortet. Der Rest dieses Threads: viel Selbstdarstellung
> :-/

Teilweise echt zum totlachen, wie vorhersagbar hier alles abgeht....

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