Persoonlijke instellingen

Wat is een servo

Uit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende

Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Fred Eikelboom


Een servomechanisme (vaak afgekort tot servo), is een apparaat om automatisch een mechanisch systeem te regelen, zonder directe mechanische verbinding. Bijvoorbeeld, de cruisecontrol van een auto; de positie van het hoogteroer van een modelvliegtuig; enzovoort. De verbinding gebeurt via een elektrische, hydraulische of pneumatische actuator. Het servomechanisme gebruikt het concept van tegenkoppeling uit de regeltechniek: de output van het mechanisme is een functie van het verschil tussen de gewenste, en de gemeten stand van het mechanisch systeem.

Servo Conrad230500-01.jpg Servo Conrad233751-02.jpg Servo Conrad209089-03.jpg
Afbeelding: 01 Afbeelding: 02 Afbeelding: 03
ModelCraft-servo 230500 ModellCraft-standaardservo 233751 ModelCraft-miniservo met glijlagers 209089
Bron: Conrad.nl Bron: Conrad.nl Bron: Conrad.nl


Servo's zijn tegenwoordig verkrijgbaar in diverse afmetingen, zoals op de afbeeldingen 01 t/m 03 te zien is. Er zijn diverse uitvoeringen van de servo's verkrijgbaar.


Typen servo's

Er bestaan twee typen servo's: 'analoog' en 'digitaal'. Wanneer een servo digitaal werkt, staat dat altijd op de verpakking en/of in de gebruiksaanwijzing vermeld. Wanneer er niets over vermeld staat in de specificatie, is het een analoge servo. De digitale servo is nauwkeuriger en sneller dan een analoge servo.


Analoge Servo

Analoge servo's zijn simpel, en kunnen, omdat ze 'spanning-gestuurd' zijn, met simpele middelen, zoals een NE555 pulsgenerator of een servo-tester aangestuurd worden. Door de verhouding tussen 'puls' en 'pauze' langer of korter te maken wordt de stand van de arm geregeld.
De werking van de servo wordt uitgelegd bij De elektronica van de servo.


Digitale servo

Een digitale servo bevat een microprosessor. De positie waar een digitale servo naar toe moet, ligt zeer nauwkeurig vast. De digitale servo 'weet' precies in welke stand hij staat, zodat de processor de snelste manier uit kan rekenen, om de hefboom naar een andere stand te laten gaan. Een digitale servo zal niet door de gewenste positie schieten en dan weer terug gaan, zoals een gewone servo dat wel doet. Tevens is de stand, waarin de digitale servo moet gaan staan, veel nauwkeuriger gedefiniëerd, zodat de digitale servo bij een zeer geringe afwijking van de gewenste stand, direct aangestuurd wordt om naar de gewenste stand te gaan.

Afwijking

Een analoge servo heeft een veel grotere afwijking dan een digitale servo. De motor van een digitale servo wordt met een hoogfrequente puls aangestuurd, meestal ±2000 Hz., in plaats van de 50 Hz. van een standaard servo. U hoort dit als een hoge fluittoon, wanneer de servo aangestuurd wordt. Digitale servo's hebben nog een voordeel; wanneer u met een normale servo opdracht geeft om naar b.v de halve uitslag te gaan, draait de servo langzamer, dan wanneer u meteen naar de volledige uitslag gaat. Digitale servo's draaien altijd op volle snelheid, ook wanneer u niet de volledige uitslag vraagt. Bij een analoge servo wordt, wanneer hij de gewenste stand nadert, al minder stroom naar de motor gestuurd. Een digitale servo echter, blijft vol aangestuurd worden tot hij exact in positie is.

Houdkracht

De houdkracht van een digitale servo is veel groter dan van een analoge servo. Wanneer u bij een analoge (onder spanning staande) servo tegen de hefboom drukt, zal deze bij een bepaalde drukkracht gaan bewegen. Bij een digitale servo zal de hefboom pas bij een kracht die minimaal twee maal zo groot is, gaan bewegen. Bij een analoge servo kan het makkelijker gebeuren dat de servo uit de stand gedrukt wordt, waarin u hem eigenlijk wilt hebben.
De digitale servo wordt eventueel in een toekomstig te verschijnen artikel nader behandeld.


Modelbouw-servo

Op de modelspoorbaan kunnen we prima gebruikmaken van servo's voor modelbouw-doeleinden, voor bijv. wisselaandrijving, het bewegen van een arm-sein, het openen van de deuren van een lokloods, of het bedienen van overwegbomen.

Er bestaan servo's met:

  • kogellagers;
  • glijlagers;
  • kunststof tandwielen;
  • metalen tandwielen.

Het hoeft geen betoog, dat servo's, die voorzien zijn van kogellagers en metalen tandwielen, een langere levensduur hebben.


Onderdelen

Een servo bestaat uit de volgende onderdelen:

  • Elektromotor.
  • Vertragingskast.
  • Besturingselektronica.
  • Potentiometer.
  • Aansluitkabel.


Servo Eng Wikipedia-01.jpg
Afbeelding: 04
Het inwendige van een servo
Bron: WikiPedia.org CCimage.jpg

De functie van de diverse onderdelen
De elektromotor is een miniatuur elektromotor. Deze zorgt voor de aandrijving van de servo.
De vertragingskast (set tandwielen) zorgt voor het terugbrengen van het hoge motortoerental naar een veel lagere snelheid van de hefboom.
De besturingselektronica c.q. de besturings-IC's in de servo, zetten de ontvangen signalen (PBM), om in een elektrische aandrijfspanning voor de motor.
De potentiometer (afgekort: potmeter) is mechanische verbonden aan een as van de tandwieloverbrenging van de servo. De potmeter zorgt er, in samenwerking met de besturings-IC's voor dat de servo niet blijft ronddraaien, maar op een gewenste positie kan blijven staan.
De aansluitkabel (of voedingskabel) zorgt voor het transporteren van de spanning en het stuursignaal voor de servo. De kabel bestaat uit drie draden met verschillende kleuren. De voedingsspanning (+) is altijd rood of bruin. De massa (-) is altijd zwart. De signaaldraad is altijd geel of wit.

De hoofd-onderdelen van een servo:

  1. de elektromotor met het aandrijftandwiel;
  2. de loper van de potmeter;
  3. de tandwieloverbrenging (vertragingskast);
  4. de hefboom;


Voedingsspanning

Het koppel (de trekkracht) van de servo, wordt bepaald door de aangelegde spanning. Hoe hoger deze spanning is, hoe groter het koppel zal zijn. De werkspanning van een servo ligt tussen 4,8 Volt en maximaal 6 Volt. Bij 6 Volt zal de levensduur van de servo korter worden. De ruststroom (dat is wanneer de servo niets doet) van een standaardservo bij 5 Volt bedraagt ongeveer 60 tot 70 milliampère. In belaste toestand (dus wanneer de arm van de servo beweegt), wordt er een stroom uit de voeding getrokken tussen de 200 milliampère en 500 milliampère (bij sommige typen zelfs tot één ampère). Let dus op bij het parallel schakelen van servo's. Bij het tegelijkertijd gebruiken van meerdere servo's, kan er dus een behoorlijk grote stroom uit de voeding getrokken worden.


De draaihoek van de hefboom

Een servo vanaf de fabriek kan ca 300 graden uitslaan (ongeveer 150 graden vanuit de middenpositie). Op het internet staan echter modificaties om een servo gewoon rondjes te laten draaien. zie: 'Meer informatie'.


De draaisnelheid van de hefboom

De draaisnelheid van de hefboom kan verlaagd worden door minder spanning op de sevo te zetten, maar dit is niet zinvol. Dan gaat het om een winst van een paar microseconden waarin de servo kan bewegen. Bij de minimum spanning van 4 volt is de draaisnelheid maar enkele microseconden trager, dan bij de maximum spanning van ongeveer 6 volt. Om de draaisnelheid toch te kunnen verlagen, met behoud van het koppel, zal er een ingreep in de elektronica van de servo gedaan moeten worden.


De aansturing

Een servo kan niet met een normale gelijkspanning of wisselspanning aangestuurd worden. Het aansturen gebeurt met een gepulste gelijkspanning. De duur (of breedte) van de puls wordt met deze techniek gewijzigd, vandaar de naam PWM, Puls Width Modulation, of in het Nederlands PBM, Puls Breedte Modulatie.

Bij de servo gebeurt het aansturen met pulsen, die een herhalingstijd hebben van 20 milliseconden. Hieruit wordt de frequentie bepaald, namelijk 1/20 milliseconde = 50 Herz, dit wil zeggen dat de stuurpuls vijftig keer per seconde optreedt. De tijdsduur van de puls noemt men de duty-cycle. Dit is de tijd dat het signaal 'aan' is. De duty-cycle van het stuursignaal kan van 5% tot 10% worden gewijzigd. Dit komt overeen met een pulsduur van 1,0 tot 2,0 milliseconde. De grootte van de duty-cycle zorgt ervoor dat de servo uitwijkt naar links of naar rechts.

Bij de neutrale stand van de servo bedraagt de duty-cycle van het signaal 7,5%, Dit komt overeen met een pulsduur van 1,5 milliseconde. Om de servo volledig naar links te laten uitwijken moet de duty-cycle 5% of 1,0 milliseconde zijn en voor volledig naar naar rechts 10% of 2,0 milliseconde. Op het moment dat er geen stuurpuls meer is, blijft de servo in de laatst bereikte stand staan. Er bestaan servo's die een negatieve puls nodig hebben, maar ook typen die een positieve puls nodig hebben.


De elektronica van de servo

In de servo bevindt zich een printje dat o.a. een aantal IC's bevat. De elektronica vertaalt de stuurpulsen naar een (positieve of negatieve) spanning voor de elektromotor. De lengte van de stuurpulsen bepaalt naar welke stand de hefboom van de servo zal gaan bewegen.

De werking

De elektronica van een servo vergelijkt de externe puls (welke bijv. met een NE555 opgewekt wordt) met een intern opgewekte puls. De interne pulstijd is afhankelijk van de positie van een potmeter, welke gekoppeld is aan een as in de servo. Wanneer de externe puls langer is dan de intern opgewekte puls, krijgt de motor van de servo heel even een positieve spanning en draait iets verder. Is de externe puls korter dan de interne puls, dan krijgt de motor heel even een negatieve spanning, en draait een heel klein stukje terug. Alleen op het moment dat er een verschil is tussen de uitwendige en de interne pulsen, krijgt de elektromotor een positieve of een negatieve spanning. De elektromotor blijft dus spanningpulsen krijgen, totdat de interne en externe pulsen aan elkaar gelijk zijn.


Aanstuurschakelingen

Voor schema's voor het aansturen van een servo, zie het artikel Servo-aansturing bij 'Meer informatie'.


Puntstukpolarisatie

Om het puntstuk van een wissel te polariseren kunt u een paar microswitches monteren in de buurt van de servo-arm, zodat in beide eindstanden van de servo een schakelaar omgezet wordt. Deze kan het puntstuk van spanning voorzien met de juiste polariteit. U kunt hiervoor zelf een bevestigingsplaatje maken, maar binnenkort kunt u ook kant-en-klare printplaatjes kopen (DinaSys Servo Eindafschakeling) met daarop gemonteerde schakelaars.



Meer informatie

Encyclopedie:
Beneluxspoor.net:
over servo's.
over het bevestigen van servo's.
over het afstellen van servo's.
Externe websites:
Servo-tester.
Bevestigingsbeugel voor servo.
Zeer veel gegevens van allerlei merken.
Servo aanstuur-methoden.




Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende
Contact met de redactie: Contact met de redactie 


Laatste wijziging: 26 dec 2017 18:33 (UTC)