|
|
Wat is een servoUit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
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 "cruise control" 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's bestaan in diverse uitvoeringen en afmetingen, zoals op de afbeeldingen 01 t/m 03 te zien is. Typen servo'sEr 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 ServoAnaloge servo's zijn simpel en kunnen, omdat ze "spanning-gestuurd" (PWM of PBM) zijn, met simpele middelen, zoals een NE555 pulsgenerator of een servo-tester aangestuurd worden. Door de verhouding tussen "puls" en "pauze", de "duty cycle", langer of korter te maken wordt de stand van de arm geregeld. Digitale servoEen digitale servo bevat een microprosessor. De positie waar de arm van 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 arm naar een andere stand te laten gaan. Een digitale servo zal niet door de gewenste positie schieten en dan weer terug gaan, zoals een analoge servo dat soms wel doet. Tevens is de stand waarin de digitale servo moet gaan staan veel nauwkeuriger gedefinieerd, zodat de digitale servo bij een zeer geringe afwijking van de gewenste stand, direct aangestuurd wordt om naar de gewenste stand te gaan. AfwijkingEen 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. Dit is hoorbaar als een hoge fluittoon wanneer de servo aangestuurd wordt. Digitale servo's hebben nog een voordeel; wanneer een normale servo opdracht krijgt om naar bijvoorbeeld de halve uitslag te gaan, draait de servo langzamer dan wanneer deze meteen naar de volledige uitslag gaat. Digitale servo's draaien altijd op volle snelheid, ook als niet de volledige uitslag wordt gevraagd. 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. HoudkrachtDe houdkracht (=de drukkracht die op de hefboom moet worden uitgeoefend om deze in beweging te krijgen) van een digitale servo is veel groter dan van een analoge servo. Wanneer bij een analoge (onder spanning staande) servo tegen de hefboom wordt gedrukt, 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 hij eigenlijk moet staan. Modelbouw-servoOp de modelspoorbaan is prima gebruik te maken van modelbouw-servo's, voor bijvoorbeeld 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:
Servo's die voorzien zijn van kogellagers en metalen tandwielen hebben een langere levensduur. Onderdelen en functie
Een servo bestaat uit de volgende onderdelen:
VoedingsspanningHet 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 V en maximaal 6 V. 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 mA. In belaste toestand (dus wanneer de arm van de servo beweegt), wordt er een stroom uit de voeding getrokken tussen de 200 en 500 mA (bij sommige typen zelfs tot 1 A). Let dus op bij het parallel schakelen van servo's. Bij het tegelijkertijd gebruiken van meerdere servo's kan er een behoorlijk grote stroom uit de voeding getrokken worden. De draaihoek van de hefboomEen servo vanaf de fabriek kan ca 300° uitslaan (ongeveer 150° vanuit de middenpositie). Op het internet staan echter modificaties om een servo continu rond te laten draaien. Zie "Meer informatie". Er bestaan overigens ook servo's waarvan de arm niet ronddraait, maar heen- en weer beweegt, de zgn lineaire servo's. De snelheid van de hefboomDe snelheid van de hefboom kan verlaagd worden door minder spanning op de servo te zetten, maar dit is niet zinvol omdat het dan gaat om een winst van een paar microseconden waarin de servo kan bewegen. Bij de minimum spanning van 4 volt is de snelheid maar enkele microseconden trager, dan bij de maximum spanning van ongeveer 6 volt. Om de snelheid toch te kunnen verlagen, met behoud van het koppel, zal er een ingreep in de elektronica van de servo gedaan moeten worden. De aansturingEen servo kan niet met een normale gelijkspanning of wisselspanning aangestuurd worden. Het aansturen gebeurt met een gepulste gelijkspanning op de witte, gele of oranje draad. De duur (of breedte) van de puls wordt met deze techniek gewijzigd, vandaar de naam "Pulse Width Modulation" (PWM), of in het Nederlands PulsBreedteModulatie (PBM). 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" (hoog) 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 bewegen 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 servoIn de servo bevindt zich een printje dat o.a. één of meerdere IC's bevat. De elektronica vertaalt (afhankelijk van de gewenste draairichting) 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 werkingDe 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 beweegt iets verder. Is de externe puls korter dan de interne puls, dan krijgt de motor heel even een negatieve spanning en beweegt 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. AanstuurschakelingenVoor schema's voor het aansturen van een servo zie het artikel Servo-aansturing. PuntstukpolarisatieOm het puntstuk van een wissel te polariseren kunnen een paar microschakelaars gemonteerd worden in de buurt van de servo-arm, zodat in beide eindstanden van de servo een schakelaar omgezet wordt. Deze kan dan het puntstuk van spanning voorzien met de juiste polariteit. Hiervoor is een bevestigingsplaatje te maken, maar er bestaan ook kant-en-klare printplaatjes, met daarop gemonteerde schakelaars. Meer informatie
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
