|
|
Wat is een servoUit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Fred Eikelboom
Een "servomechanisme" of "modelbouwservo" (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. Oorspronkelijk komt de modelbouwservo uit de RC wereld, (radiografisch) bestuurde modelvliegtuigen en -boten.
Toepassing van de modelbouwservoOp de modelspoorbaan is prima gebruik te maken van modelbouwservo's, voor bijvoorbeeld een wisselaandrijving, het bewegen van een arm-sein, het openen van de deuren van een lokloods, of het bedienen van overwegbomen. Modelbouwservo's bestaan in diverse uitvoeringen en afmetingen, zoals op de afbeeldingen 01 t/m 03 te zien is. Typen modelbouwservo'sEr bestaan twee typen modelbouwservo's: "analoog" en "digitaal". Wanneer een modelbouwservo 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 modelbouwservo. De digitale modelbouwservo is nauwkeuriger en sneller dan een analoge modelbouwservo. Der analoge modelbouwservoAnaloge modelbouwservo'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. Werking van een analoge modelbouwservoEen analoge modelbouwservo werkt door middel van pulsen en een potentiometer. Via de signaaldraad zal de modelbouwservo een bepaald signaal binnen krijgen. Een signaal bestaand uit in lengte variabele pulsen. Vanaf het moment dat de modelbouwservo dit signaal ontvangt zal er stroom naar de elektromotor gestuurd worden. Naarmate de servo-arm dichter bij de gewenste positie komt te staan zullen de pulsen steeds korter worden totdat de servo-arm in de gewenste positie staat en er geen stroom verbruik meer is. Vaak is een bijkomend nadeel van analoge modelbouwservo’s dat deze minder sterk zijn wanneer ze hun eindpunt benaderen. Op het moment dat een analoge modelbouwservo een bepaalde positie heeft bereikt zal deze op dat moment geen stroom verbruiken. De digitale modelbouwservoEen digitale modelbouwservo bevat een microprosessor. De positie waar de arm van een digitale modelbouwservo naar toe moet, ligt zeer nauwkeurig vast. De digitale modelbouwservo "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 modelbouwservo zal niet door de gewenste positie schieten en dan weer terug gaan, zoals een analoge modelbouwservo dat soms wel doet. Tevens is de stand waarin de digitale modelbouwmodelbouwservo moet gaan staan veel nauwkeuriger gedefinieerd, zodat de digitale modelbouwservo bij een zeer geringe afwijking van de gewenste stand, direct aangestuurd wordt om naar de gewenste stand te gaan. Werking van een digitale modelbouwservoEen digitale modelbouwservo beschikt over een eigen microprocessor die het signaal decodeert en weet wat er moet gebeuren bij welk signaal. Het grote voordeel is dat deze manier van aansturen nauwkeuriger is, en de modelbouwservo hierdoor ook een snellere reactietijd heeft. De modelbouwservo weet ten allen tijde exact wat zijn huidige positie is en hoe hij op een volgende positie het snelste kan komen. Een andere optie van sommige digitale modelbouwservo’s is dat ze een special programma kunnen bevatten. Bijvoorbeeld voor een exponentiele beweging. Een digitale modelbouwservo is over het algemeen prijziger dan een analoge door de extra logica die dit type modelbouwservo bevat. HoudkrachtDe houdkracht (=de drukkracht die op de hefboom moet worden uitgeoefend om deze in beweging te krijgen) van een digitale modelbouwservo is veel groter dan van een analoge modelbouwservo. Wanneer bij een analoge (onder spanning staande) modelbouwservo tegen de hefboom wordt gedrukt, zal deze bij een bepaalde drukkracht gaan bewegen. Bij een digitale modelbouwservo zal de hefboom pas bij een kracht die minimaal twee maal zo groot is, gaan bewegen. Bij een analoge modelbouwservo kan het makkelijker gebeuren dat de modelbouwservo uit de stand gedrukt wordt waarin hij eigenlijk moet staan. De soorten modelbouwservo'sEr bestaan modelbouwservo's met:
Modelbouwservo's die voorzien zijn van kogellagers én metalen tandwielen hebben een langere levensduur. Onderdelen en functie
Een modelbouwservo bestaat uit de volgende onderdelen:
VoedingsspanningHet koppel (de trekkracht) van de modelbouwservo, wordt bepaald door de aangelegde spanning. Hoe hoger deze spanning is, hoe groter het koppel zal zijn. De werkspanning van een modelbouwservo ligt tussen 4,8 V en maximaal 6 V. Bij 6 volt zal de levensduur van de modelbouwservo korter worden. De ruststroom (dat is wanneer de modelbouwservo niets doet) van een standaardservo bij 5 volt bedraagt ongeveer 60 tot 70 mA. In belaste toestand (dus wanneer de arm van de modelbouwservo 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 modelbouwservo's. Bij het tegelijkertijd gebruiken van meerdere modelbouwservo's kan er een behoorlijk grote stroom uit de voeding getrokken worden. De draaihoek van de hefboomEen modelbouwservo vanaf de fabriek kan ca 300° uitslaan (ongeveer 150° vanuit de middenpositie). Op het internet staan echter modificaties om een modelbouwservo continu rond te laten draaien. Zie "Meer informatie". Er bestaan overigens ook modelbouwservo's waarvan de arm niet ronddraait, maar heen- en weer beweegt, de zgn lineaire modelbouwservo's. De snelheid van de hefboomDe snelheid van de hefboom kan verlaagd worden door minder spanning op de modelbouwservo te zetten, maar dit is niet zinvol omdat het dan gaat om een winst van een paar microseconden waarin de modelbouwservo 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 modelbouwservo gedaan moeten worden. De aansturingEen modelbouwservo kan niet met 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 modelbouwservo 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 modelbouwservo uitwijkt naar links of naar rechts. Bij de neutrale stand van de modelbouwservo bedraagt de duty-cycle van het signaal 7,5%, Dit komt overeen met een pulsduur van 1,5 milliseconde. Om de modelbouwservo 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 modelbouwservo in de laatst bereikte stand staan. Er bestaan modelbouwservo's die een negatieve puls nodig hebben, maar ook typen die een positieve puls nodig hebben. De elektronica van de modelbouwservoIn de modelbouwservo 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 modelbouwservo zal gaan bewegen. De pulsverwerkingDe elektronica van een modelbouwservo 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 modelbouwservo. Wanneer de externe puls langer is dan de intern opgewekte puls, krijgt de motor van de modelbouwservo 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 modelbouwservo 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 modelbouwservo 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
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
