De servo is toch één van de meest belangrijke onderdelen in een radiografisch bestuurd model, maar veel mensen weten niet hoe een servo nou precies werkt.
Ik zal met dit artikel pogen meer inzicht te geven in de techniek van de servo.
In de industrie worden servomotoren al jaren gebruikt, voor de aandrijving van machines, loopwerken, en ontelbare toepassingen.
Maar wat is nu precies een servo?
Een servo is in feite een motor die zelf weet wat de positie is van zijn aandrijfas ten opzichte van een van te voren opgegeven referentiepunt.
Dus met de juiste stuurelektronica kunnen onderdelen in een machine zeer nauwkeurig aangedreven worden, soms wel tot enkele duizenden van milimeters.
De servo mag niet verwisseld worden met een stappenmotor, want een stappenmotor heeft meerdere spoelen waarmee "grof" gepositioneerd kan worden, terwijl een servo een simpele motor heeft en een "encoder" die aan de elektronica verteld in welke stand de as van de servo staat.
Bij de servo's die wij in onze modellen gebruiken is de encoder slechts een weerstandspotmeter, terwijl in de industrie geavanceerder methodes gebruikt worden om de actuele positie van de servo te bepalen.
Servo's zijn er in verschillende soorten en maten, van goedkoop naar duur.
Om dit hele verhaal wat beter toe te lichten, gaan we enkele van deze servo's uit elkaar halen om de werking wat beter toe te lichten.
1 - Trekontlasting
2 - Draad voor de stroomvoorziening (positief)
3 - Draad voor de stroomvoorziening (negatief)
4 - Signaaldraad
5 - Printplaat met stuurelectronica
6 - Aandrijfmotor
De ontvanger stuurt zowel stroom als een signaal naar de servo door de kabel, maar het signaal wordt in tegenstelling tot de voeding in pulsen van maar een paar milliseconden doorgegeven.
Een puls van 1ms. geeft bijvoorbeeld de opdracht aan de servo om helemaal naar één richting op te draaien, en een puls van 2ms. naar de andere richting.
Er kan een licht verschil zitten in de duur van de puls afhankelijk van de fabrikant, maar dit is hoe het werkt.
Door de duur van de puls te varieren, kan elke gewenste tussenstand opgedragen worden aan de servo.
Doordat de stuur opdracht maar zeer kort duurt (maximaal 3ms.) is het mogelijk om in een fractie van een seconde meerdere stuuropdrachten door de kabel te sturen.
De enige limiet die er is, is de tijd die nodig is om het signaal van de zender naar de ontvanger te sturen, én de tijd die de servo nodig heeft om de opgegeven stand te bereiken.
Het bepalen van het referentiepunt
Elke servo moet natuurlijk weten wat zijn "nul" is, en daarom zit er in elke servo een draaipotmeter die de electronica verteld in welke positie de servo staat.
Heb je je al eens afgevraagd waarom je een servo nooit 360 graden kan draaien?
Dat komt door die ene potmeter!
Er zit in sommige servo's ook een pootje op het servotandwiel, maar die zorgt er niet voor dat een servo maar een beperkte uitslag heeft.
De maximale uitslag wordt bepaald door de potmeter, en de gebruikte zendaparatuur.
Doordat de potmeter meedraait wanneer de servo draait, kan de electronica op de print de weerstandswaarde van de potmeter meten.
Als die aan beide zijden gelijk is, staat de potmeter in het midden (aan beide zijden in de potmeter is de weerstand gelijk)
Het mechanische deel...
Natuurlijk kan zon klein motortje nooit en te nimmer alle krachten aan die een servo te verwerken krijgt, dus daarom zit er in een servo ook nog een tandwielkast.
Het motortje drijft tandwiel aan, die met een verkleining weer een tandwiel aandrijft.
Het Ttandwiel draagt zijn beweging over naar tandwiel 4 en die weer door naar 5, waar we doorgaans de servosaver plaatsen.
Zoals je ziet, zit er tussen elke stap een verkleining, zodat de kracht van dat piepkleine motortje steeds toeneemt.
Nu is de overbrenging krachtig genoeg om ook werk te verrichten, maar let wel: Dit is nog maar een standaard servo die hooguit 4Kg/cm trekt.
Verschillende servo's?
Er zijn verschillende servo's te koop, van de gewone standaard servo's met kunststof tandwielen en met brons gelagerd, tot aan kogelgelagerd met stalen of zelfs titanium tandwielen.
Bij de beginnende modelbouwer zullen we doorgaans het eerste type het vaakst aantreffen, ook mede door de prijs.
Bij de wat ervaren en fanatieke modelbouwers zul je ook servo's vinden met stalen tandwielen, en kleine rakkers die 8Kg/cm trekken of zelfs meer.
In Bigscale modellen kan je zelfs servo's vinden die apart gevoed moeten worden omdat de ontvanger gewoonweg niet genoeg stroom kan leveren!
Euh... welke moet ik halen?
Daar kan ik kort in zijn: Ik kan moeilijk vertelllen welke servo de beste is.
Het hangt van de toepassing af, en je budget.
Digitale servo's, hoe werken ze?
De laatste jaren is de behoefte aan krachtige en snelle servo's sterk toegenomen.
KO Propo heeft hierin altijd voorop gelopen.
De nieuwste ontwikkeling op dit gebied is de digitale servo.
Digitale servo's hebben grote voordelen ten opzicht van de standaard analoge servo's.
Een digitale servo is grotendeels hetzelfde als een analoge servo en gebruikt in principe dezelfde onderdelen zoals motor, tandwielen, behuizing en de terugkoppeling middels een potentiometer.
Het grote verschil zit 'm in het gebruik van een microprocessor, die de binnenkomende signalen analyseert en de motor aanstuurt.
Digitale servo's verwerken de inkomende signalen op een andere manier als analoge servo's waardoor de servomotor een nauwkeuriger, sneller en soepeler wordt geregeld.
Hoe werkt het precies?
Een analoge servo krijgt in de neutraalstand geen stroom.
Als een signaal wordt ontvangen of wanneer druk op de servoarm wordt uitgeoefend, reageert de servo door stroom/spanning naar de servomotor te sturen.
De spanning wordt in een vaste puls van 60 cycli per seconde doorgegeven, waardoor in feite kleine schokjes stroom ontstaan.
Door de lengte van de puls te vergroten gaat de servoarm naar de gewenste positie.
De potentiometer geeft de elektronica door wanneer de gewenste positie is bereikt.
De lengte van de puls wordt verkleind om te vertragen tot er geen stroom meer wordt doorgegeven en de servo stopt.
Een digitale servo functioneert heel anders.
De digitale servo ontvangt signalen door middel van de microprocessor en kent vooraf ingestelde parameters.
De lengte van de puls en de hoeveelheid spanning kunnen op elkaar worden afgestemd, zodat de servomotor de gewenste instructie krijgt en optimaal functioneert.
De puls heeft een veel hogere frequentie dan bij een analoge servo.
De lengte van de puls kan daardoor evenredig korter worden.
De spanning wordt in een hogere frequentie doorgegeven waardoor de initiële reactietijd korter wordt, de servo sneller en soepeler op veranderde instructiesignalen reageert.
De hogere frequentie waarmee de spanning naar de servomotor wordt gestuurd en de snellere stroomtoevoer zorgen voor een te verwaarlozen hoger stroomverbruik.
FET Servo Hybride Unit
De hybride unit is het elektronische en duurste onderdeel in een FET servo.
Indien de servo niet meer functioneert is in de meest gevalen de hybride unit opgeblazen.
De reparatiekosten kunnen in zo'n geval meer dan honderd gulden bedragen.
De hybride unit kan worden opgeblazen door overbelasting of verkeerde aansluiting van de servo.
Overbelasting kan ontstaan in de volgende gevallen:
Te strakke bevestiging van de servoarm of servosaver op de servo.
Te grote uitslag van de servoarm of servosaver, waardoor overbelasting ontstaat voordat de volledige uitslag is bereikt.
Meest voorkomende geval
Als een model op het circuit vast komt te zitten tegen een ander model of tegen de boarding, de stuuruitslag van de servo is op dat moment volledig naar rechts en kan niet naar neutraal terugkeren.
Er zal niets defect raken zolang de servo naar rechts blijft gestuurd.
Echter, als de servo niet uit deze stand kan komen en de servosaver niet genoeg ruimte geeft, kan bij zware belasting de hybride unit worden opgeblazen.
Dit kan eerder gebeuren als de spanning in de accu het hoogst is (aan het begin van een race).
De hybride unit zal eerder opgeblazen worden als in bovenstaande geval volledig naar links zal worden gestuurd om de wielen los te wrikken.
De stroom kan in dit geval oplopen en de unit opblazen.
Storingen
Er zijn verschillende factoren die storing kunnen veroorzaken.
Hier volgen enkele tips om storingen te beperken:
Gebruik zoveel mogelijk apparatuur van hetzelfde merk, bijvoorbeeld KO Propo zender, ontvanger en frequentiekristallen.
Controleer of de frequentiekristallen (pins) intact zijn en dezelfde modulatie (AM of FM) hebben.
Zorg ervoor dat batterijen of accu's in zender en ontvanger in goede conditie verkeren en volledig geladen zijn.
Bevestig de ontvanger met enige flexibiliteit zodat schok worden gedempt.
Bescherm de ontvanger tegen vocht en vuil.
Plaats de ontvanger zo ver mogelijk van de motor.
Zorg voor voldoende ontstoring op een elektromotor.
Houdt de antennedraad uit de buurt van motor, accu en elektronische vaartregelaar.
Sommige koolstof chassisplaten kunnen storing veroorzaken als de antenne via een metalen houder op het chassis wordt bevestigd.
Tot slot:
Wat ik niet heb besproken is de reactietijd van de servo.
Dit is de tijd die een servo nodig heeft om 60 graden af te leggen.
(Die tijd wordt aangegeven in milliseconden)
Dit is bij elke fabrikant weer anders, en soms is er een limiet van wat een specifieke ontvanger door kan geven.
Niet elke ontvanger kan met snelle servo's overweg.
Simpelweg omdat de ontvanger een limiet heeft.
Ook zijn er tegenwoordig andere manieren (digitaal) om een servo aan te sturen waardoor de reactietijd nog korter wordt, maar hier heb je speciale servo's en zendaparatuur voor nodig.
Ik ga hier verder ook niet op in, omdat dit volgens mij de uitleg over de werking van een servo niet echt verduidelijkt.
Ik hoop dat met mijn uitleg toch het 1 en ander duidelijk is geworden over de werking van een servo.
 |
| Archive Pictures by Fabien Mannien |