Leistungs-Getriebemotor an Servoelektronik

[Karl]

Hallo,
habe einen Versuchsaufbau getestet..., einen Leistungs-Getriebemotor, hier z. B.
Enkodermotor an einer MG996R - Servoelektronik als 360 Grad Positionierantrieb.
Soll als Ideen-Vorschlag für weitere Experimente dienen. Grundsätzliche Funktionen
sind gegeben und funktionieren.
Schaltpläne und Erklärungen kommen später.
Erstmal ein paar Bildkes mit Anzeigen des Positionspfeiles in Abhängigkeiten
von den Servo-Impulsweiten eines sog. Servotesters.
Grundprinzip ist die Betreibung des Leistungsmotors an einer Servoelektronik in
Verbindung mit einer Leistungs-H-Brücke BTS 7960 ohne Kühlkörper, asiatisches Fabrikat.

Leistungs-Getriebermotor_an_Servoelektronik-1.JPG (358.38 KiB) 2814 mal betrachtet

[atzensepp]

Hallo Karl,

Hallo,
habe einen Versuchsaufbau getestet..., einen Leistungs-Getriebemotor, hier z. B.
Enkodermotor an einer MG996R - Servoelektronik als 360 Grad Positionierantrieb.

da hast Du ja ein tolles Rig zusammengestöpselt! Und sogar professionell beschriftet!
Ich nehme an, dass die Position mit einem Potentiometer (360-Grad?) gemessen wird und die Steuerung über die kleine grüne Platine unten erfolgt.
Der Encoder-Ausgang wird nicht benötigt. D.h. jeder Motor würde gehen.

Wäre interessant, wie sich die Regelung verhält und ob man sie beeinflussen kann. Bei PID-Regelung mit Arduino gibt es ja so gewisse Effekte.

Wie genau kann die Position eingestellt werden?
Gibt es Einschwingverhalten oder Zittern?
Wie schnell stellt sich die Position ein?

Viele Grüße
Florian

[Karl]

Hallo "atzensepp",

Und sogar professionell beschriftet!

meinst wohl den "Servotester"? Wenn ja, den habe ich vor einigen Monaten
zusammengeschustert. Da die Steckverbindungen lösbar sind, Kontrollen eines
Testers mit dem kleinen Servo, Spannung des Servoakku, sowie die üblichen Test-
funktionen sind mal eben schnell möglich.

..., Position mit einem Potentiometer (360-Grad?)

ein einfaches Kohlenschicht-Konsumpoti 4,7k lin. mit 4mm Achse.

Wäre interessant, wie sich die Regelung verhält und ob man sie beeinflussen kann. Bei PID-Regelung mit Arduino gibt es ja so gewisse Effekte.

ziemlich grobschlächtig. Auch die Elektroniken der MG996R sind relativ einfach.
Habe drei verschiedene Elektroniken der sog. Dig.-Servos der Typen, verschieden aufgebaut und ob die
Schaltungen alle gleich sind... Habe Oszilloskop dran gehängt. Spannung an den Servomotoren ist reiner DC
umpolbar wie bei H-Brücken üblich. Bis heute habe ich festgestellt, die Spannungen bleiben bis fast Ist-Stellung konstant und
werden schlagartig geschaltet. Früher bei alten Servoschaltungen waren ja Soll-Ist-Vergleiche mittels reinen OPs die Norm und
die Motorspannungs-Amplituden ließ nach. Deshalb wurden oft die Endstellungen nicht ganz erreicht.

Wie genau kann die Position eingestellt werden?

Präzision ist etwas anderes. Na ja, der Aufbau selbst ist mechanisch auch sehr simpel.

Gibt es Einschwingverhalten oder Zittern? Anlauf- und Auslauf eigentlich sehr kurzzeitig.

Durch das viele Spiel in der mech. Konstruktion schwingt das System auch schnell. Der "Totbereich" ist bei
diesen Servoschaltungen relativ klein. Für die winzigen Servomotörchen mit geringen Ankermassen reicht es.
Irgendwie wird die standardmäßige Schwergängigkeit der Servos benötigt bzw. es fehlt ein evtl. kurzzeitiger
Gegenimpuls. Kann sein, bei besseren Digitalservos wird die Gegen-EMK ausgewertet und die Brücke hochohmig geschaltet.

Wie schnell stellt sich die Position ein?

Ja, da ist das System schon relativ flott. Eine niedrigere Drehzahl der Schnecke wäre vorteilhafter.
Letztendlich eine relativ einfache und anspruchlose Anwendung mit geringer Präzision..., aber dafür Motor 24 V - 40 A. möglich
Letztendlich kam ich auf die Idee nur..., weil ich eine "große" H-Brücke an einer kleinen Servo-H-Brücke aus Neugierde
verbinden und einfach testen wollte. Bauteile habe ich keine "abgeschossen".
Ergebnis würde Radio-Eriwan wie folgt mitteilen..., "Im Prinzip ja, aber ....!"
Eine ganz grobe Skizze:
Das Verhältnis der Zähnezahlen der beiden Zahnräder muß entsprechend der Servo-Elektronik angepasst werden.

Leistungs-Getriebermotor_an_Servoelektronik-2.JPG (44.39 KiB) 2735 mal betrachtet

[Karl]

Hallo,
anbei der Stromlaufplan für diese Experimentierschaltung.
Hinweise:
Die Kabelfarben können teilweise abweichen.
Auf dem ersten Bild der Gesamtübersicht im ersten Beitrag ist ein Fehler.
Auf dem weissen Steckbrettchen ist eine rote Leitung neben einem "stromführenden Loch" gesteckt.
Sollte sich in dem Loch links daneben befinden.
Leider habe ich keinen Fehler beim Betrieb bemerkt, warum auch immer.

Leistungs-Getriebermotor_an_Servoelektronik-3.JPG (161.02 KiB) 2435 mal betrachtet

[Karl]

Hallo,
habe bei diesem Experiment den XM-Motor durch einen S-Motor mit U-Getriebe ersetzt.
Das Gesamtverhalten ist um einiges besser, auch die Wiederholgenauigkeit.
Sprünge sind weniger geworden ebenso dass das System schwingt.
Klar, der S-Motor muß bedingt durch die Getriebeuntersetzung mehr drehen. Die "Rastungen"
des Motorankers machen sich weniger bemerkbar. Ebenso dauert eine volle Drehung länger.
Muss mir mal gelegentlich einen Adapter bauen für einen Antrieb durch Servomotor ohne Elektronik
am Fischertechnik Schnecken-Zahntrieb. Also "Servo" als reinen Getriebemotorantrieb statt Fischertechnik-Motore.
Irgendwann evtl. auch einen Ersatz des Servotesters durch einen Microcontroller. Dadurch werden
die Impulweiten präziser einstellbar als mit dem Servotester. Durch die einfache Betätigung von dem
Poti des Testers entstehen auch Sprünge, Inkrementieren oder Dekrementieren mit 1 ist praktisch nicht
möglich, meist im Bereich von 3 bis 6.

Hier je ein Bild von der Motor-Änderung sowie Ersatz des Zeigers durch einen 360 Grad Winkelmesser.
Bei ca. 173 Grad ist schwach der Bezugs-Bleistiftstrich beim weissen Hintergrund zu sehen.

DSC00995.JPG (269.18 KiB) 2387 mal betrachtet

DSC00996.JPG (183.18 KiB) 2387 mal betrachtet

[XG BC]

Eine ganz grobe Skizze:
Das Verhältnis der Zähnezahlen der beiden Zahnräder muß entsprechend der Servo-Elektronik angepasst werden.Leistungs-Getriebermotor_an_Servoelektronik-2.JPG

Ich hätte das Zahnrad an das Z20 gepackt, und ordentlich dagegengeschoben, sonst hast du quasi den doppelten backlash, einmal den schnecke -> Z40 und einmal den schnecke -> Z20. bei meinem trainingsroboter hängt das Z20 des Drehpotis auch direkt an der achse des Z10s, die zahnräder sind sehr nah aneinandergeschoben, näher als das fischertechnik raster erlauben würde. Das z10 ist über eine achse direkt mit der drehung des ausgangs, also der drehung des Arms verbunden. Wichtig ist das der Encoder (also in dem fall das poti), wenig backlash im Vergleich zu dem Ausgang des Getriebes hat, wie viel backlash der Motor hat ist weniger wichtig in den meisten fällen (solange man die steuerung komplett selbst macht, in dem fall mit der fertigen servoplatine wahrscheinlich auch hier wenig backlash nötig)

[Karl]

Hallo,
mit einer Z40 / Z20 Kombination war meine erste Einrichtung an einem meines Vorgängermodells in
einem anderen Thread und auch zuerst an diesem Experimentiermodell.
Allerdings bekam ich dann, zur eigenen Verwunderung, keine 360 Grad Drehung des Z20 am Z40.
Hatte vorher eine andere Servoelektronik..., war allerdings auch aus einem MG996R Servo.
Grund war die Änderung der Fixierung des Potis und die alte Fixierung wollte ich nicht verwenden.
Da die Bauteile - Poti - Elektronik mittels Litzen verbunden sowie verlötet, sollte auch als Einheit
zusammen bleiben.
Da die Z40s und Potis, 4,7 kOhm, gleiche Werte aufwiesen blieb nur die Elektronik übrig. Da ich drei
MG996Rs - Elektroniken rumliegen habe, wegen unterschiedlicher mechanischer Fixierung der Potis,
einfach eine andere Elektronik genommen. Dachte..., gleiche Servos auch gleiche Elektroniken.
Können dann einfach ausgetauscht werden. War aber nicht so, es fehlten so um die gut geschätzten
90 Grad am Z20 mit Zeiger. Anschließend die Änderung auf Z15 mit der Zeigerscheibe Z20 auf der
Abgangswelle. Dann war eine volle Drehung der Zeigerscheibe ersichtlich.
Antrieb-Eingriff sollte egal sein, gleich ob beim XM mit Getriebe oder beim S-Motors mit Getriebe.
Ab da..., Schnecke 1 Umdrehung gleich 1 Zahn Vorschub der Zahnelemente . Bei nur Stirn-Zahnräder,
1 Zahn Vorschub auch 1 Zahn Vorschub aller nachfolgenden Zahnelemente.
Voraussetzung, das Modul bei den Zahnelementen bleibt gleich. Der Einfachheit halber, hier nach der
Krafteinleitung gleich.
Dabei ist in den Konstrukten aktuell bei mir ab Krafteinleitung, erstmal egal ob gezwungermaßen oder freiwillig,
Modul m = 1,5.
Modul-Mix wäre möglich, dann aber muß für ein gleiches Verhalten dies aber wertemäßig und
konstruktionsmäßig berücksichtigt werden.
Was sich bei den Konstrukten änderte..., der "Drehsinn". Hier dann elektrisch bei dieser Elektromechanik
berücksichtigt und korrigiert. War auch nötig nach dem Tausch der Motor-Getriebekombination weil deren
Ausgangswellen unterschiedliche "Drehsinne" hatten.
Die ineinander greifende Schnecke-Zahnelemente-Kombinationen sind mir sehr wenig Spiel verbunden.
Deshalb läuft die S-Motor-Kombi mit höherer Drehzahl und höheren Getriebe-Untersetzung ruhiger und
gleichmäßiger als ein XM-Motor mit geringer Untersetzung. Bei dem wirkten sich die "Rastmomente" des
Ankers beim Positionieren, oft stark aus. Insgesamt spielt auch das Verhalten des Servotesters als Impulsgeber
eine Rolle da das Inkrementieren oder Dekrementieren seiner Werte ein Mehrfaches von "1" erfolgt.
Periode gewählt 20ms, Zeitbereich der Impulsweiten 0,8ms - 2,2ms, 1400 "Stufen" mit einem simplen Poti !!