Servosteuerung
Abbildung 1-1: Servo "Modelcraft RS2 MG/BB" von Conrad Elektronic
Funktion eines Servos:
Als Servo bezeichnet man eine Einheit aus Getriebemotor und Steuerungselektronik, die z.B. im Modellbau, in der Robotik oder in der Steuerungs- und Regelungstechnik zur Positionierung von mechanischen Komponenten, wie z.B. Stellung des "Gasreglers" bei einem Kraftstoffmotors, Einschlag einer Lenkung, Stellung einer Steuer- oder Regelklappe oder Stellung eines Greifarmes eines Roboters, etc. angewendet wird. Ausgehend von einer möglichen Drehbewegung der Getriebewelle eines Servos mit einem Winkel von z.B. 0 Grad bis 180 Grad, muss diese Drehbewegung über Hebelwirkung auf die mechanische Komponente übertragen werden.
Angesteuert werden diese Servos über Pulsweitenmodulation (PWM), wobei die Breite der Impulse die Winkelstellung der Servos bestimmt. Bei einem sogenannten "Analog-Servo" wird die PWM mit einer Frequenz mit 50 Hz (Periodendauer 20 ms) betrieben, die Impulsbreite ist z.B. mit 1 ms (Millisekunde) für einen Winkel von 0 Grad (Servo z.B. ganz links) und 2 ms für 180 Grad (Servo z.B. ganz rechts) festgelegt. Die Werte, bei denen der Servo ganz link oder ganz recht steht, kann aber auch davon abweichen (z.B. 0,5 bis 2,5 ms) und kann durch einen Versuchsaufbau leicht ermittelt werden.
Abbildung 1-2: Zusammenhang zwischen der Impulslänge des PWM-Signals und der Servo-Stellung
Der Winkel des Servos wird von der Servo-Steuerungselektronik z.B. mit einem Potentiometer ermittelt, das sich im Inneren des Servos befindet (Ist-Winkel). Die Steuerungselektronik des Servos vergleicht nun diesen Winkel mit dem Soll-Winkel, der aus dem PWM-Signal ermittelt wird. Bei einer Abweichung zwischen Ist- und Soll-Winkel regelt die Elektronik über den Getriebemotor den Winkel des Servos nach.
Beim Kauf zu beachten:
Beim Kauf eines Servos sind neben Angaben von mechanischen Details, wie Abmessungen, Getriebematerial (Metall oder Kunststoff) und Lagerart (z.B. Kugellager oder Gleitlager) auch auf folgende Dinge zu achten:
- Analog- oder Digitalservo: Neben Analog-Servos gibt es auch "Digital-Servos". Diese haben eine höhere Winkelauflösung und die Servoposition wird schneller und präziser geregelt. Auch können Digital-Servos z.B. in Bezug auf Geschwindigkeit oder Überlastschutz umprogrammiert und dadurch an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Der Nachteil ist ein höherer Preis und ein höherer Stromverbrauch.
- Stellmoment (= Drehmoment = Stell- bzw. Haltekraft in Bezug auf die Hebelarmlänge): Die Angabe erfolgt in Ncm (NewtonZentimeter) und wird oft in Abhängigkeit der Versorgungsspannung angegeben, z.B. bei 4,8 V und bei 6 V. Wer mit den physikalischen Begriffen wie Kraft, Drehmoment oder Newton nichts anzufangen weiß, der möge bitte googeln (für den Begriff Drehmoment gibt es mehr als 5 Mio. Ergebnisse).
- Stellzeit: Zeit für eine definierte Drehbewegung von z.B. 60 Grad, diese wird ebenfalls oft in Abhängigkeit der Versorgungsspannung angegeben.