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Servo Funktionsweise

Eine Zusammenfassung über die Funktionsweise, den Aufbau und die Ansteuerung von Modellbauservos

Servo Positionsregelung

Ein Servo ist ein winkelgeregelter bzw. positionsgeregelter Aktuator. Das bedeutet, dass er anhand seines Eingagnssignals eine bestimmte Winkelposition anfährt und diese hält. So ist es möglich, verschiedene Positionen anzufahren, ohne dass man die Drehbewegung des Modellbauservos erfassen und im richtigen Moment stoppen muss. Der Modellbauservo stoppt die Drehung und hält die Position selbstständig.

Servo Signal

Ein Modellbauservo wird mit einem Pulsweiten modulierten Signal (PWM) angesteuert. Die Information über den Winkel ist in der Länge der Pulse enthalten. Der zeitliche Abstend zwischen zwei positiven Pulsflanken bleibt dabei unverändert. In der Animation sieht man, wie die Pulsweite den Winkel beeinflusst.
Animierte Zeichnung eines Servos und seinem Ansteuerungssignal mit änderndem Stellwinkel
Bild 1: Servo Signal und Stellwinkel

Servo Signalparameter

Die Zeiten tperiode und ton bestimmen den Servowinkel. Theoretisch sind die Zeiten auf 20ms und 1-2ms standardisiert. Jedoch sind die meisten Servos nicht auf diese Zeiten abgestimmt. Untenstehende Tabelle zeigt die Standardwerte und ein Beispiel von einem Servo der von diesen Zeiten abweicht. Diese Abweichung ist nicht problematisch, aber man sollte ein Servo jeweils ausmessen, bevor man ihn ansteuert. So kann man den ganzen Bewegungsradius des Servos ausnutzen.
Devicetperiodeton-minton-max
Theoretischer Standard20ms1ms2ms
Servo Futaba S300320ms0.58ms2.4ms
Tabelle 1: Modellbauservo Signalparameter

Aufbau des Modellbauservos

Querschnittzeichnung vom Servogehäuse und den Komponenten im innern des Servos
Bild 2: Schnittbild durch den Modellbauservo mit den verschiedenen Komponenten

Grundschaltung des PNP Transistors als Stromquelle. Drei Widerstände und ein Transistor
Bild 3: Das Zusammenspiel der Zahnräder im Servogetriebe

Modellbauservo Blockschaltbild

Der aufbau eines Modellbauservos hat die Funktion eines elektromechanischen Regelkreises. Anhand des folgenden Blockschemas kann die Funktionsweise erklärt werden.
Blockschema aller Servokomponenten. Der Regelkreis übersichtlich dargestellt
Bild 4: Blockschaltbild vom Servo und seinem Positions-Regelkreis

  • Das PWM- Eingagnssignal wird in eine Gleichspannung gewandelt und vom Vergleicher mit der Spanung verglichen, die das Endpotentiometer liefert.
  • Stimmen die Werte überein, ist die Servoposition korrekt und der Servo hält den Winkel. Stimmen die Werte nicht überein, setzt der Vergleicher über den Verstärker den Motor in Gang.
  • Der Motor treibt das Getriebe an, dessen Endachse mit dem Potentiometer verbunden ist.
  • Die Endachse dreht sich und mit ihr das Potentiometer.
  • Sobld die rückgeführte Potetiometerspannung mit dem PWM-Signal übereinstimmt, ist der korrekte Winkel erreicht und wird vom Servo automatisch gehalten.
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Animierte Zeichnung eines Servos und seinem Ansteuerungssignal mit änderndem Stellwinkel
Bild 1: Servo Signal und Stellwinkel
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Querschnittzeichnung vom Servogehäuse und den Komponenten im innern des Servos
Bild 2: Schnittbild durch den Modellbauservo mit den verschiedenen Komponenten
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Grundschaltung des PNP Transistors als Stromquelle. Drei Widerstände und ein Transistor
Bild 3: Das Zusammenspiel der Zahnräder im Servogetriebe
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Blockschema aller Servokomponenten. Der Regelkreis übersichtlich dargestellt
Bild 4: Blockschaltbild vom Servo und seinem Positions-Regelkreis


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