Modellbau Servos - Unterschied analog und digital

BAXL

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Unser Wolfgang (Uboot), hat eine interessante Seite gefunden, auf der der Unterschied zwischen analogen und digitalen Servos erklärt wird. Hier der Link

Weil Links manchmal verschwinden habe ich den Ihnhalt hier hin importiert und nenne vorher gerne die Quelle.

Quelle ist : http://schriftzug-modellbau.blogspot...gital-und.html
Ich werde den Inhalt zu gegebener Zeit überarbeiten und mit eigenem Wissen anreichern, für den Moment will ich nur sicherstellen, dass die Info schnell abrufbar und gesichert ist.

Modellbau Servos


Was auch immer wieder gefragt wird:
Unterschied zwischen Digital- und Analogservos.

Der tatsächliche Unterschied besteht darin, dass die digitalen Servos schneller und genauer sind und ihre Position besser halten können.
Sie sind in der Bauform leichter, kleiner, robuster, schneller, genauer.
Analoge Servos geben ihrem Motor alle 20ms ein Signal. Wirkt eine Kraft auf die Servos, braucht die Steuerelektronik bis zu 20ms, um dem Motor einen neuen Spannungsimpuls zu senden.
Die verschiedenen Servos.

Standard Servos (Typ 1):
Preiseinstiegsklasse erhalten Sie hochwertige Servotechnik zu sehr günstigen Preisen.

Kugel gelagerte Standard Servos (Typ 2):
Kugelgelagerte Servos garantieren Ihnen selbst bei geringsten Steuerbewegungen eine hohe Stellgenauigkeit und maximale Kraftübertragung.

Kugel gelagerte Standard Servos mit Metallgetriebe (Typ 3):
Durch die Verwendung von Metallgetrieben sind diese extrem robusten Servos im harten RC-Einsatz für maximale Kraftübertragung bei hoher mechanischer Belastung ausgelegt.

Spezial Servos (Typ 4):
Ob Sie das Großsegel an Ihrem Modellboot oder das Einziehfahrwerk an Ihrem Kunstflugmodell bewegen möchten. Besondere Aufgaben erfordern spezielle Servos.

Jumbo Servos (Typ 5):
Dank der enormen Kraftentfaltung sind diese Servos ideal für viele Anwendungen im Großmodellbau geeignet.

Super Micro Servos (Typ 6):
Erschließen Sie sich neue Dimensionen im Kleinstmodellbau. Die rekordverdächtig kleinen Abmessungen dieser neuen Super Micro Servos bieten Ihnen bis dato ungeahnte Möglichkeiten.

Micro Servos (Typ 7):
Wenn Sie für Ihr RC Modell einen kraftvollen Servo benötigen, obwohl nur wenig Platz für den Einbau zur Verfügung steht, sind diese Rudermaschinen die ideale Lösung.

Mini Servos (Typ 8):
Groß in der Leistung und klein in den Abmessungen. Dank dieser Leistungsmerkmale eignen sich diese Servos für die unterschiedlichsten Aufgaben im Modellbaubereich.

Digital Servos (Typ 9):
Extreme Stellgenauigkeit, eine exakte Neutralstellung, ein höheres Drehmoment und eine gigantische Haltekraft zeichnen diese programmierbaren Digital-Servos aus. Ein 6-fach Potentiometer gewährleistet dabei maximale Kontaktsicherheit.

Bei den neuen Digital Servos sendet die Steuerelektronik alle 400us einen Impuls an den Motor.
Der Unterschied zwischen Digital und Analog Servos liegt in der Erfassung der Stellposition.
Bei einem Analog-Servo geschieht das über ein so genanntes Potentiometer (kurz Poti). Das ist ein regelbarer Spannungsteiler oder auch ein einstellbarer Widerstand. So ein Poti kann aber nur in gewissen Toleranzen arbeiten, weil es eben ein analoges Bauteil ist.
Analoge Servos brummen.

Der Nachteil besteht darin, vor allem bei besonders schnellen und/oder starken Servos die viel Strom benötigen, in dem hohen Verschleiß bzw. der hohen Abnutzung eben dieses Potis. Ein digitales Servo hat diese Problem nicht! Die Stellung wird zwar noch analog erfasst aber digital weiter verarbeitet.
Diese Umwandlung findet im DA-Wandler (Digital-Analog-Wandler) statt. Die Verarbeitung erfolgt digital über Mikroprozessoren. Dadurch ist eine weitaus höhere Stellgenauigkeit möglich. ABER ICs und andere elektronische Bauteile haben eine Arbeitsspannung von ~5 Volt. Daher kann man Digitalservos bei einer zu hohen Spannung ganz einfach "killen". Wie z.B. bei einem 5zelligen Akkupack, oder einer BEC-Spannung von <5,5V. Dennoch überwiegen die Vorteile der Digitalservos auch wenn Analogservos etwas "Spannungsfester" sind. Aber auch die vertragen gewiss keine Überspannung.

Stellt sich am Schluss noch die Frage, kann man die analogen Servos mit den handelsüblichen Fernsteuerungen ansprechen? Grundsätzlich JA.

Empfänger haben eine gewisse "Stromgrenze", mit der sie die Servos versorgen können.
Ich würd aufpassen, ein sehr alter Empfänger könnte von einem sehr starken Digiservo überlastet werden!

Handelsübliche Servomotoren besitzen 3 Anschlüsse:
GND
PWM bzw. Signal
+5V

Wobei sich die Steckerbelegung von Hersteller zu Hersteller unterscheidet, siehe Bild.




Und hier die Belegung der verschiedenen Servo.



Quelle: www.mbg.pizsol.ch

Ein weiteres ganz interessantes Bild mit Belegungen:


Quelle Modellfliegerclub-Ostrachtal

So funktioniert ein Servo:

 
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BAXL

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Servos sind über haupt ein sehr breites Feld geworden. Ich habe allerdings den Eindruck, dass der vermeindliche Fortschritt sehr stark durch die Hersteller getrieben wird, um neue Absatzmöglichkeiten zu erschließen. Ich setzte z.B. immer noch die MPX Tiger Digi 4 ein. Die haben beim Erscheinen über 40€ gekostet und wurden zuletzt für um die 13€ an den Mann gebracht. Es ist die Frage, ob der durchschnittliche Heliflieger die Performance der neuen "Superservos" über haupt bemerkt oder gar diese aus reizen kann.
 

Markus2911

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Ein Hinweis von Markus2912:

Hallo!

Ja dann will ich mal meinen Helisenf dazu geben.
Ein Analoges Servo ist mittlerweile zu langsam um die Befehle des FBL auszuführen.
Hier ist der Anlaufmoment und die präzise Stellung eines Sevos sehr wichtig.
Man gibt dem FBL System ja Drehraten und keine Ausschlagwinkel vor, wenn der Heli seine angeforderte Drehrate nicht bekommt, wird noch mehr Zyklisch nachgeregelt.

Besser kann man es ja am Heck des Helis merken wenn man die Heckempfindlichkeit einstellt.
Hier passt man einfach nur den Mechanischen Weg der zu Verfügung steht an, und man stellt dann die richtige Regelfrequenz Zwischen Servo und FBL System ein.

Drehe ich die Empfindlichkeit zu hoch, übersteuert das Servo den Weg und das Heck schwingt (Zittert beim Einrasten) bei Stopps hin und her.
Ist die Empfindlichkeit zu niedrig ist das Heck wie eine Wetterfahne.

In meiner Heli Laufbahn habe ich bei den Servos einen Trend beobachtet.
Servos werden immer Schneller und Stärker, gerade um den Bereich Anlaufmoment in Verbindung mit Drehmoment und Präzision.
Das merke ich daran das ich viele Servotypen probiert habe und teilweise die Nachfolgerserien auch hatte.
Ich vergleiche jetzt einmal ganz grob ein altes DS410 mit den neuen DS430 von Align, die Servos habe ich jeweils im 450Pro an der Taumelscheibe und sie werden mit dem AR7200BX angesteuert.

Schon die Empfindlichkein des FBL Systems ist stark abweichend, ich nutze ganz unterschiedliche Einstellungen.
Und die DS430 fühlen sich am Steuerknüppel einfach besser und knackiger an.

Ich habe bei einem Hersteller immer wieder ein, zewi Sachen gehört die ich auch selbst nach vollziehen kann:
Futaba Servos sind das Maß der Dinge, das ist mir wirklich jetzt nach Jahren aufgefallen.
So gut wie alle Helikopter die mit Futaba Servos ausgestattet sind werden meistens Eingestellt und dann einfach geflogen. Die Piloten erwähnen immer ein gewisses feeling beim Fliegen.
 

BAXL

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Damit sind wir wieder an dem Punkt, wer die Unterschiede zu spüren vermag und was er beim Fliegen als angenehm empfindet. Will man präzise Manöver oder gar Hardcore 3D fliegen und mag knackige Reaktionen, wird man um schnelle kraftvolle Servos nicht herumkommen, beschränkt sich das Freizeitvergnügen darauf, ein paar entspannte Runden zu fliegen, werden die Anforderungen an das Material geringer sein. Das muß man ausprobieren. Ich bin mit den einfacheren Servos bislang gut klar gekommen, in meinem Eco werkeln sogar Analogservos für 10€ an der Taumelscheibe, obwohl dort der HeliCommand als Stabilisierungssystem seinen Dienst tut. Je schneller und empfindlicher eine Stabilisierungselektronik ist, umso mehr wird den Servos an Geschwindigkeit abverlangt, damit das Gesamtsystem effizient arbeiten kann.
 

BAXL

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Eine Ausarbeitung von Uboot Wolfgang:

Nach Durcharbeitung der weiter vorne in einem anderen thread angegeben Quelle (http://www.futabarc.com/servos/digitalservos.pdf)
und einer kurzen Suche im Netz stelle ich die Unterschiede zwischen einem analogen und einem digital arbeitenden Servo kurz gegenüber.
Ich wähle absichtlich diese Ausdrucksweise, da nicht die Servos analog oder digital sind, (ihre Bauweise ist bis auf die Platine grundsätzlich gleich), sondern die Signalverarbeitung und Weitergabe.

Standard - (analog-) Servo:

Die Platine ist mit einem einfachen chip mit Zeitgeber und 30 internen Kanälen bestückt.
Die Impulsrate der Ansteuerung des Stellmotors beträgt 50 Impulse/sek, oder auch 50 Hz.
Gehäuse, Motoren, Getriebe und Positions-Potentiometer sind grundsätzlich gleichartig zu den Digital-Servos.


Digitaler Servo

Seine Platine trägt einen quarz-gesteuerten Mikroprozessor mit Verstärker und 50 internen Kanälen für schnellere interner Signalverarbeitung.

Gleichzeitig gestattet der Mikroprozessor eine höhere Signalauflösung sowie eine weitere Verarbeitung des Eingangssignals unter Verwendung vordefinierter Parameter und damit eine angepaßtere Ansteuerung des Servomotors
Die Impulsrate beträgt ca. 400 Hz.
Das bedeutet kürzere Unterbrechungen des Stromimpulses und damit bessere Ansteuerung des Servomotors.
Das Ergebnis ist ein schnelleres Ansprechen des Servomotors auf die Kommandos sowie schnellere aber weichere Reaktion desselben auf Änderungen.
Bedingt durch die höhere Auflösung der Steuersignale, erfolgt eine exaktere Positionierung und aufgrund des schnelleren Drehmomentanstieges wird zusätzlich eine größere Haltekraft erzielt.
Die feiner getaktete und exaktere Signalverarbeitung erlaubt auch eine schnellere und genauere Positionierung, und es wird ein konstant hohes Stellmoment über den gesamten Arbeitsbereich realisiert.
Darüberhinaus lassen sich Digital Servos umprogrammieren.

Einziger technischer Nachteil der digitalen Servos ist ihr höherer Strombedarf wegen der schnelleren Motorransteuerung und des höheren Leistungshungers desselben.

Zusätzlich kann der fühlbare Unterschied zwischen beiden Welten mit dem Ausspruch eines Heli-Piloten beschrieben werden: Zitat: „die Reaktion und die Präzision ist wie fliegen auf Schienen;
danach ist Fliegen mit Analogservos wie die Steuerung eines Puddings.

Bild 1 Bild 2

Quell: Futaba Digital FET Servos (Englisches Original)

Da mein eigenes Wissen über Servos noch verbesserungswürdig ist, ich aber trotzdem versuchen möchte, mit interessanten Fakten aufzuwarten, zitiere ich aus verschiedenen Quellen:

Unterschied zwischen Digital- und Analogservos

Der hauptsächliche Unterschied besteht darin, dass digitale Servos schneller und genauer sind und ihre Position besser halten können. Analoge Servos geben ihrem Motor alle 20ms ein Signal, also mit 50 Hz. Soll das Servo arbeiten,, braucht die Steuerelektronik bis zu 20ms, um dem Motor einen neuen Spannungsimpuls zu senden. Bei Digitalservos sendet die Steuerelektronik alle 400us einen Impuls an den Motor. Der Motor bekommt die Spannungsimpulse viel schneller. Um so öfter ein Motor Spannung bekommt, um so mehr Leistung kann er verrichten. Man sollte aber auch bedenken, dass dies unweigerlich einen höheren Stromverbrauch zur Folge hat, der besonders bei Modellfliegern nicht tolerierbar ist, da die Betriebszeit stark verkürzt wird.
„Das Servosignal setzt sich aus Impulsspannung, Wiederholfrequenz und Dauer zusammen. Die Dauer steht für die Servoposition, die Kompatibilität wird durch die Impulsspannung und Wiederholfrequenz beeinflusst.

Analoge Servos arbeiten so, dass sie einen Impuls erhalten und daraus sofort ein Steuersignal für den Motor erzeugen, was etwas Zeit kostet. Danach pausieren sie bis zum nächsten Impuls.
Digitale Servos werten den Impuls aus und speichern ihn ab. Parallel dazu arbeitet ein separater Regelkreis und steuert den Servomotor, so kann der wesentlich schneller arbeiten und muss keine Pausen einlegen. Die Servos sind präziser, haben höhere Haltekräfte und da die Impulsverarbeitung unabhängig erfolgt kann auch mit einer höheren Wiederholfrequenz gearbeitet werden.

Historisch bedingt sind die analogen Servos für 4,8V Betrieb und eine Wiederholfrequenz von 50Hz ausgelegt ( alle 20ms ein Signal ). Um bei 5V ein sauberes Signal auswerten zu können, sind 3,3V sicher, 3V grenzwertig, darunter wird's zum Glücksspiel, kann gut gehen, muss aber nicht. Im Grenzbereich beeinflusst z.B. die Temperatur das Verhalten der Elektronik, erst im "sicheren" Signalbereich ist dieser Einfluß nicht mehr relevant.

Inkompatibilitäten kennt man eigentlich nur von Systemen, die nicht in der Lage sind die 20ms Wiederholfrequenz oder mindestens 3V Impulse zu erzeugen. Futaba hat auf futaba-rc.com z.B. in den FAQ solche Fälle aufgelistet, da Futaba 71Hz (14ms) und 142Hz (7ms) aber nicht 50Hz unterstützt. Ausserdem hat Futaba "nur" 3V Signale, in einigen Empfänger sogar nur 2,7V Signale. Auch das erzeugt Inkompatibilitäten. 3V ist dann kritisch, wenn lange Servokabel dazu kommen, an denen unter Last auch noch mal einige zehntel Volt abfallen können.

Auf Kompatibilität ausgelegte Systeme unterstützen deshalb frei einstellbare Wiederholfrequenzen und liefern ein Signal von 3,3V aufwärts.“

Quelle: RC-Network.de, Ralf Horstmann, 06.09.2011


„Grundsätzlich kannst Du analoge und digitale Servos mischen. Es gibt aber trotzdem ein paar Dinge zu beachten:
ältere analoge Servos kommen manchmal nicht mit der höheren Impulsfolgefrequenz schon im Analogservo-Mode der FASST Empfänger zurecht. Dies äußert sich dann dadurch, dass die Servos in der Ruheposition brummen und zittern. Da bleibt dann in der Regel nur der Austausch der Servos.
einige FASST Empfänger können auf Digitalservobetrieb an den Anschlüssen 1-6 umgestellt werden. Dann dürfen an die entsprechenden Ausgänge auch nur Digitalservos angeschlossen werden. Der R617 kann aber nicht umgestellt werden. In der Regel bemerkt man auch keinen Unterschied zwischen Analogservo- und Digitalservo-Mode. Der Digitalservo-Mode lohnt deshalb auch nur bei extremen Ansprüchen.“

Quelle: Futaba Forum, echo.zulu vom 09.08.2013


Grundsätzliches zu Servos allgemein:
https://de.wikipedia.org/wiki/Servo


Aufbau und Funktion eines Servos (Sprache ist Nebensache)
Video:


Grundsätzlicher Aufbau und Ansteuerung des analogen Servos
http://www.mikrocontroller.net/artic...vo_Ansteuerung

Dieser kleine Artikel soll in kurzer Zeit einen grundsätzlichen theoretischen Überblick geben.
Interessant wird die Sache erst durch Beiträge weiterer Forumsmitglieder mit speziellem und aktuellem Fachwissen.
Ich denke, die grundsätzlichen Daten reichen kaum für die Entscheidung für oder gegen Servos für spezielle Anwendungen, sie sollen aber die Basis für weiterführende Informationen legen.

In vielen Beiträgen habe ich die Haltung gefunden, daß die analog arbeitenden Servos keineswegs zum „alten Eisen „ gehören, sondern auch heute noch sehr wohl ihr Einsatzgebiet haben.
Sie kommen in allen Modellen zum Einsatz, bis die individuell gezogene Grenze des Piloten/Fahrers/Kapitäns erreicht ist, aber der er deutlich höhere Leistung, höhere Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der Modelle verlangt.
 
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