Servo-Antriebe
Ein Servoantrieb
besteht aus einem Motor, einem auf der Achse angebrachten Positions-
oder Winkelsensor (im einfachsten Fall ist das ein Potentiometer) und
einer Regelelektronik mit Sollwert- Eingang. Die Regelelektronik vergleicht
den eingegebenen Sollwert mit dem Istwert des Sensors. Stimmen beide
nicht überein, so lässt die Regelung den Motor zu der Position
laufen, deren Sensor- Istwert gleich dem Sollwert ist. Bei Übereinstimmung
wird der Motor abgeschaltet. Neben solchen Positions- Servos gibt es
auch Geschwindigkeits- Servos (z.B. Kopfmotoren in Videorecordern),
die die Drehzahl eines Motors so steuern, daß ein Drehzahl-Sensor
den gleichen Istwert meldet wie als Sollwert vorgegeben.
Die im Modellbau verwendeten Rudermaschinen liefern ein sehr einfach
handhabbares analoges Positions-Servo. Bei anderen Servoantrieben kann
die Regelschleife auch problemorientiert selber entworfen werden. Ein
sehr einfacher Fall ist z.B. eine von einem Motor bewegte Klappe mit
Endschaltern.
Modellbau-Rudermaschinen
Der Vorteil dieser Rudermaschinen ist, dass sie direkt mit 5 Volt
betrieben werden können. Nachteilig ist der kleine Stellweg und
das laute Arbeitsgeräusch. Die Stellkraft (etwa 10 Newton entspr.
"1 Kilogramm" bei 3 bis 10 cm Hebellänge) ist für diese kleinen
Kästen beachtlich, man sollte aber berücksichtigen, dass die
Getriebe aus Plastikzahnrädern bestehen, die bei Überlast
sehr schnell verschleissen. Die Sollwert- Vorgabe erfolgt nicht über
einen analogen Spannungswert, sondern über einen längenmodulierten
Impuls. Die neue Version der Sensorbox (Firmware ab September'99)
kann zur Erzeugung eines solchen Impulses programmiert werden.
Mit solch einer Rudermaschine haben wir z.B. eine computergesteuerte
Einzelbild- Steuerung für Trickaufnahmen mit einer 16mm Bolex Kamera
realisiert. Der Hebel der Rudermaschine verschiebt einen Plastikstreifen
in einer Führung aus Aluminiumwinkeln. In diesem Plastikstreifen
ist ein Loch, in das der Auslöseknopf der Kamera einrastet. Die
Drehbewegung der Rudermaschine wird umgesetzt in eine Schiebebewegung
zur Auslösung der Kamera.
Beispielhaft wird der Betrieb einer sehr preiswerten Rudermaschine
beschrieben (Conrad Elektronik Bestell-Nr. 23 28 90, siehe auch
Best.Nr. 24 60 42 -11, Preis ca. 20 DM). Der Anschluss anderer Fabrikate
erfolgt sehr ähnlich, die Impulszeiten entsprechen im Grossen und
Ganzen diesem Beispiel, müssen allerdings von Typ zu Typ individuell
optimiert werden.
Anschluss:
Zur Rudermaschine gibt es bei Conrad einen Anschlusstecker mit 3 Kabelenden:
rot, gelb, schwarz. Die Farben entsprechen unserer Standardbelegung
und das Kabel kann direkt in einen Stecker für die Sensorbox- Patchbay
geschraubt bzw. an einen 25-poligen SubD Stecker gelötet werden.
Bei Verwendung der Patchbay MUSS der Stecker in Buchse 11 gesteckt werden,
beim SubD-Stecker MUSS die gelbe Ader an Pin 5 (Frequenzgenerator) gelötet
werden.
Programmierung
des Frequenzgenerators:
Man beachte, dass die "least significant bits" der Impulsdauer im ersten
MIDI-Datenbyte codiert sind!
Einstellung einer Grund-Taktdauer von ca. 12 Millisekunden:
$B0 $50 $0C (dezimal: 176 80 12)
Einstellung einer mittleren High-Phase von 1,5 Millisekunden:
$B0 $5C $01 (dezimal: 176 92 1)
Nach diesem Befehl sollte sich die Rudermaschine etwa in Mittelstellung
befinden. Um die Rudermaschine beim Einschalten der Sensorbox in einen
definierten Zustand zu versetzen, sollte diese Einstellung als Preset
gesichert werden:
$B0 $7F $00 (dezimal: 176 127 0)
Durch Variation der High-Phase Im Bereich ca. 0,6 bis 2,5 Millisekunden
kann nun die Rudermaschine verstellt werden, die einstellbaren Endwerte
waren bei unserem Musteraufbau: (können individuell geringfügig
differieren)
$B0 $5C $02 (dezimal: 176 92 2) und $B0 $5D $0 (dezimal: 176 93 0)
Werden diese
Bereichsgrenzen überschritten, dann läuft der Motor der
Rudermaschine mit voller Kraft gegen den Anschlag, d.h. die Stromaufnahme
steigt über 500 mA, der Spannungsstabilisator in der Sensorbox
begrenzt, die Spannung am Mikrocontroller bricht zusammen, es wird ein
Reset herbeigeführt. Aus diesem Grunde wurde oben empfohlen, die
Nullposition der Rudermaschine als Preset zu speichern (die optimale
Einstellung hierfür kann natürlich Ihrem Projekt angepasst
werden). So wird verhindert, dass die Maschine längerfristig im
Anschlag stehenbleibt, ein Zerstörungsrisiko für Motor und
Getriebe wird vermieden.
* Informationsstand
Okt '99. Alle Angaben nach bestem Wissen.
* Der Autor übernimmt keine Haftung für Richtigkeit der Angaben
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* Im Text zitierte Warenzeichen und Produktnamen sind Eigentum ihrer Eigentümer.
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