Servos regeln ununterbrochen/schwingen

[UweHD]

Hallo zusammen,

in meine Krill Extra 2,3m nutze ich auf dem Höhenruder die Dymond 9995 HV Servos (klick).

Nun hatte ich bei einem ersten Test das Phänomen, das ein Servo beim Zurückregeln in die Nullage ein Art Schwingung begonnen hat, d.h. das Servo hat permanent und zyklisch ein paar Sekunden lang um die Nullage hin- und hergeregelt. Schwierig zu beschreiben, das sah aus wie ein schnelles Schwingen, wurde aber eindeutig vom Servo gesteuert. Für mich sah das aus wie ein in Schwingung geratener Regelkreis. Das passierte immer dann, wenn ich das Ruder schnell von Vollausschlag in die Nullage zurückschnellen ließ.

Als erste Abhilfemaßnahme habe ich die Framerate von 20ms auf 10ms (HotTT) verringert, seitdem scheint das Problem behoben zu sein. Ich vermute, die Regelung erfolgt jetzt schneller und es schwingt sich nicht mehr auf. Kann es daran gelegen haben? Ich möchte da eigentlich nichts riskieren.

Zum Modell: Die Ruder gehen alle leichtgängig, das Servo ist sicher und spielfrei befestigt. Allerdings sind die Ruder ziemlich große "Lappen" und haben ihr Gewicht bzw. können schon leicht mal hin- und herschwingen.

 

[Hannes Kolks]

Grundsätzlich ist jedes System Servo <> Gestänge <> Ruder "schwingfähig". Die Kunst besteht "nur" darin, das System so auszulegen, dass es nicht in Resonanz gerät und "von allein" schwingt. Die Makethik dahinter ist leider ein wenig sperrig... In deinem Fall wird elektrische Energie zugeführt, um die Schwingung aufrecht zu halten. Bei einer Violine ist es das "Streicheln der Saite mit dem Bogen".

Wahrscheinlich hast du durch Anpassen der Framerate das Servo "steifer" gemacht und damit die Eigenkreisfrequenz soweit erhöht, dass das System nicht mehr "resoniert". Ich schätze aber mal, dass du trotzdem nicht allzuweit vom Resonanzfall entfernt bist.

Ein wenig Theorie kannst du mal z.B. hier und hier erschnüffeln.

Abhilfen:
- Das System dämpfen (dürfte bei einer QR-Anlenkung aber schwierig werden)
- Du musst die Resonanzfrequenz erhöhen durch Erhöhen der Steifigkeit (Gestänge und Servoaufhängung) und / oder Verringerung der bewegten Masse senken
- Anderes "härteres" und / oder besser "gedämpftes" Servo mit anderem "Schwingverhalten" einsetzen.

Evtl. reicht sogar schon eine andere Versorgungsspannung für die Servo's (Z.B. 5V statt 6V)

Das Gesagte bedeutet nicht zwangsweise, dass dein Servo nix taugt. Ich hatte sowas früher zu Verbrennerzeiten gelegentlich, wenn vibrationsbedingt das Poti des (High-End) QR-Servo's in der Neutrallage nicht mehr 100% OK war. Servoarm um einen Zahn versetzen und Servomitte über Sender neu anpassen, und schon war für eine ganze Weile Ruhe im Schacht.

Dies alles ohne Anspruch auf Vollständigkeit. Meine Regeltechnik-Vorlesung ist schon einige Dekaden her.

lg
Hannes

 

[rkopka]

Nun hatte ich bei einem ersten Test das Phänomen, das ein Servo beim Zurückregeln in die Nullage ein Art Schwingung begonnen hat, d.h. das Servo hat permanent und zyklisch ein paar Sekunden lang um die Nullage hin- und hergeregelt. Schwierig zu beschreiben, das sah aus wie ein schnelles Schwingen, wurde aber eindeutig vom Servo gesteuert. Für mich sah das aus wie ein in Schwingung geratener Regelkreis. Das passierte immer dann, wenn ich das Ruder schnell von Vollausschlag in die Nullage zurückschnellen ließ.

Wie lang braucht der Hebel um zur Ruhe zu kommen ? Frühere 995... Servos hatten bzgl. der Einstellung der Regelung einen schlechten Ruf. Da gab es sogar den Tip, die Elektronik in ein Graupner(?) Analogservo umzubauen, weil da die Abstimmung paßte.
Wenn das Servo wirklich einige Sekunden lang schwingt, ist da etwas gröber im Argen und ich würde ihm nicht vertrauen. Was passiert dann, wenn du mal schneller wirst und die Ruder evt. von sich aus in Vibrationen geraten. Was tritt dann im Zusammenspiel auf ?

Als erste Abhilfemaßnahme habe ich die Framerate von 20ms auf 10ms (HotTT) verringert, seitdem scheint das Problem behoben zu sein. Ich vermute, die Regelung erfolgt jetzt schneller und es schwingt sich nicht mehr auf. Kann es daran gelegen haben?

Bei einem Digitalservos sollte die Framerate eigentlich nichts mit der Regelung zu tun haben. Von dort kommen ja nur die Pulse. Wenn der Hebel ruhig steht, immer die gleichen. Bei analogen Servos wird/wurde die Zeit auch als Zeitglied benutzt.
Oder der Hebel stand eben nicht komplett ruhig, sondern hat die Werte noch minimal zittern lassen. Vielleicht nur 1-2 Schritte. Wenn dann das Servo da empfindlich ist, probiert es das immer mit Vollgas auszuregeln. Dann würde man aber auch sonst ein starkes Brummen evt. sogar Zittern von dem Servo (und Ruder) erwarten. Das könnte man z.B. testen, wenn man den Kanal mal mit einem Schalter ansteuert, da hier ja kein Zittern sein kann.

Zum Modell: Die Ruder gehen alle leichtgängig, das Servo ist sicher und spielfrei befestigt. Allerdings sind die Ruder ziemlich große "Lappen" und haben ihr Gewicht bzw. können schon leicht mal hin- und herschwingen.

D.h. der Test fand mit dem Ruder statt !? Dann ist das natürlich ein ganz anderes Regelsystem. Aber trotzdem sollte nicht mehr als ein kurzes Einschwingen zu sehen sein, sicher nicht über eine Sekunde. Stark genug sollte das Servo ja sein.

RK

 

[UweHD]

Danke für eure Antworten.

Ja, der Test fand im fix und fertigen Flieger mit angelenkten Rudern statt. Brummen tun die in der Extra verbauten 9995'er Servos in der Nullage übrigens alle, sofern man ein wenig Druck ausübt - und das passiert ja schon automatisch über das Gewicht der Ruderflächen. Im Endeffekt brummt das Flugzeug also im Stand lustig vor sich hin, aber es bewegt sich oder vibriert nichts. Die seltsame Eigenschwingung entstand nur bei einer HR-Flosse, wenn ich Höhe zog und dann plötzlich das Ruder in die Nullage zurückschwingen ließ.... dann schwang das Ruder einige Millimeter um die Nullage hin und her und hört erst durch erneutes Bewegen des Steuerknüppels damit auf.

Ich frage mich daher schon, ob ich damit nun fliegen sollte oder nicht. Die Servos sind übrigens alle schachtelneu und machen sonst einen guten Eindruck. Sehr schnell und kräftig. Stromversorgung direkt aus 2 LiFePos mit je 2.000mAH Kapazität, ohne Weiche oder sonstige Elektronik.

 

[Günther Hager]

Hallo Uwe,

meiner Meinung und dürftigen Kenntnissen in der Regelungstechnik nach ist das Servo durch seine enorme Kraft und wahrscheinlich den dafür leichtgängigen Ruder der Regelstrecke nicht richtig angepasst, wenn es zu einem Überschwingen des Stellpunktes und in ein stetiges Schwingen kommt.

Das kann wie bereits gesagt an den leichgängigen Klappen und der starken Kraft des Servo liegen, wo ein überschwingen des Stellpunktes stattfindet, weil die rotierende Masse des Getriebe plus dem Gewicht des bewegten Gewichtes stärker ist als das Stellmoment des Servo (Massenträgheitsmoment).

Hier wirkt sich dann bei einem kleinen Stellpunkt, ein Digitalservo weniger gut als ein Analogservo aus, weil es die volle Kraft bis zum Stellpunkt beibehält.
Bei einem größeren Stellpunkt würde eine etwas frühere Abremsung der Dräheitsmomente aber ein eventuelles größeres Spiel im Stellpunkt bewirken. Man kann meiner Ansicht nach nicht alles haben
Oder muss der Regelstrecke alle wirkenden Momente der Stellgliederoptimal anpassen.

Empfehlen würde ich den Hersteller mit diesem Problem zu Kontaktieren. Was der dazu sagt, poste dann. Was bestimmt nicht nur mich interessiert.

 

[H.F]

Hi Uwe

Hatte ich auch schon.
Eigentlich ist es meiner meinung nach ein "überreagieren" des servos infolge des grösseren gewichts des höhenruders und extrem grossen servoarmen. Schwingt sich dann mit der masse auf, wenns zu leichtgängig läuft. Kommt natürlich auf den servotyp draufan.
Wenn ich in meinem fall die 2.6m yak 55 senkrecht in die höhe halte ist das phänomen weg.
Sobald das ruder umströmt wird oder bisschen gegendruck hat ist's auch weg.
Sicherheitshalber hatte ich auch schon mal nach einem tip hier aus dem forum ein kleines ringchen kraftstoffschlauch unter ein kugelgelenk geklemmt, um die freigängikeit minim zu bremsen.

Geht auch, hab ich aber dann doch wieder weggelassen.

Mit freundlichen Grüßen
Hugo

Ps: nicht meine carf yak hat das zittern, es ist die holz extra 260, auch in 2.6m. Offensichtlich schwingt da eher was auf.

 

[Erdie]

- Du musst die Resonanzfrequenz erhöhen durch Erhöhen der Steifigkeit (Gestänge und Servoaufhängung) und / oder Verringerung der bewegten Masse senken

Da ich Uwes Extra und auch das Schwingverhalten kenne, bin ich der Meinung, dass irgendwelche Nachgiebigkeiten von Gestänge oder Servoaufhängung in diesem Fall ein untergeordnete Rolle spielen, da die Amplituden schon erheblich groß sind - die mechanische Nachgiebigkeit ist da um Potenzen geringer. Ich würde eher die Rückstellkraft des Servos als die in diesem Fall relevante Federkraft einschätzen. (Die Servos arbeiten massiv mit der Schwinung mit) Der Tipp mit der Spannung oder Masse könnte von daher zielführender sein. Nur wie sollte man das Trägheitsmoment veringern? Vergrößern würde bestimmt auch helfen aber da hätte der Pilot was degegen, würde man die Servos schließlich höher belasten und die Stellgeschwindigkeit herabsetzen.

 

[Hannes Kolks]

Hallo Erdie (hast du auch einen richtigen Namen?)

naja, ich habe in meinem Post schon ein wenig theoretisiert. Es ist aber hilfreich, die Wirkprinzipien zu verstehen... Tatsache ist, dass sich dieses konkrete Problem von Uwe nicht mal einfach so auf die Schnelle zahlenmäßig erfassen und berechnen läßt.

Manchmal reicht eine Kleinigkeit (z.B. steifere Gestänge / Aufhängung der Servo's / Servoarme / Servowechsel...), um den Resonanzbereich zu umschiffen. Und mit dem Wechsel der Frametime auf 10ms hat Uwe das System wahrscheinlich "steifer" gemacht (und damit die Resonanzfrequenz erhöht)

Noch eine Frage: Treten die Schwingungen auch bei laufendem Motor auf?

Im Übrigen glaube ich, dass diese Schwingungen beim Fliegen nicht auftreten; das klassische Ruderflattern beruht auf ganz anderen (aerodynamischen) Effekten; man kann davon ausgehen, dass beide Resonanzfrequenzen ausreichend weit auseinanderliegen.

lg
Hannes

PS:
Glauben heißt hier, nicht wissen

 

[Erdie]

Hallo Erdie (hast du auch einen richtigen Namen?)

Ja .. Martin