Servofehler / Servofunktion verstehen und evtl. vermeiden

[Pulsar07]

Habe dieses Jahr schon ein großes Modell aufgrund dieses Fehlers annähernd komplett verloren und und gestern dasselbe Problembild bei einem QR-Servo eines Freundes beobachtet und würde gerne verstehen, woher der Fehler kommen kann.

Ich will hier keine Herstellernamen oder Typen nennen, da es in beiden Fällen unterschiedlichen Hersteller/Typen sind und die Servos in meinem Umfeld oft eingesetzt sind und als sehr zuverlässig gelten. Es handelt sich um sehr hochwertige / preisige digital 20mm Servo mit Hall Sensoren und um einem 13mm QR-Digital-Servo.

Fehlerbeschreibung: Servo läuft eigentlich problemlos, bleibt aber hin und wieder "hängen" und nimmt nicht die vom Empfänger gesendete Position ein. Eine Bewegung des Steuerknüppels wird komplett ignoriert. Manchmal kommt gesteuerte Position gleich wieder (0,5-3s), manchmal passiert dieses "hängen" aber auch länger. Das Auftreten des Fehlerbildes ist sporadisch. Man kann es nicht einfach herbeiführen und reproduzieren, was ein Erkennen eines fehlerhaften Servos sehr schwierig macht. In beiden Fällen, konnte bei einem längerem "hängen" bleiben, die Funktion wieder hergestellt werden, in dem man dem Servo nur einen kurz mechanischen Bewegungsimpuls von außen gab. Danach liefen beide Servos wieder ganz normal und nahmen die gesteuerte Position ein.

Es ist jedem klar, dass ein solcher Fehler am HR eine Modells sehr gefährlich werden kann. Ein redundante Auslegung am HR ist oft nicht möglich. Ein einfaches mechanisches in Reihe schalten von 2 HR-Servos, würde den Fehler aufgrund obiger Beschreibung jedoch vermutlich unwahrscheinlicher machen, da ein "hängender" Servo vom anderen "angestossen" wird.

Hat jemand hier im Forum tieferen Einblick in die Funktionsweisen von Servos, um dem Grund für den Fehler nahe zu kommen ? Wenn das gelänge, wäre ein nächster Schritt, der Vermeidung/Erkennung evtl. besser möglich.

Gruß Rainer

 

[Stein Elektronik]

Hat jemand hier im Forum tieferen Einblick in die Funktionsweisen von Servos, um dem Grund für den Fehler nahe zu kommen ? Wenn das gelänge, wäre ein nächster Schritt, der Vermeidung/Erkennung evtl. besser möglich.

Gruß Rainer

Gründe können vielfältig sein...
Die einzige Chance, ein Servo zumindest grundsätzlich zu testen, ist einen Prüfstand aufzubauen.
Servo in den Prüfstand setzen und in Abhängigkeit von der angeblichen Stellkraft ein Gewicht an den Servohebel zu hängen.
Dann einen Servotester mit Testfunktion dran hängen und das Ganze mal eine Viertelstunde laufen lassen. Wenn es diesen Testlauf übersteht, einwandfrei läuft und das Ganze, ohne Rauchzeichen von sich zu geben, ist das schon mal der erste Schritt. Aber noch lange keine Garantie, dass es später nicht ausfallen könnte.

 

[Stein Elektronik]

Ach ja, wenn es wirklich nur ganz selten auftritt, dann hilft ein 15 minütiger Testlauf auch nicht viel.

 

[Pulsar07]

Gründe können vielfältig sein...
Die einzige Chance, ein Servo zumindest grundsätzlich zu testen, ist einen Prüfstand aufzubauen.
Servo in den Prüfstand setzen und in Abhängigkeit von der angeblichen Stellkraft ein Gewicht an den Servohebel zu hängen.
Dann einen Servotester mit Testfunktion dran hängen und das Ganze mal eine Viertelstunde laufen lassen. Wenn es diesen Testlauf übersteht, einwandfrei läuft und das Ganze, ohne Rauchzeichen von sich zu geben, ist das schon mal der erste Schritt. Aber noch lange keine Garantie, dass es später nicht ausfallen könnte.

Das mit dem Tester bin ich schon angegangen und bin gerade dabei das Projekt auf github mit Software und Bau-Beschreibung einzustellen. Wenn es soweit ist, werde ich es hier posten.

Habe jedoch gedacht, dass bei exakt dem selben Fehlerbild eine Hersteller übergreifende Systematik da sein müsste.

Was ich nicht verstehe, was in dem Regelkreis Servo-Signal-Sollposition und dem Positionsensor (Poti oder Hall-Sensor) - Wert (Ist-Wert) passieren kann, was verhindert, dass die Position nachgestellt wird.
Ein minimales "Anstossen" / Bewegen des Servohebels, kann sich doch eigentlich nur in der Stellung des Positionssensors auswirken. Damit ändert sich der Ist-Wert. Danach ist der Fehler weg.

Welchen Wert kann ein Positionssensor ausgeben, der den Regelkreis so stört?
Was mich eben wundert, ist das wirklich identische Fehlerverhalten zweier Servos unterschiedlicher Hersteller (was natürlich nicht bedeutet, dass nicht dieselben Komponenten, Mikrocontroller, Firmware zum Einsatz kommt). Ich kann kaum glauben, dass das Zufall ist. Es sieht so stark nach einer Systematik aus.

 

[onki]

Hallo Namensvetter,

Ohne jetzt die genaue Konfiguration zu kennen würde ich mir mal das Servo von innen anschauen.

Das "Qualitätsservos" auch qualitativ hochwertig verarbeitet bzw. verdrahtet sind, ist keine Selbstverständlichkeit.
Das ist nur eine total abgedroschene Marketingphrase ähnlich wie "Premium-Qualität" im Lebensmittelsektor .

Bei mir war am HR-Servo mal ein ähnlicher Effekt, das es zeitweise aussetzte. Da hat der Empfänger üblicherweise keine Schuld.
Bei mir war das Problem ein schlampig angelötetes Servo-Signalkabel (Abisolierung viel zu lang), das bei gewisser mech. Belastung das Signal kurzschloss gegen ein darunter liegendes Bauteil. Dank Digitalservo hat es in dem Fall dann einfach nichts mehr gemacht, bis wieder ein brauchbares Signal anliegt. Ein Analogservo läuft gegen Anschlag und danach folgt der Einschlag. Also haben Digitalservos doch ihr Gutes.

Mach das Servo auf und schau die die Kabel genau an. Am Empfänger usw. herumexperimentieren bringt meiner Ansicht nach nichts, es sei denn am Signalkabel ist irgendwo ein Wackelkontakt außen.

Das Problem könnte man eleminieren, wenn servoseitig geeignete, ggf. verriegelbare Buchsen verwendet werden, die auf der Platine fest verlötet sind. Dadurch würden die Servos etwas günstiger, weil ja die freundliche Niedriglohnarbeiterin keine Kabel mehr anlöten müsste und die Gummitülle wäre auch Vergangenheit, was den Einbau in das Servobrett vereinfacht. In der Tragfäche wäre der Kabelbaum perfekt vorkonfektionierbar und viele müssten ihre Servokabel nicht mehr abschneiden und neu anlöten.

Volz hatte das mal aber die anderen Hersteller haben das geflissentlich ignoriert. Macht zumindest bei Servos bis ca. 10mm Dicke Sinn.


Gruß und ein schönes WE

Onki

 

[Pulsar07]

Hi Onki,

Fehler von außen kann absolut ausgeschlossen werden. Habe nach dem Absturz den nur leicht beschädigten Rumpf untersucht und den Fehler am HR-Servo entdeckt. Danach habe ich am HR-Empfängerausgang ein Y-Kabel mit einem Referenzservo angesteckt und konnte des Fehlverhalten des eingebauten Servos sehen, nicht aber am Referenzservo. Hier liegt der Fehler 100% im Servo.

Bei dem Fehler gestern (QR-Servo), habe wir an ganzen Modell gerüttelt und geschüttelt, Servo blieb hartnäckig auf Servo-Mitte. Ein leichtes Berühren am QR genügte und alles war wieder ok.


Wer große / schwere / schnelle Modelle fliegt, wird hier sehr unruhig.

Gruß

Rainer

 

[Stein Elektronik]

Was ich nicht verstehe, was in dem Regelkreis Servo-Signal-Sollposition und dem Positionsensor (Poti oder Hall-Sensor) - Wert (Ist-Wert) passieren kann, was verhindert, dass die Position nachgestellt wird.
Ein minimales "Anstossen" / Bewegen des Servohebels, kann sich doch eigentlich nur in der Stellung des Positionssensors auswirken. Damit ändert sich der Ist-Wert. Danach ist der Fehler weg.

Ein minimales Anstoßen kann sich auch auf die Position des Motors auswirken. Könnte es nicht sein, dass evtl. auch da der Fehler begraben ist ?
Wenn der an der Position "hängt", dann kann die Auswerteelektronik des Hallgebers so viel Steuerbefehle an den Motor senden, wie sie will...wenn der Motor das nicht umsetzt, dann hängt es auch.

 

[Pulsar07]

Ein minimales Anstoßen kann sich auch auf die Position des Motors auswirken. Könnte es nicht sein, dass evtl. auch da der Fehler begraben ist ?
Wenn der an der Position "hängt", dann kann die Auswerteelektronik des Hallgebers so viel Steuerbefehle an den Motor senden, wie sie will...wenn der Motor das nicht umsetzt, dann hängt es auch.

Klar, ist natürlich auch ein Möglichkeit. Gehe davon aus, dass in beiden Fällen bürstenlose Motoren eingebaut sind. Da der beweglich Teil des Motors nur noch Magnete hat, ist es jedoch schwer vorstellbar, dass hier der Fehler liegt. Der statische Teil des Motors wird beim "Anstoßen" ja nicht bewegt. Kann es bei bürstenlosen Motoren, Stellungen geben, die durch die magnetische Anregung nicht mehr bewegbar sind. Meines Wissens, ist das nicht möglich. Mechanisches Festsitzen ist auch auszuschließen, da das "Anstoßen" wirklich ohne große Kraft funktionierte.

Der Punkt mit den "Wackelkontakten" am Positionsgeber oder auch am Motor ist natürlich immer möglich, aber da sollte sich auch was tun, wenn man das Modell schüttelt. Aber die Erfahrung hat gezeigt, dass nur ein "Anstoßen" am Servohebel die Fehler-Situation scheinbar aufhebt. Klar, dass bei eine kleinen Bewegung am Servohebel auch Motor und Sensor leichte Micro-Bewegungen machen können, was den Fehler verschwinden lässt.

Für Wahrscheinlich halte ich das jedoch nicht, ist aber nur ein Bauchgefühl.

 

[Stein Elektronik]

Alles schwierig, ich weiß.

Stehe hier gerade auch vor der Aufgabe Servos für einen 10 KG Jet mit Turbine zu ordern.
Egal, welche Du raus suchst und danach googlest...Du findest immer Einträge im Internet, wo Anwender von Problemen berichten.
Zur Zeit steht das Savox SC0251 im Focus...schaun wir mal...

 

[turbohartmut]

Hier im Freewing Avanti Thread berichten manche Leute von dem gleichen Problem: http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/623349-Freewing-Avanti-S-80mm/page31
Da liegt es wohl auch an den Klappenservos selbst, dass sie manchmal stehenbleiben. Ich habe auch eine Avanti und bei mir ist das noch nicht aufgetreten. Mag sein, dass ich bisher verschont worden bin, weil ich keine Verzögerung programmiert habe. Für mich käme dafür eigentlich nur das Poti in Frage, aber es soll sich ja bei den Servos des Themenstarters um "potilose" Servos handeln. Mal sehen was hier noch so raus kommt...

Gruß
Hartmut

 

[s.nase]

Die Servos haben bestimmt beide GlockankerankerMotoren. Bei schlechten Kollektorzustand zeigen die Servos genau so ein Fehlerbild(servowinkelunabhängiges Hängenbleiben). Wenn man die stromlosen Servo vorsichtig von Hand mehrmals bewegt, gibt sich das Problem manchmal wieder, weil es die Kollektoren dabei wieder etwas sauber poliert. Volle STellkraft fehlt den Servos dann meist aber immer noch.

 

[Bernd Langner]

Hallo

Ich habe mehrere Modelle verloren durch verbrennen
der Schleifer am Kollektor.

Speedflieger mit Methanolmotoren kennen das geht die Drehzahl deutlich über 15000U/min
können die längeren Schleifer ins schwingen geraten.
Dadurch heben sie vom Kollektor ab und verbrennen sowohl selber und auch der Kollektor.
Folge Totstellen beim Motoranlauf oder Totalausfall.

Bei Brushless kein Thema aber alles was Schleifer hat am Servomotor kann
bei Schwingugngen Schaden nehmen.

Gruß Bernd

 

[hsh]

Aus der Beschreibung würde ich auch auf Probleme mit Bürsten (viele der kleinen Motoren haben keine Kohlen) oder Kollektor tippen. Ein defektes Zahnrad der unteren Getriebstufen passt auch noch ins Bild.

Wenn es am Motor liegt, gehen solche Hänger oft mit starken Stromspitzen einher, die dann auf Dauer die FETs der H-Brücke erledigen, aber auch zum kurzzeitgen Zusammenbruch der Bordspannung führen können. Mit einem günstigen Stromsensor (z.B. Breakout Board eines Allegro ACS7xx) kann man sich das am Oszi und auch mit einem µC gut ansehen. Die entgültige Diagnose erhält man nur nach dem (zerstörerischen) Zerlegen des Motors.
Für deinen Prüfstand würde ich dir daher unbedingt zu einer Strommessung (synchronisiert mit dem Servoimpuls bzw. unter Berücksichtigung der interen Ansteuerungsfrequenz des Servos) raten.

 

[RCFan123]

Eigentlich sind es doch fast immer die üblichen Verdächtigen aus dem Mechanikbereich: Stecker, Poty, Kollektor bei brushed Motoren.
Wenn das Getriebe aus Kunststoff ist, schmeiße ich das Servo auch nach ein paar Jahren Beanspruchung raus.

 

[Wattsi]

Bürsten

Bürsten

Ich kann den "Vorrednern" aus eigener Erfahrung (nur) zustimmen. Auch das Fehlerbild ist identisch.
Ursache waren bei meinem Servo die Schleifer am Kollektor. Bei diesen gabelartig geschlitzten Teilen war eine der Lamellen soweit abgenutzt, dass nur noch das Teil bis zum Kollektor vorhanden war. Je nach Drehrichtung hat sich dann die Spitze manchmal in den Kollektorspalten verklemmt und damit den Motor blockiert.
Fazit: Ein Servo hält nicht "ewig".

Wolfgang

 

[sigimann]

Eingangs ging es um hochpreisige Servos mit ohne Poti (potless servos), neuwertig, mit merkwürdigem Verhalten.

Also alles was hier jetzt von altersschwachen Servos mit verschlissenem Poti oder verbranntem Kollektor berichtet wird, hat nichts mit dem Thema zu tun.

Es wäre aber schade, wenn das Thema jetzt daran Stirbt, für mich von grossem Interesse, da ich ähnliches beobachtet habe.
Ist allerdings bereits viele Jahre her, eines der ersten Potless Servos auf dem Markt ( ACT.)
Beim Einstellen des Modells hatte das Servo einen "Aussetzer" - geht nicht , geht wieder ....
Beim nachfolgenden Dauertest blieb da Servo nach ca. 10 min Stehen, leicht warm.
Strom weg, Strom drauf > Servo läuft, bleibt nach ca. 2 minuten stehen.
Strom weg, Strom drauf > Servo läuft, nach ca 2 min. dreht das servo nur noch in eine Richtung,
immer rum rum 360° ohne anzuhalten quasi ein Getriebemotor.

Das drehen hat das Servo dann auch bei ACT gemacht, Ursache nie Erfahren oder nicht gefunden.

Sigi

Ansonsten habe ich noch 13 Servos aus dieser Zeit in Betrieb und 3 Stück neu als Reserve in der Kiste.

 

[sigimann]

Hallo Rainer

Der Teststand mit dem Arduino interessiert mich

Sigi

 

[Pulsar07]

Also der eine HR-Servo war bürstenlos und hatte Magnetsensoren. Zudem war der Ausfall beim Erstflug, der Servo hatte nie eine Landung gesehen ;-((
Der andere Servo hat Bürsten, aber auch hier ist eine Abnutzungserscheinung sehr unwahrscheinlich. Das Modell hatte kein 20h auf dem Buckel.
Vibrationen sind auch auszuschließen, da beide Modelle reine Segler waren.

Den bürstenlosen Servo habe ich zum Hersteller (Deutschlandvertrieb zurück geschickt), leider konnte man bisher keinen Fehler identifizieren.

Der andere QR-Servo eines Freundes, der auf dem Flugfeld mehrfach dieses Fehlverhalten gezeigt hat, wurde mittlerweile ausgebaut und den habe ich in der Werkstatt.
Habe ihn in meinem ServoTester ( Projekt ist jetzt in github mit kurzer Doku und Software: https://github.com/Pulsar07/ServoTester ) ca 5h getestet. Der ServoTester verändert ständig die Stellung des Servohebels und kontrolliert über eines Sensor, ob die gesteuerte Position auch eingenommen wurde. Es wurden ca. 100000 Positionen getestet. Es war kein einziger Ausfall zu detektieren.

Habe noch eine Idee: Könnte die Einbaulage oder die Einbausituation eine Rolle spielen? Beide Servos haben ein stabiles Aluminiumgehäuse, das beim Einbau im Modell jedoch auch Spannungen unterworfen wird. Könnte hier ein Grund liegen ?

Sehr schade das wir der Sache nicht näher kommen.

Gruß

Rainer

 

[sigimann]

Hallo Rainer

Ein sauberer Test für das Servo.Es handelt sich ja um das Identische Servo mit den beobachteten Ausfällen.
Das Servo scheint fehlerfrei zu arbeiten, wenn es mit sauberen Impulsen angesteuert wird.
Der Ausfall könnte durch fehlerhafte Ansteuerung verursacht sein.

Damit ist das Servo aber nicht aus dem Schneider, Digitale Steuerungen müssen hier Fehlertollerant sein und auch mit unsauberen und völlig falschen Impulsen umgehen und dürfen dabei nicht aus dem Takt kommen.
Leider fehlt oft die Fehlertoleranz bei den Entwicklern, und so wird dann auch die Steug.

Du hast mit deiner Testschaltung aber eine ideale Testumgebung geschaffen.
Du kannst ja noch deinen Segler in den Test einbeziehen, mit Servotestfunktion des Senders.
DAs Servo vom Segler aus ansteuern. Den Impuls mit dem Arduino überwachen und ausweten, Impulslänge, Impulsrate und wenn es geht noch die Spannung des Impules.
Der Arduino prüft das Servo jetzt nur noch auf Stillstand, weil es ja dem Sollwert immer hinterher läuft.

Sigi

 

[aue]

Wenn es am Motor liegt, gehen solche Hänger oft mit starken Stromspitzen einher, [...]
Für deinen Prüfstand würde ich dir daher unbedingt zu einer Strommessung (synchronisiert mit dem Servoimpuls bzw. unter Berücksichtigung der interen Ansteuerungsfrequenz des Servos) raten.

Ein Fliegerkollege (Elektroingenieur) empfiehlt grundsätzlich für jeden Servoeinbau einen vorherigen (Last-)Testlauf mit Strommessung. Dadurch können frühzeitig mechanische als auch elektronische Probleme erkannt werden. Im Modell sollte dies wiederholt werden, um zu schauen, ob die Anlenkung auch leichtgängig ist. Ob das jetzt in Rainers Fall geholfen hätte, weiß ich natürlich nicht.

Schöne Grüße
Andreas