Servosturing v3

[patrick smout]

frequencies up to 5 kHz.

250ns rise en fall tijden zijn echt traag hoor in digitale elektronica.  Het grote probleem is dat door de 'lange' rise en fall time, je heel vervelende harmonischen gaat hebben.  Voor 250ns worden die dan 4MHz, 2Mhz, 1MHz, 500kHz, 250kHz, ... en die komen heel gevaarlijk in de buurt van jouw operationele frequentie voor de PWM.  Als designer moest ik minstens 10 harmonischen uit de buurt blijven...  dus ik denk dat de datasheet wel om die reden niet meer dan 5kHz aanraadt.
[/quote]
Zijn de harmonischen die je terugvind niet een geheel veelvoud van de grondfrrekwentie, in dit geval de 4MHz? Zou me sterk lijken dat harmonischen de ladder naar beneden gaan vertrekkende van de grondtoon.
Enige probleem dat je hebt met de rise/fall time is dat als deze te lang duurt je ongewenste opwarming hebt en als deze te kort wordt je teveel hogere harmonischen opwekt. Deze laatsten werken als een zender/stoorbron (zowel merkbaar in de radiated alsook in de conducted emmissie)

mvg,

Patrick Smout

[conducteur]

Er bestaat ook zoiets als subharmonischen. (ongewenste) frequenties die ontstaan, lager dan de "normale" frequentie...

[Sattrickske]

Er bestaat ook zoiets als subharmonischen. (ongewenste) frequenties die ontstaan, lager dan de "normale" frequentie...

Thanks Rian!

Maar inderdaad beiden bestaan.  Ik had het wel degelijk over de subharmonischen omdat die Gerolf's schakeling in de weg gaan zitten.  De HF harmonischen liggen we hier niet meteen wakker van, de motor genereert er zelf een heleboel.  Maar deze laatsten zouden de voorgestelde schakeling niet mogen storen.  Maar Patrick's stelling klopt ook wel, een te hoge frequentie gaat de boel serieus beginnen opwarmen.

Alle harmonischen vervagen na een aantal herhalingen.  Ik heb vroeger veel schakelingen ontworpen voor audio toepassingen (de goeie ouwe cassette, mini-disc, CD, DVD, ...) en daar was het telkens opletten geblazen voor de mechanische onderdelen die harmonischen in je schakelingen injecteerden.  De duurdere schakelingen filterden de harmonischen weg en de hele dure ook nog de subharmonischen (dat laatste is veel moeilijker, omdat in conflict komt met de audio signalen).

[Geert]

Ik had het wel degelijk over de subharmonischen omdat die Gerolf's schakeling in de weg gaan zitten.  De HF harmonischen liggen we hier niet meteen wakker van, de motor genereert er zelf een heleboel.  Maar deze laatsten zouden de voorgestelde schakeling niet mogen storen. 

echt interessant dit onderwerp, leg is uit hoe de harmonischen Gerolf zijn schakeling kunnen beïnvloeden.

Geert

[Sattrickske]

Wel die van de motor niet meer dat zijn gewone harmonischen.  Die zitten volledig aan de uitgang en kunnen enkel via de voedingslijn(en) en evt. flyback diodes terug naar het digitale gedeelte van de schakeling.  Maar als je voedingslijnen al gescheiden zijn, is kans zo goed als nihil.

Subharmonischen zijn meestal lastiger omdat deze naar de lage frequenties toe gaan en hier spreken over de harmonischen veroorzaakt door de rise/fall van de PWM en die zit in het digitale gedeelte.  Deze 'lage' frequenties zijn meestal ook onze werk frequenties; in Gerolf's geval was er sprake van 10kHz.  Nu komende van 4MHz (veroorzaakt door de 250ns rise/fall), zie ik niet meteen hoe deze de 10kHz zwaar zou kunnen verstoren, maar de kans bestaat (zit er bijna 10 subharmonischen van verwijderd).  Ik denk dat dit ook één van de redenen is waarom de datasheet max. 5Khz opgeeft.  Eerlijk gezegd denk ik dat er gewoon wat rommel op de uitgang gaat zitten waar de motor geen last gaat van hebben.  De ingang van de PWM zou effe kunnen vechten met 'storing' van de (sub)harmonischen, maar ik denk dat µC het wel zal halen.

Opwarming zou zeker en vast ook kunnen, maar dan moet ik weten hoe de L293DD er vanbinnen uitziet.  Aan de 2V drop op de uitgang te zien, heb ik al een donkerbruin vermoeden...

Anders eens effe door pspice halen, dan zie je meteen wat er aan de hand is.  Maar bon, da's al heeeel ver gezocht om een motorke te doen draaien .  Punt is dat je met de L293DD niet sneller dan 5kHZ kan gaan en dat ie bovendien bijna 2V opvreet.  Dus met deze schakeling ga je al slechter doen dan de originele servo schakeling (met 20ms puls)...

Voor hetgeen Gerolf gaat proberen zal ie beter af zijn met simpele MOSfets, gaat veel eenvoudiger werken en minder beperkingen dan de L293D(D).

[Geert]

Eerlijk gezegd denk ik dat er gewoon wat rommel op de uitgang gaat zitten waar de motor geen last gaat van hebben.  De ingang van de PWM zou effe kunnen vechten met 'storing' van de (sub)harmonischen, maar ik denk dat µC het wel zal halen.

Dacht ik ook, vandaar mijn vraag... Gerolf wat ongerust maken voor niets  . Maar je uitleg is wel interessant.

Geert

[Sattrickske]

Niet echt voor niets hoor.  Gerolf was aan 't denken wat de beste keuze voor de frequentie van de PWM was.  Eén van de opties was 10kHz, en dat wil de L293DD niet...  Vandaar de betere oplossing met de mosfets.  Het doel is om een betere sturing te krijgen dan de klassieke servo met 20ms pulsjes en dan moet je over de 5kHz.

Nu ik blijf deze hele schakeling serieuze overkill vinden, maar voor de sport waarom niet   Ik ben echt benieuwd naar het uiteindelijke resultaat.

[patrick smout]

Ik kan fout zijn maar in mijn beleving ontstaan sub-harmonischen door jitter of zweving op een signaal. Komt bvb. wel voor bij ondermeer schakelende voedingen (regeling van de PWM/frequentie) of allerhande (HF) mixer schakelingen etc. in radio's. In het geval van een 10Khz (PWM) signaal zou je subharmonischen kunnen krijgen van 10Khz maar ik dacht toch niet direct door de stijgtijd van het signaal zelf (de 250ns resp 4MHz).
Stabiele flanken geven volgens mij normaal gesproken enkel harmonischen.

mvg,

Patrick Smout

[Geert]

Nu ik blijf deze hele schakeling serieuze overkill vinden,

ik ook eigenlijk.

Geert

[Gerolf]

Nu ik blijf deze hele schakeling serieuze overkill vinden,

ik ook eigenlijk.

Geert

Als je het alleen over de PWM-sturing hebt zou het inderdaad overkill zijn.
De essentie van deze sturing zit er in dat je de loperstand van de servo precies en onafhankelijk van servo-elektronica meet.

Met wat ik in eerdere schema's had, was dat je de servo-elektronica moest "aanzetten" om de loperstand te kunnen meten.
En dan ging de servo steeds een beetje bewegen vlak voor de meting. En zo was je meting nooit correct.

Om correct te kunnen meten moet ik dus de potentiometer in de servo volledig los maken, moet alle elektronica er dus uit.
... met als gevolg dat ik het motortje van de servo zelf moet aansturen, met PWM, en dus met mosfet-H-bruggen
Zo ontstane bijkomend voordeel: vanuit Bascom en de standaardroutines wordt de 180° servo-zwaai in slechts 100 tussenstappen verdeeld - dit kan nu meer precies ;-)

[Sattrickske]

Daar heb je inderdaad een punt; de potmeter in de servo is 'waardeloos' als ie niet onder stroom staat.  De meting van de ohmse weerstand van de loper tgo de massa of voeding levert niks op.  Eenmaal onder spanning kan je wel een voltage aflezen op de loper die recht evenredig is met de positie.  Blauwe draad op onderstaande foto komt overeen met de loper van de pot.


Het kunnen uitlezen van de positie heb ik opgelost door alleen maar posities uit te lezen als de servo onder stroom staat.  En mijn routines in de microcontroller zorgen ervoor dat mijn servos niet wild gaan rondspringen als ik de stroom erop inschakel en dat ik m'n servo heel traag met 65536 stapjes van positie 0° naar 180° kan brengen.  Om het wild heen en weer slaan van de servo tegen te gaan doe ik 2 dingen:
- positie van de servo wordt opgeslagen in het EEPROM geheugen van de µC
- de µC schakelt eerst de positiepuls aan (in functie van de opslagen waarde in het geheugen) en dan pas de stroom.

OPGELET: werkt enkel als de servo z'n positie kan vasthouden wanneer de stroom eraf is; als je 'm mechanisch overbelast, wijzigt die positie en gaat de µC 'm direct proberen terug te zetten van zodra je de boel opstart.

[Sattrickske]

Vergeten bij te zeggen, dat ik nog altijd wel benieuwd ben naar het resultaat...

[Gerolf]

Toeval: ik had bij mijn vorige versie ook een blauw draadje op de loper gebruikt 

Normaalgesproken hoef je de stand niet te meten, en doet de elektronica van de servo alles
Toch wou ik een versie maken die dat wel doet - om mechanische belasting, toestand na stroomuitval, ... te detecteren
... en om bij mechanische belasting te weten dat de servo wel eens vaker moet bijgestuurd worden:
Er zit daarom wat intelligentie in de software: Hij meet, en
- als het klopt wacht hij de volgende keer wat langer om te checken
- als er een fout is gaat hij de volgende keer sneller controleren
Zo kan het zijn dat hij op den duur slechts om de 5 minuten (instelbare maximale tijd) controleert - niks aan de hand dus
Moet hij vaker checken na de kortste tijd (1 seconde) kan hij een signaal geven aan de "centrale"

[Sattrickske]

Cool, een slimme servo

[Gerolf]

Cool, een slimme servo

Dat is in elk geval de bedoeling: TUSC (The ultimate servo controller)       

Dubbele Mosfets zijn intussen aangekomen, dus ik zou maandag kunnen proberen (morgen moet ik nog werken)
nieuw printplaatje etsen, opbouwen, software (her-)schrijven en testen, ...