Wings Only
28.11.2002, 08:44
Hi Helipiloten,
anbei ein gekürzter Artikel aus "Prop" zu Eurer Information.
Grüße, Wingus, der Rotorlose
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Wie funktioniert die Elektronik von Digitalservos?
Digitalservos moderner Technologie bieten folgende Vorteile:
+ Regelgenauigkeit ohne elektronikbedingte Servohebel-Totzonen,
+ Servohebel-Stellungshysterese praktisch Null,
+ Servohebelnachstellung schon bei kleinsten Knüppelbetätigungen ohne weitere Zeitverluste,
+ Volle Servomotorleistung bei kleinsten Servohebelbewegungen, große Haltekraft,
+ weitgehende Elimination wärme-, alterungs- und versorgungsspannungsbedingter Stellungsfehler,
+ Nicht zu vergessen: Zukunftsichere Methode für neue, schnellere Übertragungstechniken.
Daraus folgen die zwangsläufigen Nachteile gegenüber Nichtdigitalservos:
- Höherer Stromverbrauch durch oftmalige und genauere Servoarbeit, mehr Akkukapazität eventuell notwendig;
- detto durch Empfänger-Servoimpulsschwankungen ("Flanken-Jitter") bei PPM-Modulation, besonders außerhalb des Sender-Nahfeldes;
- U.U. Fehlfunktionen bei Verwendung mit Produkten anderer Hersteller (zB. Kreisel, Servos) möglich, Herstellertreue sicherheitstechnisch unbedingt empfohlen!
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Funktion der Elektronik von Digitalservos:
Noch eine Hinweis: Der Begriff "Digital" wird hier, wie oft üblich, für eine Verarbeitung mittels irgendwie in Zahlenwerte umgewandelter (Zeit-)Analogwerte verwendet, wobei der eminente Vorteil ist, dass man eben dies gewonnene Werte zahlengenau verarbeiten kann. 1234 ist eben NICHT 1235.
Und diese minimale Abweichung, eben nur "1" von zB. 8190 oder von binär 1111111111110 (13 bit) kann man damit feststellen und zielgerichtet verarbeiten (Servonachstellen).
Also, wie schlau funktioniert die in den Graupner-Servos verwendete Elektronik: (Wie alles Geniale im Prinzip ganz einfach! Abgeleitet aus der mir von Graupner übergebenen Patentschrift dieses ICs.)
Im Servo-IC sind zwei hochfrequente Oszillatoren geeigneter Frequenz vorhanden.
1) Oszi 1 arbeitet mit einer festen Frequenz,
bei Eintreffen des Impulses vom Empfänger via Servokabel schaltet die eine Impulsflanke die Oszillatorfrequenz zu einem Impulszähler (Counter) durch, der jetzt mit 14 Bit Genauigkeit die eintreffenden Schwingungen zählt, bis er durch die andere Flanke des Servoimpulses wieder abgeschaltet wird.
Der jetzt gemessene Wert ist somit, digital gewandelt, der Repräsentant für die Impulslänge im Servokabel, die ja irgendwo zwischen circa 1 bis 2 msec liegt. Die Zählung der eigentlich nutzlosen ersten Millisekunde (derzeit noch, siehe MFI 10/1999 "Kritik und Visionen") wird einfach eliminiert, indem ganz einfach das höchstwertige 14. Bit nicht verarbeitet wird.
Die umgewandelte Impulsdauer liegt somit digital in 13 Bit Genauigkeit vor. Genau so wie es Graupner bewirbt.
Interludium I: Die auf den üblichen Servobereich bezogene Stellgenauigkeit entspricht ca. 12 Bit = 4096 Schritte und ist damit etwa doppelt so genau als gute Analogservos, wie zB das bekannte JR 4041 und ähnliche. Aber eben ohne jede Abweichung durch Temperatur, Spannungsschwankungen etc.
2) Oszi 2 hat eine variable spannungsgesteuerte Frequenz (VCO):
Dessen Freqenz wird vom Servopoti gesteuert und von einem ähnlichen Schwingungszähler (Counter) wie oben gezählt, allerdings mit dem Unterschied, dass hier die Zählzeit klarerweise hoch konstant gehalten wird und die in dieser Zeit gezählten Schwingungen, deren Frequenz ja je nach Poti-Stellung variabel sind, den digitalisierten (Binär-) Wert der Servopotentiometer-Stellung repräsentieren.
Die VCO Minimal- und Maximalfrequenzen sind derart gewählt, dass der Servostellungwert mit 13 Bit Genauigkeit zum Vergleich mit dem ebenfalls 13 Bit Impulswert vorliegt.
3) Sind diese 2 Binärzahlen gleich, steht der Servohebel an der gewünschten Stelle.
Sind sie nur minimalst (schon letztes oder vorletztes Bit) ungleich, schubst die restliche Servoelektronik den Servomotor ca. 7 bis 13mal zwischen zwei vom Sender kommenden Steuerimpulsen in die richtige Stellung, deren Wert sich die Impulsumwandlung ja bis zum Eintreffen des nächsten Werts vom Sender ("Frametime"=Senderzykluszeit) ohne Reset merkt und mit dem jedesmal neu errechneten Potistellungswert (ca. 300mal pro sec.!!!) vergleicht.
Das wars schon, was - extremst vereinfacht - das Prinzip betrifft. Wirklich!
Die Kunst liegt natürlich im Detail, sonst wäre dieser japanische IC kaum patentfähig. Das bisher ohne ihn ungelöste Problem war, dass alle bisherigen Methoden viel zu langsam und viel zu ungenau waren, um nach Digitalisierung eine Stellgenauigkeiten gleich oder besser als mit Analogservos bereits erreicht, zu garantieren.
Die Patentschrift enthält dermaßen technische Details, dass ich wegen der Reduktion auf eine allgemein verständliche Erklärung direkt ein schlechtes Gewissen habe. Andererseits interessiert uns ja nur der Qualitäts- und Sicherheitsgewinn einer neuen Methode, von Zubehör etc., und diese Beurteilung erleichtern Basisinformationen allemal.
Zukunftsextrapolation:
1) Diese Servo-Technik ist auch für kürzere Impulszeiten und schnellere Senderzyklen, eben eine schnellere Fernsteuerungstechnologie unbeschränkt geeignet.
2) Durch den Fortschritt der Mikrotechnologie ist der Ersatz des Servopotis durch
optische digitale(!) Absolutstellungs-Melder oder Ähnliches naheliegend, dann entfiele der VCO.
3)Im vollständigen Originalartikel schon erwähnt: Auch noch Wegfall der Impulsumwandlung durch direkte PCM-Verarbeitung im Servo. Je mehr ich mich mit diesen Dingen beschäftige, umso absurder erscheint mir die derzeit gegebene Umwandlung eines binären PCM-Wertes in einen analogen Impulswert im Empfänger und dessen neuerliche Umwandlung in einen Binärwert im Digitalservo.
Die einzige Berechtigung dafür ist die derzeit noch(?!) doppelt genauere PPM-Auflösung von ca. 2000 Schritten im Vergleich zu SPCM mit 1024 Schritten, eben auch mit diesen Servos möglich.
Abschlussstatement:
Diese Technik entspricht eigentlich nicht mehr der bisherigen "Nachführservo"-Methodik, sondern repräsentiert lupenrein die Methode "Schrittstellwerk"!
Dieser Mitsubishi-IC wird nicht nur von JR/Graupner verwendet, auch keine Überraschung. Graupner ist mir halt als Verwender vertraut, andere nicht.
©2001 Rudolf Fiala
adaptiert für RC-Heli Nov.2002
Fragemails werden weitergeleitet.
anbei ein gekürzter Artikel aus "Prop" zu Eurer Information.
Grüße, Wingus, der Rotorlose
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Wie funktioniert die Elektronik von Digitalservos?
Digitalservos moderner Technologie bieten folgende Vorteile:
+ Regelgenauigkeit ohne elektronikbedingte Servohebel-Totzonen,
+ Servohebel-Stellungshysterese praktisch Null,
+ Servohebelnachstellung schon bei kleinsten Knüppelbetätigungen ohne weitere Zeitverluste,
+ Volle Servomotorleistung bei kleinsten Servohebelbewegungen, große Haltekraft,
+ weitgehende Elimination wärme-, alterungs- und versorgungsspannungsbedingter Stellungsfehler,
+ Nicht zu vergessen: Zukunftsichere Methode für neue, schnellere Übertragungstechniken.
Daraus folgen die zwangsläufigen Nachteile gegenüber Nichtdigitalservos:
- Höherer Stromverbrauch durch oftmalige und genauere Servoarbeit, mehr Akkukapazität eventuell notwendig;
- detto durch Empfänger-Servoimpulsschwankungen ("Flanken-Jitter") bei PPM-Modulation, besonders außerhalb des Sender-Nahfeldes;
- U.U. Fehlfunktionen bei Verwendung mit Produkten anderer Hersteller (zB. Kreisel, Servos) möglich, Herstellertreue sicherheitstechnisch unbedingt empfohlen!
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Funktion der Elektronik von Digitalservos:
Noch eine Hinweis: Der Begriff "Digital" wird hier, wie oft üblich, für eine Verarbeitung mittels irgendwie in Zahlenwerte umgewandelter (Zeit-)Analogwerte verwendet, wobei der eminente Vorteil ist, dass man eben dies gewonnene Werte zahlengenau verarbeiten kann. 1234 ist eben NICHT 1235.
Und diese minimale Abweichung, eben nur "1" von zB. 8190 oder von binär 1111111111110 (13 bit) kann man damit feststellen und zielgerichtet verarbeiten (Servonachstellen).
Also, wie schlau funktioniert die in den Graupner-Servos verwendete Elektronik: (Wie alles Geniale im Prinzip ganz einfach! Abgeleitet aus der mir von Graupner übergebenen Patentschrift dieses ICs.)
Im Servo-IC sind zwei hochfrequente Oszillatoren geeigneter Frequenz vorhanden.
1) Oszi 1 arbeitet mit einer festen Frequenz,
bei Eintreffen des Impulses vom Empfänger via Servokabel schaltet die eine Impulsflanke die Oszillatorfrequenz zu einem Impulszähler (Counter) durch, der jetzt mit 14 Bit Genauigkeit die eintreffenden Schwingungen zählt, bis er durch die andere Flanke des Servoimpulses wieder abgeschaltet wird.
Der jetzt gemessene Wert ist somit, digital gewandelt, der Repräsentant für die Impulslänge im Servokabel, die ja irgendwo zwischen circa 1 bis 2 msec liegt. Die Zählung der eigentlich nutzlosen ersten Millisekunde (derzeit noch, siehe MFI 10/1999 "Kritik und Visionen") wird einfach eliminiert, indem ganz einfach das höchstwertige 14. Bit nicht verarbeitet wird.
Die umgewandelte Impulsdauer liegt somit digital in 13 Bit Genauigkeit vor. Genau so wie es Graupner bewirbt.
Interludium I: Die auf den üblichen Servobereich bezogene Stellgenauigkeit entspricht ca. 12 Bit = 4096 Schritte und ist damit etwa doppelt so genau als gute Analogservos, wie zB das bekannte JR 4041 und ähnliche. Aber eben ohne jede Abweichung durch Temperatur, Spannungsschwankungen etc.
2) Oszi 2 hat eine variable spannungsgesteuerte Frequenz (VCO):
Dessen Freqenz wird vom Servopoti gesteuert und von einem ähnlichen Schwingungszähler (Counter) wie oben gezählt, allerdings mit dem Unterschied, dass hier die Zählzeit klarerweise hoch konstant gehalten wird und die in dieser Zeit gezählten Schwingungen, deren Frequenz ja je nach Poti-Stellung variabel sind, den digitalisierten (Binär-) Wert der Servopotentiometer-Stellung repräsentieren.
Die VCO Minimal- und Maximalfrequenzen sind derart gewählt, dass der Servostellungwert mit 13 Bit Genauigkeit zum Vergleich mit dem ebenfalls 13 Bit Impulswert vorliegt.
3) Sind diese 2 Binärzahlen gleich, steht der Servohebel an der gewünschten Stelle.
Sind sie nur minimalst (schon letztes oder vorletztes Bit) ungleich, schubst die restliche Servoelektronik den Servomotor ca. 7 bis 13mal zwischen zwei vom Sender kommenden Steuerimpulsen in die richtige Stellung, deren Wert sich die Impulsumwandlung ja bis zum Eintreffen des nächsten Werts vom Sender ("Frametime"=Senderzykluszeit) ohne Reset merkt und mit dem jedesmal neu errechneten Potistellungswert (ca. 300mal pro sec.!!!) vergleicht.
Das wars schon, was - extremst vereinfacht - das Prinzip betrifft. Wirklich!
Die Kunst liegt natürlich im Detail, sonst wäre dieser japanische IC kaum patentfähig. Das bisher ohne ihn ungelöste Problem war, dass alle bisherigen Methoden viel zu langsam und viel zu ungenau waren, um nach Digitalisierung eine Stellgenauigkeiten gleich oder besser als mit Analogservos bereits erreicht, zu garantieren.
Die Patentschrift enthält dermaßen technische Details, dass ich wegen der Reduktion auf eine allgemein verständliche Erklärung direkt ein schlechtes Gewissen habe. Andererseits interessiert uns ja nur der Qualitäts- und Sicherheitsgewinn einer neuen Methode, von Zubehör etc., und diese Beurteilung erleichtern Basisinformationen allemal.
Zukunftsextrapolation:
1) Diese Servo-Technik ist auch für kürzere Impulszeiten und schnellere Senderzyklen, eben eine schnellere Fernsteuerungstechnologie unbeschränkt geeignet.
2) Durch den Fortschritt der Mikrotechnologie ist der Ersatz des Servopotis durch
optische digitale(!) Absolutstellungs-Melder oder Ähnliches naheliegend, dann entfiele der VCO.
3)Im vollständigen Originalartikel schon erwähnt: Auch noch Wegfall der Impulsumwandlung durch direkte PCM-Verarbeitung im Servo. Je mehr ich mich mit diesen Dingen beschäftige, umso absurder erscheint mir die derzeit gegebene Umwandlung eines binären PCM-Wertes in einen analogen Impulswert im Empfänger und dessen neuerliche Umwandlung in einen Binärwert im Digitalservo.
Die einzige Berechtigung dafür ist die derzeit noch(?!) doppelt genauere PPM-Auflösung von ca. 2000 Schritten im Vergleich zu SPCM mit 1024 Schritten, eben auch mit diesen Servos möglich.
Abschlussstatement:
Diese Technik entspricht eigentlich nicht mehr der bisherigen "Nachführservo"-Methodik, sondern repräsentiert lupenrein die Methode "Schrittstellwerk"!
Dieser Mitsubishi-IC wird nicht nur von JR/Graupner verwendet, auch keine Überraschung. Graupner ist mir halt als Verwender vertraut, andere nicht.
©2001 Rudolf Fiala
adaptiert für RC-Heli Nov.2002
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