Какой сервопривод лучше – аналоговый или цифровой: особенности и преимущества – Обзоры и статьи .ua

Сервомашинки

Сервомашинки являются важнейшей частью управления вашей модели. Можно сказать, что это “руки и ноги” “пилота” вашего аппарата. И от их “силы”, “быстроты реакции” и “выносливости” зависит на что способна будет модель в действии. Ну и понятно, что “пилот” должен соответствовать модели по размерам и весу. Эти параметры – момент, скорость реакции, надёжность и вес сервомашинок чрезвычайно важны. Они и являются главными критериями, по которым и следует выбирать эти механизмы для того или иного аппарата.

Все современные сервомашинки устроены примерно одинаково – электронная схема управляет мотором, который вращает управляющую качалку, передавая усилие через несколько шестерёнок (их обычно 5). На одной оси с качалкой установлен переменный резистор обратной связи, который отслеживает её положение и выдаёт сигнал обратной связи на электронную схему. Таким образом, положение качалки однозначно привязывается к длительности входного управляющего импульса. Машинки могут отличаться типом установленного мотора. Обычные коллекторные электродвигатели постоянного тока с постоянными магнитами встречаются чаще всего. Ещё бывают т.н. “coreless” электродвигатели – т.е. их ротор выполнен в виде залитых в полый стакан обмоток, которые вращаются в узком зазоре (подобным образом сделаны отечественные электродвигатели серии ДПР). Их преимущество перед традиционными – в малой массе, а следовательно в малом моменте инерции ротора. Это позволяет гораздо быстрее его раскручивать или изменять направление вращения. Таким образом, сервомашинка с таким двигателем обладает большей скоростью реакции.

Итак, на что следует обращать внимание:

1. Развиваемый Момент – измеряется в “кг х см” (в зарубежной литературе – oz x in, т.е. унциях на дюйм), является по сути самой важной характеристикой, которая и определяет возможность работы рулями при движении модели. Т.е. хватит ли “сил” виртуальному “пилоту” для того чтобы перемещать рули в соответствии с вашими руками на пульте управления. Если их окажется недостаточно, то возможны весьма неприятные ситуации – чаще всего у вас будет большое запаздывание реакции рулей за движениями ваших рук, неполное возвращение в нейтральное положение по окончании манёвра, да и значительно увеличивает вероятность выхода сервомашинки из строя. Скорее всего, вы загубите её очень быстро – разрушаться внутренние шестерни и даже может сгореть мотор, хотя последнее и маловероятно. Установка недостаточно мощной сервомашинки чревато серьёзной аварией, а то и вообще потерей модели. И не забывайте, сервомашинка должна развивать необходимый момент не только для перемещения рулей из центрального положения, но и для надёжного возвращения их в центральное положение и удержание. Если момент недостаточен, то может возникнуть флаттер. Тут стоит заметить, что бороться с флаттером также необходимо и традиционным способом – балансировкой рулей. На моделях-“гигантах” балансировка рулей уже стала обязательной, она также бывает необходима и на меньших моделях. В то же время, установка чересчур мощной равносильна тому, что вы пытаетесь посадить здоровенного амбала за детский трёхколёсный велосипед. Излишняя мощность всегда оплачивается повышенными габаритами, массой и потребляемым током. Поэтому всё хорошо в меру. Незачем ставить на миниатюрный электросамолёт стандартную сервомашинку – она лишь увеличит массу модели, в то же время, нельзя ставить излишне миниатюрные машинки на управление рулями больших моделей – вы можете потерять над ними контроль при движении, хотя на стоянке всё будет работать. (Не забывайте об аэродинамической, гидродинамической или др. нагрузке на рули движущейся модели.) Поэтому, подытоживая всё вышесказанное, запомним следующее – для моделей применяйте в первую очередь тот тип сервомашинок, который рекомендован в описании (если собираете набор или делаете по готовым чертежам) или те, у которых момент будет не меньше, чем у рекомендованных. Если вы сами проектируете модель, необходимо оценить нагрузку на рулевые машинки (рассчитать или посмотреть по аналогии с подобными моделями) и тогда сделать правильный выбор.

2. Конструкция механической части машинок. Этот пункт сильно пересекается с предыдущим. Здесь важно 2 момента – подшипник оси качалки и материал, из которого изготовлены шестерни. Подшипник может быть в простейшем случае – просто пластиковый подшипник скольжения, реально – это части корпуса машинки и шестерня, на которой посажена качалка (т.е. фактически подшипник отсутствует), такие стоят в самых дешёвых стандартных сервомашинках. Недостатки очевидны – малая прочность и долговечность. Более надёжные машинки снабжены латунным или другим металлическим подшипником скольжения. Ещё лучшие машинки снабжены шарикоподшипником (ball bearing), а повышенной мощности – двумя. Они обозначаются как BB или 2BB. Естественно, что на “картонку” для начинающих авиамоделистов достаточно будет самых простейших и дешёвых машинок, которые не жалко будет и разбить, а ведь это весьма вероятно при обучении полётам. Для авто- и судомоделистов обучение может начаться не столь плачевно, кроме того, здесь присутствуют повышенные ударные нагрузки на рулевых машинках, поэтому имеет смысл обратить внимание на сервомашинки с шарикоподшипником (-ами). Хотя пока пилот не приноровился к поведению модели, не научился “беречь” её в гонках на сложных трассах, стоит и тут подумать о простейшей машинке для начала, которую впоследствии можно будет заменить на более надёжную, совершенную и дорогую машинку с шарикоподшипником и металлическими шестернями. О вертолётах вообще разговор особый (смотри ниже по тексту).

Второй момент только что нами отмечен – шестерни могут быть пластиковыми или металлическими (обычно латунные, но бывают и стальные, это отмечается особо). Пластиковые гораздо легче, но менее прочные и долговечные. Металлические добавляют вес в устройство, но гораздо более стойкие и долговечные. Обычно металлические шестерни ставят на машинки с повышенным моментом или предназначенные для работы в тяжёлых условиях (ударные нагрузки, вибрация).

3. Скорость реакции – обычно измеряется временем поворота на 60 градусов, но для специальных машинок возможна несколько другая характеристика. Этот параметр не столь важен в обычных случаях. Т. е. скорости стандартной машинки и аналогичных ей бывает вполне достаточно. Исключения – гоночные модели и вертолёты. Для управления рулём направления на глиссере с ДВС или автомобиле крайне желательная скоростная машинка (и зачастую – ещё и повышенной мощности и стойкости, это зависит от самой модели и цели, для которой она создаётся). Стоит обратить внимание на машинки с “coreless” мотором (как уже упоминалось выше), шарикоподшипниками и повышенной мощности. Да, такие машинки весьма дороги, но ведь вам нужна всего одна такая на модель! На вертолёте скоростная машинка применяется для управления хвостовым винтом (на неё задействован гироскоп), это позволяет лучше стабилизировать модель в полёте. Для самолётов такие машинки рекомендуются для пилотажных моделей экстра класса и гоночных моделей (ну и вообще, для любых быстрых самолётов, от которых вы ещё и ждёте повышенной манёвренности). Стоит отметить, что применение подобных дорогих машинок оправдано лишь для опытных авиамоделистов-спортсменов, участвующих в серьёзных соревнованиях. А для начинающих (и моделей для начинающих) вполне достаточно значительно менее дорогих традиционных машинок, и только почувствовав уверенность в своих силах и умении, “сносив” комплект шестерёнок, можно заменить на более дорогие.

4. Размеры и вес. Понятно, что выбор зависит от конкретной модели и её конструкции. Существуют и специальные машинки – например малой высоты (низкопрофильные) для размещения на автомоделях или в крыльях авиамоделей. Есть сервомашинки малого размера с повышенным моментом также для использования в качестве крыльевых сервомашинок. В любом случае – выбор за вами. Несомненно, маленькая машинка всегда выглядит привлекательнее, но не стоит забывать о моменте и надёжности.

Теперь нельзя не вспомнить и о машинках специального назначения. Это машинки для уборки шасси самолётов, машинки с длинноходовыми качалками и лебёдки для парусников. Отличие сервомашинок для уборки и выпуска шасси состоит в том, что они работают дискретно, т.е. имеют только 2 фиксированных конечных положения – ведь для работы шасси больше и не надо. Ещё они имеют гораздо больший момент и низкопрофильные корпуса для удобства размещения. Однако применение их для уборки шасси вовсе необязательно. Грамотно спроектированные шасси и большинство фирменных продуктов будут прекрасно работать и со стандартными. Для парусников существует 2 специальных типа, как отмечалось раньше, они предназначены для поворота рей с парусами (подобно тому, как делается на “больших” спортивных яхтах). Здесь не нужна большая скорость реакции, но необходим очень большой момент, особенно для машинки с длинноходовой качалкой. Однако для простейших небольших яхт бывает достаточно и стандартных машинок (это всегда отмечается в инструкции или в каталоге).

И в заключении несколько правил выбора машинок:

1. Для управления газом на модели с ДВС достаточно стандартной машинки (а на малых моделях – применяйте “микро”).

2. Для вертолётов обязательно применяйте машинки с шарикоподшипниками, а ещё лучше – с металлическими шестернями, так как они должны обладать повышенной стойкостью к вибрациям. Разрушение машинки на вертолёте чревато гораздо более серьёзными последствиями, чем на самолёте, и ремонт (если он окажется вообще возможен) обойдётся намного дороже. Поэтому не стоит экономить на машинках. Для управления хвостовым винтом предпочтительнее использовать скоростную “coreless” машинку.

3. На автомоделях для управления поворотом используйте машинку с шарикоподшипником. А на моделях масштаба 1:8 и больше – желательно повышенной мощности и с металлическими шестерёнками, причём для “шоссейных” автомобилей предпочтительны скоростные “coreless” машинки.

4. Для управления рулём глиссеров с ДВС, особенно больших кубатур, ставьте машинку повышенной мощности с шарикоподшипником и металлическими шестернями (нагрузки на руль весьма велики).

5. Если у вас нет места для размещения одной мощной машинки управления элеронами или рулём высоты самолёта, поставьте несколько более миниатюрных и менее мощных, по одной на каждую управляемую поверхность. При этом их можно включить или через разветвитель, или на разные каналы цифрового пульта, запрограммировав микшер каналов соответствующим образом. В последнем случае вы можете получить несколько дополнительных возможностей управления.

6. Запомните! Чем мощнее машинки и чем большее их количество, тем более ёмкая батарея требуется.

Несколько подробнее о потребляемом токе. Это весьма важная величина для выбора батареи питания аппаратуры. К сожалению, вы не найдёте в фирменных каталогах реальных данных об этом. В лучшем случае бывает приведён ток покоя – т.е. когда машинка не движется. Как правило он достаточно мал (8-10мА для стандартной машинки), чтобы его можно было принимать во внимание. Но реально, когда вы работаете рулями, ток гораздо больше – пиковый ток потребления стандартной сервомашинки доходит до 300-350мА, а за средний при этом получается около 150мА. Для других машинок можно оценить потребляемый ток исходя из их момента. Очень грубо – потребляемый ток прямо пропорционален моменту, т.к. потребляемый самой электронной схемой ток (это и есть тот самый ток покоя) пренебрежимо мал по сравнению с тем, что потребляет мотор сервомашинки при движении. На самом деле, это справедливо для тех машинок, у которых скорость реакции примерно одинакова. Более же быстрые, но с тем же моментом машинки будут потреблять ещё больше (опять, грубо можно считать, что пропорционально скорости). Следует обращать внимание как на пиковый ток – аккумулятор не должен “просаживаться” (т.е. на нём не должно резко падать напряжение) при максимальной пиковой нагрузке, т.к. это может вызвать сбой аппаратуры, особенно ИКМ (PCM) приёмников или других цифровых устройств. Ну и он должен иметь ёмкость, чтобы обеспечить вам достаточное время работы, так чтобы вы не оказались в ситуации, когда аппаратура отказывает во время гонки или в полёте.

Теперь немного о помехах, создаваемых самими сервомашинками при работе. Поскольку, в каждой применён электродвигатель, то каждая машинка создаёт помехи при его раскручивании, торможении и изменения вращения, а также, из-за искрообразования на щётках коллектора. Электронная схема, конечно несколько уменьшает помехи, но не может устранить их полностью. И помехи тем выше, чем выше мощность машинок, чем хуже аккумулятор (менее ёмкий, с большим внутренним сопротивлением). На маленьких моделях это неактуально. А особенно это становится актуальным на авиамоделях “гигантского” масштаба, на которые ставится несколько больших и мощных сервомашинок. С другой стороны, такие модели имеют значительные размеры, массу и мощность двигателя, которые позволяют установить батарею большой ёмкости или даже две. Некоторые даже применяют несколько параллельных цепей. Обязательно необходимо придерживаться правил монтажа – мощные сервомашинки подключаются к батарее толстыми проводами. И провод от батареи к приёмнику должен быть толстым. На провода питания сервомашинок надеваются ферритовые кольца. Ещё лучше – сделать разводочную колодку, на которую подключить толстыми проводами мощную батарею и сервомашинки и соединить уже её тонкими проводами с приёмником (можно подключит к приёмнику и дополнительный аккумулятор). Кардинальным образом отвязаться от помех можно включив оптронную развязку и применив две различных батареи для питания сервомашинок (мощную) и приёмника (маломощную) и два выключателя. В таком случае электрического контакта между цепями приёмника и цепями сервомашинок не будет вообще, поэтому практически не будет и помех.

Василий Яйлиян

Смотри также: