Полноценное тестирование рулевых машинок в домашних условиях.
Ранее, я уже немного рассказал про стенд, и его устройство. Для начала попробую объясниться, почему сделал именно так, а не иначе.
Первоначально, была задумка сделать стенд для проверки характеристик сервомашинок. Задача ставилась: проделать все измерения в домашних условиях, и чтобы все необходимые комплектующие были доступны. Не должны требоваться какие либо специальные знания для повторения измерительного стенда в домашних условиях.
Изначально, я думал сделать все совсем просто. Качалка серво, двигаясь замыкает контакты расположенные под углом 60гр, контакты выведены на обычный бытовой секундомер. Этого в принципе должно было быть достаточно. Точность до сотых, простота. Дребезг контактов нивелируется в электронной схеме бытового секундомера. Тупо до безобразия. Оценивались также варианты измерителя с применением микроконтроллера. Вместо контактов применение герконов, датчиков холла и пр. Но Саша предложил гораздо более интересную, но простую для реализации идею. Фиксировать сигнал с датчиков с помощью звуковой карты компьютера. И правда, сейчас трудно найти человека без компьютера. Сигнал можно записывать с помощью любого звукового редактора.
Концепция была интересная, но я по началу не хотел отказываться от схемы с секундомером, так как изначально задумывалось измерить только скоростные характеристики машинок. Но когда работа закипела и появились первые результаты, я прозрел, и понял, что стенд получается универсальный, и может рассказать о сервомашинках очень много интересного. Особенно было интересно что скрывают производители. А скрывают они многое…
Конструкция стенда.
Для изготовления нам потребуется:
Фанера 10мм; мебельный уголок; шурупы; принтер; лист бумаги формата А4;
Датчик холла - 4шт.
Текстолит, из него будем выпиливать длинные качалки для серв;
Обычный бытовой безмен, желательно цифровой. Диапазон измерений - больше, либо равен усилию машинок, которые будем мерить;
Два магнита, чем меньше тем лучше. Я брал диаметром 3мм;
4-х литровая бутылка. Если нет 4-х литровой, подойдет и меньшего объема. С ее помощью мы будем изображать нагрузку на машинки. Наливаем воды, и взвешиваем на нашем безмене. Просто для того, чтобы нагрузка была известна;
Леска плетенка диаметром 0,3мм. Она не тянется, и держит хорошую нагрузку - заявлено 20кг. Реально в половину меньше, так что возможно придется смотать ее вдвое или даже второе;
Сервотестер, либо приемник с передатчиком, чтобы управлять машинками;
Руки, голова, и Саша Сергиенко.
Далее, в любом векторном графическом редакторе, делаем разметку в виде «транспортира» с указанием углов, размерами наших сервомашинок, и разметкой отверстий под датчики.
Примерно вот так:
Наклеиваем на лист фанеры, и выпиливаем лобзиком, или каким либо другим способом.
То же самое делаем с качалками из текстолита. Снимаем размеры, рисуем, наклеиваем, и выпиливаем. Я делал длину плеча качалки 90мм.
Форма будет понятна из рисунка:
Ну остальное дело техники. Считаю, что подробно разжевывать, что и как сделать, на модельном сайте будет излишнем. Не та здесь аудитория.
Датчики холла берем с цифровым выходом. Т.е такие, на выходе которых может быть либо логический ноль, либо логическая единица. В моем случае, датчики с открытым коллектором, поэтому пришлось делать схему с подтягивающими резисторами и инвертором. Т.е когда магнит находится над датчиком, на выходе схемы должна быть единица. Выход схемы подаем на вход звуковой карты нашего компьютера. Можно через делитель, можно без. Я подавал напряжение без делителя. :) Ну что-то лень мне было его считать.
Как и что меряем.
Теперь, самое время рассказать, что и как мы можем померить, и какие сделать из этого выводы.
Мы можем померить скорость сервомашинки при равномерном (линейном) движении. Производители обычно указывают скорость на 60гр. У нас как раз под таким углом расположены датчики.
Линейное движение получаем простым способом - серва в этом случае отклоняется на максимально доступный угол или делает полный пробег качалки - этот параметр обозначен как L1 на рисунке ниже.
Реальную скорость при перемещении на 60гр. Будем называть этот параметр скорость с учетом старт-стоп. В этом случае, качалке необходимо пройти угол чуть больший, чем 60гр. - реально 64-66гр. Это связано с особенностью работы датчиков холла. Единица на выходе появляется не когда магнит находится прямо над датчиком, а чуток раньше, и ноль соответственно появляется чуть позже.
В качестве пояснения смотрим рисунок:
Как нам стало понятно, в этом случае, в крайних положениях наша сервомашинка вынуждена будет осуществить разгон, и торможение. И мы сможем косвенно судить о параметре старт-стоп по ширине импульса от датчика, и по времени пробега 60-ти градусов.
Замер времени в нашем случае можно осуществлять двумя одним способами. Брать время, например, по передним фронтам импульса, но в таком случае, когда будем мерить старт-стоп получиться, что ширина импульса у нас никак не учтется.
Второй способ, измерять время от середины импульсов, что по моему мнению, более корректно, так как примерно в середине импульса магнит находится прямо над датчиком. Именно вторым способом я и измерял.
На рисунке ниже, видно как мы получим линейное движение на 60гр, и как движение со старт-стоп. L1 - движение качалки на полный угол, следовательно на 60-ти градусах движение линейное. L2 - движение качалки на 60гр. Следовательно в крайних точках машинка будет разгонятся или тормозить.
Время затраченное машинкой на разгон и торможение получаем косвенно - вычитаем из скорости с учетом старт-стоп скорость при линейном движении. Например, наша серва пробегает при линейном движении 60гр за 0,052с, а при движении с учетом старт-стоп она пробегает 60гр уже за 0,068с. Получаем: 0,068 - 0,052 = 0,016с. Условно это то время, которое серва тратит на разгон и торможение. Параметр этот весьма условный, но кой какое понимание дает. Например, насколько качественно серва будет отрабатывать частые и мелкие перемещения.
Вот так будет выглядеть записанный сигнал от датчика.
В целом, видно, что серва охотней разгоняется, чем тормозит. Широкий импульс говорит нам, что магнит дольше находится над датчиком. Это означает, что серва снизила скорость.
Поскольку серва это не сферический конь в вакууме, и работать она будет в реальных условиях, то имеет смысл замерить параметры при разном напряжении питания. Для этой цели я сделал аккумулятор 2S LiPo 25С 3700мА/ч. Имеет смысл снимать характеристики машинок в нескольких варинтах:
Полностью заряженная батарея - заряжаем и сразу ставим на стенд. На заряженном борте многие из нас летали :);
Разряженная батарея - разряжаем до 6,6В и ставим на стенд. Бывает, что борт зарядить забываем :);
«Контрольный выстрел в голову» - запитываем от заряженной батареи NiMh 4,8В. Для проверки работы при пониженном питании.
Бросим участника на весы. Опа! Вес с установленной и закрепленной качалкой, не соответствует заявленному, и составляет 74гр.
По хорошему, участника нужно снять с соревнований. Ну ладно, в первый раз простим.
Люфт в редукторах обоих сервомашинок одинаковый - около 0,2гр. Т.е заметного люфта нет. Тут все достойно.
Ну что господа!? Приступим к измерениям?
Начнем со скоростных характеристик, и закончим нагрузочными.
1. Полностью заряженная батарея.
Делалось 10 измерений. Время получалось путем вычисления среднего арифметического по всем замерам. Вот что получилось:
Что можно сказать. У Hitec, хоть и не заявляются характеристики при питании 8,4В, они все равно соответствуют заявленным. А вот у Outrage уже есть несоответствие.
Заявлено 0,10, а реально 0,11. Но вот что радует, время старт-стоп у Outrage заметно лучше. Что это? Сказывается «медленность» сервы, хорошая оптимизация прошивки, либо бесколлекторный мотор? Я пока объяснить затрудняюсь.
2. Условно разряженная батарея.
Делалось все также 10 измерений. Далее, если не указано иное, делается по 10 измерений.
Что мы видим? Hitec в свободном пробеге просел на сотку, Outrage на 3 сотки. В целом совсем не фатально.
3. «Контрольный в голову»
Outrage совсем никакой, Hitec просел, но не сильно. Больше комментировать нечего.
Самое интересное на закуску.
Как же ведут себя сервы при нагрузке близкой к максимальной?
Ну… Тут все просто. Берем нашу бутылку, заполняем ее водой, с трудом догоняем до 4кг. Тут я вынужден расстроить любителей разливного пива. Ребята! Нам недоливают по 100-200гр пива! 4-х литровая бутылка весит 4кг вместе с бутылкой только тогда, когда бутылка налита до краев, под самое горлышко. :) Блин. кругом обман.
Ладно, привязываем бутылку, зацепляем за качалку, и запускам тест.
Делалось больше 10 замеров. Выборка и усреднение осуществлялась по десяти. Длина плеча 20мм, следовательно нагрузка на серву, при весе груза 4кг, составляла 8кг.
Ужос нах! Вот тебе и BLS сынок. Остается только надеяться, что реально нагрузок по 8кг на 90-м вертолете у нас нет. 0,32с на свободном пробеге неприлично много! Заметьте, что серва Hitec под нагрузкой просела не фатально.
Вот так под нагрузкой работает Hitec:
А вот так работает Outrage:
Но я считаю, что делать выводы пока рано. Давайте замерим токопотребление и усилия развиваемые сервами, и еще чего ни будь. :)
Токопотребелние при питании от полностью заряженной 2S LiPo
Hitec 7940TH
Быстрые перемещения на 120гр потребляемый ток - 0,9А.
Берем за конец качалки 10см и сдвигаем на 5гр, т.е сильно нагружаем серву. Потребляемый ток - 4,3А.
И вот здесь, меня ждал жуткий облом. Нагибая качалку в 3-й или 4-й раз, я решил попробовать прокрутить серву градусов на 30, и услышал характерный хрусь. Мля! Явно пришел писдес либо шестерням либо чему-то еще. Проверил. Так и есть. Заедает. Ладно, думаю, терять нечего. Проверим безменом, при каком усилии ломаются шестерни. Сдвинул качалку в целую зону, и давай тягать. И чтобы вы думали…? Сломал конечно. При усилии 20-22кг. Стоит отметить, что защиту от перегрузки в серве я не включал, хотя можно это сделать. А вот Outrage ведет себя более хамски. Сдается, и весьма легко, относительно Hitec, прокрутить можно хоть на 180 гр, отключить защиту нельзя, усилие к сожалению не замерил. Продолжим уже на новой серве Hitec. Силяви. :)
Тяговое усилие, замер безменом - ток 4,28А, усилие 11,15кг (брались средние показания тока по 3 замерам). Тяговое усилие - с какой силой серва может тянуть качалку. Не удерживать, а именно тянуть.
Outrage BL9180
Быстрые перемещения на 100гр - 0,45А
Берем за конец качалки 10см и сдвигаем на 5гр - 2,12А
Тяговое усилие, замер безменом - ток 2,0А, усилие 11,22кг (среднее показание по 3 замерам)
Сдвиг обоих серв одновременно на 5гр - 6,2А.
Мда! Hitec жрет электричество как бык помои! Если будете использовать, озаботьтесь качеством питания борта. Outrage по сравнению с Hitec, электричество просто нюхает.
Усилие при питании от полностью заряженной 2S LiPo
Hitec 7940TH
Замер тягового усилия безменом, среднее по трем замерам - 11,78кг.
Усилие на рывок. Т.е резко двигаетм качалку, и смотрим какие максимальные показания мелькают на безмене. Измерение оценочное. Усилие на рывок составило 18,36кг.
Усилие безменом при сдвиге качалки на 5гр, среднее по двум замерам - 17,68кг
Outrage BL9180
Замер тягового усилия безменом, среднее по трем замерам - 10,56кг.
Усилие на рывок -18кг
Усилие безменом при сдвиге качалки на 5гр, среднее по двум замерам - 13.98кг.
Питание от разряженой до 6,6В LIPO батареи
Измерения не совсем корректные, так как батарея разряжена, а Оутраж мерил первой.
Outrage BL9180
Тяговое усилие на безмене - 7,6кг
Сдвиг качалки при помощи безмена на 5гр - 13,96
Hitec 7940TH
Тяговое усилие на безмене - 11,46кг
Сдвиг качалки при помощи безмена на 5гр - 11,54кг.
Здесь батарея села. Заряжать и делать замер повторно увы уже не хотелось. Прошу прощения.
Ну и «Контрольный в голову»
Усилие при питании от полностью заряженной батареи NiMh 4,8В
Hitec 7940TH
Тяговое усилие на безмене - 7,26кг
Сдвиг качалки при помощи безмена на 5гр - 12кг
Outrage BL9180
Тяговое усилие на безмене - 7,34кг
Сдвиг качалки при помощи безмена на 5гр - 11,84кг
Удержание нагрузки 8кг
Hitec 7940TH
Outrage BL9180
Как видно, обе сервы держат нагрузку примерно одинаково. Сдвиг качалки составляет примерно 1,5гр.
Ну чтож, теперь самое время подвести итоги
В активе Outrage BL 9180 имеем следующее:
Хорошую отработку старт-стоп. Т.е на мелких перемещениях, эта серва будет как минимум не хуже конкурента, а вероятно лучше;
Низкое токопотребление;
Более низкая вероятность поломки редуктора из-за перегрузки.
В пассив запишем следующее:
Посредственные скоростные характеристики, которые сильно зависят от напряжения питания;
Неприемлемые скоростные характеристики под нагрузкой 8кг. 0,32с это ни о чем;
Сильно уменьшается усилие при разряде батареи, и составляет 7,6кг, против 10,56кг на заряженной батарее;
Характеристики веса и скорости не соответствуют заявленным.
В активе конкурента - Hitec 7940TH:
Отличные скоростные характеристики, которые не сильно зависят от напряжения питания;
Усилие, которое развивает серва не сильно зависит от напряжения питания;
Отличные скоростные показатели под нагрузкой 8кг;
Характеристики веса соответствуют заявленным. Характеристики скорости даже немного выше.
В пассиве у Hitec 7940TH следующее:
Высокое токопотребление;
Высокая вероятность поломки редуктора, если не включить защиту от перегрузки. По умолчанию она выключена.
Старт-стоп хуже чем у конкурента, потенциально будет хуже отрабатывать мелкие перемещения.
Выводы для себя
Для себя я выводы сделал, и они к сожалению не утешительные. Но выбора у меня нет.
У меня было всего 3 сервы Hitec 7940TH, одну я нае…ул. Догадайтесь сколько осталось. Видимо Бог как бэ намекает мне: «Пора попробовать и BLS сервы, чувак!»
Выводы по стенду и методике измерений, и вообще по проделанному:
Методика имеет хорошую точность и повторяемость измерений;
Измерять можно характеристики практически любых сервомашинок;
Стенд не сложен для изготовления в домашних условиях;
Имеется потенциал для развития. Планирую сделать на базе этого стенда «кардиограф». Т.е можно будет фиксировать не только временные и нагрузочные параметры, но еще и характер движения качалки. Те самые пресловутые и загадочные мелкие перемещения, на которых якобы лучше работают BLS сервомашинки;
Для рыбаков - заявленные характеристики «плетенки» не соответствуют действительности. По просьбе товарища заядлого рыбака потестировал на разрыв - среднее по десяти замерам усилие разрыва в два раза меньше от заявленного. Измерял плетенки 0,25 и 0,13;
Гады! Обманывают с объемом пива :);
Гады! Обманывают с характеристиками сервомашинок;
Не все то хорошо, что хвалят на форумах.
P.S В файле находятся данные измерений с пояснениями. Открыв wav файлы в звуковом редакторе, желающие могут потренироваться, и заодно проверить меня.
Огромное спасибо Александру Сергиенко, за критику, идеи, и активное участие в проекте. По сути, это наш совместный труд.
