Versuche mit dem Servomotor, Teil 3

Die bisherige Elektronik-Lösung mit vier Transistoren hatte nur eine Verstärkung von 1 und zeigte deshalb ein starkes Nachhinken der Regelung. Man braucht also eine höhere Verstärkung. Das ist genau die richtige Aufgabe für einen Operationsverstärker. Die Verstärkung lässt sich hier einfach einstellen und verändern.

Die Schaltung benötigt jetzt eine doppelte Betriebsspannung, damit der Motor in beide Richtungen gedreht werden kann. Wenn man zwei mal 5 V verwendet, können noch relativ kleine Leistungstransistoren im TO92-Gehäuse eingesetzt werden. Im Versuch wurde der BC338 und der BC328 verwendet.

Der Operationsverstärker arbeitet mit einer Verstärkung von 20. Deshalb ist auch die Regelgenauigkeit jetzt erheblich verbessert. Man könnte durch Veränderung der Widerstände eine noch höhere Verstärkung einstellen. Allerdings kommt man dann wieder an einen Punkt, wo Regelschwingungen einsetzen. Verbesserungen bis hin zum perfekten PID-Regler sind möglich.

Die Eingangsspannung des Reglers liegt nun im Bereich 0 bis 5 V. Man kann entweder ein Poti anschließen oder den Eingang über ein PC-Interface ansteuern. Das SIOS bietet sich an, weil es damit nur ein kleiner Schritt vom manuellen Test zu einem automatisierten Ablauf ist. Bei Versuchen mit dem SIOS kann die untere Versorgungsspannung von 5 V direkt vom Interface abgenommen werden. Die zweite Spannungsquelle wird von einem zusätzlichen Steckernetzteil bereitgestellt. Eine Alternative zeigt das folgende Schaltbild:

Hier wird eine stabile Brückenspannung aus der 5-V-Versorgungsspannung des SIOS über zusätzliche Transistor-Emitterfolger gewonnen. Die Versorgungsspannung von 12 V für das SIOS kann dann für die Servos mit verwendet werden. So kommt man mit einem einzelnen Netzteil aus.

5 Volt rein, 5 Volt raus, da könnte man auf die Idee kommen, die beiden rechten Transistoren einfach wegzulassen. Aber das geht aus folgendem Grund nicht: Im SIOS steckt ein integrierter 5-V-Spannungsregler, der zuverlässig dafür sorgt, dass die Spannung nicht unter 5 V absinkt. Er kann aber nicht verhindern, dass die Spannung über 5 V ansteigt, wenn man einen Strom von außen zuführt. Genau das würde aber bei der Verwendung als Brücken-Mittenspannung für eine Motorrichtung passieren. Deshalb braucht man den Puffer.

Wer auch bei Fehlern in der enu aufgebauten Schaltung sicher sein will, dass das SIOS nicht in Gefahr gerät, sollte lieber auf die Verwendung der 5-V-Spannung vom SIOS verzichten und mit externen Netzteilen arbeiten.

Programmierung

Der Servomotor kann nun einfach über einen Analogausgang des SIOS gesteuert werden. Der Regelkreis wurde in die Elektronik verlegt, SIOS steuert den Eingang des Reglers. Damit ist es ganz einfach, programmierte Bewegungen zu erzeugen. Hier ein Beispiel:

PROGRAMM
 Wiederhole 
         A-Ausgang = 200
         B-Ausgang = 80
         Warte 1 Sekunden
         B-Ausgang = 110
         Warte 1 Sekunden
         A-Ausgang = 140
         B-Ausgang = 140
         Warte 1 Sekunden
         B-Ausgang = 170
         Warte 1 Sekunden
         A-Ausgang = 80
         B-Ausgang = 200
         Warte 1 Sekunden
 Bis Tastendruck
ENDE.

Wer genau hinschaut wird sich fragen, warum in diesem Programm denn zwei Ausgänge gesteuert werden. Hier wurde schon auf die Möglichkeiten vorgegriffen, die nun bestehen. Da pro Motor nur noch ein Ausgang benötigt wird, kann man nun preiswerte Bewegungsmodelle mit zwei Motoren für das SIOS-Interface bauen.