Moin,

Nachdem wie ich finde noch einiger Dikussions bedarf aus diesem Threader besteht:

viewtopic.php?f=21&t=127532

Dachte ich es wäre doch sinnvoll einen "Parallel" Thread zur Technischen Diskussion aufzumachen,


Also zum Thema

Zitat

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ein bisschen Theorie, die aber un erzichtbar ist. Ein 8 Bit Zähler der mit 16Mhz getaktet wird, teilt diese Frequenz bekanntlich durch 256. Somit liefert er Impulse für den nachfolgenden 16Bit Zähler oder auch Counter genannt in der Höhe von 62.5 Khz. Dies entspricht einer Periodendauer von 1.6 uS. Was hier in diesem Beispiel als minimale Auflösung gilt. Kann natürlich noch verkleinert werden, aber später. Wie wir Wissen ist die PWM Frequenz für Modellbau-Servos 500Hz. Dies würde dann einer Auflösung von (1/500)/0.0000016 = 125 also 1:126. Dies ergibt 125 Positionen für eine Drehung von 180 Grad. Was bedeutet, dass das Servo ziemlich ruckelt. Jetzt kann man die Auflösung soweit in Schritten von 2,4, 8 × verkleinern, indem man den Vorteiler dementsprechend verkleinert. Idealerweise sollte man eine Auflösung von 1:512 erreichen, indem man den Vorteiler entsprechend anpasst. So würde das ruckeln in fast nicht spürbare Bereiche verkleinern. Dies würde bei einer reinen Softwarelösung eine Zykluszeit von 0.4 uS bedeuten. Ob dies der Arduino bei einer Softwarelösung schaft, wage ich zu bezweifeln. Zykluszeit ist diejenige Zeit, in der alles, was im Zusammenhang mit der Signalerzeugung zu tun ist, erledigen kann. Diese Berechnungen gehen einem solchen Projekt immer voran, bevor man über weitere Möglichkeiten überhaupt diskutiert.

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Ich habe dazu erst ein mal eine Frage woher nimmst du die optimale Auflösung 1:512.
Auch kann ich der Argumentation warum der Servo bei geringer Ortsauflösung stark ruckelt nicht nachvollziehen.

Die Idee ist doch folgende ich gebe ein Position nahe der Ursprungsposition vor, und gebe danach eine Positon ein stück weiter vor,
die Geschwindigkeits Verlangsamung kommt doch daher das der Servo in sollpositions nähe langsamer wird.

Viele Grüße
Lars

Moin Roberto,

Zitat von Roberto

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Hallo Lars,


DDie Reaktionszeiten eines Modellbauservos liegen im Bereich von 1 - 4mS je nach Qualität.
Zur Reaktion des Servos auf Digitale Ansteurung auf der Modellbahn:
Bekanntlich werden die Sollwerte digital sozusagen Häppchenweise ausgegeben und dies mit einer Frequenz von 500 Hz.

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Die sollwerte werden mit einer Frequenz von 50Hz also 20ms vorgegeben, nicht mit 500Hz, wenn ich nun entsprechend viele werte vorgebe,
ist die Stellzeit bis zum erreichen der Jeweiligen position kürzer, bei gleichbleibender zeit bis ein neues Signal generiert wird.

Auch deine Aussage zum Verlangsamen stimmt nicht, wenn sie dies nicht tun würden hätte ich ein Übersprechen des Servos, d.h. er würde über die Zielposition hinaus fahren, diese Verhalten wäre besonders bei Helikoptern fatal. Falls du es immer noch nicht glaubst:

http://rn-wissen.de/wiki/index.php/Servos

"Hack" Methode 1 macht sich genau das zu nutzen, bei bedarf drehe ich davon auch gerne mal ein Video.


Viele Grüße,
Lars

Zitat von Roberto

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Simmt, die Ansteuerfrequenz ist nur 50Hz. Sorry für den Irrtum. Die Geschwindigkeit wird von der Ansteuerfreqenz und den Werten bestimmt. Also da die Frequenz bekanntlich 50Hz beträgt, muss ich um 2 S Laufzeit zu erreichen 100 neue Werte übermitteln. Dies bedeutet aber auch eine Unterteilung des Weges in 100 Teile. Bei 4S wären es dann 200 Teile. Mit 50Hz geht dann eine feinere Unterteilung zu Lasten der Zeit. Dies wäre dann schon eine recht grobe Unterteilung. Bei 512 Werten würde die Laufzeit bei 180 Grad 10 Sekunden dauern.

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Deine rechnung setzt aber voraus das der servo von position zu Position 20ms braucht, und dem ist ja einfach nicht so.
Und in wiefern gehen mit 50Hz eine Feiner Unterteilung zur lasten der zeit? Und welcher Zeit überhaupt?

Zitat

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Natürlich gibt es ein gewisses Überschwingen (nicht Übersprechen). Diesem wird durch hochwertigen Motoren mit Eisenlosen Ankern also möglichst wenig Trägheitsmassen begegnet. Dieses Überschwingen ist äusserst Minim zumindest bei Hochwertigen Servos und spielt bei unseren Anwendungen überhaupt keine Rolle. Diese Überschwingen tritt nur wegen dem Trägheitsmoment der Mechanik auf.

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Mit Übersprechen meinte ich das ja Elektronisch eine Regelung Nötig ist, da sonst immer eine Fehlpositionierung stattfindet.
Die Regler haben aber immer ein Überschwingen, um dies zu verringern verlangsamt sich die Stellgeschwindigkeit wenn man in die nähe des Sollposition kommt.

Zitat

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Dies ist wieder eine ganz andere Geschichte. Beim Hacken wird die Rückmeldung für die Elektronik entfernt. Die Elektronik muss ja jederzeit wissen, wie die Stellung ist. Fehlt nun diese Rückmeldung, so arbeitet des Servo nicht mehr als Servo, sondern nur noch wie ein schlichter Getriebemotor in beide Richtungen.

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Ich bezog mich darauf das bei festgelegtem Spannungsteiler(Position des Servo), die Stellgeschwindigekeit des Servo über die Impulsbreite bestimmt wird, das passiert auf grund der Regelung der Elektronik.


Gruß
Lars

Moin Roberto

Zitat von Roberto

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Hallo,

Zitat

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Deine rechnung setzt aber voraus das der servo von position zu Position 20ms braucht, und dem ist ja einfach nicht so.
Und in wiefern gehen mit 50Hz eine Feiner Unterteilung zur lasten der zeit? Und welcher Zeit überhaupt?

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In 20mS Schafft das Servo locker ein so kleinen Schritt (Ansprechzeit 1 bis 4 mS). Je mehr Stellungsbefehle in feinerer Unterteilung desto mehr Zeit braucht es, da ja nur 50 Befehle in der Sekunde übermittelt werden können. Dies trifft natürlich nur zu, wenn es sich um kleine Schritte handelt. Je grösser die Schritte, um so schneller geht es.

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Genau Wenn ich sehr kleine Schritte habe schaft der Servo das in Deutlich unter 20ms, es vergehen aber zwangsläufig 20ms bis der Behfel zum weiterdrehen kommt, wenn der Servo 10ms benötigt um den Schritt zufahren steht der Servo 10ms, es entsteht ein Ruckeln. Wenn ich nun die den Weg zwischen 2 schritten so wähle das er sagen wir mal 21ms beträgt, entsteht kein so starkes Ruckeln, ich habe aber die Ortsauflösung verringert.

Zitat von Roberto

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Zitat

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Mit Übersprechen meinte ich das ja Elektronisch eine Regelung Nötig ist, da sonst immer eine Fehlpositionierung stattfindet.
Die Regler haben aber immer ein Überschwingen, um dies zu verringern verlangsamt sich die Stellgeschwindigkeit wenn man in die nähe des Sollposition kommt.

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Ich habe ja schon geschrieben, dass immer ein Überschwingen stattfindet hier jedoch ganz Minimal also Vernachlässigbar. Wenn man den PID Regler richtig einstellt ist auch die Verlangsamung und das Überschwingen minimal. Auf keinen Fall tastet sich das Servo langsam an die Zielposition heran, so wie du es beschreibt.

Zitat

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Ich bezog mich darauf das bei festgelegtem Spannungsteiler(Position des Servo), die Stellgeschwindigekeit des Servo über die Impulsbreite bestimmt wird, das passiert auf grund der Regelung der Elektronik.

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Bei festgelegtem Spannungsteiler gibt es keine Regelung mehr. Nur noch eine Drehzahl Vorgabe, die von der Pulsbreite abhängt. Insofern stimmt deine Aussage.

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Die Elektronik Regelt nach wie vor, ich Gaukel der Elektronik ja nur eine Position vor, wenn die Stellgeschwindigkeit nicht von Soll und Ist wert abhängt, wieso wird dann Plötzlich die Geschwindigkeit mit der Impulsbreite eingestellt?
So wie du es beschreibst müsst dann ja nur Linksdrehen, Rechtsdrehen, Stillstehen gehen.

Viele Grüße,
Lars

Hallo Roberto,

Zitat von Roberto

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Du meinst also man sollte dem Servo eine Vorgabewert präsentieren, dass die Bewegung noch nicht beendet ist, wenn der neue Wert eintrifft? Ja, dies könnte funktionieren. Fragt sich nur, was für ein Winkel Das Servo in dieser Zeit dreht. Ich fürchte, dass in diesem Falle die Geschwindigkeit zu hoch wäre. Müsste man einmal ausprobieren. Sicher wäre es von Typ zu Typ unterschiedlich.

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Ja genau, das meine ich ansonsten lässt sich ein Ruckeln nicht vermeiden, das Problem ist wenn ich die Ortsauflösung erhöhe, verringert sich auch die Zeit die der Servo zwischen Zwei benachbarten Punkten braucht, also je höher du deine Auflösung wählst desto länger braucht der Servo zwar, aber desto stärker Ruckelt er, da ja die Zeit in der er still steht sich vergrößert.

Natürlich ist das von den Parametern des Servo abhängig, es gilt das Optimum zufinden, daher lassen sich die Zeitschritte in der lib ja auch einstellen,
also stoßen wir bei dem Problem des Ruckelfreien Servos nicht auf das Problem das die Digitale Auflösung zugering ist, sondern das es Grenzen aufgrund des Protokolls gibt. Die Grenzen hängen aber auch von den Mechanischen und elektrischen gegebenheiten des Servo ab.

Zitat

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Ja das ist eine gute Frage. Darüber habe ich auch schon nachgedacht. Bei normalem Verständnis von Regelkreisen müsste der Motor schon bei der Geringsten Abweichung von der Mittelstellung von 1mS in die jeweilige Richtung mit Maximalgeschwindigkeit loslegen. Es handelt sich ja um ein
PID Regler. Die Erklärung dafür ist der Differenzialwert des Reglers, der die Motorspannung abhängig von der Abweichung des Istwertes vom Sollwert in eine Proportionale Spannung umrechnet. Da sich der Istwert nicht verändert, kommt der Integral und Proportionalwert gar nicht zur Auswertung. Deswegen fungiert die Elektronik nicht mehr als Regelung, sondern nur noch als Steller.

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Mhm okay das Klingt plausible, wobei ich auch im PID Regler nie eine Perfekte Sprungantwort bekomme, also er in der nähe lansamer wird, um ein Überschwingen zuvermeiden.

Viele Grüße,
Lars

Hallo Roberto,
Ja dann haben wir es ja jetzt

Eine Drehzahl Regelung wäre eventuell auch durch ein herabsetzten der Betriebspannung möglich.

Viele Grüße,
Lars

Moin Roberto,

Moderne CMOS Chips arbeiten ja bei 3.3V, die Analogen Servo die ich hier noch rumliegen habe, haben die IC-Kombination aus BA6688L und als Treiber BAl6886, Leider kann ich kein Datenblatt dazu finden.

Aber was interessantes für Digital Servo habe ich gefunden
http://www.hitecrc.de/store/dokumente/HFP-20.pdf

Also kann man Digital Servo Programmieren, um die Stellgeschwindigkeit einzustellen.
Eventuell könnte man dem Servo darüber einen ganzen Ablauf bei bringen, das wäre aber dann schon Hardcore Reversenginering, und würde ien Hobby Projekt übersteigen.

Dein Decoder Projekt klingt Spannend.

Viele Grüße Lars

Hallo ihr beiden,
ich habe mir eure Diskussion jetzt mal durchgeschaut. Einiges davon kann ich nachvollziehen, anderes jedoch nicht.
Gut meine Regelungstechnik-Vorlesung ist schon eine Weile her , aber einiges ist doch hängen geblieben, denn man hat es ja doch ab und zu mal wieder gebraucht.

Der Regelkreis in einem Servo besteht sowohl aus der Elektronik - die einen wesentlichen Anteil an der Regelverstärkung hat, und an der Mechanik, denn die macht die Rückführung. Weicht der Sollwert (Impulsbreite) vom Istwert (Potistellung) ab, gibt es eine Regelabweichung, die von der Eektronik verstärkt wird und als Stellgröße (Spannung) an den Motor gegeben wird. Der Motor dreht das Poti, wodurch die Reglabweichung kleiner wird, was wiederum auch die Motorspannung verkleinert. Die Verstärkung in der Elektronik bestimmt, bei welcher Regelabweichung die Motorspannung ihren Maximalwert erreicht, und nicht mehr weiter steigt. Wird die Regelabweichung klein, d.h das Poti nähert sich dem Sollwert, so wird die Motorspannung aber auf jeden Fall auch kleiner - d.h. der Motor wird in der Nähe des Sollwertes langsamer. Deshalb kann man mit der Festlegung des Potis dann auch über die Impulsbreite die Motordrehzahl steuern. Denn dann ändert sich mit der Impulsbreite die Regelabweichung, ohne dass das System sie nachregeln kann und es entsteht eine von der Impulsbreite abhängige Motorspannung.
Ist die Verstärkung zu groß, d.h. die Motorspannung ändert sich schon bei kleinen Regelabweichung sehr stark, wird der gesamte Regelkreis instabil und das System schwingt. Das gilt für jede Regelung.
Verändere ich den Sollwert jetzt nur in sehr kleinen Schritten, ist auch die Regelabweichung immer nur sehr klein, und ich werde auch immer nur eine kleine Motorspannung haben.
Und jetzt haben wir das gleiche Problem wie bei unseren Lokomotiven, wenn die langsam fahren sollen: je nach Qualität von Motor und Getriebe ruckelt es.

Hallo Franz-Peter,

Genau so wie du es beschreibst habe ich es mir auch vorgestellt.
Roberto hat eingewendet das ich die Parameter des PID-Regler so einstellen kann das die Sprungantwort des Reglers sehr steil ist, der Regler also erst im letzten Moment abbremst. Wenn jetzt derIstwert sich nicht mehr ändert, werden der D-Anteil Null, ich habe nur noch einen PD-Regler, der dann natürlich das beschrieben Verhalten hat.
So ist es aus meiner Sicht, was stimmt weiß ich nicht, das müsste man im Zweifel durch Testen rausfinden.

Viele Grüße,
Lars

Hallo zusammen,

ich kann auch noch etwas zu eurem Problem beitragen:
Meine Erfahrung ist, dass das kleinste delta t im Impulssignal auf das ein Servo reagiert auch vom Servotyp abhängt. Ich habe z.B. Servos, die bei weniger als 40us delta t nicht mehr zuverlässig mit einer Bewegung reagieren. Testen kann man ein spezielles Servo, indem man das Impulssignal z.B. mit +/- 20us um 1ms toggeln lässt. Das heißt es gibt eine systemische Untergrenze für eine scheinbar ruckelfreie langsamste Bewegung.

Die 50Hz der Pwm sind nicht so kritisch und können durchaus deutlich schneller sein. 500Hz sind zwar etwas viel des Guten aber 100Hz haben bis jetzt eigentlich alle Servos akzeptiert. Dadurch kann man öfter Positionssignale übertragen und erreicht kontinuierliche Bewewgungen, solange das minimale delta t ausreichend groß ist (siehe oben).

An einem bestimmten Punkt ist aber einfach Schluss, da ein Servo nun mal für "möglichst schnell auf Position X fahren" konstruiert ist.
Optimale Ergebnisse bekommt man vermutlich, wenn man Motor und Positionsgeber aus dem Servo herausführt und den Motor über Pwm direkt ansteuert. Da kann man dann auch nette Regelkreise integrieren.

Grüße
Florian

Hallo Florian,

Zitat von hampton

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Meine Erfahrung ist, dass das kleinste delta t im Impulssignal auf das ein Servo reagiert auch vom Servotyp abhängt.

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Das ist auch meine Erfahrung - und es hängt sehr stark vom Servotyp ab. Bei billigen Servos hängt es oft sogar davon ab, wo der Servo gerade steht ( ich denke das liegt an mangelhaften Getrieben).

Zitat von hampton

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An einem bestimmten Punkt ist aber einfach Schluss, da ein Servo nun mal für "möglichst schnell auf Position X fahren" konstruiert ist.

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Das ist definitiv so. Wobei dieser 'bestimmte Punkt' je nach Servo extrem unterschiedlich sein kann.

Zitat von hampton

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Optimale Ergebnisse bekommt man vermutlich, wenn man Motor und Positionsgeber aus dem Servo herausführt und den Motor über Pwm direkt ansteuert.

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Das habe ich auch schonmal versucht (Ok, war bei einem recht günstigen Servo). Das Ergebnis war ernüchternd. Aufgrund der eher für schnelle Bewegungen ausgelegten Konstruktion ist die Getriebeuntersetzung nicht sooo stark, und der Motor muss für eine langsame Bewegung eben auch recht langsam laufen. Und was das bedeutet kennen wir alle von unseren Lokomotiven . Sicher - wie dort auch lässt sich mit entsprechend intelligenter Motoransteuerung noch ein bisschen rauskitzeln. Aber wenn der Motor eben billig ist... Es wurde jedenfalls nicht besser als mit der Regelelektronik. Eine Drehzahlregelung mit Auswertung der EMK war meine Ansteuerung allerdings nicht. Das könnte noch etwas bringen, aber ob sich der Aufwand lohnt - dann lieber gleich ein Getriebemotor mit entsprechend hoher Untersetzung.

Hallo Lars,

Zitat von Eisenhorn

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Genau so wie du es beschreibst habe ich es mir auch vorgestellt.
Roberto hat eingewendet das ich die Parameter des PID-Regler so einstellen kann das die Sprungantwort des Reglers sehr steil ist, der Regler also erst im letzten Moment abbremst.

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Also, ein PID-Regler kann da eigentlich nicht drin sein. Der I-Anteil ist ja letztendlich ein Speicher, der dafür sorgt, dass ich auch bei Regelabweichung 0 eine Stellgröße haben kann. In unserem Fall muss der Motor bei Regelabweichung 0 stillstehen, darf also auch keine Spannung mehr erhalten. Da kann also maximal ein PD-Regler drin sein. Auch die von ihm angegebenen Reaktionszeiten von 1-4ms und Stellzeiten deutlich unter 20ms sind illusorisch. Das würde bedeuten, dass der Stellmotor in einem Zeit/Frequenzbereich gestartet und gezielt wieder gestoppt werden müsste, in dem man per PWM die Drehzahl der Motoren steuert. Wenn seine Werte möglich wären, würde ein solche PWM-Steuerung gar nicht funktionieren. Selbst Corelessmotoren sind nicht so schnell. Die soll man in dem Frequenzbereich zwar nicht mit PWM betreiben, aber wirklich starten und stehenbleiben können die so schnell auch nicht - schon gar nicht wenn da auch noch eine massebehaftete Mechanik dranhängt.
Die Servos sind zwar bei einem größeren Stellweg recht schnell, aber da fällt dann die Zeit zum Beschleunigen und Abbremsen auch nicht mehr so ins Gewicht. Bei sehr kleinen Sollwertänderungen erreicht der Servo seine Maximalgeschwindigkeit bei weitem nicht.

Hallo,

Also durch Regelungstechnik habe ich eh nie den ganzen Durchblick, was auch an usnerem Professor liegt.
Aber nach meinem Verständnis ist es so wie Franz-Peter sagt.

zu den 50Hz ich würde auch sagen das man sie größer wählen kann, da die 50Hz ja aus der Anzahl der Kanäle kommt, und die bei 2 Kanälen durch aus kürzer sein könnte.


Grüße Lars

Hallo,

Zitat von hampton

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Meine Erfahrung ist, dass das kleinste delta t im Impulssignal auf das ein Servo reagiert auch vom Servotyp abhängt. Ich habe z.B. Servos, die bei weniger als 40us delta t nicht mehr zuverlässig mit einer Bewegung reagieren. Testen kann man ein spezielles Servo, indem man das Impulssignal z.B. mit +/- 20us um 1ms toggeln lässt. Das heißt es gibt eine systemische Untergrenze für eine scheinbar ruckelfreie langsamste Bewegung.

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Ich habe mir jetzt mal einen kleinen Sketch geschrieben, mit dem man das testen kann. Alle 0,5sec macht es abwechselnd einen Schritt vor und wieder zurück. Verwendet habe ich die von mir angepasste Lib, die die Impulse per HW erzeugt. Die sind auf 0,5µs genau und reproduzierbar.
Das Servo aus dem Video, bei dem die Bewegung schon recht flüssig ist, kann bereits Schritte von 7µs reproduzierbar ausführen, 6µs sind grenzwertig und bei 5µs bewegt es sich eindeutig nicht mehr zuverlässig. Meine analogen Servos sind da deutlich schlechter. Bei der doppelten Schrittgröße bewegt sich zwar was, aber die mechanische Schrittweite ist da - trotz exakt gleichen Impulswechsel mal größer mal kleiner. Also kein Wunder, dass das ruckelt. Ich habe sogar ein Servo, dass ab einer minimalen Schrittweite anfängt eher unkontrolliert größere Bewegungen zu machen. Da scheint die Regelung total durcheinander zu kommen. Es könnte also durchaus sein, dass es - je nach Servotyp - besser ist die Impulslänge nicht so oft, und dann dafür in etwas größeren Schritten zu ändern.
Ich werde mal versuchen, meine Lib entsprechend anzupassen - mal sehen was dann da rauskommt.