Projeto e controle de um sistema do tipo barra-bola

Abstract

Este trabalho aborda o desenvolvimento de um protótipo do sistema barra-bola, incluindo sua modelagem matemática e estratégias de controle, com o objetivo de comparar técnicas de controle como PID, I-PD, lógica fuzzy, realimentação de estados e controladores híbridos. A modelagem dinâmica do sistema foi derivada das leis de Newton, e o sistema foi construído usando materiais e componentes de baixo custo: um microcontrolador ESP32, um sensor VL53L0X (para medição da posição da bola) e um sensor ultrassônico HC-SR04 (para definição da referência desejada), acoplados a um servomotor TowerPro MG996R que regula a inclinação da barra. O projeto incorpora duas Interfaces Homem-Máquina: uma embarcada no protótipo para o ajuste de parâmetros e visualização de dados em tempo real, e outra externa para monitoramento remoto. A implementação utilizou ferramentas como MATLAB/Simulink (para simulação e projeto de controladores), Arduino IDE (programação do ESP32) e Visual Studio Code (desenvolvimento da IHM externa). Os testes de desempenho, realizados com entradas do tipo degrau e rampa, avaliaram os controladores por meio de critérios integrais e da análise das características da resposta transitória. Os resultados demonstram que cada técnica apresenta vantagens específicas, dependendo do critério analisado, destacando a importância da seleção contextual do controlador para otimizar o desempenho do sistema.