Catálogo de Temas dos Projetos

1. Modelagem/identificação do sistema
2. Análise e especificação de desempenho
3. Projeto de controlador por LGR
4. Projeto de controlador por resposta em frequência

5. Simulação computacional
6. Implementação do controlador no sistema real
7. Redação de artigo
8. Apresentação dos resultados

• Atuador: tensão de armadura \(v_a(t)\) (driver PWM)
• Sensor: encoder incremental no eixo

• Controlada: velocidade \(\omega(t)\) ou posição \(\theta(t)\)
• Planta: 1ª ordem dominante — modelo clássico de eletromecânica

O que é: braço pivotado na horizontal; um motor com hélice numa das pontas gera empuxo, erguendo o ângulo do braço.

• Atuador: motor + hélice (empuxo \(\propto \text{PWM}^2\))
• Sensor: potenciômetro ou encoder no eixo de pivô

• Controlada: ângulo do braço \(\theta(t)\)
• Planta: análoga a um pêndulo — 2ª ordem, não linear, linearizada em torno do ponto de operação

O que é: conversor CC–CA (PWM) alimentando um motor CA, com controle V/f.

• Atuador: índice de modulação / frequência do PWM
• Sensor: tacogerador ou encoder no eixo do motor

• Controlada: velocidade do motor CA
• Planta: malha de velocidade dominada por 1ª ordem, sobre uma camada de eletrônica de potência

O que é: resistência de aquecimento + sensor de temperatura num volume isolado.

• Atuador: potência no resistor (PWM via relé de estado sólido)
• Sensor: termopar ou termistor

• Controlada: temperatura \(T(t)\)
• Planta: 1ª ordem com atraso de transporte — \(G(s) = \dfrac{K}{\tau s+1}e^{-\theta s}\)

O que é: filtro ativo de 2ª ordem (passa-baixas) com amplificador operacional.

• “Atuador”: parâmetros do circuito (\(\omega_n\), \(\zeta\)) ou tensão de excitação
• Sensor: medição direta da tensão de saída

• Controlada: resposta em frequência / tensão de saída \(v_o(t)\)
• Planta: 2ª ordem puramente elétrica, sem não linearidades mecânicas

O que é: uma bola rola livremente sobre uma viga; um servo inclina a viga numa extremidade.

• Atuador: servomotor (ângulo da viga \(\alpha\))
• Sensor: posição da bola (resistivo, ultrassônico ou visão)

• Controlada: posição da bola \(x(t)\) ao longo da viga
• Planta: 4ª ordem em cascata — duplo integrador instável na malha de posição

O que é: ponte retificadora controlada (tiristores ou PWM ativo) regulando a tensão CC de saída.

• Atuador: ângulo de disparo \(\alpha\) (ou razão cíclica)
• Sensor: divisor resistivo na saída CC

• Controlada: tensão CC de saída \(V_o(t)\)
• Planta: filtro LC de saída sobre um ganho não linear do ângulo de disparo

O que é: esfera ou disco ferromagnético levitado sob um eletroímã.

• Atuador: corrente no eletroímã (driver de corrente)
• Sensor: efeito Hall ou óptico, medindo a distância vertical

• Controlada: posição vertical \(z(t)\)
• Planta: força \(\propto i^2/z^2\) — linearizada, instável em malha aberta (polo real positivo)

O que é: uma hélice na base empurra ar contra uma placa articulada, inclinando-a.

• Atuador: motor + hélice (empuxo \(\propto \text{PWM}^2\))
• Sensor: potenciômetro ou encoder no eixo da placa

• Controlada: ângulo da placa \(\theta(t)\)
• Planta: 2ª ordem não linear — mesma família do aeropêndulo, com acoplamento fluido-dinâmico diferente

O que é: quadrimotor fixado em bancada com liberdade rotacional limitada — controla roll/pitch sem o risco de voo livre.

• Atuador: motores + hélices (ESCs, empuxo \(\propto \text{PWM}^2\)), um par por eixo
• Sensor: IMU (acelerômetro + giroscópio)

• Controlada: ângulos de arfagem/rolagem \(\theta_{\text{pitch}}(t)\), \(\theta_{\text{roll}}(t)\)
• Planta: 2ª ordem por eixo, não linear, com acoplamento roll-pitch

O que é: bancada com dois efeitos competindo em constantes de tempo distintas — a saída inicialmente se afasta da referência antes de convergir ao valor final.

• Atuador: depende da implementação (ex.: par de resistências de aquecimento com dinâmicas opostas)
• Sensor: sensor da variável de saída (ex.: temperatura ou nível)

• Controlada: variável de saída \(y(t)\), com resposta inversa característica
• Planta: função de transferência com zero no semiplano direito

• Python — python-control/scipy.signal para o controlador; matplotlib.animation ou Manim para a camada de visualização
• MATLAB — Control System Toolbox para o projeto; funções gráficas (patch, App Designer) para a animação

• Simulink — diagrama de blocos para controlador + planta; Simulink 3D Animation ou Simscape Multibody para a camada visual