Controle de Ângulo de Aeropêndulo

Controle Clássico
Robótica
Disponível
Modelagem, identificação e controle do ângulo de uma bancada didática de aeropêndulo (braço pivotado acionado por hélice) em torno de referências variáveis.
Data de Publicação

16 de julho de 2026

Objetivos

O aeropêndulo é uma planta didática composta por um braço pivotado em torno de um eixo horizontal, com um conjunto motor-hélice na extremidade que gera o empuxo usado para controlar o ângulo do braço — um sistema não linear (torque gravitacional proporcional ao seno do ângulo) clássico em disciplinas de controle. O LINCE dispõe de uma bancada didática desse tipo. Objetivos:

  • Deduzir o modelo não linear do aeropêndulo (torque gravitacional, torque de empuxo em função da velocidade do motor, atrito no eixo) e sua linearização em torno de um ponto de operação;
  • Identificar experimentalmente os parâmetros do modelo (relação empuxo-tensão do motor, momento de inércia efetivo, coeficiente de atrito) a partir de ensaios na bancada;
  • Projetar um controlador de ângulo (PID ou por realimentação de estados) e avaliar seu desempenho para diferentes referências (incluindo a região próxima à posição vertical, onde a linearização degrada);
  • Comparar o desempenho do controlador linear com uma extensão simples de compensação da não linearidade (ex: linearização por realimentação, feedback linearization).

Pré-requisitos

  • Sistemas de Controle I e II (linearização, espaço de estados);
  • Mecânica básica (dinâmica rotacional, torques);
  • Instrumentação (encoder/potenciômetro de ângulo, driver de motor);
  • Programação em Python, MATLAB ou C/C++ para microcontrolador.

Estrutura Sugerida para o Grupo Autogerenciado

  • Reuniões semanais internas do grupo, com reunião quinzenal com o orientador para validação de resultados;
  • Entregáveis mensais: notebook/firmware reprodutível com o pipeline de modelagem → identificação → projeto do controlador → testes na bancada;
  • Ferramentas: bancada de aeropêndulo do LINCE, microcontrolador, repositório Git compartilhado;
  • Divisão sugerida: um membro focado na modelagem e identificação, outro no projeto e sintonia do controlador linear, outro na investigação da compensação da não linearidade.

Referências

  1. Ogata, K. Engenharia de Controle Moderno. 5ª ed. Pearson, 2010.
  2. Khalil, H. K. Nonlinear Systems. 3ª ed. Prentice Hall, 2002. Cap. 13 — Feedback Linearization.