Projeto de controle para um sistema ball balancer de baixo custo e desenvolvimento de um sistema scada

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de controle para um protótipo ball balancer de baixo custo, aliado à implementação de um sistema supervisório em ambiente SCADA. O projeto foi motivado pela necessidade de disponibilizar, em ambiente acadêmico, uma alternativa acessível aos sistemas comerciais de alto custo utilizados no ensino e na pesquisa em engenharia de controle e automação. O sistema físico foi construído com componentes de fácil aquisição, como servomotores, uma tela resistiva para medição da posição da esfera, uma placa Arduino Uno e peças impressas em 3D. Para o controle do sistema, foram adotadas duas abordagens complementares. A primeira utilizou técnicas baseadas em Desigualdades Matriciais Lineares (LMIs), aplicadas ao modelo matemático do sistema para o projeto de um controlador com realimentação de estados, garantindo estabilidade segundo critérios de taxa de decaimento, raio e ângulo dos polos. A segunda abordagem consistiu na implementação de um controlador PID embarcado no Arduino, com possibilidade de ajuste em tempo real por meio de uma interface gráfica. A interface supervisória foi desenvolvida no software Elipse E3, permitindo monitoramento dos sinais do sistema, alteração de parâmetros do controlador e seleção de diferentes tipos de referência, como sinais degrau, quadrado, senoide e círculo. Foram realizadas simulações e testes práticos para avaliar o desempenho do sistema em diferentes configurações de restrições das LMIs, analisando a resposta da posição da esfera, a tensão aplicada aos atuadores e o tempo de acomodação. Os resultados mostraram que a aplicação das técnicas de LMI permitiu melhorar a estabilidade e reduzir a oscilação do sistema, ao mesmo tempo em que a integração com o supervisório proporcionou uma experiência interativa e didática. Conclui-se que o projeto atendeu aos objetivos propostos, oferecendo uma solução funcional, de baixo custo e com grande potencial para uso em atividades de ensino e pesquisa. Como trabalhos futuros, sugere-se a ampliação do controle para os seis graus de liberdade do sistema e a implementação de novas técnicas de controle avançado.