Ball Beam: projeto, construção e controle de um protótipo de bancada didática

O presente trabalho visa o desenvolvimento de um protótipo de bancada didática para um sistema ball beam, sua modelagem matemática e implementação de um controlador digital. O desafio havia sido lançado ainda no primeiro ano do curso de Engenharia Elétrica, pelo professor Raphael Teixeira, que desenvolvia atividades no Laboratório de Controle com alunos de todos os períodos, desde calouros a concluintes. O projeto do protótipo foi desenvolvido após pesquisas onde avaliou-se diversos modelos de ball beam existentes, além de fornecedores para os materiais necessários à sua confecção. Os componentes utilizados, atuador e transdutores, foram objeto de extensos estudos e ensaios, determinando-se diversas características, a princípio ocultas, que impactaram na implementação do controlador. O projeto do controlador iniciou-se pela modelagem matemática, seguida pela definição das especificações de desempenho. Adotou-se uma arquitetura de controle PD sem a derivada do erro, mas devido às limitações impostas pelo atuador e transdutores, fez-se uso de recursos como compensadores, filtragem com processamento estatístico, estimador recursivo e preditor. Os resultados construtivos e de funcionamento ficaram próximos aos resultados teóricos, de forma que os recursos utilizados para mitigar as limitações dos componentes utilizados se mostraram satisfatórios.