Desenvolvimento de um protótipo didático do Sistema Barra-Bola utilizando Arduino e materiais de baixo custo

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um protótipo didático do sistema barra-bola, construído com materiais de baixo custo e utilizando a plataforma Arduino como unidade de controle. O objetivo principal é fornecer uma ferramenta acessível para a compreensão prática de sistemas dinâmicos, modelagem matemática e técnicas de controle, destacando-se pela relevância no ensino de Engenharia de Controle e Automação. A pesquisa inicia-se com a modelagem matemática do sistema, considerando o rolamento de uma esfera sólida sobre uma barra inclinada e resultando em uma função de transferência linearizada caracterizada como um sistema de duas integrações, inerentemente instável em malha aberta. Essa etapa fundamenta o projeto do controlador e permite antecipar o comportamento dinâmico da planta. Em seguida, realizam-se simulações em MATLAB/Simulink, incluindo o uso do Virtual Lab, possibilitando analisar a atuação do controlador diante de diferentes configurações. As simulações auxiliam na definição de critérios de desempenho e na avaliação preliminar da estabilidade do sistema. A implementação prática envolve a construção de um protótipo composto por uma barra metálica em perfil U, suporte estrutural, servo motor responsável pela inclinação da barra e sensor ultrassônico utilizado para medir a posição da esfera. A programação integra leitura sensorial, cálculo do erro e acionamento do atuador via modulação por largura de pulso. Os testes experimentais evidenciaram que limitações mecânicas, folgas estruturais e restrições do sensor influenciaram significativamente o desempenho do sistema, ocasionando oscilações próximas à região de equilíbrio. Embora o modelo e as simulações indicassem comportamento satisfatório, a resposta prática demonstrou a necessidade de aprimoramentos. Conclui-se que o protótipo cumpre seu papel didático ao evidenciar desafios reais de implementação, reforçando a importância da precisão sensorial e da rigidez estrutural em projetos de controle.