Ferramenta computacional para análise e caracterização de sistemas de controle utilizando Python

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional didática, de código aberto e multiplataforma, voltada à análise e caracterização de sistemas lineares de controle utilizando Python. A aplicação, implementada em Python com interface gráfica construída por meio da biblioteca CustomTkinter, integra quatro módulos fundamentais: (1) análise de estabilidade pelo Critério de Routh–Hurwitz; (2) caracterização automática de sistemas de segunda ordem, com extração de parâmetros como frequência natural (𝜔𝑛), coeficiente de amortecimento (𝜁) e ganho estático (𝐾), além do cálculo de métricas de desempenho transitório; (3) geração do Lugar Geométrico das Raízes (LGR), com caracterização de polos e zeros, segmentos, assíntotas, pontas de saída e entrada sobre o eixo real, pontos de cruzamento com o eixo imaginário e/ou ângulos de partida de um polo complexo e de chegada em um zero complexo; e (4) simulação interativa de controladores clássicos Proporcional e Derivativo (PD), Proporcional e Integral (PI), e Proporcional, Integral e Derivativo (PID), permitindo ajuste em tempo real dos ganhos, comparação de respostas ao degrau, análise de estabilidade e verificação do atendimento a especificações de projeto baseadas em polos desejados. A ferramenta foi validada por meio de exemplos clássicos da literatura de sistemas de controle, demonstrando a interface interativa e acessível ao usuário. Ao oferecer uma solução gratuita, intuitiva e pedagogicamente orientada, o projeto contribui para a democratização do ensino de engenharia de controle, especialmente em ambientes acadêmicos com recursos computacionais limitados.