ECP176: Processamento de Sinais e Controle Digital

Eng. de Computação (2026/2)

Ementa

Teoria da amostragem e aquisição de dados. Análise de sinais e sistemas discretos nos domínios do tempo e da frequência. Transformada discreta de Fourier (DFT/FFT). Transformada Z. Análise da transformada Z aplicada a filtros. Filtros digitais. Análise no plano Z de sistemas de controle discreto. Mapeamento entre planos S e Z. Análise de estabilidade e regime transitório. Controladores digitais. Projeto com lugar das raízes e resposta em frequência. Implementação de algoritmos de processamento digital de sinais e controle digital em microcontroladores de uso geral.

Cronograma Previsto

Seguem conteúdo e atividades previstas.

Parte I: Embasamento Teórico

Encontro	Conteúdo Previsto
1) 27/07	Apresentação, ementa e critérios de avaliação. Introdução ao Controle Digital e PDS: revisão de sinais contínuos e discretos. Teoria da Amostragem: Teorema de Nyquist-Shannon, Aliasing e Conversores A/D e D/A. Material Adicional (em inglês).
2) 03/08	Análise de Sinais e Sistemas Discretos no Domínio do Tempo. Equações de Diferenças. Introdução à Transformada Z, Transformadas de alguns sinais, Propriedades da Transformada Z, Métodos de Transformada Inversa de Z. Exemplos/exercícios. Parte 1 \| Parte 2 \| Parte 3.
3) 10/08	Transformada-Z: Região de Convergência (ROC). Mapeamento do plano-s para o plano-z. Resumo Transformada Z.

Parte II: PDS (Processamento Digital de Sinais)

Encontro	Conteúdo Previsto
4) 17/08	Introdução à Filtros Digitais; 1. Filtro de Média Móvel; 2. Filtro Exponencial de 1a-ordem; Transformação bilinear (do plano-s p/plano-z): Método de Tustin; 3. Filtros Butterworth digitais;
5) 24/08	Modelagem de Sistemas Dinâmicos Discretos e Resposta Transitória no Plano Z: Função Transferência no plano-z Estabilidade de Sistemas Discretos Pólos e Zeros no plano-z e impacto na resposta frequencial. ⇐ Previsão.
6) 31/08	Série de Fourier (introdução). Exemplos com Síntese da Onda Quadrada: - Versão 1; - Versão 2: com animação ao final) Algoritmo FFT. Uso do algoritmo FFT para levantamento Espectro de um Sinal (Análise de Espectro) − exemplos.
07/09	Sem aula (Feriado Nacional)
7) 14/09	👉 Atividades de Laboratório 2026/2 Atividades Previstas: Projeto 1: Gerador de Onda Senoidal, 10 KHz, usando ESP32 e ISR. Projeto 2 $f_s=$ $[300, 3400]$ $f_s=$ 20 KHz).
8) 21/09	Atividade Prática: Finalizando Gerador Onda Senoidal + Filtro de Médio Móvel sobre sinal de LDR.

Parte III: Controle Digital

Encontro	Conteúdo Previsto
09) 29/09	Ações Básicas de Controle (Rápida Revisão) Introdução à Modelagem (breve) Exemplo de Levantamento de Modelo de Sistema Térmico
10) 05/10	Paralelos entre plano-s vs plano-z (inclui eq. de diferença do controlador digital). Modelagem do Sustentador de Ordem Zero ☞ Determinação de BoG(z) 1. Projeto de Controlador Proporcional
11) 19/10	Teoria da Precisão (ou do Erro) (Integrações Numéricas) 2. Controlador P e I “puro” 3. Controlador PI (e Lag)
12) 26/10	Teoria de Controladores com Ação Derivativa (base teórica) Teste de Controladores com Ação Derivativa (Matlab/Simulink) Resumo da teoria (ação derivativa) 4. Controlador PD \| Outro exemplo
13) 09/11	Controlador PID: Base teórica (PID) Sintonia (prática) de PIDs usando Ziegler Nichols
14) 16/11	Atividades Práticas previstas: 1. Controle (proporcional) de Luminosidade usando LDR (+ filtro média móvel) (Exemplo de versão Arduino)
15) 23/11	Atividade Prátrica: - Controle PID de posição angular de motor CC (uso de kit Feedback MS-150), ou: Inspiração $f_s=$ 10 ou 100 Hz).
16) 30/11	Avaliação Final parte Prática (finalização/apresentação dos últimos projetos)
17) 07/12	Prova Final (Entrega últimos relatórios de projetos)

Último mês:


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Datas finais:

21/11 (sábado) = Recesso escolar 08/12 (3a-feira) = Feriado Municipal Passo Fundo 09/12 (4a-feira) = Período de matrícula para cursos graduação 14/12 (2a-feira) ~.19/12 (sábado) = Período de EXAMES disciplinas diurno e noturno, cursos regime regular

Método de Avaliação

Previsão:

Parte Teórica (50%):
- Prova Final: Projeto de Filtros Digitais ; Projeto de Controladores Digitais
Parte Prática (50%): Relatórios e Apresentações dos projetos das partes práticas.

Material Usado (Parte Prática)

Previsto:

Placas ESP32;
Eventualmente Arduino Uno/Nano;
Raspberry (se disponveis A/D e D/A externos -- menos provável);
LDR (sensor de luminosidade);
Elemento resistivo (ou transistorizado) de aquecimento;
NTC ou LM35 (sensor de temperatura)
Kit MS-150 da Feedback + placas acondicionadoras de sinal.

Softwares Usados

MATLAB/Simulink para análise, simulação e projeto de sistemas de controle digital e filtros digitais. Opcionalmente uso do Octave on-line: http://octave-online.net/.
Provável uso de Pyhon + Jupyter (projeto de filtros/controladores; simulações).
Bibliotecas Python: python-control, scipy.signal, lumpy, matplotlib, pyserial, jupyter/notebook. (Instalação recomendada usando Miniconda) Para baixar o Python: https://wiki.python.org/moin/BeginnersGuide/Download; Para instalar o Jupyter ("Python interativo"): https://jupyter.org/install.html ou instale: Miniconda: https://docs.anaconda.com/free/miniconda/index.html (menor) Anaconda: https://www.anaconda.com/download (pode exigir 4.8 Gbytes - mas se você pretende com IA... 😄 ).
Uso de ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) para microcontroladores, como o Arduino IDE 2.x (uso intensivo do Serial Plotter nativo) e VSCode com extensão PlatformIO (programação de sistemas microcontroladosO, para programação de microcontroladores em C/C++.

Bibliogafia Sugerida

NISE, Norman S. Engenharia de Sistemas de Controle. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017.
ÅSTRÖM, Karl J.; WITTENMARK, Björn. Computer-Controlled Systems: Theory and Design. 3. ed. Dover Publications, 2011.
CHARBIT, Maurice. Digital Signal Processing (DSP) with Python Programming. Hoboken: Wiley-ISTE, 2017.
DOWNEY, Allen B. Think DSP: Digital Signal Processing in Python. Green Tea Press / O'Reilly, 2016.
Steven W. Smith, The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing
Orfanidis, Introduction to Signal Processing

Detalhes da disciplina

Parte teórica: 1 semestre com 17 encontros de 3 horas e 15 minutos com intervalo central de 15 minutos.
Parte prática: encontros de 1,5 horas divididos em 2 seções de 1h30min.
Atividades discentes: 15 horas parte teórica + 15 horas parte prática.
Pré-requisitos sugeridos.

[T. Dark Graphite]