Detail předmětu

Návrh kyberfyzikálních systémů (v angličtině)

CPSa Ak. rok 2024/2025 letní semestr 5 kreditů

Kyberneticko-fyzikální systémy (CPS) kombinují kybernetické schopnosti (výpočty a/nebo komunikaci) s fyzikálními schopnostmi (pohybem nebo jinými fyzikálními procesy). Aplikace takových systémů pokrývá automobilní systémy, systémy řízení letu, obranné systémy, řízení kritických infrastruktur (elektrická energie, vodní zdroje, komunikační systémy), správu a uchování energií, řízení a bezpečnost v dopravě, komunikační systémy, robotiku a distribuovanou robotiku (telemedicína), technologie ve zdravotnictví, systémy pro asistované žití, spotřební elektroniku, hračky a mnohá další takzvaná chytrá zařízení. Tato zařízení interagují ve fyzickém prostoru způsobem, který je určen řídicími počítačovými algoritmy. Návrh algoritmů řízení CPS je vzhledem k jejich těsnému provázání s fyzickým chováním systémů náročnou disciplínou. Důležitou součástí návrhu je správnost samotných řídicích algoritmů, protože na jejich funkci závisí provedení kritických úkolů jako například zabránění kolizí letounů či aut v automatickém, případně autonomním režimu. Cílem kurzu je najít odpověď na společenskou otázku, jak zodpovědně vytvořit kyberneticko-fyzikální systémy, na jejichž bezchybné funkci závisí lidské životy.

Garant předmětu

Chudý Peter, doc. Ing., Ph.D., MBA (UPGM)

Koordinátor předmětu

Růžička Richard, doc. Ing., Ph.D., MBA (UPSY)

Jazyk výuky

anglicky

Zakončení

zápočet+zkouška (písemná)

Rozsah

  • 26 hod. přednášky
  • 12 hod. laboratoře
  • 14 hod. projekty

Bodové hodnocení

  • 60 bodů závěrečná zkouška
  • 20 bodů půlsemestrální test
  • 20 bodů projekty

Zajišťuje ústav

Ústav počítačové grafiky a multimédií (UPGM)

Přednášející

Chudý Peter, doc. Ing., Ph.D., MBA (UPGM)

Cvičící

Chudý Peter, doc. Ing., Ph.D., MBA (UPGM)
Novák Jiří, Ing. (UPGM)

Cíle předmětu

Cílem předmětu je porozumění návrhu a analýzy kyberneticko-fyzikálních systémů, které integrují počítačové systémy ve fyzikálních procesech. Zároveň zodpoví otázku jak sestavit vysoce bezpečné systémy pracující souběžně v reálném čase. Součástí je také vytváření a programování řídicích systémů v laboratorních podmínkách.
Úspěšný absolvent kurzu získá vědomosti o základních principech CPS a znalosti z návrhu a analýzy výpočetních systémů, které jsou integrovány ve fyzikálním (reálném) procesu. Získané vědomosti umožní kvalifikovaný náhled na abstrakci a systémovou architekturu a zárověn podpoří zvládnutí návrhu modelů a řídicích systémů, při současném využití adekvátních bezpečnostních specifikací pro dosažení kritických vlastností CPS. Získané vědomosti a dovednosti podpoří verifikaci CPS modelů vhodné úrovně při zohlednění předpokládaných účinků okolí na jejich funkci.

Osnova přednášek

  1. Úvod do kyberneticko-fyzikálních systémů.
  2. Identifikace systémů a odhad parametrů modelů.
  3. Modely fyzikálních systémů.
  4. Simulace fyzikálních systémů a úvod do modelů kybernetických systémů.
  5. Svázané modely kyberneticko-fyzikálních systémů.
  6. Stabilita a základy řízení.
  7. Analýza a řízení systémů ve spojitém čase.
  8. Analýza a řízení systémů v diskrétním čase.
  9. Robustní řízení.
  10. Strategie řízení dronů.
  11. Autonomie bezpilotních systémů.
  12. Analýza rizik vysoce integrovaných systémů.
  13. Verifikace a testování.

Osnova laboratorních cvičení

  1. Úvod do Matlab/Simulink a simulace dynamických systémů.
  2. Identifikace systému, odhad parametrů modelů.
  3. Simulace a analýza stability fyzikálních modelů.
  4. Návrh algoritmů řízení CPS.
  5. Implementace řídicích algoritmů do simulačního prostředí.
  6. Testování a verifikace systémů.

Osnova ostatní - projekty, práce

  • Student samostatně navrhne CPS.
  • Student provede analýzu vybraného CPS.
  • Student navrhne a vytvoří řídicí systém CPS.

Průběžná kontrola studia

  • Půlsemestrální zkouška: 20b.
  • Vypracování individuálního projektu: 20b.
  • Závěrečná zkouška: 60b.


Rozvrh

DenTypTýdnyMístn.OdDoKapacitaPSKSkupInfo
Pá přednáška výuky G202 13:0014:5080 1EIT 1MIT 2EIT 2MIT INTE NCPS xx Chudý
Pá laboratoř výuky N105 15:0016:5020 1EIT 1MIT 2EIT 2MIT INTE xx

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru