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.
Podmínky zápočtu
Pro získání zápočtu musí student získat nejméně 10 bodů za projekt a 6 bodů za aktivitu na cvičeních.
Garant předmětu
Koordinátor předmětu
Jazyk výuky
Zakončení
Rozsah
- 26 hod. přednášky
- 12 hod. laboratoře
- 14 hod. projekty
Bodové hodnocení
- 68 bodů závěrečná zkouška
- 12 bodů počítačová cvičení
- 20 bodů projekty
Zajišťuje ústav
Přednášející
Cvičící
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
- Úvod do kyberneticko-fyzikálních systémů.
- Systémové součásti, architektura a struktura procesů.
- Modely fyzikálních systémů a význam lineárních modelů.
- Identifikace systému a odhad parametrů modelu.
- Algoritmy pro odhad stavu.
- Stabilita a základy řízení.
- Analýza a řízení systémů v diskrétním čase.
- Senzory, detekční algoritmy a aktuátory.
- Výpočetní platformy.
- Systémová integrace.
- Verifikace systémů.
- Aspekty kyberbezpečnosti.
- Posouzení bezpečnosti kyberneticko-fyzikálních systémů.
Osnova laboratorních cvičení
- Úvod do Matlab/Simulink a simulace dynamických systémů.
- Identifikace systému, odhad parametrů modelů.
- Návrh algoritmů řízení CPS a analýza stability fyzikálních modelů.
- Senzory a senzorická fůze v rámci návrhu CPS.
- Praktické aspekty systémové integrace.
- Aspekty kyberbezpečnosti a systémové verifikace.
Osnova ostatní - projekty, práce
- Student si zvolí zadání z dostupné nabídky projektů.
- Student navrhne a implementuje řešení daného projektu CPS.
- Student vypracuje technický protokol ke svému řešení.
Průběžná kontrola studia
- Hodnocení aktivity na cvičeních: 12b.
- Vypracování individuálního projektu: 20b.
- Závěrečná zkouška: 68b.
Rozvrh
Den | Typ | Týdny | Místn. | Od | Do | Kapacita | PSK | Skup | Info |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Pá | přednáška | 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 11., 12., 13. výuky | G202 | 12:00 | 13:50 | 80 | 1EIT 1MIT 2EIT 2MIT INTE | NCPS xx | Novák |
Pá | laboratoř | 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 8., 9., 11., 12., 13. výuky | N103 | 14:00 | 15:50 | 20 | 1EIT 1MIT 2EIT 2MIT INTE | xx | Novák |
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program MIT-EN (anglicky), libovolný ročník, povinně volitelný skupina B
- Program MITAI, obor NADE, NBIO, NEMB, NEMB do 2023/24, NGRI, NHPC, NIDE, NISD, NISY, NISY do 2020/21, NMAL, NMAT, NNET, NSEC, NSEN, NSPE, NVER, NVIZ, libovolný ročník, volitelný
- Program MITAI, obor NCPS, libovolný ročník, povinný