Detail předmětu

Návrh kyberfyzikálních systémů (v angličtině)

CPSa Ak. rok 2025/2026 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

Novák Jiří, Ing., Ph.D. (UPGM)

Koordinátor předmětu

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

Jazyk výuky

angličtina

Zakončení

zápočet+zkouška (písemná)

Rozsah

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

Bodové hodnocení

  • 68 bodů závěrečná zkouška (písemná část)
  • 12 bodů počítačová cvičení
  • 20 bodů projekty

Zajišťuje ústav

Ústav počítačové grafiky a multimédií (UPGM)

Přednášející

Novák Jiří, Ing., Ph.D. (UPGM)

Cvičící

Novák Jiří, Ing., Ph.D. (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. Systémové součásti, architektura a struktura procesů.
  3. Modely fyzikálních systémů a význam lineárních modelů.
  4. Identifikace systému a odhad parametrů modelu.
  5. Algoritmy pro odhad stavu.
  6. Stabilita a základy řízení.
  7. Analýza a řízení systémů v diskrétním čase.
  8. Senzory, detekční algoritmy a aktuátory.
  9. Výpočetní platformy.
  10. Systémová integrace.
  11. Verifikace systémů.
  12. Aspekty kyberbezpečnosti.
  13. Posouzení bezpečnosti kyberneticko-fyzikálních systémů.

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 1., 2., 3., 4., 5., 6., 7., 9., 10., 11. výuky G202 12:0013:5080 1EIT 1MIT 2EIT 2MIT INTE NCPS xx Novák
Pá laboratoř 1., 3., 5., 7., 9., 11., 13. výuky N204 N205 14:0015:5040 1EIT 1MIT 2EIT 2MIT INTE xx Novák
Pá laboratoř sudý N204 14:0015:5020 1EIT 1MIT 2EIT 2MIT INTE xx Novák

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru