Detail předmětu
Návrh kyberfyzikálních systémů (v angličtině)
FIT-CPSaAk. rok: 2024/2025
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.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Nabízen zahraničním studentům
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
- Hodnocení aktivity na cvičeních: 12b.
- Vypracování individuálního projektu: 20b.
- Závěrečná zkouška: 68b.
Učební cíle
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.
Základní literatura
Doporučená literatura
Platzer A.: Logical Foundations of Cyber-Physical Systems, Springer, 2018, ISBN13 (EAN): 9783319635873. (EN)
Elearning
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program IT-MGR-1H magisterský navazující
specializace MGH , 0 ročník, letní semestr, doporučený kurs
- Program MIT-EN magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, povinně volitelný
- Program MITAI magisterský navazující
specializace NGRI , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NADE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NISD , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NMAT , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NSEC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NISY do 2020/21 , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NNET , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NMAL , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NCPS , 0 ročník, letní semestr, povinný
specializace NHPC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NVER , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NIDE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NISY , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NEMB do 2023/24 , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NSPE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NEMB , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NBIO , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NSEN , 0 ročník, letní semestr, volitelný
specializace NVIZ , 0 ročník, letní semestr, volitelný - Program N-AAE-P magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
- 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.
Laboratorní cvičení
Vyučující / Lektor
Osnova
- 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.
Projekt
Vyučující / Lektor
Osnova
- Student si zvolí zadání z dostupné nabídky projektů.
- Student navrhne a implementuje řešení daného projektu CPS.
- Student vypracuje technický protokol ke svému řešení.
Elearning