Detail oboru

Kybernetika, automatizace a měření

FEKTZkratka: PP-KAMAk. rok: 2019/2020

Program: Elektrotechnika a komunikační technologie

Délka studia: 4 roky

Akreditace od: 25.7.2007Akreditace do: 31.12.2020

Profil

Cílem doktorského studijního programu se zaměřenínm na kybernetiku,měření a řízení je připravit absolventa na samostatnou tvůrčí činnost a plnění náročných úkolů především v oblasti základního i aplikovaného výzkumu a vývoje s využitím maxima soudobých teoretických i praktických poznatků.

Klíčové výsledky učení

Absolvent má obecné znalosti oboru na vysoké teoretické úrovni. Speciální znalosti určuje téma doktorské disertační práce.
Téma disertační práci určuje úzkou oblast, ve které doktorand vypracoval svou práci. Současně je však schopen pracovat na kvalifikačně nejvyšších místech i v obecnějším měřítku.
Vedení výzkumných a vývojových skupin,řídicí pracovník průmyslových jednotek.

Profesní profil absolventů s příklady

Absolvent má rozsáhlé znalosti oboru na vysoké odborné úrovni podložené znalostmi teoretických základů na kterých je obor vystavěn. Navíc má hluboké speciální znalosti v oblasti zaměření své disertační práce. Absolvent oboru je schopen provádět samostatnou vědeckou tvůrčí činnost v oblasti výzkumu a vývoje s využitím nejnovějších teoretických znalostí. Absolvent je rovněž připraven řídit tým odborných pracovníků v oblasti výzkumu a vývoje.

Garant

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Algoritmy NMPC pro řízení střídavých elektrických pohonů

    Téma je zaměřeno na výzkum pokročilých algoritmů řízení střídavých elektrických pohonů. V rámci jeho řešení se doktorand seznámí s algoritmy nelineárního prediktivního řízení. Následně bude výzkum orientován na analýzu chování NMPC algoritmů pro systémy s rychlou dynamikou a jejich výpočetní optimalizaci s cílem praktické implementace algoritmů v řídicích systémech pohonů. Řešení tématu bude probíhat v návaznosti na národní a mezinárodní projekty realizované ve spolupráci s aplikační sférou.

    Školitel: Václavek Pavel, prof. Ing., Ph.D.

  2. Analýza chování lidského operátora s využitím datové fúze

    Výzkumné téma je zaměřeno na výzkum v oblasti modelování a matematického popisu dynamického modelu chování lidského operátora s využitím datové fúze. Předmětem výzkumu budou zejména metody pro sběr, fúze dat a následná analýza komplexních dat získaných reálnými měřeními realizovanými na simulátoru řízení vozidla, přičemž se předpokládá využití a fúze jednorozměrných i vícerozměrných signálů. Cílem práce je tak navrhnout, implementovat a otestovat metodiku pro hodnocení aktuálního stavu lidského operátora, výzkum je zaměřen i na identifikaci negativních faktorů ovlivňujících lidské chování a degradující schopnost ovládat vozidlo.

    Školitel: Fiedler Petr, doc. Ing., Ph.D.

  3. Autonomní průzkum a hlídání definovaných oblastí pomocí robotických systémů

    Cílem tématu je seznámit se se současným stavem výzkumu a vývoje v oblasti autonomního robotického průzkumu předem definované známé (existující precizní 3D mapa) oblasti a vyvinout vlastní algoritmy, které budou optimalizovat vhodné parametry. Pro tento účel se předpokládá typicky skupina heterogenních mobilních robotů doplněná o stacionární senzorické stanice s limitovaným dosahem. To předpokládá široké využití pokročilých matematických metod pro plánování trajektorie a využití prvků umělé inteligence. Praktické využití těchto metod je možné pro hlídání kritické infrastruktury vůči vniknutí osob, technologické havárii i kontaminace nebezpečnými látkami. Kromě počítačových simulací se předpokládá také praktické testování na robotickém systému ATEROS vyvíjeném na ÚAMT.

    Školitel: Žalud Luděk, prof. Ing., Ph.D.

  4. Detektory anomálií při vizuální inspekci v průmyslu

    Výzkumné téma je zaměřeno na detektory anomálií při vizuální inspekci v průmyslu. Cílem dizertace je výzkum, analýza, popis architekur a implementace vybraných mechanismů v reálném čase. Vybrané metody musí řešit takové úlohy průmyslové inspekce, u kterých je příliš složité nebo dokonce nemožné provést explicitní popis hledané struktury či naopak sestavit definici modelu výrobku, ale je naopak možné pořídit rozsáhlý dataset vstupních obrazů. Pro výzkum detektorů anomálií a jejich implementaci v reálném čase je nutné využít teorii strojového učení a statistické analýzy tak, aby výsledkem byla dichotomická klasifikace objektu typu OK-NOK.

    Školitel: Horák Karel, Ing., Ph.D.

  5. Lokalizace zdrojů hluku a vibrací bezkontaktními metodami

    Téma je zaměřeno na výzkum metod a algoritmů pro bezkontaktní lokalizaci a charakterizaci zdrojů hluku a vibrací. Pozornost bude věnována zejména problematice analýzy zdrojů hluku a vibrací pomocí akustické holografie v blízkém poli s využitím matice mikrofonů, aplikovatelnosti metody pro lokalizaci v uzavřených prostorách s odrazy a dalšími zdroji hluku a zvýšení přesnosti predikce pomocí fúze dat z dalších prostorových měřicích systémů. Kromě teoretické práce se předpokládá i praktická implementace těchto měřicích metod a optimalizace algoritmů akustické holografie pro využití v oblasti bezkontaktní vibrodiagnostiky a lokalizace zdrojů hluku u mechanických systémů.

    Školitel: Havránek Zdeněk, Ing., Ph.D.

  6. Matematické metody pro extrapolaci kmitočtově omezených signálů

    Téma je zaměřeno na výzkum metod pro extrapolaci kmitočtově omezených signálů s pomocí PSWF (Prolate Spheroidal Wave Functions) a jejich využití pro zvýšení rozlišení ve spektru. Pozornost bude věnována i dalším matematickým metodám pro extrapolaci a analýze parametrů ovlivňujících kmitočtové omezení použitých aproximačních funkcí a řádu aproximace vstupního signálu. Kromě teoretické práce se předpokládá i praktická implementace těchto metod a optimalizace výpočetních algoritmů pro využití v oblasti bezkontaktní vibrodiagnostiky a lokalizace zdrojů hluku u mechanických systémů.

    Školitel: Havránek Zdeněk, Ing., Ph.D.

  7. Měření vlhkosti

    Téma je zaměřeno na výzkum nedestruktivních metod pro měření povrchové a objemové vlhkosti pevných porézních materiálů. Předpokládá se využití kapacitních a mikrovlnných snímačů. Výzkum bude orientován na návrh snímače a měřicí metody umožňující měřit a modelovat rozložení vlhkosti v objemu svislých i vodorovných stavebních konstrukcí. Výzkum bude prováděn v úzké návaznosti na národní výzkumné projekty ve spolupráci s průmyslem.

    Školitel: Beneš Petr, doc. Ing., Ph.D.

  8. Metody analýzy časových řad pro účely detekce anomálií

    Téma je zaměřeno na problematiku automatizované analýzy procesních dat, konkrétně analýzu časových řad pro účely detekce anomálií v technických systémech a systémech člověk-stroj. Předmětem výzkumu budou metody časově frekvenční analýzy signálu s využitím automatizované selekce a extrakce příznaků pro účely detekce anomálií nebo klasifikaci poruch v systémech, kde je k dispozici trénovací množina. Smyslem výzkumu je umožnit vývoj a optimalizaci detektorů v aplikacích, kde jsou k dispozici relativně rozsáhlé trénovací množiny. Výzkum bude probíhat v návaznosti na řešené výzkumné projekty a ve spolupráci s aplikační sférou.

    Školitel: Fiedler Petr, doc. Ing., Ph.D.

  9. Metody optimálního skupinového řízení systémů

    Téma je zaměřeno na návrh nové metody optimálního řízení skupiny systémů s ohledem na systémovou propustnost, dosažitelnost a rychlost obsloužení a energetickou spotřebu. Pro návrh nové řídicí metody sestavte model za využití statistického zpracování chování skupin systémů a chování lidského činitele využívající tyto skupiny za různých podmínek. Dále proveďte výzkum možností detekce a popisu chování lidí využívající skupiny systémů. Navrhněte využití prostředků umělé inteligence (Fuzzy logika, Genetické algoritmy, Umělé neuronové sítě, atd.) a navrhněte otimalizovanou metodu skupinového řízení s ohledem na definované požadavky.

    Školitel: Bradáč Zdeněk, doc. Ing., Ph.D.

  10. Metody pro charakterizaci akustických zdrojů v ultrazvukové oblasti

    Téma je zaměřeno na výzkum měřicích metod a instrumentace pro analýzu vyzařovacích charakteristik akustických zdrojů na vysokých kmitočtech až do oblasti ultrazvuku. Zkoumány budou zejména bezkontaktní metody měření využívající optických principů a takové, které ovlivňují měřené akustické pole co nejméně. Jedním z perspektivních přístupů měření může být využití akusto-optického jevu a tomografické rekonstrukce akustického pole pomocí Radonovy transformace. Výzkum bude zaměřen na identifikaci praktických omezení těchto metod, možnosti potlačení parazitních vlivů působících při měření a porovnání těchto metod s metodami využívajícími přímé měření akustických veličin. Metody budou také prakticky implementovány a vyhodnocena jejich použitelnost při měření vyzařovacích charakteristik ultrazvukových zdrojů. Řešení tématu bude probíhat v návaznosti na národní a mezinárodní projekty.

    Školitel: Havránek Zdeněk, Ing., Ph.D.

  11. Metody pro měření mechanických rázů

    Téma je zaměřeno na problematiku měření a generovaní mechanických rázů – kalibraci snímačů rázů a kalibraci umělých zdrojů mechanických rázů. Cíle práce spočívají v analýze parazitních vlivů, které mají vliv na celkové nejistoty měření, a hledání nových metod pro jejich potlačení. Pro výzkum bude k dispozici kalibrační systém SPEKTRA CS18 a rázový stroj AVEX SM110 MP.

    Školitel: Beneš Petr, doc. Ing., Ph.D.

  12. Metody snižování řádu modelu pro řízení složitých systémů

    Téma je zaměřeno na problematiku redukce řádu a tím i výpočetní složitosti modelů dynamických systémů. Předmětem výzkumu budou jak metody vhodné pro lineární systémy, tak i nelineární systémy, přičemž bude přihlédnuto i k možnosti zachování omezení. Cílem je umožnění aplikace pokročilých metod řízení jako MPC i na systémy, kde není přímé použití z důvodu vysoké dimenze systému výpočetně schůdné. Studium bude probíhat v návaznosti na řešené mezinárodní a národní výzkumné projekty ve spolupráci s aplikační sférou.

    Školitel: Václavek Pavel, prof. Ing., Ph.D.

  13. Modelování a analýza kyber-fyzikálního systému s lidským operátorem

    Výzkum v oblasti eliminace vlivu poruch vnesených do řízení lidským operátorem z důvodu biofyzikálních vlastností člověka. Výzkum bude zaměřen zejména na měření a modelování pohybu horní končetiny v souvislosti s ovládáním kyberfyzikálního systému prostřednictvím elektro-mechanického elementu s cílem nalézt metodu pro oddělení aktivní složky pohybu od poruchy způsobené například svalovým kmitáním a následně navrhnout metodu eliminace poruchy. Součástí výzkumu bude i kvantifikace míry přínosu výcviků, tedy posouzení vlivu neuro-muskulárního subsystému na schopnost operátora realizovat pohyb s minimální poruchovou složkou. Pro ověření modelu a navržených metod bude využito leteckých simulátorů poskytnutých spolupracujícím pracovištěm (UNOB).

    Školitel: Bradáč Zdeněk, doc. Ing., Ph.D.

  14. Modelování a identifikace lidského operátora

    Výzkum zaměřen na modelování a identifikaci parametrů lidského operátora s využitím dat ze simulátoru řízení osobního vozidla. Cílem výzkumu je nalézt metodu, která umožní na základě exaktní kvantifikace posoudit schopnost lidského operátora vykonávat činnost s dostatečnou kvalitou, tj. např. vyhodnotit schopnost spolehlivě a bezpečně ovládat motorové vozidlo. Výzkum zahrnuje návrh a zhodnocení testovacích scénářů pro off-line identifikaci parametrů, součástí výzkumu bude i ověření možností on-line detekce v obecných podmínkách.

    Školitel: Fiedler Petr, doc. Ing., Ph.D.

  15. Modelování speciálních bezpečnostních funkcí s ohledem na průmyslový Ethernet

    Téma je zaměřeno výzkum nových modelů speciálních bezpečnostních funkcí pro funkční bezpečnost strojů, ale také do oblasti procesní bezpečnosti. Cíle práce spočívají v důkladné analýze současných dostupných modelů bezpečnostních funkcí, zkoumání vlivu komunikačních prostředků, především průmyslového Ethernetu. Na základě provedené analýzy student navrhne nové modely a bude vyvíjet nové algoritmy pro verifikaci příslušných bezpečnostních logických funkcí bezpečnostních prvků pro stroje a bezpečnost procesů. Řešení tématu bude probíhat v návaznosti na národní a mezinárodní projekty realizované ve spolupráci s aplikační sférou.

    Školitel: Štohl Radek, Ing., Ph.D.

  16. Optimální řízení průmyslových systémů

    Téma je zaměřeno na návrh nové metody optimálního řízení průmyslových systémů s ohledem na energetickou náročnost a časovou dosažitelnost stavů systému. Novou metodu optimalizovaného řízení navrhněte s ohledem na požadavky komplexních automatizačních systémů koncipovaných jako slučitelné s požadavky Průmysl 4.0. Sestavte fyzikálně-technický model a demonstrujte přínosy optimalizovaneho řízení nově navržené řídící metody. V rámci výzkumu se zaměřte na využití průmyslových robotů ve výrobních systémech začleněných v souladu s principy Průmyslu 4.0. Ověření vyvinutých metod buyde možné realizovat v kooperací s VUT FSI.

    Školitel: Bradáč Zdeněk, doc. Ing., Ph.D.

  17. Pokročilé plánování trajektorie a plánování misí pro mobilní robotiku

    Téma je zaměřeno na současné metody pro pokročilé plánování trajektorie mobilních robotů ve složitých prostředích (obtížný terén ve vnějším prostředí, urbanistické oblasti, vnitřní prostředí budov) a metody plánování misí pro mobilní roboty, včetně plánování misí pro skupinu robotů. Předpokládá se využití prvků umělé inteligence, jako je hluboké učení (deep learning) nebo genetické algoritmy. Práce bude směřovat k návrhu vlastních algoritmů a jejich praktickému otestování na robotickém systému ATEROS vyvíjeném na ÚAMT.

    Školitel: Žalud Luděk, prof. Ing., Ph.D.

  18. Prostředky pro realizaci úloh hlubokého učení

    Výzkum je zaměřen na strojové vidění využívající architektury učících algoritmů. Tyto jsou schopné zpracovat vysoké objemy obrazových dat bez nutnosti extrakce těžko vypočitatelného modelu třídy objektů. Cílem dizertace je analýza a návrh specifické hardwarové architektury typu vestavěného zařízení schopné realizovat úlohu klasifikace a návrh architektury pro trénovací část úlohy. Řešení musí být obecné pro úlohy z oblasti průmyslu, medicíny, dopravy a informatiky např. při managementu sociálních sítí apod. Implementační verifikační část bude využívat dostupné nástroje TensorFlow, Keras apod.

    Školitel: Horák Karel, Ing., Ph.D.

  19. Resilientní software

    Výzkum zaměřený na metody tvorby resilientního (odolného) softwaru se zaměřením na vestavné systémy. Výzkumné aktivity vychází z metod, které jsou používány pro návrh softwaru pro aplikace vyžadující certifikace v oblasti funkční bezpečnosti (tj. generování, validace a verifikace vygenerovaného kódu), přičemž se předpokládá že významná část aktivit bude zaměřena na použitelnost nástrojů po účely formální specifikace a z ní odvozené tvorby kódu pro vestavné aplikace včetně implementace komunikačních protokolů. V úvodní fázi se předpokládá např. využití nástrojů s vazbou na jazyk Alloy a rovněž relevantních nástrojů v prostřední Matlab. Předpokládá se rovněž zapojení do projektu ECSEL SECREDAS.

    Školitel: Bradáč Zdeněk, doc. Ing., Ph.D.

  20. Rozšířená realita v robotice

    Téma je zaměřeno na pokročilé techniky rozšířené reality, virtuální reality a teleprezence s využitím v mobilní i stacionární robotice ve vnějším i vnitřním prostředí. Cílem je na základě znalostí o přesné poloze a orientaci hlavy operátora nebo jeho zástupce (typicky mobilní robot) v prostředí zobrazit pomocí helmy virtuální nebo rozšířené reality operátorovi informace, které mu pomohou lépe vyřešit misi. Je tedy třeba se zabývat přesnou lokalizací ve vnějším i vnitřním prostředí, dále způsobem prezentace dat tak, aby z nich operátor dostal co nejvíce informací a současně nedošlo k podstatné degradaci vizuální informace ze samotného prostředí. V neposlední řadě je třeba se zabývat aspekty robustnosti celého systému a bezpečnosti.

    Školitel: Žalud Luděk, prof. Ing., Ph.D.

  21. Strojové vnímání pro ADAS systémy

    Téma dizertace se orientuje na podpůrné systémy řízení vozidla, tzv. ADAS systémy. Cílem výzkumu je analýza a návrh metod pro realizaci rozšířené reality přímo pro řídicí systémy autonomního vozidla nebo její vizualizace pro podporu orientace řidiče v dopravním prostředí. Na základě state-of-the-art je nutné se zaměřit na výběr vhodné architektury s možností přenosu učení či posilovaného učení hlubokých sítí pro rapidní zrychlení učícího cyklu. Cílem dizertace je ucelený ADAS systém využívající AI zpracovávající dostupný dataset.

    Školitel: Horák Karel, Ing., Ph.D.

  22. Umělá inteligence pro vnímání a řízení mobilních robotů

    Mobilní robotika se potýká s problematikou vnímání okolního prostředí již po několik desetiletí, nyní však společně s rychlým nástupem technik umělé inteligence a přístupností výkonných výpočetních prostředků toto téma získává i praktický smysl mimo akademickou půdu. Hlavním bodem výzkumu bude získávání znalostí (segmentace, klasifikace, registrace) a reprezentace (sémantické mapy) pro řízení mobilního robotu v reálném čase. Práce předpokládá, že se student seznámí s moderními prostředky umělé inteligence, jako jsou hluboké učení, konvoluční neuronové sítě, pravděpodobnostní datová fúze, atd. Tyto metody budou použity pro zlepšení současného stavu v oblasti robotického mapování. Předpokládané aplikace zahrnují autonomní řízení, průzkumnou robotiku a rozšířenou realitu.

    Školitel: Žalud Luděk, prof. Ing., Ph.D.

  23. Výzkum metod zpřesnění prostorové lokalizace v uzavřených stavebních konstrukcích

    Výzkum v oblasti algoritmů a metod pro prostorovou lokalizaci v rámci uzavřených stavebních konstrukcí na základě bezdrátového lokalizačního systému. Výzkum je zaměřen na zajištění kvalitativních ukazatelů bezdrátového měření pozice v uzavřených prostorách tak, aby bylo možné posoudit kvalitu a správnost změřené veličiny. Dále bude výzkum zaměřen na další matematické metody pro zvýšení přesnosti lokalizace na základě kombinace bezdrátové lokalizace doplněné o doplňkové informace z inerciálních a dalších senzorů. Výzkumné aktivity budou směřovány do fúze dat a měronosných veličin za účelem zajištění dostatečně přesné lokalizace uvnitř průmyslových objektů a budov. Pro zajištění optimalizovaných podmínek pro radiovou lokalizaci bude výzkum směrován i na modelování prostředí včetně stavebních konstrukcí se zaměřením na parametry radiové lokalizace, přičemž výsledkem by měl být algoritmus optimálního rozmístění radiových majáků ve stavebních konstrukcích s ohledem na dosažení co nejlepších přesností lokalizace.

    Školitel: Bradáč Zdeněk, doc. Ing., Ph.D.


Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

1. ročník, zimní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DET1Elektrotechnické materiály, materiálové soustavy a výrobní procesycs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DEE1Matematické modelování v elektroenergeticecs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DME1Mikroelektronické systémycs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DRE1Návrh moderních elektronických obvodůcs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DTK1Optimalizační metody a teorie hromadné obsluhycs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DFY1Rozhraní a nanostrukturycs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DTE1Speciální měřicí metodycs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DMA1Statistika. stochastické procesy, operační výzkumcs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DAM1Vybrané kapitoly řídicí technikycs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DVE1Vybrané statě z výkonové elektroniky a elektrických pohonůcs4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DBM1Vyšší metody zpracování a analýzy obrazůcs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DJA6Angličtina pro doktorandycs4zimníVolitelný všeobecnýdrzkano
DRIZŘešení inovačních zadánícs2zimníVolitelný všeobecnýdrzkano
DEIZVědecké publikování od A do Zcs2zimníVolitelný všeobecnýdrzkano
1. ročník, letní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DTK2Aplikovaná kryptografiecs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DMA2Diskrétní procesy v elektrotechnicecs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DME2Mikroelektronické technologiecs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DRE2Moderní digitální bezdrátová komunikacecs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DTE2Numerické úlohy s parciálními diferenciálními rovnicemics4letníVolitelný oborovýdrzkano
DFY2Spektroskopické metody pro nedestruktivní diagnostikucs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DET2Vybrané diagnostické metody, spolehlivost, jakostcs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DAM2Vybrané kapitoly měřicí technikycs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DBM2Vybrané problémy biomedicínského inženýrstvícs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DEE2Vybrané problémy z výroby elektrické energiecs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DVE2Vybrané statě z elektrických strojů a přístrojůcs4letníVolitelný oborovýdrzkano
DJA6Angličtina pro doktorandycs4letníVolitelný všeobecnýdrzkano
DCVPCitování ve vědecké praxics2letníVolitelný všeobecnýdrzkano
DRIZŘešení inovačních zadánícs2letníVolitelný všeobecnýdrzkano
1. ročník, celoroční semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DQJAZkouška z angličtiny před státní doktorskou zkouškucs4celoročníPovinnýdrzkano