Okruhy státních závěrečných zkoušek 2010
Magisterské studijní program: Procesní inženýrství a informatika
Obor: Inženýrská informatika a řízení procesů
Během ústní části státní závěrečné zkoušky se prověřují vybrané znalosti oboru a student odpovídá na otázky členů zkušební komise ze čtyř tematických oblastí, které zahrnují:
· Jeden povinný okruh
MATEMATICKÉ METODY INŽENÝRSKÉ INFORMATIKY A ŘÍZENÍ PROCESŮ
· Jeden z okruhů
TECHNICKÉ A PROGRAMOVÉ PROSTŘEDKY MĚŘENÍ A ŘÍZENÍ
MODELOVÁNÍ A ŘÍZENÍ PROCESŮ
· Dva z okruhů
INFORMAČNÍ SYSTÉMY A MODELOVÁNÍ
ČÍSLICOVÉ ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLŮ A POČÍTAČOVÉ VIDĚNÍ
POČÍTAČOVÁ INTELIGENCE A NEURONOVÉ SÍTĚ
MĚŘICÍ TECHNIKA A METROLOGIE
SENZORY A SENZOROVÉ SYSTÉMY
Okruhy přiděluje komise pro obhajobu Semestrálního projektu II podle návrhu vedoucího diplomové práce.
1. MATEMATICKÉ METODY INŽENÝRSKÉ INFORMATIKY A ŘÍZENÍ PROCESŮ
Základní pojmy a principy kybernetiky. Metoda nejmenších čtverců a aproximace funkcí, numerické metody řešení soustav lineárních algebraických rovnic, řešení nelineárních rovnic a jejich soustav, numerické metody řešení obyčejných diferenciálních rovnic, okrajová úloha. Základní statistické charakteristiky. Funkcionální transformace, Laplaceova transformace, diskrétní Fourierova transformace, Z-transformace, základní definice a vlastnosti, řešení diferenčních rovnic. Popisy systémů v časové oblasti (vnitřní a vnější popis). Diskrétní přenos. Stabilita systémů, metody zjišťování stability. Optimalizační metody.
2. TECHNICKE A PROGRAMOVÉ PROSTŘEDKY MĚŘENÍ A ŘÍZENÍ
Přístrojové vybavení pro měření základních fyzikálních veličin (teploty, tlaku, průtoku, hladiny). Obvody pro předzpracování a digitalizaci analogového signálu. Prvky regulačních obvodů, převodníky, regulátory, akční a ovládací členy. Základní pojmy mikroprocesorové techniky, architektura mikroprocesoru a mikropočítače, periferní obvody mikropočítačů. Spojení řídicího počítače s řízeným procesem, jednotky styku s prostředím. Komunikační sběrnice. Programové vybavení pro sběr fyzikálních dat (Real Time Toolbox, Data Acquisition Toolbox, LabVIEW). Programové prostředky pro měření a řízení, operační systémy, programovací jazyky, základní struktury. Definice virtuálního přístroje (základní vlastnosti, aplikační možnosti, NI LabVIEW). Komunikace s měřicími přístroji (VISA, IVI, LLB). Programové prostředky pro komunikaci řídicího systému s operátorem (Intouch). Bezpečnost řídicích systémů.
3. MODELOVÁNÍ A ŘÍZENÍ PROCESŮ
Modelování typových chemicko-technologických procesů: zásobníky tekutin, plášťové a trubkové tepelné výměníky, plněné a patrové destilační kolony, vsádkové, průtočné a trubkové chemické reaktory, stabilita reaktorů. Bilance hmotnosti, energie a hybnosti. Řízené systémy a jejich klasifikace. Statické a dynamické charakteristiky. Analogové regulátory. Regulační pochod a jeho kvalita, metody stanovení parametrů regulátorů. Definice a základní schéma identifikace, výběr struktury modelu, modely spojité a diskrétní, testovací signály a jejich volba, kritéria adekvátnosti procesu a modelu, deterministické a stochastické metody identifikace, korelační a spektrální analýza, odhad parametrů modelů, verifikace modelů. Plánování a řízení projektů. Hierarchické podnikové řídicí systémy, komunikace řídicího systému s řízeným procesem a operátorem, programová prostředí pro tvorbu řídicích systémů, příprava a sledování projektu, postup realizace průmyslových řídicích systémů.
4. INFORMAČNÍ SYSTÉMY A MODELOVÁNÍ
Metody a prostředky návrhu průmyslových IS, vytváření datových modelů, systémová integrace, projektování informačních systémů. Struktura průmyslových informačních systémů z aplikačně-uživatelského a ze systémového hlediska (procesní metody návrhu struktury, objektově orientované principy). Programové prostředky pro analýzu, návrh, implementaci, provoz a údržbu průmyslových informačních systémů. Životní cyklus průmyslového informačního systému, systémová integrace. Řízení procesní výroby a provázání s automatizovanými řídicími systémy.
Rozdíl mezi návrhovými a simulačními výpočty, obvyklé cíle simulace. Sekvenčně modulární metoda simulace, podstata, výhody a nevýhody. Simulace recyklů, metoda postupných aproximací. Konvergence simulačního výpočtu, urychlování konvergence. Rovnicově orientovaný přístup k simulaci, podstata, výhody a nevýhody. Simulační systém HYSYS/ASPEN, hlavní části, schopnost dvousměrného šíření informací, dekompozice simulačního schématu, její výhody. Problémy dynamické simulace. Modelování a simulace vsádkových procesů.
5. ČÍSLICOVÉ ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLŮ A POČÍTAČOVÉ VIDĚNÍ
Matematický popis systémů a signálů, diskrétní Fourierova transformace, definice, složkové vyjádření, základní vlastnosti, spektrální analýza, výběrová okénka, krátkodobá DFT, interpretace při analýze vícerozměrných dat, princip FFT. Číslicová filtrace, základní typy, popis filtrů v časové oblasti, diferenční rovnice, diskrétní přenos, frekvenční charakteristiky, FIR a IIR filtry, stabilita filtrů, metody filtrace ve frekvenční oblasti. Princip wavelet transformace, dekompozice dat, užití. Aplikace metod zpracování signálů a obrazů.
Grafické formáty, komprese obrazů. Geometrické transformace obrazu. Analýza a zpracování obrazů, histogram a jeho úpravy. 2D diskrétní Fourierova transformace. 2D diskrétní konvoluce. Registrace obrazů. Detekce hran a jejich aplikace. Ostření v prostorové a frekvenční oblasti. Analýza hlavních komponent. Analýza nezávislých komponent. Binární a šedotónová matematická morfologie. Rozvoďová transformace – interpretace a použití.
6. POČÍTAČOVÁ INTELIGENCE A NEURONOVÉ SÍTĚ
Nástroje a metody umělé inteligence. Historie a vývoj oboru. Inteligentní agenty (architektura, dělení, základní pojmy). Řešení úloh prohledáváním grafu (neinformované a informované strategie, heuristické algoritmy). Hry dvou osob (dělení, algoritmy). Reprezentace znalostí, výroková a predikátová logika, odvozování znalostí. Expertní a produkční systémy, znalostní řídicí systémy. Fuzzy modely, pravidla usuzování a fuzzy řízení, heuristické metody. Programovací jazyky umělé inteligence
Umělé neuronové sítě (matematický model neuronu, přenosové funkce). Architektura a vnitřní struktura sítí, matematický popis, terminologie. Typy učení, princip učení s učitelem, metody optimalizace vah, gradientní metoda. Samoorganizující se sítě, Kohonenovo pravidlo učení, klasifikační algoritmy. Adaptivní metody učení (adaptivní lineární element). Aplikace umělých neuronových sítí ve zpracování dat, princip potlačování rušivých složek signálů, lineární a nelineární metody predikce časových řad.
7. MĚŘICÍ TECHNIKA A METROLOGIE
Skladba měřicího řetězce. Analogové a číslicové zpracování signálu snímačů. Snímače teploty (senzory termoelektrické, odporové RTD, NTC a PTC termistory; bezdotykové měření teploty, termovize). Snímače tlaku (tenzometrické, kapacitní, piezoelektrické, rezonanční). Snímače hladiny (kapacitní, ultrazvukové, radarové, ionizační). Snímače průtoku (indukční, ultrazvukové a vírové průtokoměry; hmotnostní průtokoměry Coriolisovy a tepelné). Snímače složení kapalin (snímače hustoty, optických vlastností, vodivostní a elektrochemické). Snímače složení plynných směsí (optické, magnetické, ionizační).
Podmínky přesné experimentální práce, chyby a nejistoty měření, zajištění správnosti měření, etalony, schémata návaznosti, metrologie teploty, organizace a úkoly státní metrologie.
8. SENZORY A SENZOROVÉ SYSTÉMY
Klasifikace senzorů, inteligentní senzory, měřicí řetězce (systém centralizovaný a decentralizovaný, vlastnosti). Požadavky na senzory, parametry senzorů. Testování senzorů, spolehlivost a dlouhodobá stabilita. Metody zmenšení chyb senzorů. Kritéria výběru senzorů, 3 generace senzorů. Základní rozdělení senzorů určených pro detekci plynných směsí. Princip a použití chemického vodivostního senzoru. Detekční mechanismy v závislosti na teplotě senzoru. Struktury a uspořádání vodivostních senzorů. Typy vrstev, výběr materiálu. Katalyzátory, dopanty, inhibitory růstu krystalových zrn, selektivní membrány. Technologie přípravy aktivních vrstev. Parametry charakterizující senzor a možnosti jejich zdokonalení - metodiky a režimy měření. Interferující látky, katalytické jedy a inhibitory. Perspektivy vodivostních senzorů. Kapacitní senzory a senzory na bázi MIS-struktury. Využití senzorů na bázi FET tranzistoru. Funkce a technologie výroby. Optické a optovláknové senzory, základní zákony a principy, modulace signálu neelektrickými veličinami. Pelistory, jejich funkce a rozsah využití. Piezoelektrické (rezonanční) senzory (krystalový rezonátor, SAW), principy a využití. Piezorezistivní senzory, druhy, principy funkce, využití a základní typy el. zapojení.
English
Čeština