Zakres egzaminu z dyscypliny Automatyka, elektronika i elektrotechnika

Automatyka i robotyka

Sterowanie i systemy dynamiczne: systemy dynamiczne liniowe, nieliniowe, o parametrach skupionych i rozłożonych; metody ich opisu i podstawowe własności. Identyfikacja systemów. własności statyczne i dynamiczne otwartych i zamkniętych układów regulacji, algorytmy regulacji w tym PID oraz metody strojenia. Zagadnienia sterowania optymalnego, w tym czasooptymalne, minimalnoenergetyczne i LQ. Sterowanie inteligentne. Projektowanie cyfrowego układu regulacji i jego realizacja, w tym z uwzględnieniem czasu rzeczywistego. Hierarchiczne systemy sterowania. Systemy sterowanych zdarzeń dyskretnych (SZD).

Systemy wbudowane: układy FPGA, programowalne układy heterogeniczne (np. Zynq), ASIC, ASSP (budowa, programowanie, typowe aplikacje), układy GPU oraz embedded GPU (architektura, programowanie oraz typowe aplikacje), mikroprocesory i architektury mikroprocesorów (budowa, różnice, podział, właściwości, najważniejsze bloki funkcyjne), systemy czasu rzeczywistego: podział i właściwości, programowanie systemów wbudowanych (specyfika, języki, zmienne, przerwania, kanały DMA), obwody drukowane: technologia i projektowanie.

Robotyka: konfiguracje robotów przemysłowych, kinematyka i dynamika robotów przemysłowych, planowanie trajektorii ruchu efektora, planowanie trajektorii robotów autonomicznych, pojazd autonomiczny, identyfikacja otoczenia, sterowanie.

Algorytm wizyjne i ich implementacje sprzętowe: algorytmika (przetwarzanie wstępne, segmentacja obiektów pierwszoplanowych, przepływ optyczny, stereowizja, detekcja, śledzenie), metody oceny jakości algorytmów percepcji w systemach wizyjnych, radarowych i lidarowych, koncepcja, metody i zastosowania wielodomenowej fuzji danych sensorycznych.

Pojazdy autonomiczne: klasyfikacja SAE, wykorzystywane czujniki, niezbędne funkcjonalności, parametry opisujące statyczne i dynamiczne aspekty dużych zbiorów danych wykorzystywanych w procesie uczenia maszynowego do percepcji otoczenia w pojazdach autonomicznych, systemy wspomagania kierowców (omówienie wybranych funkcjonalności), zadanie planowania ruchu i idea jego rozwiązania dla pojazdu poruszającego się w trybie autonomicznym z zadanym punktem początkowym i końcowym.

Automatyzacja procesów przemysłowych: struktury systemów sterowania rzeczywistymi procesami. Elementy systemów automatyki rzeczywistych urządzeń i procesów. Rozproszone systemy sterowania. Sterowanie zdarzeniowe. Internet rzeczy i przemysł 4.0.

Metody uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji: metodologia uczenia maszynowego, klasyczne algorytmy uczenia maszynowego (m.in. regresja, SVM, drzewa decyzyjne, PCA, naiwny klasyfikator Bayesa). Koncepcja uczenia ze wzmocnieniem (ang. reinforcement learning) w zagadnieniach planowania dla systemów robotycznych o wysokim stopniu automatyzacji.

Uczenie głębokie: budowa i metodologia działania głębokich sieci neuronowych (m.in. CNN, RNN, autoenkodery). Wykorzystanie głębokich sieci neuronowych w przetwarzaniu sygnałów wizyjnych oraz w detekcji anomalii w systemach diagnostycznych. Zagadnienie optymalizacji struktur sieci neuronowych w kontekście ich efektywnej implementacji w systemach czasu rzeczywistego. Interpretowalność i wyjaśnialność sztucznej inteligencji (ang. interpretable and explainable AI). Wyzwania związane z implementacją tego typu rozwiązań w systemach wbudowanych, metody redukcji rozmiaru modelu: ograniczanie precyzji obliczeń, pruning.

Metody obliczeniowe w automatyce: Podstawy metod numerycznych, w zakresie aproksymacji, algebry numerycznej i rachunku różniczkowo całkowego. Znajomość podstawowych metody ciągłej optymalizacji skończenie wymiarowej z ograniczeniami i bez. Podstawy badań operacyjnych. Modelowanie i optymalizacja zagadnień ciągłych i dyskretnych (podstawowe różnice, podział metod optymalizacji), dokładne algorytmy dedykowane, problemy NP trudne i NP zupełne - podstawowe klasy złożoności obliczeniowej, programowanie dynamiczne, metody uwzględniania ograniczeń w przybliżonych algorytmach optymalizacyjnych. Wielokryterialna analiza decyzji: struktury preferencji, modelowanie konsekwencji podejmowanych decyzji, współczynniki substytucji, zbiory odniesienia.

Elektronika

Podstawowe przyrządy półprzewodnikowe – diody i ich szczególne rodzaje, tranzystory bipolarne i unipolarne, tyrystor, IGBT - zasada działania, modele, charakterystyki. Układy analogowe: wzmacniacze jedno- i dwutranzystorowe, Filtry, Źródła prądowe i napięciowe zbudowane w oparciu o tranzystory. Wzmacniacze z aktywnym obciążeniem. Układy Darlingtona i kaskady. Wzmacniacz różnicowy. Końcówki mocy. Budowa wewnętrzna wzmacniaczy operacyjnych. Odpowiedź częstotliwościowa wzmacniaczy. Teoria sprzężenia zwrotnego. Generatory, PLL, Kryteria stabilności. Szumy. Układy RF. Układy cyfrowe: Przełączanie tranzystorów. Inwerter, Budowa bramek statycznych i dynamicznych. Układy FPGA. Multipleksery. Układy logiki sekwencyjnej. Rejestry. Liczniki. Pamięci półprzewodnikowe. Układy arytmetyczne. Elementy pasożytnicze w układach cyfrowych. Synchronizacja. Budowa wewnętrzna mikroprocesora. Modelowanie układu: modele behawioralne, modele syntezowalne. Języki opisu sprzętu. Symulacja i projektowanie układów VLSI: Środowisko i symulacja układów elektronicznych, typy analiz, metody projektowania. Technologia CMOS, skalowanie. Reguły rysowania planu masek układu scalonego. Weryfikacja planu masek układu scalonego, symulacje z uwzględnieniem elementów pasożytniczych. Symulacje z uwzględnieniem rozrzutów technologicznych. Projektowanie bloków cyfrowych. Testowanie układów Przetwarzanie analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe: architektury przetworników i ich parametry. Komparatory napięcia. Systemy kontrolno-pomiarowe. Metody projektowania systemów kontrolno-pomiarowych. Karty pomiarowe i ich parametry. Analiza danych pomiarowych. Technika sensorowa. Typy czujników, ich parametry i zastosowania. Technologia MEMS. Teoria sygnałów. Szeregi Fouriera. Transfomata Fouriera. Przekształcenie Laplace’a. Modulacja. Próbkowanie. Dyskretna transformata Fouriera. Transformata z. Filtracja. Narzędzia CAD w projektowaniu układów elektronicznych. Komunikacja radiowa. Techniki i systemy bezprzewodowe. Technika mikrofal. Komunikacja optyczna i sieci światłowodowe. Architektury systemów komputerowych. Systemy operacyjne – zagadnienia podstawowe. Sieci komputerowe.

Elektrotechnika

Podstawowe prawa i metody teorii obwodów. Układy liniowe i nieliniowe. Układy o stałych skupionych i rozłożonych. Układy stacjonarne i niestacjonarne. Komutacja. Obwody prądu stałego i przemiennego – obliczenia i pomiary. Stany przejściowe w obwodach elektrycznych. Teorie mocy w obwodach elektrycznych. Pomiary mocy i energii, impedancji, napięcia, prądu. Równania Maxwella, elementy teorii pola. Materiały stosowane w elektrotechnice; właściwości materiałów przewodzących, dielektryków, materiałów magnetycznych, półprzewodników i nadprzewodników. Układy izolacyjne urządzeń elektrycznych – materiały, konstrukcje, metody diagnostyczne. Wytwarzanie energii elektrycznej – konwencjonalne i niekonwencjonalne źródła energii, generacja rozproszona. Przesył, dystrybucja i użytkowanie energii elektrycznej, ograniczanie strat energii w sieciach elektrycznych. Sieci inteligentne – koncepcja, metody, wyzwania. Jakość i niezawodność dostaw energii elektrycznej, Kierunki i problemy rozwoju systemów elektroenergetycznych. E-mobilność – problemy i wyzwania. Podstawowe przyrządy półprzewodnikowe: dioda, tranzystor bipolarny, tyrystor, IGBT. Układy energoelektroniczne: AC/DC, DC/DC, AC/AC. Interfejscy energoelektroniczne w odnawialnych źródłach energii. maszyny i napędy elektryczne: DC, AC. Automatyka budynkowa.