Fakulta elektrotechnická

České vysoké učení technické v Praze

ČVUT v Praze

Tematické okruhy ke státní bakalářské zkoušce pro bakalářský studijní program Kybernetika a robotika

Společná část

  1. Funkce jedné proměnné, limita a spojitost. Derivace, její vlastnosti a význam. Souvislost derivace s průběhem funkce. Lokální a globální extrémy. (A3B01MA1)
  2. Primitivní funkce, určitý integrál. Metody výpočtu: substituce a per partes. Užití a význam integrálu. (A3B01MA1)
  3. Lineární závislost a nezávislost, báze, dimenze. Lineární zobrazení, jádro a obor hodnot, skalární a vektorový součin. (A0B01LAG)
  4. Matice, determinant, inverzní matice, vlastní čísla a vlastní vektory matice. Soustavy lineárních rovnic. (A0B01LAG)
  5. Funkční a mocninné řady, základní kritéria konvergence. Taylorovův rozvoj funkce, Fourierovy řady. Funkce více proměnných, gradient, derivace složené funkce. Lokální a vázané extrémy, Lagrangeova metoda. (A3B01MA2)
  6. Dvojný a trojný integrál - Fubiniho věta a věta o substituci. Křivkový a plošný integrál, jejich význam a aplikace. Potenciál vektorového pole, Gaussova, Greenova a Stokesova věta. (A3B01MA2)
  7. Newtonovy zákony mechaniky. Kinematika a dynamika hmotných bodů a tuhého tělesa. Pohybová rovnice a její řešení. Otáčivý pohyb. Práce a energie. Konzervativní silové pole. Lagrangeovy rovnice druhého druhu, Hamiltonovy kanonické rovnice. Pohyb v centrálním silovém poli, Keplerovy zákony. (A3B02FY1)
  8. Netlumený a tlumený mechanický lineární oscilátor, vynucené kmity, rezonance. Základny mechaniky tekutin. Základy speciální teorie relativity, Lorentzova transformace, relativistická kinematika a dynamika. (A3B02FY1)
  9. Fyzikální pole - intenzita pole, potenciál. Gravitační pole a příklady jeho působení. Základní veličiny elektrostatického pole. Stacionární elektrické pole. (A3B02FY1)
  10. Elektrický proud a jeho hustota. Zákon zachování elektrického náboje, Ohmův zákon, Joulův zákon. Maxwellovy rovnice, Gaussova věta, Ampérův zákon, Biot-Savartův zákon, Faradayův indukční zákon. Energie elektromagnetického pole. (A3B02FY1)
  11. Termodynamika - teplota, teplo, kinetická teorie plynů, stavová rovnice, teplotní roztažnost látek, Práce, vnitřní energie, základní věty termodynamiky, entropie a pravděpodobnost. (A3B02FY2)
  12. Teorie vln - druhy vln, základní pojmy (fázová a grupová rychlost, disipace a disperze vln), vlnová rovnice, skládání vlnění, Huygensův-Fresnelův princip, blízké a vzdálené pole, difrakce vln, Dopplerův jev, paprsková aproximace, akustické vlny, základní akustické veličiny a vztahy, vlnová rovnice akustiky. Geometrická optika, vlnová optika. Základy fotometrie (A3B02FY2)
  13. Úvod do kvantové mechaniky - záření absolutně černého tělesa, fotoelektrický jev, Comptonův jev, Bohrův model atomu, vlnové vlastnosti částic, Schrödingerova rovnice, Heisenbergovy relace neurčitosti, tunelový jev, kvantová čísla, pásová teorie pevných látek. Princip laseru. Základní pojmy z fyziky atomového jádra, radioaktivita. Subjaderné částice. Urychlovače, štěpení jader, termojaderná fúze. (A3B02FY2)
  14. Imperativní programování, software, překladač, interpret, vnitřní forma, programovací jazyky, syntaxe, sémantika, proměnné, výrazy, vstup, výstup, řídící struktury, jednoduché datové typy, přiřazení, funkce, procedury, parametry, rozklad problému na podproblémy, princip rekurze a iterace (A0B36PR1)
  15. Principy objektového přístupu, třída jako: programová jednotka, zdroj funkcí, datový typ; struktura objektu, konstruktory, přetěžování, instance třídy, hierarchie tříd, dědění, kompozice; abstraktní třídy, polymorfismus, rozhraní, rozhraní jako typ proměnné, typ interface. (A0B36PR1)
  16. Události, zdroj a posluchač události, šíření událostí, vlastní události, více zdrojů a posluchačů, rozlišení zdrojů. Výjimky a jejich zpracování, propagace výjimek, hierarchie výjimek, kontrolované a nekontrolované výjimky. Soubory a proudy, primitivní datové typy a objekty (řetězce) v souborech - serializace. (A0B36PR2)
  17. Grafické uživatelské rozhraní (GUI), principy, typy komunikace, knihovny AWT a SWING v jazyce Java, komponenty, kontejnery, správce rozmístění, obsluha událostí, aplety, vlastnosti, použití, způsob aktivace, životní cyklus apletu, předávání parametrů do apletu, omezení apletu. (A0B36PR2)
  18. Programovací jazyk C, jeho charakteristika, model kompilace, struktura programu. Makra, podmíněný překlad, syntaxe jazyka, struktury, uniony, výčtové typy, preprocesor, základní knihovny, základní vstup a výstup, dynamická správa paměti, pole, funkce a pointery. (A0B36PR2)
  19. Syntaxe a sémantika výrokové a predikátové logiky. Sémantický důsledek a tautologická ekvivalence. Booleovský kalkul. Rezoluční metoda. (A0B01LGR)
  20. Orientované a neorientované grafy, souvislost, silná souvislost, stromy a kostry, Eulerovy grafy, Hamiltonovy grafy, nezávislé množiny, barvení grafu. (A0B01LGR)
  21. Náhodná veličina a náhodný vektor. Distribuční funkce, hustota a pravděpodobnostní funkce náhodné veličiny. Střední hodnota a rozptyl náhodné veličiny a jejich odhady. Sdružené charakteristiky náhodného vektoru. Korelace a nezávislost náhodných veličin. Metoda maximální věrohodnosti. Základní principy statistického testování hypotéz. Markovské řetězce, klasifikace stavů. (A0B01PSI)
  22. Entropie, vzájemná entropie a podmíněná entropie diskrétních rozdělení, základní vlastnosti a význam. Kódování zpráv, Kraftova-MacMillanova nerovnost. Souvislost entropie a střední délky kódového slova. Kódy s optimální střední délkou. Informační kanál a jeho kapacita. Shannonova věta o kódování. (A0B01PSI)
  23. Systémy a signály - typy, vlastnosti a popis v časové a frekvenční oblasti. Konvoluce, korelace, použití Laplaceovy, Fourierovy a z-transformace. Vzorkování a tvarování signálu, analogové a číslicové filtry, kvantování, modulace. (A3B31TES)
  24. Základní pojmy z elektrických obvodů: Obvodové veličiny (napětí, proud, okamžitý výkon, elektrická energie) - definice. Prvky elektrických obvodů. Základní zákony, principy a teorémy v elektrických obvodech, Kirchhoffovy zákony, Théveninův a Nortonův teorém, princip superpozice. Metody analýzy elektrických obvodů. Přechodné jevy v RL, RC a RLC obvodech při stejnosměrném buzení. (A3B31EOP)
  25. Skutečné prvky, struktury a zapojení: Polovodičová dioda - PN přechod, bipolární tranzistor, unipolární tranzistor (JFET, MOSFET), operační zesilovač (ideální/skutečný). Základní logické obvody (TTL, Schottky, Low power Schottky, CMOS), elektrické charakteristiky, zatížitelnost. Paměti (ROM, PROM, EPROM, EEPROM), programovatelná logická pole PLA, polovodičové paměti RWM statické a dynamické. (A3B31EOP)
  26. Praktická zapojení (tranzistorové zesilovače SE, SC, SB), lineární operační sítě (invertující a neinvertující zesilovač napětí, sledovač napětí, sčítací zesilovač, integrátor, derivátor, realizace řízených zdrojů), nelineární operační sítě (logaritmický zesilovač), generátory periodických průběhů, oscilátory, polovodičové spínače, klasické napájecí zdroje, princip spínaného zdroje. Koncové stupně logických členů. (A3B31EOP)
  27. Dynamické systémy (spojité-diskrétní, lineární-nelineární) a jejich modely (diferenciální rovnice, přenos, stavový popis). Tvorba a převody modelů. Linearizace. Diskrétní popis spojité soustavy. Simulace. Identifikace a verifikace. (A3B35ARI)
  28. Odezva systému na různé vstupní signály (impuls, skok, rampa, sinus, obecný) a na nenulové počáteční podmínky. Frekvenční charakteristika. Bodeho a Nyquistovy grafy. Základní vlastnosti systému (řád, zesílení, stabilita, póly, nuly, módy, tlumení, neminimální fáze apod.) a jejich analýza. Software pro analýzu a simulaci systémů. (A3B35ARI)
  29. Řídicí systémy: struktura a vlastnosti. Zpětná vazba. Cíle řízení: specifikace v časové, frekvenční a komplexní oblasti. Sledování a ustálená odchylka. Vlastnosti řídicích systémů (stabilita, bezpečnost apod.) a jejich analýza. Jednoduché regulátory (PID, lead, lag) a jejich návrh. Geometrické místo kořenů a dynamická kompenzace. Stavové a polynomiální metody návrhu, Citlivost, neurčitost, tvarování frekvenční charakteristiky. (A3B35ARI)
  30. Omezení na řízení. Diskrétní systémy a jejich vlastnosti. Řízení diskrétních systémů. Číslicové řízení spojitých systémů. Nelineární systémy a jejich řízení. Rovnovážné stavy a jejich stabilita. MIMO systémy, jejich vlastnosti a řízení. Systémy s dopravním zpožděním. Software pro návrh řízení. (A3B35ARI)
  31. Kombinační logické obvody, hazardy. Minimalizace logických funkcí. Kombinační obvody výpočetní techniky. Programovatelné obvody. Synchronní a asynchronní konečný automat, sekvenční logické systémy. Syntéza logických obvodů. (A0B35SPS)
  32. Klasické architektury počítačů: procesor, sběrnice, řadič. Instrukce, instrukční cykly, adresní módy. Paměti: typy, hierarchie, mapování, stránkování, segmentace. Přerušení a výjimky, zdroje přerušení, zpracování přerušení. Komunikace s periferiemi, DMA. Programovatelné automaty (PLC). (A0B35SPS)
  33. Operační systém, proces, vlákno, algoritmy plánování procesů a vláken. Komunikace mezi procesy a vlákny, časově závislé chyby, kritické sekce, synchronizační nástroje, problém uváznutí, možnosti řešení. Správa paměti. Virtuální paměť - stránkování, algoritmy pro náhradu stránek, segmentace. Souborové systémy, organizace dat na vnějších pamětích, principy, řešení, ochrany. Distribuované výpočty, klient/server. (A3B33OSD)
  34. Databáze a jejich typy. Modely dat, E-R modely, diagramy toků dat, funkční dekompozice a normalizace. Relace, relační model, integritní omezení, kvalita datového modelu. Objektově orientované a objektově relační databáze. Databázové dotazové jazyky. Relační algebra, relační kalkul. Jazyk SQL. Data v XML. Souběžný přístup k datům, transakce, zotavení z chyb, koordinace paralelního přístupu. Fyzická organizace dat, indexy jako B-stromy, bitmapové indexy, návaznost na OS. (A3B33OSD)
  35. Kybernetika, teorie systémů a umělá inteligence. Základy obecné teorie systémů. Rozhodování za neurčitosti a rizika, statistické a Bayesovské rozhodování. Základy teorie her, pravidlo minimaxu. Algoritmická entropie a rozhodnutelnost. Rozpoznávání a vnímání. Statistický (příznakový) a strukturní přístup. Klasifikátory a jejich učení. Shluková analýza. (A3B33KUI)
  36. Reprezentace úloh, stavový prostor a jeho prohledávání, stochastické prohledávání. Reprezentace znalostí. Heuristické znalosti. Řešení úloh. Expertní systémy, znalostní inženýrství. Adaptivní a učící se algoritmy. Neuronové sítě, genetické a evoluční algoritmy. Aplikace umělé inteligence. (A3B33KUI)
  37. Měření napětí, proudu a kmitočtu. Nejistoty a metody jejich snižování. Vzorkování, A/D převodníky, osciloskop. Měření výkonu a spotřeby energie. Odporové a magnetické senzory. Měření malých napětí a odporu. Kapacitní a indukční senzory. Měření impedancí. (A3B38SME)
  38. Optoelektronické a ultrazvukové senzory. Senzory a převodníky pro měření vibrací, rychlosti a zrychlení. Měření otáček a úhlové polohy. Senzory pro navigaci. Měření síly, tlaku, hladiny a průtoku. Senzory teploty a jejich měřicí obvody. Senzorové sítě a sběrnice. D/A převodníky a generátory signálu. (A3B38SME)
  39. ISO/OSI model. Metalické, optické a bezdrátové fyzické médium, analogové a digitální modulace. Typy datových přenosů, sdílení kapacity kanálu. Metody řízení přístupu ke sdílenému médiu, fyzické a logické topologie. Zdrojové a kanálové kódování, kódy pro detekci a opravy chyb, šifrování. (A3B38DSY)
  40. Průmyslové distribuované systémy. Ethernet a jeho varianty, aktivní prvky, VLAN, zajištění determinismu. Bezdrátové sítě (IEEE802.11, 802.16, 802.15). Modemy (PSTN, xDSL, GSM/GPRS, PLC), jejich základní parametry. TCP/IP, propojování distribuovaných systémů, aplikace distribuovaných systémů. (A3B38DSY)

Oborově zaměřené tematické okruhy pro obor Robotika

  1. Kinematika robotu: počet stupňů volnosti mechanismu, jeho definice a výpočet; kartézské souřadné systémy, transformace souřadnic; sériový a paralelní robot, kloubové a kartézské souřadnice. (A3B33ROB)
  2. Přímá a inverzní kinematická úloha, singulární stavy robotu, otevřený kinematický řetězec: Denavitova-Hartenbergova notace, její použití k výpočtu přímé kinematické úlohy. (A3B33ROB)
  3. Zvláštnosti programování průmyslových robotů. Vytváření trajektorií koncového bodu manipulátoru. Syntéza kinematických parametrů a struktury robotů. (A3B33DRR)
  4. Dynamika robotů a její řízení. Řízení síly v robotech. Simulace v řízení robotů. Roboty s paralelní strukturou. (A3B33DRR)
  5. Porovnání možností realizací logické funkce, typy logických obvodů (vlastnosti, parametry, napěťové úrovně, kompatibilita), řešení vstupních a výstupních obvodů v procesorových systémech, připojování zobrazovačů a klávesnic. (A3B35APE)
  6. Komunikační rozhraní používaná v procesorových systémech, periferní obvody používané v procesorových systémech, moderní spínací součástky a jejich praktické využití, řešení napájecích zdrojů, využití operačních zesilovačů v mikroprocesorových systémech, aktivní filtry, zásady správného návrhu plošných spojů včetně EMC a mechatronických souvislostí. (A3B35APE)

Oborově zaměřené tematické okruhy pro obor Senzory a přístrojová technika

  1. Logické a paměťové obvody. Architektury, funkce a programování mikroprocesorů a mikrořadičů. Systémové sběrnice mikroprocesorů a mikrořadičů. (A3B38MMP)
  2. Vstupně /výstupní a komunikační rozhraní (čítače, brány, A/D a D/A převodníky, RS-232, RS-485,..), připojení ovládacích, zobrazovacích prvků a akčních prvků. (A3B38MMP)
  3. Přístrojová technika a systémy pro měření a sběr dat (DAQ systémy) - přehled, základní vlastnosti a parametry. Analogové obvody pro zpracování signálů ze senzorů. Struktura A/Č a multifunkčních měřicích modulů. (A3B38PRT)
  4. Digitalizace analogového signálu, metody číslicového zpracování signálů. Standardy pro programování DAQ systémů (SCPI, VXIplug&play, VISA, IVI). Vývoj aplikačních programů pro DAQ, integrovaná vývojová prostředí. Virtuální měřicí přístroje. (A3B38PRT)
  5. Princip, základní teorie a vlastnosti zdrojů elektrické energie, měniče pro napájení malých elektrických pohonů, průmyslové automaty používané pro řízení elektrických pohonů. (A3B14EPR)
  6. Malé stroje a speciální elektrické stroje používané v automatizaci a robotech, návrh elektropohonu pro automatizační aplikace, praktické ukázky a ověření vlastností elektrických pohonů. (A3B14EPR)

Oborově zaměřené tematické okruhy pro obor Systémy a řízení

  1. Architektury počítačů a procesorů (Von Neumannova a harvardská architektura). Typy základních operací, struktura instrukce. Operační kód, způsoby adresace. Architektury CISC a RISC. Paralelní architektury, SIMD a MIMD. Řadiče a jejich struktura. Instrukční cyklus počítače a činnost řadiče. Proudové zpracování (pipelining) na úrovni instrukcí, možné hazardy a jejich řešení. Aritmetické operace a obvody k jejich realizaci v pevné i pohyblivé řádové čárce. (A0B36APO)
  2. Paměti a jejich organizace. Hierarchie pamětí, konzistence dat. Hlavní (operační) paměť, její struktura a organizace. Skrytá (cache) paměť. Paměť typu LIFO, FIFO, asociativní paměť. Vnější paměti: struktura, fyzikální principy funkce, organizace dat. Virtuální paměť. Periferní zařízení, typy a způsoby připojení. Typy rozhraní, synchronizace přenosu. Přidělování, adresování a řízení sběrnic. Periferie mapované do paměti, izolovaný vstup a výstup. Přímý přístup do paměti (DMA), přerušení způsobená periferiemi. (A0B36APO)
  3. Výkonové vazební grafy pro modelování multidoménových dynamických systémů: základní principy, základní prvky, jednoduché příklady pro systémy mechanické, elektronické, elektromechanické a hydraulické. Srovnání signálově a výkonově orientovaného modelování dynamických systémů. Modelování mechanických systémů pomocí Lagrangeova přístupu: Eulerova-Lagrangeova rovnice, zobecněné souřadnice, holonomní a neholonomní omezení. (A3B35MSD)
  4. Objektově orientované modelování multidoménových dynamických systémů: základní princip a přehled aktuálních implementací jazyka Modelica. Metody pro numerickou simulaci spojitých dynamických systémů: základní principy jednokrokových a vícekrokových metod, přehled nejpopulárnějších algoritmů, stabilita metody, řád metody. Tuhé (angl. stiff) diferenciální rovnice. Adaptivní řízení délky integračního kroku. (A3B35MSD)
  5. Porovnání možností realizací logické funkce, typy logických obvodů (vlastnosti, parametry, napěťové úrovně, kompatibilita), řešení vstupních a výstupních obvodů v procesorových systémech, připojování zobrazovačů a klávesnic. (A3B35APE)
  6. Komunikační rozhraní používaná v procesorových systémech, periferní obvody používané v procesorových systémech, moderní spínací součástky a jejich praktické využití, řešení napájecích zdrojů, využití operačních zesilovačů v mikroprocesorových systémech, aktivní filtry, zásady správného návrhu plošných spojů včetně EMC a mechatronických souvislostí. (A3B35APE)
Za obsah odpovídá: doc. Ing. Ivan Jelínek, CSc.