1 Valg av hovedprofil i Teknisk kybernetikk -4. kybernetikk høsten 2012 Tor Onshus Studieprogramleder 2 Hva skal du velge En av hovedprofilene Komplementært emne Noen profiler har obligatoriske komplementære emner Valgbare emner for hovedprofilen Velges før sommeren Kan endres til 15. september Studiestart 20. august 1
3 Hovedprofiler IS-Instrumenteringssystemer TP-Tilpassede datasystemer SS-Sanntidssystemer FH-Fiskeri og havbruk BB-Biomedisinsk bevegelse MA-Medisinsk avbildning EO-Ny energi, olje og gass RO-Robotteknikk NF-Navigasjon og fartøystyring 4 IS Instrumenteringssystemer Tor Onshus Konstruksjon og analyse av sikkerhets og styresystemer for industriell bruk som implementerer regulerings, styrings, forriglings og sikkerhetsfunksjoner som er tilpasset den aktuelle anvendelse. Anvendelsene kan være alt fra olje og gass, næringsmiddel og jernbane til legemiddel og maskiner og roboter i stykkproduserende industri. 2
5 Konstruksjon Styresystemer Sikkerhetssystemer Forrigling Systemstruktur Prosjektering Konfigurering Installasjon Dokumentasjon Drift og Vedlikehold Regelverk/Standarder Anvendelser Olje&Gass Næringsmiddel Jernbane Roboter Maskiner etc Tjeldbergodden 6 Analyse av løsninger Konstruksjon Ytelse/Kapasitet Sikkerhet Eksplosjonssikring Driftsregularitet Miljøkonsekvenser Driftsoppfølging Deepwater Horizon 20. april 2010 3
7 Instrumenteringssystemer 8 TP Tilpassede datasystemer Amund Skavhaug Konstruksjon og analyse av datamaskinsystemer som er en innvevd del i annet utstyr (Embedded systems). Tilpassing og konstruksjon av maskinvare, lavnivå programvare og operativsystemer for disse systemene. Disse systemene befinner seg overalt i samfunnet, kunnskaper og ferdigheter kan derfor brukes mot et bredt spekter av anvendelser. 4
9 Fagene vel ikke så forskjellige i forskjellige retninger Sanntidssystemer Teori og praksis for analyse, design og implementasjon av systemer med sanntidskrav Praktiske data-lab øvinger med en rekke forskjellige OS «Byggern» Hovedvekt på praktisk bygging av små datamaskinsystemer med tilkoblinger av ymse slag. 10 Konklusjon: Vi har fått en internasjonal master i embedded systems, vi følger opp dette, og sørger for at DERE også skal kunne lage: Fungerende, trygge, kost-effektive, konkurransedyktige dingser Små og Store Jobbmarkedet ser ut for å være strålende, for tiden bare å velge og vrake ser det ut for, og: Det blir ikke færre anvendelser av tilpassede datamaskiner fremover 5
11 SS Sanntidssystemer Sverre Hendseth Utvikling av tilpassede datasystemer med hovedfokus på systemering, design og implementering av programvaren. 12 FH Fiskeri og havbruk Jo Arve Alfredsen Fokus på hvordan kybernetikk kan anvendes på problemstillinger innen en av våre viktigste vekstnæringer - produksjon og høsting av marine biologiske ressurser. Anvendelsene omfatter eksempelvis utvikling av systemer for styring og overvåkning av havbruksproduksjon, modellering og simulering av fisks fysiologi og atferd, styring av redskaper og fartøyer, og utvikling av spesialisert instrumentering for utforskning av havet. Studieplanen inkluderer emner som gir en innføring i marin biologi i tillegg til de regulære kybernetikkemnene. 6
13 Fiskeri- og havbrukskybernetikk Grunnlag og muligheter: Norge råder over enorme og rike havområder med stort potensial for produksjon av sunn mat basert på fornybare ressurser Eksporterer i dag for ~50 mrd/år; potensialet er betydelig større Bærekraftig utvikling av industrien krever nye teknologier og metoder FoU-behovet er meget stort FH-kyb-kandidaten vil kunne gå både til forskningsinstitusjonene og til en voksende og stadig mer avansert leverandørindustri Stort innovasjonspotensial for smarte teknologer som er i posisjon til å kjenne problemstillingene Tre eksempler på Masterprosjekt-titler innen FH-kyb: 1. Modellering og simulering av fiskeatferd i oppdrettsmerder 2. Automatisert system for marin fiskeyngelproduksjon 3. Robotisert rensing og vedlikehold av tankkulturer ITK personell: Jo Arve Alfredsen, 1. Aman. Morten Omholt Alver, 1. Aman. II 14 Fiskeri- og havbrukskybernetikk Læringsmål: Tilegne seg avansert kunnskap innen kybernetikk i kombinasjon med kunnskap om sentrale emner innen marin biologi og marine biologiske ressurser Kunne arbeide selvstendig med praktisk og teoretisk problemløsning innen den marine sektor med kybernetikk som metodegrunnlag ÅR 5 4 SEM 10V 9H 8V 7H Studiepoeng 7.5 7.5 7.5 7.5 KYB/TEKN Valgbart KYB/TEKN Valgbart KYB Ind.dat.kon. MASTER FH-kyb TEMA TK14+15 EiT KYB Valgbart PROSJEKT FH-kyb BIO Akvakultur TEKN Marin akust. TK14: Marinbiologiske modeller og systemer TK15: Marin instrumentering og biotelemetri * Perspektiv- og ikke-tekniske emner dekkes av BIO BIO Akvakultur BIO Marin Du får f.eks. lære å: Lage reguleringssystemer for produksjon av fisk og plankton Utvikle instrumenter for å måle fysiske og biologiske parametre i havet Matematisk modellering av atferd, fysiologi og populasjonsdynamikk hos fisk og plankton Lage små ultralydsendere for sanntids observasjon av fisks atferd 7
15 BB Biomedisinsk bevegelse Øyvind Stavdahl Modellering, måling, analyse og styring av bevegelse i et helseperspektiv, med relevans for forebygging, diagnose, behandling og rehabilitering. Feltet har stor samfunnsøkonomisk betydning, og forskningen foregår i samarbeid med klinikere ved St. Olavs Hospital og kolleger i Europa og Nord-Amerika. Relevant bakgrunnskunnskap omfatter de fleste fag som undervises ved Institutt for teknisk kybernetikk. 16 «Snapshot» av tidligere studentoppgaver i Biomedisinsk bevegelse 8
17 Kort om fagstudiet 4. årskurs Høsten BEV3005 MOTORIKK OG BIOMEK MFEL3010 MEDISIN TMA4145 LINEÆRE METODER TTK4147 SANNTIDSSYSTEMER TTK4155 IND DATASYST KONSTR TTK4170 MOD IDENT BIOSYSTEM TTK4205 MØNSTERGJENKJ TTT4120 DIG SIGNA Våren EKSP I TEAM TV PROSJ TTK4195 MOD REG ROBOT - INGENIØREMNE ANNET ST.PR. TTM4100 KOMM TJEN NETT T4265 DATASYN TDT4140 SYSTEMUTVIKLING TDT4171 MET KUNSTIG INTELLIG TDT4180 MMI TET4120 EL MOTORDRIFTER TFY4345 KLASSISK MEKANIKK TIØ4126 OPTIM BESL STØTTE 18 Kort om fagstudiet 5. årskurs Høsten TTK4555 TEKNISK KYB FDE TTK26 Instr Nevromot Sys TTK6 Robot 6 ordinære TTK- (TMA-)emner TTK4550 TEKNISK KYB FDP Våren TTK4900 TEKNISK KYBERNETIKK Masteroppgave Take-home Message: BB gir en bred, generell kyb-utdannelse Spissing mot medisin/biomedisinsk teknikk og bevegelse(-sstyring) Probelmstillingene dekker nesten HELE studieprogrammets bredde 9
19 MA Medisinsk avbilding Hans Torp (Bjørn Angelsen) Fysikk og matematisk modellering for medisinske billeddannende systemer basert på ultralyd, magnetisk spinn resonans, røntgenstråler og radiologiske kilder (isotoper og positron rekombinasjon). Metoder for signalbehandling benyttet i rekonstruksjon av bilder fra komplekse målinger. Instrumentering for medisinsk billeddannelse. Modellering og identifikasjon av biologiske systemer. 20 Medical Imaging (MA)- Vision Mathematical modelling of physical processes involved in Medical imaging methods (Ultrasound, XRay, Optical, Magnetic Resonance) Signal processing relating to transforming basic measurement signals into images of anatomy and blood flow Modelling and identifiction of biological systems to extract more information from measurements 10
21 Medical Imaging (MA) - Courses TTK4160 Medisinsk Billeddannelse (Medical Imaging) Høst 4de klasse (obl) TTK4165 Signalbehandling ved medisinsk billeddannelse (Signal Processing in Medical Imaging) Vår 4de klasse (obl) TTK4170 Modellering og identifikasjon av biologske systemer (Modelling and identification of biological systems) Høst 3de, 4de, 5te (valgb) Fordypning og prosj 5te klasse etter avtale med veileder, se http://www.ntnu.edu/isb/studies/master-thesis-andproject-topics 22 Medical Imaging (MA)- Jobs One will learn general methods that are applicable in other similar areas like: Seismics, Sonar, Technicl Ultrasound, General Image and Signal Processing, Etc. Jobs in Medical Imaging: Norwegian companies in medical imaging: GE Vingmed Ultrasound, Medistim, Aurotech, Sonowand, SURF Technology - Research at Universities and Research Institutes (SINTEF) - Hospitals 11
23 New hope for tiny hearts Advances in imaging methods to discover heart defects in children and newborn Quantification of jet flow in shunt between the heart chambers References: Siri A. Nyrnes, L. Lovstakken et al, Echocardiography. 2007;24:975-981, Echocardiography 2010;27:1113-1119 24 EO Ny energi, olje og gass Bjarne Foss Bruk av kybernetiske metoder for å styre og overvåke produksjonssystemer i olje og gass produksjon, nye energisystemer med for eksempel CO 2 -fangst og landbasert industri. Videre brukes metodene til å utvikle produkter og tjenester. Du vil få bruk for kunnskapen som du har ervervet deg fra reguleringsteknikk grunnkurs, modellering, optimalisering og ulineære systemer. 12
25 Ny energi, olje og gass Spørsmål til deg: Liker du Opt.Reg? Hvilken spesialkompetanse gir denne retningen deg? Spesielt god til analyse og applikasjonsutvikling for avanserte styrings og automatiseringssystemer i energisystemer. God veiledning gjennom spennende og utfordrende prosjekt/masteroppgaver gjerne i samarbeid med industribedrifter og PhD-studenter. 26 Ny energi, olje og gass ansvarlig: Professor Bjarne Foss Er dette bedrifter som appellerer til deg? Små-bedrifter Ingeniør/konsulent Energiselskaper 13
27 RO Robotteknikk Anton Shiriaev Modeling, motion planning and feedback controller design are key topics for robotics and applications that range from use of industrial manipulators, assistant mechanisms for surgeries and general medicine till entertainment, movie and educational robots. You will be equipped with concepts and techniques from control and mechanical engineering subjects that are critical for understanding the principles and that are used for robotics applications. 28 Industrial Robotics Lab Industrial robots are the key in automation High endurance, speed, and precision Cooperative robot tasks: e.g. Fanta Challenge www.itk.ntnu.no/irl/ 14
29 Industrial Robotics Lab Equipment: ABB Industrial Robots (IRB 140, 1600, 4600) Force/Torque sensor, Universal Gripper Conveyor Structured Light Camera ABB RobotStudio programming software New algorithms via Matlab/Simulink interface www.itk.ntnu.no/irl/ 30 Industrial Robotics Lab Projects: Modeling of robot kinematics and dynamics Experimental parameter indentification Creating motion scenarios via RobotStudio and Teach Pendant (e.g. Fanta Challenge) Algorithms for path planning, trajectory generation, motion and force control Object recognition and pose estimation using Structured Light Camera www.itk.ntnu.no/irl/ 15
31 NF Navigasjon og fartøystyring Thor Inge Fossen Omfatter metoder for styring av skip, flytende plattformer og undervannsfartøyer. Matematisk modellering og simulering av fartøybevegelse i 6 frihetsgrader er sentralt i dette. De matematiske modellene brukes i treningssimulatorer, autopiloter, dynamisk posisjoneringssystemer, sensor- og navigasjonssystemer m.m. For navigasjonssystemer blir det lagt vekt på tilstandsestimatorer for integrasjon av satelittnavigasjonssystemer, gyroer og aksellerometer. Dette inkluderer praktisk bruk av Kalman-filteret. 32 Navigasjon og Design of integrated navigation systems (observer + IMU + GNSS) Global Navigation Satellite Systems (GNSS) and Inertial Navigation Systems (INS): Navigation kinematics IMU and GNSS attitude systems Inertial sensors (accelerometers, gyros) and magnetometers Strapdown inertial navigation Integration of Navigation Systems: Kalman filtering Nonlinear observers Matlab real time workshop compiles the block diagram and generates an executable file which is copied to target 16
33 Fartøystyring Methods for design and implementation of industrial GNC systems for ships, underwater vehicles, high speed craft, flight vehicles and spacecraft Mathematical modeling of marine craft and the environment (waves, ocean currents and wind) in 6 DOF including: Matlab/Simulink Toolbox: Kinematics (Euler angles/unit quaternions) Marine Systems Simulator (MSS): www.marinecontrol.org Compulsory Text: Rigid body dynamics, Fossen, T. I. (2011) Hydrostatics Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control, Wiley Hydrodynamics Vectorial mechanics Applied control theory and synthesis in terms of: LQ optimal control Kalman filtering Nonlinear observer design PID control with extensions to MIMO nonlinear systems Lyapunov methods Sliding mode control Feedback linearization Backstepping designs http://www.itk.ntnu.no/emner/ttk4190 34 What is in for you? Spring (7.5 credits): TTK 4190 Guidance and Control of Vehicles (requires good mathematical knowledge and background in control systems). Fall (3.75 credits): TTK 5 Kalman Filtering and Navigation Typical Problems for Research and Thesis Work: Control of autonomous underwater vehicles (AUV) Control of unmanned aerial vehicles (UAV) Autopilots for aircraft Autopilots and dynamic positioning systems for ships Nonlinear observer design for navigation systems (GPS, GLONASS, inertial) Guidance systems for path planning, collision avoidance, landing, take off Parametric resonance in marine systems, roll damping systems Underwater robotics, vehicle robot interactions Mathematical modeling of marine craft/aircraft and the environment Hardware in the loop testing and simulation of control systems PhD Research Topics Theoretical work on nonlinear control systems Theoretical work on guidance, navigation and control http://www.itk.ntnu.no/emner/ttk4190 17
35 Andre spørsmål? 18