Prezenční studium

4 roky

doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.

Předseda :
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.
Člen interní :
doc. Ing. Jan Mikulka, Ph.D.
doc. RNDr. Dana Hliněná, Ph.D.
prof. Ing. Lubomír Brančík, CSc.
doc. Ing. et Ing. Vilém Neděla, Ph.D., DSc.
doc. RNDr. Martin Kovár, Ph.D.
Člen externí :
prof. Ing. Jan Macháč, DrSc.
prof. RNDr. Ondřej Kalenda, Ph.D.
prof. RNDr. Martin Knor, Ph.D.

Doktorský studijní program "Theoretical Electrical Engineering" je zaměřen na přípravu špičkových vědeckých a výzkumných specialistů v různých oblastech teoretické elektrotechniky. Zejména v teorii a aplikacích elektromagnetismu, elektrických obvodů, v metodách elektro/magnetických měření a metodách zpracování signálů. Příprava je podpořena poskytnutím znalostí v souvisejících matematických disciplínách, jakými jsou problematika stochastických procesů a statistických metod vyšetřování zkoumaných systémů, analýza systémů pomocí funkcionálních rovnic, návrh multikriteriálních optimalizačních metod, numerických metod řešení spojitých a diskrétních dynamických systémů a dalších. Cílem programu je poskytnout ve všech těchto dílčích zaměřeních doktorské vzdělání absolventům vysokoškolského magisterského studia, prohloubit jejich teoretické znalosti a rozvíjet spojené praktické odborné dovednosti a naučit je metodám vědecké práce.

Absolventi doktorského studia v programu "Theoretical Electrical Engineering" umí řešit vědecké a složité technické inovační úlohy v oblasti elektrotechniky. A to v teoretické rovině a také při jejím praktickém nasazení ve výzkumu, vývoji a výrobě. Pro řešení technických výzkumných a vývojových úloh jsou vybaveni komplexními znalostmi z teorie a aplikací elektromagnetického pole, elektrických obvodů, metod měření veličin a zpracování signálů a jejich fyzikálním a matematickým popisem. Jsou schopni tvůrčím způsobem využívat moderní výpočetní, měřicí a diagnostickou techniku.
Díky kvalitnímu rozvinutému teoretickému vzdělání, odborným praktickým dovednostem a specializaci ve vybraném oboru jsou absolventi doktorského studia vyhledáváni jako specialisté a řídící pracovníci v oblasti obecné elektrotechniky. Uplatní se jako vědečtí, výzkumní a řídící pracovníci v základním či aplikovaném výzkumu, jako specializovaní odborníci a vedoucí týmů vývoje, konstrukce a provozu ve výzkumných a vývojových institucích a elektrotechnických a elektronických výrobních společnostech působících v oblasti pokročilých technologií.

Specialisté a řídící pracovníci v oblasti obecné elektrotechniky, vědečtí, výzkumní a řídící pracovníci v základním či aplikovaném výzkumu, specializovaní odborníci a vedoucí týmů vývoje, konstrukce a provozu ve výzkumných a vývojových institucích a elektrotechnických a elektronických výrobních společnostech působících v oblasti pokročilých technologií

Studium doktoranda probíhá podle individuálního studijního plánu, který zpracuje v úvodu studia školitel doktoranda ve spolupráci s doktorandem. V individuálním studijním plánu jsou specifikovány všechny povinnosti stanovené v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT, které musí doktorand k úspěšnému ukončení studia splnit. Tyto povinnosti jsou časově rozvrženy do celého období studia, jsou bodově ohodnoceny a v pevně daných termínech probíhá kontrola jejich plnění.
Student si zapíše a vykoná zkoušky z povinných předmětů Numerické úlohy s parciálními diferenciálními rovnicemi a Zkouška z angličtiny před státní doktorskou zkoušku, minimálně dvou povinně volitelných předmětů ohledem na zaměření jeho disertační práce, a dále minimálně dvou volitelných předmětů (Angličtina pro doktorandy, Řešení inovačních zadání, Vědecké publikování od A do Z, Citování ve vědecké praxi).
Ke státní doktorské zkoušce se může student přihlásit až po vykonání všech zkoušek předepsaných jeho individuálním studijním plánem. Před státní doktorskou zkouškou student vypracuje pojednání k disertační práci, v němž detailně popíše cíle práce, důkladné zhodnocení stavu poznání v oblasti řešené disertace, případně charakteristiku metod, které hodlá při řešení uplatňovat.
Obhajoba pojednání, které je oponováno, je součástí státní doktorské zkoušky. V další části zkoušky musí student prokázat hluboké teoretické i praktické znalosti v oblasti elektrotechniky, elektromagnetismu, teorie obvodů, metod měření elektrických a jiných fyzikálních veličin, zpracování a analýzy signálů a matematického modelování technických procesů. Státní doktorská zkouška probíhá ústní formou a kromě diskuze nad pojednáním k disertačním práce se také skládá z tematických okruhů týkajících se povinných a povinně volitelných předmětů.
K obhajobě disertační práce se student hlásí po vykonání státní doktorské zkoušky a po splnění podmínek pro ukončení, jakými jsou účast na výuce, vědecká a odborná činnost (tvůrčí činnost), a minimálně měsíční studijní nebo pracovní stáž na zahraniční instituci anebo účasti na mezinárodním tvůrčím projektu.

Studium doktoranda probíhá podle individuálního studijního plánu (dále jen ISP), který zpracuje v úvodu studia školitel doktoranda ve spolupráci s doktorandem. Individuální studijní plán je pro doktoranda závazný. Jsou v něm specifikovány všechny povinnosti stanovené v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT, které musí doktorand k úspěšnému ukončení studia splnit. Tyto povinnosti jsou časově rozvrženy do celého období studia, jsou bodově ohodnoceny a v pevně daných termínech probíhá kontrola jejich plnění. Průběžné bodové hodnocení všech aktivit doktoranda je vedeno v dokumentu „Celkové bodové hodnocení doktoranda“ a je součástí ISP. Při zahájení dalšího roku studia pak školitel do ISP zaznamená případné změny. Nejpozději do 15. 10. každého roku studia odevzdává doktorand vytištěný a podepsaný ISP na vědeckém oddělení fakulty ke kontrole a založení.
Během prvních čtyř semestrů skládá doktorand zkoušky z povinných, povinně volitelných anebo volitelných předmětů pro splnění bodových limitů ze Studijní oblasti, a současně se intenzivně zabývá vlastním studiem a analýzou poznatků v oboru stanoveném tématem disertační práce a průběžným publikováním takto získaných poznatků a vlastních výsledků. V dalších semestrech se doktorand již více soustřeďuje na výzkum a vývoj, který souvisí s tématem disertační práce, na publikování výsledků své tvůrčí práce a na vlastní zpracování disertační práce.
Do konce druhého roku studia skládá doktorand státní doktorskou zkoušku, kterou prokazuje široký rozhled a hluboké znalosti v oboru, souvisejícím s tématem disertační práce. K této zkoušce se musí přihlásit nejpozději do 30. dubna ve druhém roce svého studia. Státní doktorské zkoušce předchází zkouška z anglického jazyka.
Ve třetím a čtvrtém roce svého studia provádí doktorand potřebnou výzkumnou činnost, publikuje dosažené výsledky a zpracovává svoji disertační práci. Součástí studijních povinností v doktorském studijním programu je absolvování části studia na zahraniční instituci nebo účast na mezinárodním tvůrčím projektu s výsledky publikovanými nebo prezentovanými v zahraničí nebo jiná forma přímé účasti studenta na mezinárodní spolupráci, což je nutné doložit nejpozději při odevzdání disertační práce.
Doktorandi ve čtvrtém roce studia předkládají do konce zimního zkouškového období svému školiteli rozpracovanou disertační práci, který ji ohodnotí. Disertační práci doktorand odevzdává do konce 4. roku studia.
Student prezenční formy doktorského studia je v průběhu studia povinen absolvovat pedagogickou praxi, tj. působit v procesu výuky. Zapojení doktoranda do pedagogické činnosti je součástí jeho vědecké přípravy. Pedagogickou praxí doktorand získává zkušenosti v předávání poznatků a zdokonaluje prezentační dovednosti. Skladbu pedagogických aktivit (cvičení, laboratorní cvičení, vedení projektů apod.) určí doktorandovi vedoucí daného ústavu po dohodě se školitelem. Povinnost pedagogické praxe se nevztahuje na doktorandy-samoplátce a na doktorandy v kombinované formě studia. Zapojení do výuky v rámci pedagogické praxe potvrdí po jejím splnění školitel v IS VUT.

1. Analytické a numerické metody řešení frakcionálních systémů s důrazem na analýzu frakcionálních přenosových funkcí

   Cílem disertace je návrh numerické semi-analytické metody , která bude založena na Adomianově dekompoziční metodě a integrálních transformací, pro řešení počátečních problémů frakcionálních systémů diferenciálních rovnic s důrazem na analýzu frakcionálních přenosových funkcí a jejich impulzních charakteristik. Rovněž bude vyšetřována konvergenční analýza navržené metody.

   Školitel: Šmarda Zdeněk, doc. RNDr., CSc.

2. Autonomní pohyb bezpilotních systémů bez GPS

   Cílem projektu je provést rešerši v oblasti navigování bezpilotních systémů se zaměřením na pohyb letounu pomocí obrazových snímků. Prostudujte možnosti řízení bezpilotních letadel pomocí obrazových dat a případnou fúzi dat z dalších senzorů. Navrhněte metody pohybu UAV bez satelitních dat, optimalizujte a vyhodnoťte získané výsledky.

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

3. Autonomní řízení bezosádkových systémů

   Toto téma se zabývá vývojem algoritmů a technik pro autonomní řízení zejména bezpilotních letadel. Výzkum bude zaměřen mimo jiné na to, jakým způsobem se letouny rozhodují, plánují svou trasu a reagují na neočekávané situace.

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

4. Bezpečnost a kybernetická bezpečnost bezpilotních systémů

   Téma se zaměřuje na identifikaci a řešení bezpečnostních hrozeb spojených s bezpilotními letouny. Výzkum bude zaměřen na ochranu bezpilotních systémů před útoky a zabezpečení jejich komunikace.

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

5. Detekce materiálů s využitím principu nukleární kvadrupólové rezonance

   Disertační práce je zaměřena na vývoj technik pro detekci různých materiálů (zejména na bázi N a Cl) s využitím nukleární kvadrupólové resonance. Aktuálně se tato metoda jeví jako velmi perspektivní pro oblast detekce a klasifikace výbušnin, léků a drog. Problematika buzení jader a následného snímání signálu rezonujících jader s možností přelaďování je relativně složitou úlohou jak z pohledu nároků na signálovou cestu, tak z hlediska konstrukce budicího obvodu. Vzhledem k malé úrovni signálu rezonujících jader a krátkým relaxacím je nutné vyřešit celou řadu technických problémů. Problematika je do značné míry mezioborová.

   Školitel: Steinbauer Miloslav, doc. Ing., Ph.D.

6. Elektrická impedanční tomografie

   Cílem disertační práce je zvýšení vědeckého poznání v oblasti nedestruktivní analýzy vnitřní struktury materiálu pomocí elektrické impedanční tomografie. Předpokládaným směrem dizertační práce je optimalizace metod rekonstrukce rozložení elektrické impedance, využití multispektrální šumové a impulzní analýzy, aplikace a optimalizace prvků umělé inteligence a strojového učení, zrychlení výpočtů s využitím paralelizace výpočtů. Návrh metod bude prováděn s ohledem na vybrané aplikace, např. průzkum zemin, stavu stavebních konstrukcí apod. ve spolupráci s konkrétními institucemi. Výzkumná činnost bude zahrnovat modelování prostředí a měřicího systému ekvivalentními obvody, simulaci, emulaci, měření na skutečném prostředí včetně vyhodnocení vlivu kmitočtu budicího signálu na kvalitu rekonstrukce elektrických vlastností analyzovaného prostředí.

   Školitel: Mikulka Jan, doc. Ing., Ph.D.

7. Matematické modelování a simulace biologických procesů v tělovýchově

   Tělovýchova je oblast na pomezí medicíny a sportu nabízející velké množství aplikací v běžném životě. Cílem disertační práce je návrh a analýza matematického modelu, který by odpovídal vybranému dynamickému systému propojujícímu oblasti zdraví a pohybu člověka. Doktorská práce bude sestávat z teoretické a aplikační části a součástí práce budou simulace a analýza dat. Konkrétní zaměření práce bude zvoleno na základě zkušeností a preferencí kandidáta. Preferováni jsou kandidáti, kteří mají zkušenost s matematickými modely dynamických systémů.

   Školitel: Šmarda Zdeněk, doc. RNDr., CSc.

8. Moderní metody analýzy obrazů z multispektrální kamery

   Cílem studia je návrh řešení pro zpracování nasnímaných obrazů multispektrální kamerou za účelem získání nutričních hodnot rostlin a dále odhad optimální doby sklizně na základě zjištěných nutričních parametrů. Bude se pracovat s různými algoritmy včetně ML AI.

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

9. Moderní metody diagnostiky mozkových tumorů

   V rámci dizertační práce bude provedena rešerše v oblasti diagnostiky mozkových tumorů. Zaměřovat se bude se na různé typy obrazů snímaných tomografem magnetické rezonance. Dále na zobrazování mozkové tkáně obsahující patologie jako glioblastom, metastáza či absces. Prováděný výzkum bude spočívat v návrhu metod klasifikace patologie mozku s využitím umělé inteligence.

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

10. Moderní metody obrazové analýzy pro medicínské aplikace

    Cílem disertační práce je zvýšení vědeckého poznání v oblasti moderních metod analýzy obrazů. V rámci řešení své dizertační práce bude doktorand úzce spolupracovat s Fakultní nemocnicí u sv. Anny (Neurochirurgická klinika). S ohledem na specifické vlastnosti obrazů magnetické rezonance a dalších zobrazovacích modalit budou rozvíjeny metody předzpracování, segmentace a klasifikace obrazů. Předpokládá se využití metod umělé inteligence a strojového učení pro diferenciaci tkání, standardizaci diagnostiky apod.

    Školitel: Mikulka Jan, doc. Ing., Ph.D.

11. Obecná řešení slabě zpožděných lineárních diferenciálních systémů a zpracování diskrétních časových signálů

    Cílem bude odvodit explicitní vzorce pro obecné řešení slabě zpožděných lineárních diferenciálních systémů a diskrétních systémů, ukázat jejich případnou redukci na lineární systémy obyčejných diferenciálních a diskrétních rovnic a dokázat výsledky o podmíněné stabilitě. K získání výsledků budou použity různé matematické nástroje, jedním z nich bude Laplaceova transformace. Prvotní literaturou je článek: D. Ya. Khusainov, D. B. Benditkis and J. Diblik, Weak delay in systems with an aftereffect, Functional Differential Equations, 9, 2002, No 3-4, 385-404, 404, J. Diblík, H. Halfarová, J. Šafařík, Formulas for the general solution of weakly delayed planar linear discrete systems with constant coefficients and their analysis, Applied Mathematics and Computation 358 (2019), 363-381, J. Diblík, H. Halfarová, J. Šafařík, Two-parameters formulas for general solution to planar weakly delayed linear discrete systems with multiple delays, equivalent non-delayed systems, and conditional stability, Applied Mathematics and Computation vol. 459, Art. ID 128270, pp. 1-14, 2023, M. Sami Fadali, A. Visioli, Digital Control Engineering, Analysis and Design,' Third Edition, Academic Press in an imprint of Elsevier, Elsevier, 2019 a nedávno publikované výsledky pro spojitý i diskrétní případ. Během studia je plánován výjezd na Univerzitu Bialystok, Polsko, kde je podobná problematika studována.

    Školitel: Diblík Josef, prof. RNDr., DrSc.

12. Optovláknové snímání elektromagnetických přechodových dějů

    Využití magnetooptického jevu v optických vláknech je atraktivní možností pro konstrukci snímačů magnetických polí a elektrických proudů. Jejich nasazení je zajímavé zejména v případě měření silných magnetických polí, respektive proudů dosahujících hodnot v oblasti jednotek kiloampérů až desítek megaampérů. V této souvislosti je vysoce potenciální jejich aplikace v diagnostice plazmatických výbojů v budoucích fúzních reaktorech. Pro úspěšné nasazení těchto snímačů je velmi žádoucí disponovat možnostmi jejich testování při vývoji. Řada prací se již problematikou měření vlastností snímačů zabývala. Doposud ale nebyla věnována potřebná pozornost možnosti testování dynamických vlastností snímačů pro přechodné děje v nanosekundové a sub-nanosekundové oblasti. A to spolu s magnetickými poli indukovanými proudy o hodnotě jednotek kiloampérů a výše. Dizertační práce se bude věnovat výzkumu vlastností a testování senzorů v nano a sub-nanosekundové oblasti. Předpokládá se vlastní návrh a vývoj unikátního testovacího zařízení.

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

13. Pokročilé metody radiofrekvenční detekce částečných výbojů

    Jedním z klíčových problémů spolehlivosti výkonových vysokonapěťových transformátorů je existence částečných výbojů v jejich olejové náplni. Radiofrekvenční metody mohou poskytnout účinný nástroj pro sledování aktivity částečných výbojů. Pro jejich úspěšné nasazení je stěžejní možnost detekce elektromagnetického signálu v pásmu UKV vyzařovaného výbojem. Tento signál má relativně nízkou úroveň a jeho výskyt je doprovázen silným impulzním rušením z jiných výbojových dějů. Na druhou stranu signál disponuje specifickými časovými a kmitočtovými relacemi, které mohou umožnit jeho spolehlivou detekci a vyhodnocení. Téma je zaměřeno na výzkum nového přístupu k detekci elektromagnetických signálů vyzařovaných částečnými výboji, který bude využívat jejich časových a kmitočtových specifik. Cílem práce je prohloubit stav poznání v problematice spolehlivé detekce a identifikace aktivity částečného výboje a zvýšení spolehlivosti provozu výkonových vysokonapěťových transformátorů.

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

14. Pokročilé metody vzdáleného snímání zemského povrchu

    Cílem práce je vytvoření nebo optimalizování nových pokročilých metod průzkumu povrchu Země. Výzkum se zaměří na různé typy senzorů, jednou z variant bude snímání magnetického pole za účelem nalezení různých předmětů jako jsou například vojenské miny.

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

15. Systémy zlomkového řádu a jejich aplikace v elektroinženýrství

    „Zlomkový počet“ je teorie o integrálech a derivacích libovolného (neceločíselného) řádu, která sjednocuje a zobecňuje pojem celočíselné derivace a n-násobné integrace. Tento zobecněný proces se nazývá „diferintegrace“. Systémy popsané diferenciálními rovnicemi zlomkového řádu se hojně vyskytují v aplikacích v elektrotechnice. Práce doktoranda by se měla zabývat teorií i aplikacemi a měla by posunout hranice poznání v obou oblastech. Konkrétní zaměření práce bude zvoleno na základě zkušeností a preferencí kandidáta. Preferováni jsou kandidáti, kteří už mají zkušenost se zlomkovými derivacemi a integrály.

    Školitel: Šmarda Zdeněk, doc. RNDr., CSc.

16. Teorie nelineární akustiky ve spojení s nehomogenními lokálně periodickými strukturami

    Nelineární akustika je relativně moderní výzkumnou disciplínou. Zabývá se šířením akustických vln v nelineárním prostředí, modelováním parametrického akustického pole a souvisejícími aplikacemi. Jedním z problémů, které je potřeba v současné době řešit je analytický popis nelineárního prostředí, případně jeho numerické modelování. Dalším směrem v této oblasti je návrh nehomogenních lokálně periodických struktur, pomocí kterých jsme schopni zacílit akustické vlny do svazku, vytvářet nelineární prvky je např. akustická dioda apod. Aplikačním odvětvím této výzkumné oblasti pak může být např. bezkontaktní testování materiálů. V rámci disertační práce se bude student věnovat popisu a analýze amplitudově modulovaných akustických vln konečných amplitud a analýze parametricky buzených akustických polí. Cílem práce je dále prohloubení stavu poznání v problematice nelineárních akustických interakcí v tekutinách s využitím nehomogenních periodických struktur, metod zpracování vstupních signálu a modulace nosných vln.

    Školitel: Mikulka Jan, doc. Ing., Ph.D.

17. Úlohy řiditelnosti pro diferenciální a diskrétní rovnice se zpětnou vazbou.

    Cílem práce bude řešit některé úlohy z teorie řízení o relativní a křivkové řiditelnosti pro systémy diskrétních rovnic se zpětnou vazbou. Předpokládá se, že budou získána kriteria řiditelnosti a budou konstruovány adekvátní algoritmy pro jejich řešení (včetně konstrukce řídících funkcí). Výchozí literaturou je kniha M. Sami Fadali a Antonio Visioli, Digital Control Engineering, Analysis and Design, Elsewier, 2013 a články: J. Diblík, Relative and trajectory controllability of linear discrete systems with constant coefficients and a single delay, IEEE Transactions on Automatic Control, (https://ieeexplore.ieee.org/document/8443094), 64 (2019), Issue 5, 2158-2165, a J. Diblík, K. Mencáková, A note on relative controllability of higher-order linear delayed discrete systems, IEEE Transactions on Automatic Control 65, No 12 (2020), 5472-5479, (https://ieeexplore.ieee.org/document/901308900. Během studia je plánován výjezd na Univerzitu Bialystok, Polsko, kde je podobná problematika studována.

    Školitel: Diblík Josef, prof. RNDr., DrSc.

18. Umělá inteligence ve zpracování signálů a obrazů

    Cíle disertační práce bude zvýšení míry poznání v oblasti zpracování jednorozměrných i vícerozměrných signálů (obrazů) moderními metodami umělé inteligence (hluboké učení). Půjde především o potlačení rušení, šumu a artefaktů vznikajících při jejich pořizování. Předpokládá se zpracování nízkoúrovňových signálů pořízených tomografickými metodami nebo signálů pořízených detekcí v pásmech ELF-THF.

    Školitel: Mikulka Jan, doc. Ing., Ph.D.

19. Výzkum vlastností a aplikací šumových elektromagnetických polí

    Měřicí a diagnostické metody založené na využití vyzařovaného elektromagnetického (EM) pole a jeho interakce s testovanými objekty jsou v současné době dobře zvládnutou a široce využívanou technologií. Ovšem naprostá většina systémů založených na zmíněném přístupu používá koncept, kdy je generováno a vyhodnocováno EM pole s definovaným kmitočtem, resp. je tento kmitočet řízeně rozmítán. V tomto případě je nutno brát v úvahu možnost reaktančních vazeb měřeného a měřicího objektu v blízké oblasti, které mohou měření znehodnotit. Naopak, pokud by byly pro diagnostiku použity širokopásmové stochastické signály (šumové signály), bylo by možno tyto vazby potlačit. Téma studia je zaměřeno na výzkum využití konceptu diagnostiky materiálů a elektromagnetických struktur šumovým polem, především v radiofrekvenční a mikrovlnné oblasti, jeho rozvoj a experimentální ověření.

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