Digital fysik, 7,5 hp

Innehåll

Kursen behandlar beräkningsvetenskapliga metoder bakom virtuella 3D-miljöer och simulatorer av cyberfysikaliska system, exempelvis fordon, robotar och biomekaniska system. I kursen används tidsdiskret flerkroppsdynamik för stela och flexibla kroppar med leder och kontakter, fysikbaserad modellering av sensorer och aktuatorer samt högpresterande numeriska algoritmer och lösare som integrerar den digitala fysiken med programvaror för analys, testning, styrning och optimering. Kursen omfattar tekniker för automatiserad modellkalibrering utifrån experimentella data samt generering av syntetiskt test- och träningsdata för att kritiskt analysera det simulerade systemets förmågor och begränsningar och för djup maskininlärning. I den praktiska delen av kursen används en fysikmotor för att skapa en fullsystemsimulator av ett mekatroniskt system utifrån en CAD-modell, tekniska specifikationer och experimentella data. Genom återkoppling av simuleringsdata förbättras systemets styrprogramvara eller konstruktion. Kursen omfattar två moduler, en teoridel om 5,5 hp och ett laborationsmoment om 2 hp.

Förväntade studieresultat

För att uppfylla målen för kunskap och förståelse ska den studerande efter genomgången kurs
kunna:

• redogöra för grunderna i tidsdiskret flerkroppsdynamik för stela och flexibla kroppar, inkluderat leder, motorer och kontakter,
• redogöra för olika numeriska metoder för att simulera flerkroppsdynamiska system
• redogöra för olika sätt att modellera cyberfysikaliska system med tidsdiskret flerkroppsdynamik samt virtuella sensorer och regulatorer
• redogöra för olika felkällor till avvikelse i utdatat från fullsystemsimulatorer och deras fysiska motsvarighet samt hur avvikelserna påverkar tillämpbarheten av simulerade resultat,
• ge exempel på olika forskningsområden och applikationer där simulatorer av cyberfysikaliska system används.

För att uppfylla målen för färdighet och förmåga ska den studerande efter genomgången kurs kunna:

• analysera och förbättra överensstämmelsen mellan en fullsystemsimulator och dess fysiska motsvarighet med hjälp av experimentella data,
• visa kreativ förmåga i att använda en fysikmotor för att skapa fullsystemsimulatorer samt att analysera det modellerade cyberfysikaliska systemets förmågor och begränsningar i olika situationer.

För att uppfylla målen för värdering och förhållningssätt ska den studerande efter genomgången kurs kunna:

• kritiskt resonera kring och använda metoder för att kontrollera riktigheten hos erhållna resultat.

Behörighetskrav

Tidigare högskolestudier om minst 90 högskolepoäng inklusive Analytisk mekanik 7,5 hp, Datastrukturer och algoritmer 7,5 hp, Fysikens numeriska metoder 7,5 hp, och Modellering och simulering 7,5 hp eller motsvarande. Engelska och svenska för grundläggande behörighet för högskolestudier. Krav på svenska gäller endast om utbildningen ges på Svenska.

Undervisningens upplägg

Undervisningen bedrivs i form av föreläsningar och handledning vid laborationer. Obligatoriska datorlaborationer ingår.

Examination

Examinationen på kursens teorimoment sker individuellt i form av en skriftlig salstentamen vid kursens slut. Examinationen på kursens laborationsmoment sker individuellt genom skriftliga rapporter och muntliga redovisningar. På de muntliga och skriftliga redovisningarna sätts betyget Underkänd (U) eller Godkänd (G). På det skriftliga provet sätts något av betygen Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4) samt Med beröm godkänd (5). På hela kursen ges något av betygen Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4) eller Med beröm godkänd (5). För att bli godkänd på hela kursen krävs att samtliga muntliga och skriftliga redovisningar är godkända samt att det skriftliga provet är godkänt. Under förutsättning att alla moment är godkända blir betyget på hela kursen detsamma som på det skriftliga provet.

Examinator kan besluta om avsteg från kursplanens examinationsform. Individuell anpassning av examinationsformen ska övervägas utifrån studentens behov. Examinationsformen anpassas inom ramen för kursplanens förväntade studieresultat. Student som har behov av en anpassad examination ska senast 10 dagar innan examinationen begära anpassning hos kursansvarig institution. Examinator beslutar om anpassad examination som sedan meddelas studenten.

Student som missat eller inte kunnat slutföra ett obligatoriskt utbildningsmoment vid kurstillfället ska beredas möjlighet att slutföra det senare. För mer information, se Regler för betyg och examination , dnr: FS 1.1-574-22. En student som utan godkänt resultat har genomgått två prov för en kurs eller en del av en kurs, har rätt att få en annan examinator utsedd, om inte särskilda skäl talar emot det (HF 6 kap. 22 §). Begäran om ny examinator ställs till prefekten för Institutionen för fysik. För mer information, se Regler för betyg och examination på grund- och avancerad nivå, dnr: FS 1.1-574-22.

Student har rätt att få prövat om tidigare utbildning eller motsvarande kunskaper och färdigheter förvärvade i yrkesverksamhet kan tillgodoräknas för motsvarande utbildning vid Umeå universitet. Ansökan om tillgodoräknande skickas in till Studentcentrum/Examina. Mer information om tillgodoräknande finns på Umeå universitets studentwebb, www.student.umu.se, och i högskoleförordningen (6 kap). Ett avslag på ansökan om tillgodoräknande kan överklagas (Högskoleförordningen 12 kap) till Överklagandenämnden för högskolan. Detta gäller såväl om hela som delar av ansökan om tillgodoräknande avslås.

Övriga föreskrifter

I det fall att kursplan upphör att gälla eller genomgår större förändringar, garanteras studenter minst tre provtillfällen (inklusive ordinarie provtillfälle) enligt föreskrifterna i den kursplan som studenten ursprungligen varit kursregistrerad på under en tid av maximalt två år från det att tidigare kursplan upphört att gälla eller kursen slutat erbjudas.