inf300 - Hybrid Systems (Course overview)

inf300 - Hybrid Systems (Course overview)

Department of Computing Science 6 KP
Module components Semester courses Summer semester 2025 Examination
Lecture
  • Unlimited access 2.01.300 - Hybride und cyber-physische Systeme Show lecturers
    • Prof. Dr. Martin Georg Fränzle
    • Rabeaeh Kiaghadi
    • Paul Kröger

    Tuesday: 14:00 - 16:00, weekly (from 08/04/25)
    Friday: 08:00 - 10:00, weekly (from 11/04/25)
    Eingebettete Computersysteme stehen in ständiger Interaktion mit ihrer Umgebung, welche oftmals zustands- und zeitkontinuierliche Komponenten enthält. Damit entstehen komplexe Interaktionen zwischen diskreten Berechnungs- und Entscheidungsvorgängen einerseits und kontinuierlichen Prozessen andererseits, welche weder mit den Mitteln der kontinuierlichen noch mit den Mitteln der diskreten Mathematik analysierbar sind. Insofern wird für die Analyse dieser technisch wichtigen Klasse computerbasierter Systeme eine eigenständige Theorie wie auch Entwurfsmethodik benötigt, in die diese VL einführen möchte: Die Theorie der hybrid diskret-kontinuierlichen Systeme. Gleichzeitig bilden diese Systeme die Basis einer der größten technologischen Revolutionen dieser Zeit: Der "smarten", cyber-physischen Geräte und Infratsrukturen, in die die Vorlesung ebenfalls einführen wird. Die vorlesungsbegleitende Bearbeitung eines Semesterprojekts mit aktuellen Entwurfs- und Verifikationswerkzeugen dient der Vertiefung des Vorlesungsstoffs.
Exercises
  • Unlimited access 2.01.300 - Hybride und cyber-physische Systeme Show lecturers
    • Prof. Dr. Martin Georg Fränzle
    • Rabeaeh Kiaghadi
    • Paul Kröger

    Tuesday: 14:00 - 16:00, weekly (from 08/04/25)
    Friday: 08:00 - 10:00, weekly (from 11/04/25)
    Eingebettete Computersysteme stehen in ständiger Interaktion mit ihrer Umgebung, welche oftmals zustands- und zeitkontinuierliche Komponenten enthält. Damit entstehen komplexe Interaktionen zwischen diskreten Berechnungs- und Entscheidungsvorgängen einerseits und kontinuierlichen Prozessen andererseits, welche weder mit den Mitteln der kontinuierlichen noch mit den Mitteln der diskreten Mathematik analysierbar sind. Insofern wird für die Analyse dieser technisch wichtigen Klasse computerbasierter Systeme eine eigenständige Theorie wie auch Entwurfsmethodik benötigt, in die diese VL einführen möchte: Die Theorie der hybrid diskret-kontinuierlichen Systeme. Gleichzeitig bilden diese Systeme die Basis einer der größten technologischen Revolutionen dieser Zeit: Der "smarten", cyber-physischen Geräte und Infratsrukturen, in die die Vorlesung ebenfalls einführen wird. Die vorlesungsbegleitende Bearbeitung eines Semesterprojekts mit aktuellen Entwurfs- und Verifikationswerkzeugen dient der Vertiefung des Vorlesungsstoffs.
Notes on the module
Prüfungszeiten

At the end of the lecture period
Module examination

Semester project including written work and final presentation
Skills to be acquired in this module

The module gives an introduction to hybrid discrete-continuous systems, as arising by embedding digital hardware into physical environments, and it elaborates on state of the art methods for the mathematical modelling and the analysis of such systems. It thus provides central competences for understanding and designing reliable cyber-physical systems.


Professional competence
The students:

  • characterise formal models of cyber-physical systems: hybrid automata, hybrid state transition systems
  • name domain-specific system requirements: safety, stability, robustness
  • name analysis methods: symbolic state-space exploration, abstraction and abstraction refinement, generalized Lyapunov-Methods
  • use state-of-the-art analysis tools
  • select and apply adequate modelling and analysis methods for concrete application scenarios
  • apply methods to reduce large state spaces and reduce infinite-state systems by abstraction
  • know the de-facto industry standards for system modelling and are able to apply the corresponding modelling framewortks and tools

Methodological competence
The students:

  • mtdel heterogeneous dynamical systems with adequate modelling and design tools, in particular Simulink/Stateflow
  • transfer modelling and analysis methods to other heterogeneous domains, e.g. socio-technical systems

Social competence
The students:

  • work in teams
  • solve complex modelling, design, and analysis tasks in teams

Self-competence
The students:

  • reflect their actions and respect the scope of methods dedicated to hybrid systems