《自動車輛和過程的容錯設(shè)計及控制》的主要內(nèi)容為自動車輛和應用過程的研究方法、開發(fā)應用和系統(tǒng)驗證，具體內(nèi)容包括容錯原理、設(shè)計與控制，自動車輛的容錯設(shè)計與控制，以及自動化過程的容錯設(shè)計與控制等。本書中的“自動車輛”還包括處于工業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)，或者各種基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)的車輛，即載人車輛和貨運車輛，也稱為自動式車輛或自動引導車。另外，盡管在基礎(chǔ)設(shè)施和加工行業(yè)中可能存在類似的運行過程，但在這里，自動化過程主要指工業(yè)企業(yè)的制造、組裝和物流過程。
《自動車輛和過程的容錯設(shè)計及控制》適合工業(yè)企業(yè)研究開發(fā)自動化機械和過程的工程師閱讀，也可作為高等院校該研究方向師生的參考用書。
適讀人群 ：工業(yè)領(lǐng)域自動化裝備的設(shè)計、開發(fā)、研究人員 【適讀人群】
所有工業(yè)領(lǐng)域載人車輛和貨運車輛的設(shè)計、開發(fā)、研究人員
【圖書特色】
1. 德國拉芬斯堡魏恩加滕應用技術(shù)大學汽車技術(shù)教授、前奧迪汽車公司自動裝備技術(shù)開發(fā)主管編寫，具有較強的工程應用參考價值。
2. 《自動車輛和過程的容錯設(shè)計及控制》中的“自動車輛”還包括處于工業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)，或者各種基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)的車輛，即載人車輛和貨運車輛，也稱為自動式車輛或自動引導車。另外，盡管在基礎(chǔ)設(shè)施和加工行業(yè)中可能存在類似的運行過程，但在這里，自動化過程主要指工業(yè)企業(yè)的制造、組裝和物流過程。
3. 以作者團隊成功開發(fā)并應用的一款自動引導車為例，詳細介紹了自動車輛和過程的容錯設(shè)計及控制思路、方法和開發(fā)過程。
就本書內(nèi)容而言，包括了我近幾年所進行的科學研究工作。我的朋友，波蘭錫隆納葛拉大學（University of ZielonaGóra）的Marcin Witczak，是最重要的參與人，他提供了大量有益的見解和評論。另外，由Józef Korbicz領(lǐng)導的該大學著名的控制與計算工程學院，其中的九位研究人員Mariusz Buciakowski、Pawe Majdzik、Krzysztof Patan、Baromiej Sulikowski也提供了大量的協(xié)助工作。我的前同事Andreas Paczynski也很值得一提，正是通過他，我與波蘭的業(yè)內(nèi)人士建立了合作和協(xié)助關(guān)系。
在我所有的企業(yè)和大學研究項目中，我的研究助理也做出了大量貢獻，另外，與他們的積極討論也非常重要，他們是Marek Stania、Micha Zajc、Pawe Ziemniak（項目：用于生產(chǎn)和服務(wù)的自動車輛的轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)）、Anna Chami（項目：油泵系統(tǒng)的先進控制和診斷過程）、Claudius Spindler和Piotr Witczak（項目：生產(chǎn)能效預測系統(tǒng)），以及Denis Hock和Johannes Schmelcher（項目：開發(fā)創(chuàng)新型的座艙式自行車）。在與過去和現(xiàn)在同事的共同研究工作中，許多人對本書的寫作內(nèi)容做出了重要貢獻，他們是Nicolai Beisheim、Robert Bjekovic、Peter Hertkorn、Jens Kiefer、Michael Niedermeier、Stephan Rudolph、Markus Till、Theresa Breckle、Michael Elwert、Kevin Holder、Manuel Ramsaier和Fabian Wünsch。Andreas Zech在數(shù)字產(chǎn)品生命周期項目中，給予了大量無私的幫助。同時，與辦公室同事Wolfgang Engelhardt進行的多次討論，對我產(chǎn)生了非常積極的影響。另外，我所在科研部門的良好氛圍對我的研究工作也產(chǎn)生了積極的作用。除了上述提到的企業(yè)文化因素以外，還要感謝幾位主要的同事，他們是Zerrin Harth、Bernhard Bauer、Edmund Bhm、Thomas Glogowski、Jrg Hübler、Andre Kaufmann、Tim Nosper、Thomas Schreier-Alt和Michael Winkler。本書內(nèi)容的一部分來自我在汽車行業(yè)的講座和訪談系列。
我要感謝德國拉芬斯堡-魏恩加滕應用技術(shù)大學的教職員工及參與相關(guān)項目眾多大學生的共同投入、開放性、理解力以及樂趣。我還要感謝該大學管理層，尤其是Thomas Spgele校長的大力支持和所創(chuàng)造的學術(shù)自由氣氛。還有，Peter Eckart在我研究期間，幫我承擔了一些教學任務(wù)，我對此深表感謝。
最后，我要特別感謝我姐姐Eva對本書進行了最后的校對。
我更要感謝我的妻子和孩子們，他們讓我有充足的時間完成寫作；還要感謝我母親的不斷關(guān)懷。
【作者簡介】
拉爾夫施德特（Ralf Stetter）現(xiàn)為德國拉芬斯堡-魏恩加滕應用技術(shù)大學汽車技術(shù)教授，曾就讀于德國慕尼黑工業(yè)大學、美國俄勒岡州立大學，后留校從事科研和教學工作，師從慕尼黑工大U. Lindemann教授、英國劍橋大學P. J. Clarkson教授，獲得工程博士學位。后進入德國奧迪汽車公司，任轎車座椅舒適性開發(fā)項目主管，參與了奧迪A3、A4、A6,、Q7人機學項目的開發(fā)工作。多次參與德國聯(lián)邦教育與研究部科研項目，任代理系統(tǒng)、無人駕駛汽車的控制和制動系統(tǒng)項目組長，同時為奧迪、保時捷、李爾、江森自控等公司提供專家咨詢服務(wù)。
【譯者簡介】
劉晨光，1981年畢業(yè)于西安交通大學機械制造工藝設(shè)備和自動化專業(yè)，學士；1984年獲德國Hans-Seidel獎學金，作為訪問學者赴德國進修兩年；1986年留學德國，獲卡爾斯魯爾理工學院機械工程碩士，留校任德國聯(lián)邦科學研究員，獲得應用計算機學博士學位。1996年在美國IBM德國子公司，從事汽車工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件開發(fā), 主要客戶為法國達索和日本豐田汽車公司；1999年進入德國采埃孚集團研發(fā)總中心任高級計算工程師，從事汽車變速器概念設(shè)計創(chuàng)新方案和軟件設(shè)計與開發(fā)、零部件強度和壽命計算、CAE模擬仿真、產(chǎn)品分析評估鑒定，參與國內(nèi)整車廠合作項目、技術(shù)商務(wù)談判等。
前言
縮寫
符號
開篇關(guān)于本書……1
參考文獻……9
第1部分容錯原理、設(shè)計與控制
第1章 容錯控制……15
1.1時間連續(xù)過程的容錯控制……20
1.2離散性事件系統(tǒng)的容錯控制……22
1.3故障識別:主動式容錯控制基本工具……25
1.4容錯控制器……26
1.5故障預測……27
1.6小結(jié)……30
參考文獻……31
第2章 容錯設(shè)計……34
2.1探索需求……36
2.2功能架構(gòu)……40
2.3物理實現(xiàn)……43
2.4幾何因素考慮……44
2.5小結(jié)……47
參考文獻……47
第2部分自動車輛的容錯設(shè)計與控制
第3章 基于方法和模型的自動車輛設(shè)計……53
3.1過程規(guī)劃……53
3.1.1機電一體化系統(tǒng)的開發(fā)方法……54
3.1.2開發(fā)過程的規(guī)劃和控制……58
3.2探索客戶需求……61
3.3需求管理……65
3.3.1背景……65
3.3.2基于模型的需求管理……67
3.3.3行業(yè)情況……68
3.3.4自動引導車輛需求管理……69
3.4系統(tǒng)設(shè)計……74
3.5行業(yè)特定的設(shè)計……75
3.6系統(tǒng)集成……76
3.7驗證與確認……76
3.8小結(jié)……78
參考文獻……78
第4章 自動引導車虛擬診斷傳感器的設(shè)計……81
4.1技術(shù)現(xiàn)狀……81
4.2所要研究的問題與結(jié)構(gòu)……83
4.3離散時間系統(tǒng)的描述……84
4.4自動引導車的設(shè)計與實現(xiàn)……84
4.5自動引導車的數(shù)學模型……86
4.6虛擬傳感器設(shè)計……87
4.6.1不確定區(qū)間……92
4.6.2診斷原理……92
4.7測試驗證……93
4.8實驗結(jié)果與討論……94
4.9結(jié)論……97
參考文獻……98
第3部分自動化過程的容錯設(shè)計與控制
第5章 自動化過程的預測容錯控制……103
5.1規(guī)劃自動化電池組裝系統(tǒng)……104
5.2裝配系統(tǒng)建模……106
5.2.1最大加代數(shù)……107
5.2.2區(qū)間性最大加代數(shù)……108
5.2.3區(qū)間性最大加線性模型……108
5.3容錯控制策略……109
5.4容錯控制策略的應用……112
5.5結(jié)論……116
參考文獻……117
第6章 預測自動化過程組件的剩余使用壽命……118
6.1簡介……118
6.2應用舉例……120
6.3當今技術(shù)現(xiàn)狀……124
6.3.1剩余使用壽命的預測……124
6.3.2電池衰老模型……126
6.3.3組裝系統(tǒng)的預測控制……129
6.4剩余使用壽命的預測方法……129
6.4.1衰退指標……129
6.4.2上級系統(tǒng)剩余使用壽命的預測……132
6.4.3剩余使用壽命與容錯之間的關(guān)系……135
6.5電池狀態(tài)估計……136
6.6剩余使用壽命的預測……139
6.7性能評估……140
6.8裝配系統(tǒng)的健康意識模型預測控制……144
6.9驗證和實驗結(jié)果……146
6.10結(jié)論……149
參考文獻……150
第7章 擴展具有柔性冗余和共享元素的自動化流程……154
7.1柔性冗余和共享元素……154
7.2過程舉例……156
7.3柔性冗余元素建�！�158
7.4座椅裝配系統(tǒng)的建模……160
7.4.1最大加Max-Plus線性模型和區(qū)間最大加Imax-Plus框架……160
7.4.2處理過程約束……162
7.5約束模型預測控制……162
7.6座椅裝配系統(tǒng)的容錯控制……163
7.7實施結(jié)果……166
7.7.1無故障情況……166
7.7.2故障情況……167
7.8結(jié)論……170
參考文獻……171
第8章 結(jié)論與未來的研究方向……172
8.1結(jié)論……172
8.2未來的研究方向……174
參考文獻……175
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