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现代控制理论基础实验指导书

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现代控制理论基础实验指导书

实验一: 控制系统模型转换

一、实验目的

1.掌握控制系统模型转换,并使用计算机仿真软件验证。 2.学习并会简单应用MATLAB 软件。

二、实验器材 [1] 微型计算机 [2] MATLAB 软件 三、实验要求与任务

1.设系统的零极点增益模型为 )

5)(2)(1()

3(6)(++++=s s s s s H ,求系统的传递函数及状

态空间模型。

解:在MATLAB 软件中,新建m 文件,输入以下程序后保存并运行。 %Example 1 % k=6; z=[-3];

p=[-1,-2,-5];

[num,den]=zp2tf(z,p,k) [a,b,c,d]=zp2ss(z,p,k)

其中:zp2tf 函数——变零极点表示为传递函数表示

zp2ss 函数——变零极点表示为状态空间表示

记录实验结果,并给出系统的传递函数及状态空间模型。

2.给定离散系统状态空间方程 []??

???

???

?=????????????+????????????------=+)

(1000)()(0101)(06.0006.04.13.08.10004.1004.18.2)1(k x k y k u k x k x 求其传递函数模型和零极点模型,并判断其稳定性。

解:在MATLAB 软件中,新建m 文件,输入以下程序后保存并运行。 %Example 2 %

a=[-2.8 -1.4 0 0 ; 1.4 0 0 0; -1.8 -0.3 -1.4 -0.6;0 0 0.6 0]; b=[1;0;1;0];

c=[0,0,0,1];d=[0];

[num,den]=ss2tf(a,b,c,d) [z,p,k]=ss2zp(a,b,c,d) pzmap(p,z)

title('Pole-zero Map')

其中:ss2tf 函数——变状态空间表示为传递函数表示

ss2zp 函数——变状态空间表示为零极点表示 pzmap ——零极点图

记录实验结果,并给出系统的传递函数模型和零极点模型;绘出图形,并判断系统稳定性。

3.已知系统的传递函数为 32

5.5636101

5.0)(234+++++=s s s s s s H ,求系统的零极点增

益模型及状态空间模型。

tf2zp 函数——变系统传递函数形式为零极点增益形式 tf2ss 函数——变系统传递函数形式为状态空间表示形式

编写程序,记录实验结果,并给出系统的状态空间模型和零极点模型。 num=[0 0 0 0.5 1];

den=[1 10 36 56.5 32]; [z,p,k]=tf2zp(num,den) [a,b,c,d]=tf2ss(num,den)

4.已知系统状态空间表达式为 []??

???=??????+??????--=x y u x x 11105610 ss2tf 函数——变状态空间表示为传递函数表示 ss2zp 函数——变状态空间表示为零极点表示

编写程序,记录实验结果,并给出系统传递函数模型和零极点模型。

实验二: 系统能控性、能观测性判别

一、实验目的

1.学会使用计算机仿真软件验证系统能控性和能观测性。 2.学习并会简单应用MATLAB 软件。 二、实验器材 [1] 微型计算机 [2] MATLAB 软件

三、实验要求与任务

1.线性系统18

2710)(23++++=s s s s s H α

,当α分别取-1,0,+1时,判别系统的能控

性和能观测性,并求出相应的状态方程。

解:在MATLAB 软件中,新建m 文件,输入以下程序后保存并运行。 %Example 3 %

for alph=[-1:1] alph

num=[1,alph]; den=[1 10 27 18];

[a,b,c,d]=tf2ss(num,den) cam=ctrb(a,b); rcam=rank(cam) oam=obsv(a,c); coam=rank(oam) end

其中:tf2ss 函数——变传递函数表示为状态空间表示

ctrb 函数——可控性矩阵 obsv 函数——可观性矩阵 rank 函数——计算矩阵的秩

执行后得α的不同值时的状态矩阵(a ,b ,c ,d ),并求出其可控性矩阵、可观性矩阵的秩。记录实验结果,判别系统的能控性和能观测性,并给出系统相应的状态方程。

2.线性定常离散系统 []??

?

???

?=??????????-+??????????--=+)(111)()

(101)(011220001)1(k x k y k u k x k x 编写程序,记录实验结果,判别系统的能控性和能观测性。

实验三: 用lyapunov 第二方法判别系统稳定性

一、实验目的

1.学会使用lyapunov 第二方法判别系统稳定性,并用计算机仿真验证。 2.学习并会简单应用MATLAB 软件。 二、实验器材 [1] 微型计算机 [2] MATLAB 软件

三、实验要求与任务1.利用李亚普诺夫方程确定线性时不变系统 ???-=--=21221142x x x x x x

的稳定性。

解:?

?

?

???---=4121A ,令Q=I ,求解Lyapunov 方程Q PA AP T -=+,然后确定P 的正定性来证实系统的稳定性。

在MATLAB 软件中,新建m 文件,输入以下程序后保存并运行。 %Example 4 %

a=[-1,-2;1,-4]; q=[1,0;0,1]; p=lyap(a,q) detp=det(p)

其中:lyap 函数——连续Lyapunov 方程求解

det 函数 ——计算矩阵行列式值

记录实验结果,分析P 阵,判别P 矩阵是否是正定阵,判断系统稳定性。

2.线性定常系统的状态方程为 x x ??

????--=1110 ,利用李亚普诺夫方程确定系统的稳定性。编写程序,记录实验结果,分析P 阵,判别P 矩阵是否是正定阵,判断系统稳定性。

实验四: 极点配置与观测器设计

一、实验目的

1.学会使用计算机仿真软件进行极点配置;

2.学会使用计算机仿真软件设计小型系统,并观测系统输出量和各状态变量。 3.学习并会简单应用MATLAB 软件。 二、实验器材 [1] 微型计算机 [2] MATLAB 软件 三、实验要求与任务

1.被控对象)3)(2)(1(10

)(+++=s s s s H ,设计反馈控制器u=-kx ,使闭环系统的极点

为:10,322,322321-=--=+-=μμμj j 。 解:定义状态变量

23121x

x x

x y

x === 因此,系统的状态方程为: []??

?

???

?=??????????+??????????---=x y u x x 00110006116100010 然后根据变换法求出所设计的增益阵K 。

第1步:检查系统可控性,当rank (cam )=n 时系统可控; 第2步:确定系统矩阵A 的特征多项式系数a i

n n n n a s a s a s A sI ++++=---111 在MATLAB 中,可用poly 函数实现;

第3步:确定变换矩阵T , T=cam*w 第4步:确定期望特征多项式系数αi

()()()n n n n n s s s s s s αααμμμ++++=-----11121 在MATLAB 中,可用poly 函数实现;

第5步:求增益矩阵K

[]1111a a a K n n n n ---=--ααα .T -1

参考程序: %Example 5 %

%Pole placement -- using transformation matrix %

disp('Pole placement -- using transformation matrix') a=[0 1 0; 0 0 1; -6 -11 -6]; b=[0; 0; 10]; %Step 1

cam=ctrb(a,b);

disp('The rank of controllability matrix') rc=rank(cam) %Step 2 beta=poly(a) %Step 3

a1=beta(2);a2=beta(3);a3=beta(4); w=[a2 a1 1;a1 1 0; 1 0 0]; t=cam*w; %Step 4

j=[-2+2*sqrt(3)*i 0 0 0 -2-2*sqrt(3)*i 0 0 0 -10]; alph=poly(j)

aa1=alph(2);aa2=alph(3);aa3=alph(4); %Step 5

k=[aa3-a3 aa2-a2 aa1-a1]*(inv(t))

记录实验结果,得出K 矩阵。

2.含积分环节的类型1伺服系统设计,设对象为)

2)(1(1

)(++=

s s s s H ,设计控制器

r k Kx u 1+-=,使闭环系统具有极点10,322,322321-=--=+-=μμμj j 。 解:定义状态变量

23121x

x x

x y

x === 则系统可写成:

?

?

?=+=Cx y Bu Ax x

其中

[]001100320100010=??

???

?????=??????????--=C B A 采用如图所示的控制结构,即

r k Kx u 1+-= []321k k k K = 然后采用place (极点配置增益调节函数)直接设计。

参考程序:

%Example 6

%

%Pole placement -- using place function in MATLAB

%

disp('Pole placement -- using place function in MATLAB') a=[0 1 0;0 0 1;0 -2 -3];

b=[0;0;1];

c=[1 0 0];

d=[0];

disp('The rank of controllability matrix')

rc=rank(ctrb(a,b))

p=[-2+2*sqrt(3)*i -2-2*sqrt(3)*i -10];

k=place(a,b,p)

a1=a-b*k;

b1=b*k(1);

c1=c;d1=d;

figure(1)

step(a1,b1,c1,d1)

title('Step Response of Designed Servo System')

figure(2)

[y,x,t]=step(a1,b1,c1,d1);

plot(t,x)

title('Step Response Curves for x1,x2,x3')

grid on

记录实验结果,并绘出图形。

即 112442k g k f M L M ML θθθ??=-+++ ??? && 212 44k k g M M L θθθ??=-+ ??? && (2)定义状态变量 11x θ=,21x θ=&,32 x θ=,42x θ=& 则 一.(本题满分10分) 如图所示为一个摆杆系统,两摆杆长度均为L ,摆杆的质量忽略不计,摆杆末端两个质量块(质量均为M )视为质点,两摆杆中点处连接一条弹簧,1θ与2θ分别为两摆杆与竖直方向的夹角。当12θθ=时,弹簧没有伸长和压缩。水平向右的外力()f t 作用在左杆中点处,假设摆杆与支点之间没有摩擦与阻尼,而且位移足够小,满足近似式sin θθ=,cos 1θ=。 (1)写出系统的运动微分方程; (2)写出系统的状态方程。 【解】 (1)对左边的质量块,有 ()2111211 cos sin sin cos sin 222 L L L ML f k MgL θθθθθθ=?-?-?-&& 对右边的质量块,有 ()221222 sin sin cos sin 22 L L ML k MgL θθθθθ=?-?-&& 在位移足够小的条件下,近似写成: ()1121 24f kL ML Mg θθθθ=---&& ()2122 4kL ML Mg θθθθ=--&&

2 / 7 1221 334413 44244x x k g k f x x x M L M ML x x k k g x x x M M L =?? ???=-+++ ???? ? =????=-+? ????? &&&& 或写成 11 223 34401 000014420001000044x x k g k x x M L M f ML x x x x k k g M M L ? ? ?? ?????????? ??-+???? ???????????=+???? ????? ??????????????????? ????-+?? ? ? ?????? ? &&&& 二.(本题满分10分) 设一个线性定常系统的状态方程为=x Ax &,其中22R ?∈A 。 若1(0)1?? =??-??x 时,状态响应为22()t t e t e --??=??-?? x ;2(0)1??=??-??x 时,状态响应为 2()t t e t e --?? =??-?? x 。试求当1(0)3??=????x 时的状态响应()t x 。 【解答】系统的状态转移矩阵为()t t e =A Φ,根据题意有 221()1t t t e t e e --????==????--???? A x 22()1t t t e t e e --????==????--???? A x 合并得 2212211t t t t t e e e e e ----????=????----?? ??A 求得状态转移矩阵为 1 22221212221111t t t t t t t t t e e e e e e e e e -----------?????? ?? ==????????------???? ????A 22222222t t t t t t t t e e e e e e e e --------?? -+-+=??--??

实验一 Matlab使用方法和程序设计 一、实验目的 1、掌握Matlab软件使用的基本方法; 2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句 3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制 4、熟悉Matlab程序设计的基本方法 二、实验内容 1、帮助命令 使用help命令,查找sqrt(开方)函数的使用方法; 2、矩阵运算 (1)矩阵的乘法 已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 求A^2*B (2)矩阵除法 已知A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3]; A\B,A/B (3)矩阵的转置及共轭转置 已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i]; 求A.', A' (4)使用冒号选出指定元素 已知:A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; 求A中第3列前2个元素;A中所有列第2,3行的元素; (5)方括号[] 用magic函数生成一个4阶魔术矩阵,删除该矩阵的第四列 3、多项式 (1)求多项式p(x) = x3 - 2x - 4的根 (2)已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] , 求矩阵A的特征多项式; 求特征多项式中未知数为20时的值; 4、基本绘图命令 (1)绘制余弦曲线y=cos(t),t∈[0,2π] (2)在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5),t∈[0,2π] 5、基本绘图控制 绘制[0,4π]区间上的x1=10sint曲线,并要求: (1)线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号; (2)坐标轴控制:显示范围、刻度线、比例、网络线 (3)标注控制:坐标轴名称、标题、相应文本; 6、基本程序设计 (1)编写命令文件:计算1+2+?+n<2000时的最大n值; (2)编写函数文件:分别用for和while循环结构编写程序,求2的0到n次幂的和。 三、预习要求 利用所学知识,编写实验内容中2到6的相应程序,并写在预习报告上。

控制工程基础实验指导书 自控原理实验室编印

(内部教材)

实验项目名称: (所属课 程: 院系: 专业班级: 姓名: 学号: 实验日期: 实验地点: 合作者: 指导教师: 本实验项目成绩: 教师签字: 日期: (以下为实验报告正文) 、实验目的 简述本实验要达到的目的。目的要明确,要注明属哪一类实验(验证型、设计型、综合型、创新型)。 二、实验仪器设备 列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。 三、实验内容 简述要本实验主要内容,包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。 四、实验步骤 简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。 五、实验结果

给出实验过程中得到的原始实验数据或结果,并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算,从而得出本实验最后的结论。 六、讨论 分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因,实验中自己发现了什么问题,产生了哪些疑问或想法,有什么心得或建议等等。 七、参考文献 列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资 料。 格式如下 作者,书名(篇名),出版社(期刊名),出版日期(刊期),页码

实验一控制系统典型环节的模拟、实验目的 、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法; 、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性; 、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。 二、实验仪器 、控制理论电子模拟实验箱一台; 、超低频慢扫描数字存储示波器一台; 、数字万用表一只;

、各种长度联接导线。 三、实验原理 运放反馈连接 基于图中点为电位虚地,略去流入运放的电流,则由图 由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。 、比例环节 实验模拟电路见图所示 U i R i U o 接示波器 以运算放大器为核心元件,由其不同的输入网络和反馈网络组成的各种典型环节,如图所示。图中和为复数阻抗,它们都是构成。 Z2 Z1 Ui ,— U o 接示波器 得:

实验报告 ( 2016-2017年度第二学期) 名称:《现代控制理论基础》 题目:状态空间模型分析 院系:控制科学与工程学院 班级: ___ 学号: __ 学生姓名: ______ 指导教师: _______ 成绩: 日期: 2017年 4月 15日

线控实验报告 一、实验目的: l.加强对现代控制理论相关知识的理解; 2.掌握用 matlab 进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析; 二、实验内容 1 第一题:已知某系统的传递函数为G (s) S23S2 求解下列问题: (1)用 matlab 表示系统传递函数 num=[1]; den=[1 3 2]; sys=tf(num,den); sys1=zpk([],[-1 -2],1); 结果: sys = 1 ------------- s^2 + 3 s + 2 sys1 = 1 ----------- (s+1) (s+2) (2)求该系统状态空间表达式: [A1,B1,C1,D1]=tf2ss(num,den); A = -3-2 10 B = 1 C = 0 1

第二题:已知某系统的状态空间表达式为: 321 A ,B,C 01:10 求解下列问题: (1)求该系统的传递函数矩阵: (2)该系统的能观性和能空性: (3)求该系统的对角标准型: (4)求该系统能控标准型: (5)求该系统能观标准型: (6)求该系统的单位阶跃状态响应以及零输入响应:解题过程: 程序: A=[-3 -2;1 0];B=[1 0]';C=[0 1];D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D); co=ctrb(A,B); t1=rank(co); ob=obsv(A,C); t2=rank(ob); [At,Bt,Ct,Dt,T]=canon(A,B,C,D, 'modal' ); [Ac,Bc,Cc,Dc,Tc]=canon(A,B,C,D, 'companion' ); Ao=Ac'; Bo=Cc'; Co=Bc'; 结果: (1) num = 0 01 den = 1 32 (2)能控判别矩阵为: co = 1-3 0 1 能控判别矩阵的秩为: t1 = 2 故系统能控。 (3)能观判别矩阵为: ob = 0 1

《计算机操作系统》 实验指导书 (适合于计算机科学与技术专业) 湖南工业大学计算机与通信学院 二O一四年十月

前言 计算机操作系统是计算机科学与技术专业的主要专业基础课程,其实践性、应用性很强。实践教学环节是必不可少的一个重要环节。计算机操作系统的实验目的是加深对理论教学内容的理解和掌握,使学生较系统地掌握操作系统的基本原理,加深对操作系统基本方法的理解,加深对课堂知识的理解,为学生综合运用所学知识,在Linux环境下调用一些常用的函数编写功能较简单的程序来实现操作系统的基本方法、并在实践应用方面打下一定基础。要求学生在实验指导教师的帮助下自行完成各个操作环节,并能实现且达到举一反三的目的,完成一个实验解决一类问题。要求学生能够全面、深入理解和熟练掌握所学内容,并能够用其分析、设计和解答类似问题;对此能够较好地理解和掌握,并且能够进行简单分析和判断;能够熟练使用Linux用户界面;掌握操作系统中进程的概念和控制方法;了解进程的并发,进程之间的通信方式,了解虚拟存储管理的基本思想。同时培养学生进行分析问题、解决问题的能力;培养学生完成实验分析、实验方法、实验操作与测试、实验过程的观察、理解和归纳能力。 为了收到良好的实验效果,编写了这本实验指导书。在指导书中,每一个实验均按照该课程实验大纲的要求编写,力求紧扣理论知识点、突出设计方法、明确设计思路,通过多种形式完成实验任务,最终引导学生有目的、有方向地完成实验任务,得出实验结果。任课教师在实验前对实验任务进行一定的分析和讲解,要求学生按照每一个实验的具体要求提前完成准备工作,如:查找资料、设计程序、完成程序、写出预习报告等,做到有准备地上机。进行实验时,指导教师应检查学生的预习情况,并对调试过程给予积极指导。实验完毕后,学生应根据实验数据及结果,完成实验报告,由学习委员统一收齐后交指导教师审阅评定。 实验成绩考核: 实验成绩占计算机操作系统课程总评成绩的20%。指导教师每次实验对学生进行出勤考核,对实验效果作记录,并及时批改实验报告,综合评定每一次的实验成绩,在学期终了以平均成绩作为该生的实验成绩。有以下情形之一者,实验成绩为不及格: 1.迟到、早退、无故缺勤总共3次及以上者; 2.未按时完成实验达3次及以上者; 3.缺交实验报告2次及以上者。

实验二二阶系统的瞬态响应分析 一、实验目的 1、熟悉二阶模拟系统的组成。 2、研究二阶系统分别工作在ξ=1,0<ξ<1,和ξ> 1三种状态下的单 位阶跃响应。 3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量σP、峰值时间tp和调 整时间ts。 4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。 5、学会使用Matlab软件来仿真二阶系统,并观察结果。 二、实验仪器 1、控制理论电子模拟实验箱一台; 2、超低频慢扫描数字存储示波器一台; 3、数字万用表一只; 4、各种长度联接导线。 三、实验原理 图2-1为二阶系统的原理方框图,图2-2为其模拟电路图,它是由惯性环节、积分环节和反号器组成,图中K=R2/R1,T1=R2C1,T2=R3C2。 图2-1 二阶系统原理框图

图2-1 二阶系统的模拟电路 由图2-2求得二阶系统的闭环传递函 12 22 122112 /() (1)()/O i K TT U S K U S TT S T S K S T S K TT ==++++ :而二阶系统标准传递函数为 (1)(2), 对比式和式得 n ωξ== 12 T 0.2 , T 0.5 , n S S ωξ====若令则。调节开环增益K 值,不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn 和ξ的值,可以得到过阻尼(ξ>1)、 临界阻尼(ξ=1)和欠阻尼(ξ<1)三种情况下的阶跃响应曲线。 (1)当K >0.625, 0 < ξ < 1,系统处在欠阻尼状态,它的单位阶跃响应表达式为: 图2-3 0 < ξ < 1时的阶跃响应曲线 (2)当K =0.625时,ξ=1,系统处在临界阻尼状态,它的单位阶跃响应表达式为: 如图2-4为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。 (2) +2+=222n n n S S )S (G ωξω ω1 ()1sin( ) (3) 2-3n t o d d u t t tg ξωωωω--=+=式中图为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线 e t n o n t t u ωω-+-=)1(1)(

华北电力大学 实验报告| | 实验名称状态空间模型分析 课程名称现代控制理论 | | 专业班级:自动化1201 学生姓名:马铭远 学号:2 成绩: 指导教师:刘鑫屏实验日期:4月25日

状态空间模型分析 一、实验目的 1.加强对现代控制理论相关知识的理解; 2.掌握用 matlab 进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析; 二、实验仪器与软件 1. MATLAB7.6 环境 三、实验内容 1 、模型转换 图 1、模型转换示意图及所用命令 传递函数一般形式: MATLAB 表示为: G=tf(num,den),,其中 num,den 分别是上式中分子,分母系数矩阵。 零极点形式: MATLAB 表示为:G=zpk(Z,P,K) ,其中 Z,P ,K 分别表示上式中的零点矩阵,极点矩阵和增益。 传递函数向状态空间转换:[A,B,C,D] = TF2SS(NUM,DEN); 状态空间转换向传递函数:[NUM,DEN] = SS2TF(A,B,C,D,iu)---iu 表示对系统的第 iu 个输入量求传递函数;对单输入 iu 为 1。

例1:已知系统的传递函数为G(S)= 2 2 3 24 11611 s s s s s ++ +++ ,利用matlab将传递函数 和状态空间相互转换。 解:1.传递函数转换为状态空间模型: NUM=[1 2 4];DEN=[1 11 6 11]; [A,B,C,D] = tf2ss(NUM,DEN) 2.状态空间模型转换为传递函数: A=[-11 -6 -11;1 0 0;0 1 0];B=[1;0;0];C=[1 2 4];D=[0];iu=1; [NUM,DEN] = ss2tf(A,B,C,D,iu); G=tf(NUM,DEN) 2 、状态方程状态解和输出解 单位阶跃输入作用下的状态响应: G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=step(G);plot(t,x). 零输入响应 [y,t,x]=initial(G,x0)其中,x0 为状态初值。

现代控制理论基础考试题 西北工业大学考试题(A卷) (考试时间120分钟) 学院:专业:姓名:学号: 一.填空题(共27分,每空1.5分) 1.现代控制理论基础的系统分析包括___________和___________。 2._______是系统松弛时,输出量、输入量的拉普拉斯变换之比。 3.线性定常系统齐次状态方程是指系统___________时的状态方程。 4.推导离散化系统方程时在被控对象上串接一个开关,该开关以T 为周期进行开和关。这个开关称为_______。 5.离散系统的能______和能______是有条件的等价。 6.在所有可能的实现中,维数最小的实现称为最小实现,也称为 __________。 7.构造一个与系统状态x有关的标量函数V(x, t)来表征系统的广义 能量, V(x, t)称为___________。 8.单输入-单输出线性定常系统,其BIBO稳定的充要条件是传递函

数的所有极点具有______。 9. 控制系统的综合目的在于通过系统的综合保证系统稳定,有满意的_________、_________和较强的_________。 10. 所谓系统镇定问题就是一个李亚普诺夫意义下非渐近稳定的 系统通过引入_______,以实现系统在李亚普诺夫意义下渐近稳定的问题。 11. 实际的物理系统中,控制向量总是受到限制的,只能在r 维控 制空间中某一个控制域内取值,这个控制域称为_______。 12. _________和_________是两个相并行的求解最优控制问题的 重要方法。 二. 判断题(共20分,每空2分) 1. 一个系统,状态变量的数目和选取都是惟一的。 (×) 2. 传递函数矩阵的描述与状态变量选择无关。 (√) 3. 状态方程是矩阵代数方程,输出方程是矩阵微分方程。 (×) 4. 对于任意的初始状态)(0t x 和输入向量)(t u ,系统状态方程的解存在并且 惟 一 。 (√) 5. 传递函数矩阵也能描述系统方程中能控不能观测部分的特性。 (×)

<<计算机基础应用>> 实训指导 任 务 书 实习班级:09风能2班 指导老师:高鹏 实习地点:计算机中心机房 教研组审核: 审核时间 实习时间:2009年12 月14日至2009年12 月18 日

实训目的:《计算机应用基础与实训》是非计算机专业的一门公共基础课,旨在培养学生的计算机文化素质和应用计算机的基本能力。通过综合练习教学,使学生加深对所学知识的理解,掌握计算机的基本应用与基本操作技巧。它的目的和任务是:向学生介绍计算机的初步知识、操作系统的功能,字处理、表处理和幻灯片处理软件的基本使用方法和网络知识,使学生掌握使用计算机的基本技能。 实训内容:Windows XP操作系统的使用及基于此平台的应用软件Word 2003 、Excel 2003 、PowerPoint 2003 、IE 6.0等软件的使用;计算机基础知识和网络基本知识的掌握。 实训地点:计算机中心机房 实训时间:2009年12月14日至2009年12月18日 实训班级:09风电(2)班 实验教材和参考书:《计算机应用》、《计算机应用基础与实训教程》 注意事项: 1、每个学生要有安全用电的意识,做到安全用电,不准在机房充电。如发生问题,后果自负。 2、每个学生要爱护公物,如发现公物损坏或丢失,照价赔偿。 3、上机人员必须配合机房内的卫生保洁工作,不准随地吐痰,不乱写乱画,不乱仍纸屑,果皮等杂务,严禁携带零食,饮料,等入内,严禁吸烟。 4、每天按时完成老师布置的作业,每个学生交每天的实验报告,每个学生每人一份。 5、在走廊内不得大声喧哗,与他人打闹。 6、保持机房肃静,不准大声喧哗,不准打闹,不影响他人。 7、严格遵守设备操作规程,不得随便拆卸计算机配件,不得擅自更改设置和私设密码。严禁私自安装、卸载更改计算机程序。 8、上机结束,按要求关闭机器电源并做适当整理,方可离室。 考核办法: 要求学生每天按时完成任务,并及时对当天的实习内容按忧、良、及格、不及格四个等级进行评分,并要求在晚自习写出当天的实验报告,于次日上课前交回。 实训具体任务: 第一天实训任务: windows 基本操作 1.1文件及文件夹操作训练。 1.2 计算器的使用。 1.3数学公式的输入。

广东轻工职业技术学院 《计算机应用基础》课程实训指导书 (第三版) 计算机基础教研室 2009年3月

《计算机应用基础》课程实训指导书 一、目的 通过为一周的实训,巩固本学期所学习的知识,强化的各种基于工作的过程的各种操作技能,进一步培养学生熟练处理Word文档的综合应用、Excel高级数据管理、PowerPoint演示文稿高级制作技巧及Internet网络综合应用能力,并为学生参加计算机水平考试及办公自动化考试作好准备。 二、实训内容提要 1.Word中文处理的综合应用 2.Excel电子表格的综合应用 3.PowerPoint演示文稿的综合应用 4.申请邮箱、收发邮件、Outlook Express的使用 5.信息检索与信息的综合应用 6.利用Serv-U 软件创建与配置FTP站点,实现文件的上传与下载。 7.Web 站点的创建与配置,网页的浏览(选) 三、考核 1.考核方式 操作部分由各部分指导老师现场打分,最后由负责指导老师汇总。 2.成绩评定标准 考核内容包括:成绩评定为100分制。Word 高级应用25%,电子表格综合应用25%,PPT综合应用 10%,Internet操作10%,实操报告(心得体会,遇到的问题,解决办法,收获等)20%(包括考勤),模拟题试题10%. 四、提交实训成果 1.实训成果(作业、作品等) 2.实训报告:按照实训报告模板的格式去写,包括实训中遇到的问题,解决办法,包含一些截图,一周实训的体会、收获及今后努力方向等,文字要在2500字以上。篇幅在4页左右(含截图)。

说明: 1.由于各个班级教学学时及专业的差异性相差很大,而实训内容丰富且有一定难度,而实训的时间较短且集中,因此实训指导老师根据班级实际情况与水平,在指训指导书中挑选实用性强且与计算机水平考试有一定关联的题目进行实训。 2.选择实训的原则: ●在1~10中选择8题 ●11~17中选择5至6题 ●18~21必选,22根据机房情况选择 ●模拟题选择一套 3.带实训的老师一定要认真负责,结束后及时登记实训成绩,收齐学生的实训成果,并写出该班的实训总结,记录成光盘交到计算机基础教研室。 第1部分实训内容 实训1 制作用户调查表 [操作要求] 按照下面的步骤编排出如图1样文所示,并以“实训一.doc”为文件名保存。 1.输入文字 ●在文档中,输入表格的标题及最后一行的文字。 2.插入表格 ●插入“样文”的表格及输入其中的字符; ●表格的前三行高固定值1厘米,各列宽3.5厘米,表格中的字符设为宋体、四号, 水平左对齐,垂直居中; 3.设置文本 ●表格标题设为黑体、二号字,居中对齐; ●表格末行设为幼圆、小四号字,其中,“回函请寄:”几字设为加粗; ●表格外边框的线宽为1.5磅。 4.编排格式 ●在文档头部插入一行由“剪刀”和“-”号组成的字符串; ●按“样文1”所示位置,插入艺术字库中第1行第2列式样的艺术字; ●艺术字设为隶书、36磅、红色,无环绕。

现代控制理论实验报告

实验一系统能控性与能观性分析 一、实验目的 1.理解系统的能控和可观性。 二、实验设备 1.THBCC-1型信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台; 三、实验内容 二阶系统能控性和能观性的分析 四、实验原理 系统的能控性是指输入信号u对各状态变量x的控制能力,如果对于系统任意的初始状态,可以找到一个容许的输入量,在有限的时间内把系统所有的状态引向状态空间的坐标原点,则称系统是能控的。 对于图21-1所示的电路系统,设iL和uc分别为系统的两个状态变量,如果电桥中 则输入电压ur能控制iL和uc状态变量的变化,此时,状态是能控的。反之,当 时,电桥中的A点和B点的电位始终相等,因而uc不受输入ur的控制,ur只能改变iL的大小,故系统不能控。 系统的能观性是指由系统的输出量确定所有初始状态的能力,如果在有限的时间内根据系统的输出能唯一地确定系统的初始状态,则称系统能观。为了说明图21-1所示电路的能观性,分别列出电桥不平衡和平衡时的状态空间表达式: 平衡时:

由式(2)可知,状态变量iL和uc没有耦合关系,外施信号u只能控制iL的变化,不会改变uc的大小,所以uc不能控。基于输出是uc,而uc与iL无关连,即输出uc中不含有iL的信息,因此对uc的检测不能确定iL。反之式(1)中iL与uc有耦合关系,即ur的改变将同时控制iL和uc的大小。由于iL与uc的耦合关系,因而输出uc的检测,能得到iL的信息,即根据uc的观测能确定iL(ω) 五、实验步骤 1.用2号导线将该单元中的一端接到阶跃信号发生器中输出2上,另一端接到地上。将阶跃信号发生器选择负输出。 2.将短路帽接到2K处,调节RP2,将Uab和Ucd的数据填在下面的表格中。然后将阶跃信号发生器选择正输出使调节RP1,记录Uab和Ucd。此时为非能控系统,Uab和Ucd没有关系(Ucd始终为0)。 3.将短路帽分别接到1K、3K处,重复上面的实验。 六、实验结果 表20-1Uab与Ucd的关系

《控制工程基础》实验指导书常熟理工学院机械工程学院 2009.9

目录 1.MATLAB时域分析实验 (2) 2.MATLAB频域分析实验 (4) 3.Matlab校正环节仿真实验 (8) 4.附录:Matlab基础知识 (14)

实验1 MATLAB 时域分析实验 一、实验目的 1. 利用MATLAB 进行时域分析和仿真。 要求:(1)计算连续系统的时域响应(单位脉冲输入,单位阶跃输入,任意输入)。 2.掌握Matlab 系统分析函数impulse 、step 、lsim 、roots 、pzmap 的应用。 二、实验内容 1.已知某高阶系统的传递函数为 ()265432 220501584223309240100 s s G s s s s s s s ++=++++++,试求该系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位速度响应和单位加速度响应。 MATLAB 计算程序 num=[2 20 50]; den=[1 15 84 223 309 240 100]; t= (0: 0.1: 20); figure (1); impulse (num,den,t); %Impulse Response figure (2); step(num,den,t);%Step Response figure (3); u1=(t); %Ramp.Input hold on; plot(t,u1); lsim(num,den,u1,t); %Ramp. Response gtext(‘t’); figure (4); u2=(t.*t/2);%Acce.Input u2=(0.5*(t.*t)) hold on; plot(t,u2); lsim(num,den,u2,t);%Acce. Response

一.(本题满分10分) 请写出如图所示电路当开关闭合后系统的状态方程和输出方程。其中状态变量的设置如图所示,系统的输出变量为流经电感2L 的电流强度。 【解答】根据基尔霍夫定律得: 1113222332 1L x Rx x u L x Rx x Cx x x ++=?? +=??+=? 改写为1 13111 22 322 312 11111R x x x u L L L R x x x L L x x x C C ? =--+?? ?=-+???=-?? ,输出方程为2y x = 写成矩阵形式为

[]11 111222 2 331231011000110010R L L x x L R x x u L L x x C C x y x x ??? --???????????????? ???????=-+???? ??????? ??????????????? ? ???-?????? ? ? ??? ?? ?=??? ?????? 二.(本题满分10分) 单输入单输出离散时间系统的差分方程为 (2)5(1)3()(1)2()y k y k y k r k r k ++++=++ 回答下列问题: (1)求系统的脉冲传递函数; (2)分析系统的稳定性; (3)取状态变量为1()()x k y k =,21()(1)()x k x k r k =+-,求系统的状态空间表达式; (4)分析系统的状态能观性。 【解答】 (1)在零初始条件下进行z 变换有: ()()253()2()z z Y z z R z ++=+ 系统的脉冲传递函数: 2()2 ()53 Y z z R z z z +=++ (2)系统的特征方程为 2()530D z z z =++= 特征根为1 4.3z =-,20.7z =-,11z >,所以离散系统不稳定。 (3)由1()()x k y k =,21()(1)()x k x k r k =+-,可以得到 21(1)(2)(1)(2)(1)x k x k r k y k r k +=+-+=+-+ 由已知得 (2)(1)2()5(1)3()y k r k r k y k y k +-+=-+-112()5(1)3()r k x k x k =-+- []212()5()()3()r k x k r k x k =-+-123()5()3()x k x k r k =--- 于是有: 212(1)3()5()3()x k x k x k r k +=--- 又因为 12(1)()()x k x k r k +=+ 所以状态空间表达式为

实验一Windows的基本操作 一、实验目的及要求 1.通过本次实验对Windows操作系统有初步的认识,熟练使用鼠标,对系统进行合理、个 人化的设置,加深一些基本名词的理解。 2.掌握对任务栏的操作,了解窗口各部位的名称,能够熟练改变窗口的大小和位置。 3.掌握各种创建快捷方式的方法,能够根据不同的使用场合采用不同的方法创建快捷方 式。 4.熟练使用开始菜单提供的各种方法运行程序、对文档进行各种操作。 5.能够使用控制面板对系统进行一些基本的设置。 6.学会如何创建文件夹,从而能够合理有效的管理个人计算机。 二、实验内容 1.(1)设置屏幕保护程序为 (2)将系统的时间样式设置为“tt hh:mm:ss”,上午符号为“上午”,下午符号为“下午”。(3)在桌面上建立记事本程序“NOTEPAD.EXE”的快捷方式,快捷方式名为“notepad”。的位数“2”,其余缺省值。 2.(1)在桌面上建立进入"MS-DOS方式"的快捷方式,快捷方式名为"MS-DOS"。 (2)改变屏幕保护为"三维飞行物",屏幕墙纸为居中的"Clouds",外观方案为"枫树"。(3)将计算器程序"Calc.exe"的快捷方式添加到"开始"菜单"程序"项中,快捷方式名为"计算器"。 (4)设置系统数字样式:小数位数为"3",数字分组符号为",",组中数字的个数为"3"。3.(1)设置屏幕的背景图案为“Bricks”,墙纸为的“Forest”、居中。 (2)设置Windows的货币符号为“$”,货币符号位置为“1.1¤”,负数格式为“-1.1¤”。(3)在桌面上建立画图程序“PBRUSH.EXE”的快捷方式,快捷方式名为“paint”。(4)设置Windows的数字格式为:小数点后面的位数“3”,数字分组符号“;”,组中的位数“2”,其余缺省值。 4.(1)在桌面上建立写字板程序"Write.exe"的快捷方式,快捷方式名为"写字板",并将此快捷方式添加到"开始"菜单"程序"项中,。 (2)设置屏幕保护程序为"飞行Windows",飞行中的Windows数目为"20",密码为"123123"。 (3)设置任务栏"不显示时间",并使任务栏"自动隐藏"。 (4)设置系统时间样式为"H:mm:ss",短日期样式为"yy-MM-dd"。 5. 在桌面上新建一个以自己姓名为名称的文件夹。启动"计算器"程序,在其帮助系统的索引中查找关键字"扩展精度",然后以所获得的帮助信息为内容,在以自己姓名为名称的文件夹中建立一个名为precision.txt的文本文件。

机械控制工程基础实验 指导书 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】

河南机电高等专科学校《机械控制工程基础》 实验指导书 专业:机械制造与自动化、起重运输机械设计与制造等 机械制造与自动化教研室编 2012年12月

目录

实验任务和要求 一、自动控制理论实验的任务 自动控制理论实验是自动控制理论课程的一部分,它的任务是: 1、通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概 念、控制系统的分析方法和设计方法; 2、重点学习如何利用MATLAB工具解决实际工程问题和 计算机实践问题; 3、提高应用计算机的能力及水平。 二、实验设备 1、计算机 2、MATLAB软件 三、对参加实验学生的要求 1、阅读实验指导书,复习与实验有关的理论知识,明确每次实验的目的,了解内容和方法。 2、按实验指导书要求进行操作;在实验中注意观察,记录有关数据和图 像,并由指导教师复查后才能结束实验。 3、实验后关闭电脑,整理实验桌子,恢复到实验前的情况。 4、认真写实验报告,按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹 要清楚,画曲线要用坐标纸,结论要明确。 5、爱护实验设备,遵守实验室纪律。 实验模块一 MATLAB基础实验 ——MATLAB环境下控制系统数学模型的建立 一、预备知识 的简介

MATLAB为矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 来源:20世纪70年代,美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler 为了减轻学生编程的负担,用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由 Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代,MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 地位:和Mathematica、Maple并称为三大数学软件,在数学类科技应用软件中,在数值计算方面首屈一指。 功能:矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。 应用范围:工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 图1-1 MATLAB图形处理示例 的工作环境 启动MATLAB,显示的窗口如下图所示。 MATLAB的工作环境包括菜单栏、工具栏以及命令运行窗口区、工作变量区、历史指令区、当前目录窗口和M文件窗口。 (1)菜单栏用于完成基本的文件输入、编辑、显示、MATLAB工作环境交互性设置等操作。 (2)命令运行窗口“Command Window”是用户与MATLAB交互的主窗口。窗口中的符号“》”表示MATLAB已准备好,正等待用户输入命令。用户可以在“》”提示符后面输入命令,实现计算或绘图功能。 说明:用户只要单击窗口分离键,即可独立打开命令窗口,而选中命令窗口中Desktop菜单的“Dock Command Window”子菜单又可让命令窗口返回桌面(MATLAB桌面的其他窗口也具有同样的操作功能);在命令窗口中,可使用方向

《大学计算机基础》 上机实验指导书暨实验报告 选课班级 ______________ 序号 ______________ 姓名 ______________ 任课教师 ______________ 电气与信息工程学院计算机工程系(2009年9月) 编

前言 《大学计算机基础》是新生入校后必修的一门公共基础课,其实践性要求很强。本书是为配合《大学计算机基础》教材一书编写的配套实验教材,主要目的是便于教师的教学和学生的学习。本书既可以作学生的实验指导书,也可以直接作学生的实验报告使用。 本书主要包括实验目的、实验内容及实验思考题,其中实验一是综合实验,要在专门的微机拆装实验室完成,其他实验的实验内容都在windows xp+office2003环境下调试通过。对比较难的实验操作,在实验内容中有操作提示。实验思考题是要结合课堂上的理论知识和本次上机实验的知识来思考回答,有利于更好的理解实验知识要点,达到实验的目的。 本书参考实验学时8学时,完了顺利并保质保量的完成实验任务,请同学们在实验的过程中,注意以下事项: 1. 提前预习实验好相关资料,充分做好实验准备工作。 2. 遵循实验室的相关规定,听从实验教师的教学安排。 3. 详细记录实验过程中的实验数据。 4. 实事求是地回答实验中的相关问题,严禁抄袭。 5. 认真独立地撰写实验报告。 欢迎老师和同学对本实验指导书的内容及在使用过程中遇到的问题提出宝贵的意见,以求使该指导书更适合教学。 电气与信息工程学院计算机工程系 2010年4月

湖北汽车工业学院实验报告 班号序号姓名 课程名称大学计算机基础第1 号实验完成日期年月日午 实验一微机拆装实验 一、实验目的 1. 能够正确的识别微型计算机的主要部件,掌握微型计算机主要部件技术参数的含义, 进一步掌握其在计算机中的作用。 2. 能够根据不同的使用要求确定硬件的配置方案,并能够根据实验部件,制定详细的拆 装方案,分析方案的合理性。 3. 掌握计算机拆装的注意事项,掌握计算机拆装的步骤和拆装方法,能够根据给定的部 件快速地、正确地组装好计算机。 4. 能够对在拆装过程中可能出现的问题提出合理的解决办法。 二、实验内容 2.1 实验要求 1. 检查组装所需的工具是否齐全;检查及准备好组装电脑的全部组件及连接各部件的各 类电缆。 2. 准备好拆装计算机的工作空间;详细熟悉组装计算机的流程;实验前释放身体上的 静电。实验过程中严禁带电拆装部件。 3. 装机过程中,遵循硬件产品的安装规范,轻拿轻放所有部件,尽量只接触板卡边缘, 部件对号入座,细心操作,安插到位,对需要螺钉紧固的部件,一次不可全拧紧,待所有螺钉上好后方可拧紧,切忌把螺丝拧的过紧,以免螺钉滑扣。 4. 插拔各种板卡时切忌盲目用力,以免损坏板卡。 5. 必须在全部部件组装完成,由实验教师检查完毕后方可通电试机。 6. 实验完成后,登记实验教学日志,由实验教师检查实验材料及工具是否完好以后,方 可离开实验室。

前言 《机电系统控制基础》既是一门理论性较强、又紧密联系工程实际的实践性较强的课程,本课程的重点在于培养学生对机电系统进行建模、分析与控制的能力。难点在于如何使机电类专业的学生结合工程实际,特别是结合机械工程实际,从整体分析系统的动态行为,理解和掌握略显深奥、难懂的经典控制理论,并应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决机械工程中的实际问题。 通过实验教学环节使学生验证课堂教学的理论,使学生能够建立机电系统控制的整体概念,加深对经典控制论中基本概念和基本方法的理解,并掌握其在分析、研究和解决实际机械工程控制问题中的应用。通过三方面的实验:原理性仿真实验,面向机电系统中典型物理对象/系统的特性测试与分析实验,和典型机电系统的控制三方面实验。将所学的课程内容融会贯通,培养学生分析和解决问题的能力。

1 机电系统控制基础原理性仿真实验 1.1 实验目的 通过仿真实验,掌握在典型激励作用下典型机电控制系统的时间响应特性,分析系统开环增益、系统阻尼、系统刚度、负载、无阻尼自振频率等机电参数对响应、超调量、峰值时间、调整时间、以及稳态跟踪误差的影响;掌握系统开环传递函数的各参数辨识方法,最后,学会使用matlab软件对机电系统进行仿真,加深理解系统动态响应特性与系统各参数的关系。 1.2系统典型输入的响应实验 1.2.1 实验原理 1.一阶系统的单位脉冲响应 惯性环节(一阶系统)单位脉冲响应simulink实现图,如图1-1所示 (a)可观测到输出曲线 (b)输入、输出曲线均可观测到 图1-1惯性环节(一阶系统)单位脉冲响应simulink实现图 2.一阶系统的单位阶跃响应 一阶系统的单位阶跃响应simulink实现图如图1-2所示。

现代控制理论实验报告 组员: 院系:信息工程学院 专业: 指导老师: 年月日

实验1 系统的传递函数阵和状态空间表达式的转换 [实验要求] 应用MATLAB 对系统仿照[例]编程,求系统的A 、B 、C 、阵;然后再仿照[例]进行验证。并写出实验报告。 [实验目的] 1、学习多变量系统状态空间表达式的建立方法、了解系统状态空间表达式与传递函数相互转换的方法; 2、通过编程、上机调试,掌握多变量系统状态空间表达式与传递函数相互转换方法。 [实验内容] 1 设系统的模型如式示。 p m n R y R u R x D Cx y Bu Ax x ∈∈∈?? ?+=+=& 其中A 为n ×n 维系数矩阵、B 为n ×m 维输入矩阵 C 为p ×n 维输出矩阵,D 为传递阵,一般情况下为0,只有n 和m 维数相同时,D=1。系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系如式示。 D B A SI C s den s num s G +-== -1)() () (()( 式中,)(s num 表示传递函数阵的分子阵,其维数是p ×m ;)(s den 表示传递函数阵的按s 降幂排列的分母。 2 实验步骤 ① 根据所给系统的传递函数或(A 、B 、C 阵),依据系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系如式,采用MATLA 的编程。注意:ss2tf 和tf2ss 是互为逆转换的指令; ② 在MATLA 界面下调试程序,并检查是否运行正确。 ③ [] 已知SISO 系统的状态空间表达式为,求系统的传递函数。

, 2010050010000100001 0432143 21u x x x x x x x x ? ? ??? ? ??????-+????????????????????????-=????????????&&&&[]??? ? ? ???????=43210001x x x x y 程序: A=[0 1 0 0;0 0 -1 0;0 0 0 1;0 0 5 0]; B=[0;1;0;-2]; C=[1 0 0 0]; D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D,1) 程序运行结果: num = 0 den = 0 0 0 从程序运行结果得到:系统的传递函数为: 2 4253 )(s s s S G --= ④ [] 从系统的传递函数式求状态空间表达式。 程序: num =[0 0 1 0 -3]; den =[1 0 -5 0 0]; [A,B,C,D]=tf2ss(num,den) 程序运行结果: A = 0 5 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0

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