自航模系统的设计及其在操纵性试验中的应用
某航模飞行控制系统的设计与实现
某航模飞行控制系统的设计与实现第一章：绪论航模是模拟真实飞行器的模型飞机，也是一个充满挑战和创意的领域。
为了使航模更加具有真实感和可控性，需要开发飞行控制系统（FCS）。
FCS是一个复杂的系统，它需要在不同机动状态下精确地测量和控制飞行器。
本文将介绍某航模飞行控制系统的设计和实现。
第二章：系统架构FCS通常包括传感器、执行器和中央处理器（CPU）三个主要组成部分。
传感器测量飞机的状态，执行器控制飞机的运动，CPU负责处理和实时控制系统。
在FCS中，传感器和执行器分别连接到CPU，通过特定的通讯协议实现数据的传输和控制指令的接收和发送。
第三章：传感器选择和集成传感器是FCS中非常关键的部分。
正确选择传感器，可以有效地提高系统的性能和稳定性。
根据需要测量的参数，我们选择了加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计四种传感器。
其中，加速度计和陀螺仪用于测量加速度和角速度，磁力计用于测量磁场，气压计用于测量高度。
这四种传感器可以提供航模的完整状态信息。
为了将传感器集成到系统中，我们需要编写驱动程序和读取数据的程序。
此外，还需要校准传感器来减少误差，并使用滤波算法对原始数据进行滤波。
第四章：执行器选择和集成执行器常常包括电动机和伺服机构。
电动机用于推动螺旋桨或航模本身的运动，伺服机构用于控制舵面或螺旋桨角度。
在此系统中，我们使用了两个电动机和4个舵机。
为了控制它们，我们需要执行程序来编写PWM信号，以便将数据发送到执行器，根据输入的控制指令随时控制动作的力度和方向。
第五章：控制算法设计控制算法是FCS的核心部分，它必须在实时和复杂的环境下预测飞机的行为和执行控制指令。
我们使用了传统的PID算法来控制姿态和控制算法来控制位置。
这些算法需要在不同的操作模式下进行参数调整，以确保系统在各个操作模式下都具有较高的稳定性和控制性能。
第六章：系统实现在系统开发过程中，我们使用C语言和汇编语言编写了数据接口、数据存储、驱动程序和控制算法程序，并使用Keil C网络生成了可执行文件。
六自由度飞行模拟器运动系统设计研究
六自由度飞行模拟器运动系统设计研究一、内容概要随着科技的发展，飞行模拟器在航空领域的应用越来越广泛。
六自由度飞行模拟器作为一种高性能的飞行模拟器，其运动系统的设计对于提高飞行模拟器的性能和用户体验具有重要意义。
本文主要研究了六自由度飞行模拟器运动系统的设计方案，包括运动控制系统、传感器系统、执行器系统等方面的设计。
通过对现有技术的分析和对未来发展趋势的预测，提出了一种适用于六自由度飞行模拟器的运动系统设计方案。
首先本文介绍了六自由度飞行模拟器的基本原理和结构特点，为后续的运动系统设计提供了理论基础。
然后详细阐述了运动控制系统的设计，包括控制策略的选择、控制器的设计和算法优化等方面。
在此基础上，本文探讨了传感器系统的设计，重点关注了惯性导航系统、力矩传感器和加速度计等关键传感器的选型和布局。
此外本文还对执行器系统进行了深入研究，包括电动缸、舵机和驱动器等关键部件的设计和优化。
为了提高飞行模拟器的稳定性和精度，本文还对运动系统的标定方法进行了研究，提出了一种基于模型预测控制(MPC)的自适应标定方法。
本文对所提出的六自由度飞行模拟器运动系统设计方案进行了验证和实验，结果表明所设计的系统能够满足飞行模拟器的需求，具有良好的性能和稳定性。
本文通过研究六自由度飞行模拟器运动系统的设计方案，为提高飞行模拟器的性能和用户体验提供了有益的参考。
在未来的研究中，可以进一步优化运动系统的设计方案，以满足不同应用场景的需求。
1.1 研究背景和意义飞行模拟器技术在现代航空、航天等领域具有重要的应用价值，它可以为飞行员提供真实的飞行环境和训练条件，帮助他们熟悉各种飞行操作和应对紧急情况。
六自由度飞行模拟器是一种高级的飞行模拟器，它可以模拟飞机在空间中的六个自由度(平移、俯仰、滚转、偏航)的运动，为飞行员提供更加真实和全面的飞行体验。
然而目前市场上的六自由度飞行模拟器运动系统存在一些问题，如运动稳定性差、响应速度慢、精度不高等，这些问题限制了飞行模拟器的实际应用效果。
航空航天工程中的飞行控制系统设计与模拟试验研究
航空航天工程中的飞行控制系统设计与模拟试验研究随着航空航天工程的不断发展，飞行控制系统设计与模拟试验成为关键领域，对于确保飞行器的安全性与稳定性具有重要的意义。
本文将对航空航天工程中的飞行控制系统设计与模拟试验进行综述，深入探讨其中的关键技术与挑战。
飞行控制系统是航空航天领域中的关键组成部分，它负责控制飞行器的姿态、速度、高度等飞行参数，确保飞行器的稳定运行以及完成各种任务。
飞行控制系统的设计与模拟试验通过仿真及实验手段，可以有效评估和验证设计方案的可行性与稳定性，为实际飞行提供技术保障。
在飞行控制系统设计过程中，首要任务是确定飞行器的动力学模型。
动力学模型能够描述飞行器在外部环境作用下的运动特性，如力、力矩、惯性等。
根据飞行器的机体特性、气动特性和控制需求等方面的要求，可以选择合适的数学模型。
通过数学模型，设计师可以分析飞行器的稳定性、可控性以及对各种干扰和故障的适应性。
另一个重要的环节是飞行控制系统的控制器设计。
控制器根据飞行器当前的状态和外部环境信息，计算出适当的控制指令，调整飞行器的姿态和运动轨迹。
设计好的控制器需要具备良好的稳定性、鲁棒性和鲁棒性，以应对不同的工作负载和异常情况。
常见的控制器设计方法包括PID（比例-积分-微分）控制、自适应控制、模糊控制等。
设计师需要根据具体需求选择最合适的控制方案，并通过仿真和试验验证其性能。
在飞行控制系统设计的基础上，模拟试验是一个重要的环节。
模拟试验可以在实验室或仿真环境中对飞行器的控制系统进行评估和验证。
通过模拟试验，设计师可以评估控制系统的性能，检查其对不同工况的适应性和稳定性。
模拟试验还可以帮助设计师发现潜在的问题并进行改进，降低实际飞行中的风险。
常见的模拟试验工具包括MATLAB/Simulink、LabVIEW等，设计师可以利用这些工具构建飞行控制系统模型，并仿真不同工况下的飞行控制性能。
然而，航空航天工程中的飞行控制系统设计与模拟试验面临一些挑战与难题。
自动化航空飞行模拟系统的设计与管理
自动化航空飞行模拟系统的设计与管理随着航空业的发展，飞行模拟技术已经成为了飞行员培训的重要手段。
自动化航空飞行模拟系统是一种高度仿真的飞行模拟系统，可以模拟各种飞行情况，为飞行员提供真实的飞行体验。
本文将介绍自动化航空飞行模拟系统的设计与管理。
一、自动化航空飞行模拟系统的设计1. 系统硬件设计自动化航空飞行模拟系统的硬件设计是系统设计的重要组成部分。
系统硬件包括计算机、显示器、操纵杆、踏板等设备。
这些设备需要具备高度仿真的特点，以便为飞行员提供真实的飞行体验。
2. 系统软件设计自动化航空飞行模拟系统的软件设计是系统设计的另一个重要组成部分。
系统软件需要具备高度仿真的特点，以便为飞行员提供真实的飞行体验。
系统软件需要包括飞行模拟程序、飞行控制程序、飞行数据记录程序等。
3. 系统仿真设计自动化航空飞行模拟系统的仿真设计是系统设计的关键部分。
系统仿真需要模拟各种飞行情况，包括起飞、飞行、降落等。
系统仿真需要具备高度仿真的特点，以便为飞行员提供真实的飞行体验。
二、自动化航空飞行模拟系统的管理1. 系统维护管理自动化航空飞行模拟系统需要进行定期的维护管理，以保证系统的正常运行。
系统维护管理包括硬件维护、软件维护、仿真维护等。
2. 系统安全管理自动化航空飞行模拟系统需要进行安全管理，以保证系统的安全性。
系统安全管理包括数据备份、数据恢复、系统防护等。
3. 系统培训管理自动化航空飞行模拟系统需要进行培训管理，以保证飞行员能够熟练掌握系统的使用方法。
系统培训管理包括培训计划制定、培训材料编制、培训评估等。
三、自动化航空飞行模拟系统的应用自动化航空飞行模拟系统的应用范围非常广泛，包括飞行员培训、飞行器设计、飞行器测试等。
自动化航空飞行模拟系统可以为飞行员提供真实的飞行体验，可以为飞行器设计提供仿真测试，可以为飞行器测试提供仿真环境。
四、自动化航空飞行模拟系统的未来发展自动化航空飞行模拟系统的未来发展前景非常广阔。
潜艇自航模操纵性试验的模型设计
摘 要 ：针对潜艇 自航模实 际加工过程 中系统设备 布置问题 ，设计一种用 于复杂结 构体重量重心及 转动
惯量测量 装置 ，解决潜艇 自航模 内部构件 的测 量 问题 ；运用 Ｉｓｉｇｈｔ数 据优化软 件对 自航 模 内部构件 的布局进
第 ４５卷 第 １期 ２０１６年 ２月
船 海 工 程
ＳＨＩＰ ＆ ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７９５３．２０１６．０１．００２
Ｖｏ１．４５ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１６
潜 艇 白航 模 操 纵 性 试 验 的模 型设 计
刘 洋 ，肖昌润 ，杜佩 佩
船海工程 第 ４５卷
一 部 分重 心 的横 向坐 标 Ｙ远 小 于 纵 向坐 标 ，而 垂 向坐标 同样小 于纵 向坐标 ，即
＝ Ｌ（ ＋。 ）ｄｍ＝
图 ３ 重 心 纵 向位 置 测 量 示 意
ｆ Ｘ２ｄｍ＋Ｊ Ｚ２ｄｍ— Ｉ Ｘ２ｄｍ （８）
自航模 没 有上 甲板 ，整体 呈 圆筒状 ，无法 做横 倾试 验 ，根 据水 面舰 船 横倾 试 验 原 理 运 用 纵倾 试 验 来 测 量潜 艇 自航模 重心 高 Ｊ。如 图 ４所 示 ，加 重 物 Ｐ在船模 ａ处 ，保证船模平衡 ，同时刀刃处于重心 所 在横 剖 面 内 ，测 量 出此 时刀 口处 距 基 线 的距 离 ｚ ，基 线取 地面 ，移动 重物 Ｐ至 ｂ处 ，待 船 模稳 定 后 ，测 量 出此 时 ａ处 至 ｂ处 的 长 度 ｆ 重 心 距 船 模 最尾 部距 离 ｆ、船 模平 衡 是 尾 部距 地 面 高 度 ｈ 、 纵 倾后 尾部 距 地 面 高度 ｈ：以及 船 模 平 衡 时直 筒 段 底部 距地 面 高度 ｈ ，取 下 重 物 Ｐ并 测 量 重 物 Ｐ 的质量 ｍ ，模 型质 量 为 ｍ，记 录数 据 处 理 数 据 得 到船模 重心 相对 于地 面 的高度 Ｚ ，根据 下 列公 式 得 到相 对 于艇体 基线 的 中心高 度 ｚ∞。
潜艇操纵性自航模试验系统设计与组成
潜艇操纵性自航模试验系统设计与组成陈东宾【摘要】介绍一种潜艇自航模试验系统.通过对自航模的整体构造、内部各系统功能实现的阐述,从理论上对自航模试验技术的可行性进行综合分析,并在实际试验中验证,提出了需要进一步研究的问题.结果表明:自航模试验系统的功能能够达到设计要求,发展自航模试验技术具有较强的理论及现实意义.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2012(023)006【总页数】5页(P22-26)【关键词】潜艇自航模;试验系统;长波遥控系统;水声轨迹定位系统;艇载控制系统【作者】陈东宾【作者单位】海军驻温州地区军事代表室舟山316000【正文语种】中文【中图分类】U674.760 引言模型试验是目前研究潜艇操纵性的主要手段，而模型试验又分为自航模试验和拘束模试验两种。
其中自航模试验在研究潜艇耦合水动力导数和大机动性条件下的操纵性具有独特的优势。
真正的潜艇自航模技术开发较晚。
1957年，日本首先采用长5 m、重2 t的潜艇自航模，在神户港进行垂直面操纵性试验；1968年，法国巴黎水池在圣德罗兹湾进行了海上潜艇自航模试验，试验用的潜艇模型长6.3 m，分段组装并采用“程控+遥控”的方式进行操纵；1994年，英国水下防御技术展览会上展出英国国防研究局研制的无人驾驶潜艇研究模型长4.5 m，潜深可达25 m。
美国海军在1960年曾用“拖辫子”的方式（即由水下潜艇自航模指挥台围壳伸出一根天线，或天线上带小球作为水下接受遥控信号的接受装置）开展自航模水下机动试验；到1978年，研制了洛杉矶级首艇的自航模型，长约9.5 m，采用铝合金壳体；1985年和1997年，为了验证“海狼”级潜艇和“弗吉尼亚”级潜艇的设计，在极其保密的情况下又分别研制了1∶4的大尺度自航模 LSV-1“科卡尼号”和1∶3.4 的 LSV-2“卡特斯罗特号”，该船长度和排水量分别为27.43 m、168 t和33.8 m、205 t。
在潜艇自航模试验展开过程中，最重要是需满足试验要求的潜艇模型的加工。
飞行器自主控制系统设计与实现
飞行器自主控制系统设计与实现随着人工智能技术的发展和普及，无人驾驶飞行器的应用场景越来越广泛。
然而，想要让飞行器真正实现自主控制，需要依靠优秀的自主控制系统。
本文将讨论如何设计和实现飞行器自主控制系统。
一、掌握基础理论知识设计和实现飞行器自主控制系统，需要掌握基础理论知识。
主要包括飞行器动力学模型、控制理论、自适应控制理论等。
首先，飞行器动力学模型是飞行器自主控制系统开发的基础。
利用多体动力学理论模拟飞行器在不同环境下的动力学特性，可以为自主控制系统提供可靠的理论支撑。
其次，掌握控制理论是理解和应用自主控制系统的关键。
传统的控制方法包括PID控制、模糊控制等，这些方法都有着相应的优缺点。
在飞行器设计中需要根据实际情况进行选择和应用。
最后，自适应控制理论在飞行器自主控制系统设计中也有较为广泛的应用。
自适应控制可以根据输入输出的反馈信息，实时调整控制策略，让自主控制系统更加智能化和自适应。
二、研究主要控制模块在飞行器自主控制系统中，主要包括几个控制模块：姿态控制、导航控制、高度控制等。
不同模块的功能不同，实现方法也有所不同，需要针对不同的模块进行深入研究。
姿态控制是飞行器自主控制系统的核心，主要是控制飞行器的姿态。
采用PID 控制模式可以实现姿态控制，不同的PID参数会影响控制效果。
因此需要对PID 参数进行优化，才能实现更高精度的姿态控制。
导航控制是飞行器自主控制系统的另一个重要模块。
通过GPS和其他导航设备获取飞行器的位置信息和状态，实现飞行器的导航控制。
在实际应用中，导航控制通常采用洋流观测和多传感器融合的方法，提高导航的精度和可靠性。
高度控制模块可以实现飞行器的高度控制，使其保持在指定的高度范围内。
高度控制需要结合姿态控制和导航控制模块进行整体考虑，才能实现飞行器的稳定和精准控制。
三、应用机器学习算法优化控制策略在飞行器自主控制系统设计中，利用机器学习算法优化控制策略，可以提高控制精度和效率。
飞行器自主控制系统设计与实现
飞行器自主控制系统设计与实现随着技术的不断发展和创新，飞行器自主控制系统的设计与实现正变得越来越重要。
本文将重点探讨飞行器自主控制系统的设计原理、技术要求和实际应用。
飞行器自主控制系统的设计目标是实现无需人为干预即可完成飞行任务的能力。
自主控制系统需要能够解读传感器数据、生成相应的动作来保持稳定飞行，并能按照事先设定的航线规划自主地进行飞行。
为了实现这一目标，飞行器自主控制系统通常由传感器、控制算法和执行机构三部分组成。
首先，传感器是飞行器自主控制系统的关键组成部分，它能够感知飞行器的状态和环境变量。
常见的传感器包括陀螺仪、加速度计、气压计、GPS等。
陀螺仪和加速度计可以提供关于飞行器的姿态、加速度等信息；气压计可以提供飞行器的高度和气压等数据；GPS可以提供飞行器的位置和速度信息。
传感器的准确性和精度对于飞行器的自主控制至关重要，因此，在选择传感器时需要根据具体的应用场景进行合理的选择和配置。
其次，控制算法是飞行器自主控制系统的核心部分。
控制算法的主要功能是根据传感器数据分析飞行器的状态，并生成相应的控制指令来调整飞行器的姿态和动作。
常见的控制算法包括PID控制、模糊控制和最优控制等。
PID控制是一种基于反馈机制的简单但广泛应用的控制算法，它通过调整比例、积分和微分三个参数控制系统的输出。
模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制方法，它通过使用一系列模糊规则来处理不确定性信息。
最优控制则是一种优化问题的解决方法，它通过最小化或最大化某个性能指标来优化系统性能。
最后，执行机构是飞行器自主控制系统的输出部分，它将控制指令转化为相应的动作。
执行机构的种类和数量取决于飞行器的类型和功能。
例如，对于固定翼飞行器，执行机构包括舵面和发动机；而对于多旋翼飞行器，执行机构包括电机和螺旋桨。
执行机构需要具备高可靠性和响应速度，并能够根据控制指令进行精确的姿态调整。
飞行器自主控制系统的实际应用非常广泛。
在军事领域，自主控制系统可以使飞行器能够执行各种任务，如侦查、打击和运输等。
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参照实际船舶 Z 型操纵率定来实际进行船舶模型的率定， 接下来以简化的船舶一阶线性操纵性运动方程为依托，对船 舶模型操纵试验资料进行分析：
图 4 20 度舵角 Z 形操舵船模艏向响应（100 rpm）
通过试验得到 Z 形操纵的 K、T 指数，经无量纲化得到 、 见表 1 所示。
表 1 Z 形试验所得 、 值
左舵 10° 右舵 10° 左舵 20° 右舵 20°
0.95
0.98
1.12
1.15
0.69
0.67
0.56
0.58
比较可知，在整个的实验过程中，具备相同的航速的前 提下，转首时间随着船模舵角增大而减小。说明舵角的增大 导致转首时间减小及回转角速度增大，20°舵角时的舵效要 好于 10°时的。以上现象，与单体船常见操纵性规律一致。 因此说明试验结果合理可靠 [5]。
1 自航模试验相似准则及尺度效应修正
一般来说，在自航模型实验过程中，由于实际船尺寸大 小与模型所导致的性能不一致现象，称之为尺度效应，这种 现象一般来说主要是因为船舶模型和实际船舶的雷诺数不相 同而导致。由于一般来说船舶模型的雷诺数值性对于实际船 舶来说小很多，因此会带来一定的影响，从而导致船舶模型 的摩擦阻力数字增大 [1]。而如果需要使船舶模型客服阻力增 大的实际情况，达到实验所要求的实际航速标准，那么势必 需要增加螺旋桨的推力，因此会致使螺旋桨后的诱导速度相 应增大，同时也会使船舵的升力随之而增加，船舶模型的船 舵效率和船舶的直线稳定性也会相应有所增强。此外，船舶 模型雷诺数较小，也会导致另一个影响，即使得船舶模型的 船舶失速角随之而减小。
本文所涉及的试验在（30 m，50 m）的水池中进行，通 过测量后得知该水池完全满足 Z 形操纵的条件。航速和运动 轨迹的测量由岸基设备完成。 3.2 结果分析
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艏向变化 舵角变化
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图 3 10 度舵角 Z 形操舵船模艏向响应（100 rpm）
3 自航模 Z 形操纵试验及结果分析
首先对船体模型进行安装，对主要部件如主机、仪器等 进行调试，船舶模型下水后进行船舶模型的自航行实验，主 要验证以下 2 个方面的目的：1）对船舶模型的具体性能进行 判断，尤其是对于主机的功率、主机的转速以及模型航之间 的关系作出有效评价；2）对船舶的螺旋桨、主机与船体之间 的配合度情况进行分析，另外也对船舶船舵的转速等进行调 试，通过调试让其达到实验所要求的数值 [4]。完成上述调试 工作后，进行 Z 形操纵性试验。 3.1 Z 形操纵试验
即
。其中 为回转角速度；T 为应舵性指
数； 为舵角；K 为回转性指数。
在实验中可以得到舵角 和艏向角 随时间的变化曲线 ( 见图 1)，然后根据上述公式可以求得船舶操纵性无因次化指 数 和 值，从而能对船舶模型与实际船舶进行比较 [2]。 此外在综合反映 K、T 特征参数问题上，可以借鉴瑞典学者 诺尔宾所建立的转首指数 P ，P ≈0.5( / )。
［引用格式］卫光 . 自航模系统的设计及其在操纵性试验中的应用 [J]. 船舶物资与市场 ,2019(4):33-34.
基础科技
自航模系统的设计及其在操纵性试验中的应用
卫光 （黑龙江省科学院技术物理研究所，黑龙江 哈尔滨 150086）
摘 要 ：通过对 S175 的自航模系统进行分析后，本文初步探索了一种尺度修正的方法。通过对传统自航模系统的应用升级，在以往 基础上进行了有效的改进，从而能相对更加高效便捷地进行基本的操纵性实验。且在非传统的操纵性实验上也有望获得进一步突破。 此外，采取以 Z 型实验对船模系统进行有效性方面的验证，也能为将来操作性实验的进一步展开创造有利条件和奠定基石。 关键词：自航模试验；尺度效应；PC/104 嵌入式计算机；操纵性试验 中图分类号：U661.7 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2019.04.006
图 1 船舶 Z 形操纵试验中舵角 和艏向角 与时间 ti 的关系曲线
可知，当船舶模型的尺度愈接近与实际船舶，那么船舶 模型的 K.T 指数便会与实际船舶的偏离趋于最小化。因此， 当下国内在针对船舶模型操纵性能的负修正问题上，通常也 是采取减小船舵面积来对其船舵的角度进行修正。
2 自航模系统设计
文章选取船舶模型以 S175 型集装箱船舶模型为例，所选 取船舶模型长度为 3.1818 m，比例缩放尺为 1:55。S175 型集 装箱船舶模型的自航模系统可以进行独立的航行实验，该自 航模系统中包括有船舶模型、推进系统（其中推进系统包含
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图 2 船模总布置示意图
对应图 2 数字部分依次为：1、船首 2、船模控制系统盒 3、 PC/104 嵌入式计算机，Atmeg16 单片机、MTI 姿态传感器、 串口扩展、电平转换电路板 4、连接线 5、36V 直流电源 6、 船身 7、电机驱动盒 8、电机驱动器、开关电源、无线路由器 9、直流电机 10、船尾 11、船桨 12、舵机 13、舵机与船舵的 连接轴 14、舵。
0 引言
当下，作为船舶操纵性研究的重要手段，自航模试验已 经开始受到业内越来越广泛的重视。之所以自航模型实验能 获得广泛的重视和使用，究其根源是因为该类实验具有简单、 便捷的特性，有利于整个试验活动的展开，其便利性较好， 且整个实验过程费用可控，操作性所获得的参数也比较直观， 并能得到一阶 K、T 指数等。
收稿日期：2019-03-28 作者简介：卫光（1983-），男，硕士，助理研究员，研究方向为船模系统。
船舶物资与市场 33
基础科技
了电机、螺旋桨等）以及船舵系统（船舵与舵机等），此外
30测量采集、无线电传输、电
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力供应系统等 [3]。
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