超聲波電機(Ultrasonic Motor簡稱USM)是八十年代發(fā)展起來的新型微電機。本文針對超聲波電機及其控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,以我國研究技術(shù)相對比較成熟并有產(chǎn)業(yè)化前景的行波超聲波電機(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡稱TUSM)的伺服控制技術(shù)為研究對象,以直徑60mm的行波超聲波電機TUSM60為研究實例,在特性測試、動穩(wěn)態(tài)性能分析,辨識模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實現(xiàn)等方面展開研究。本論具體的研究內(nèi)容為： 在分析超聲波電機研究歷史和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合國內(nèi)外超聲波電機特別是行波超聲波電機控制技術(shù)的發(fā)展趨勢,重點論述了行波超聲波電機及其驅(qū)動控制技術(shù)的研究進展。 介紹行波超聲波電機的基本結(jié)構(gòu),并從該電機的主要理論基礎(chǔ)--壓電原理、行波合成、接觸模型出發(fā),分析了行波超聲波電機定子質(zhì)點的運動方程.并結(jié)合定轉(zhuǎn)子摩擦接觸特點,分析了行波超聲波電機的運行機理。 根據(jù)對行波超聲波電機測試和高精度控制的要求,研制出基于雙DSP和FPGA的超聲波電機高性能測試控制平臺。其中控制核心采用了雙DSP結(jié)構(gòu),可以在對行波超聲波電機進行控制的同時,將必要的參數(shù)讀取出來進行分析和研究。為行波超聲波電機瞬態(tài)特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎(chǔ)。 對電機的瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性進行的測試,可以分析驅(qū)動頻率、電壓以及相位差等調(diào)節(jié)量對電機輸出的影響。在此基礎(chǔ)上進一步對行波超聲波電機的調(diào)節(jié)方式、控制算法選擇方面進行分析,并得到相應(yīng)結(jié)論。 通過對實驗數(shù)據(jù)的總結(jié)和歸納,利用系統(tǒng)辨識中的非參數(shù)方法,建立在特定頻率條件下的近似線性模型。在行波超聲波電機工作范圍內(nèi),辨識若干組不同頻率條件下的近似線性模型,將這些模型的參數(shù)進行二維或三維擬合,可以得到一個關(guān)于行波超聲波電機傳遞函數(shù)的模型。辨識模型的建立為合理的選擇和優(yōu)化控制參數(shù),控制效果的驗證等提供了行之有效的手段。 在對行波超聲波電機的速度控制、位置控制展開的研究中.首先利用遺傳算法對常規(guī)PI恒轉(zhuǎn)速控制的控制參數(shù)整定及修正方法進行了研究；利用神經(jīng)元的在線自學(xué)習(xí)能力,研究和設(shè)計單神經(jīng)元PID-PI轉(zhuǎn)速控制器,提高控制系統(tǒng)對電機非線性和時變性的適應(yīng)能力；為了消除在伺服控制中,單一調(diào)節(jié)量(驅(qū)動頻率)情況下,低轉(zhuǎn)速的跳躍問題,研究和討論了多調(diào)節(jié)量分段控制方法,并利用模糊控制對控制方法的有效性進行了驗證；在位置控制中,利用轉(zhuǎn)速控制研究的結(jié)果,研究和設(shè)計了位置--速度雙環(huán)(串級)控制器,實現(xiàn)了電機高精度位置伺服控制。 通過對已有控制系統(tǒng)的改進和簡化,設(shè)計和研制了具有實用化價值行波超聲波電機控制器：并將研究成果應(yīng)用于針對核磁成像設(shè)備而設(shè)計的行波超聲波電機隨動控制系統(tǒng)中,同時嘗試了將該控制器用于高精度X-Y兩維定位平臺。
上傳時間： 2013-07-13
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礦井高壓電網(wǎng)多以6KV 供電為主，高壓防爆開關(guān)成為了井下供電系統(tǒng)的最為關(guān)鍵的設(shè)備之一。近年來，由于煤礦開采中因電氣保護失控而引發(fā)事故的增長，國家對井下供電系統(tǒng)的可靠性、安全性的要求越來越高，因而采用現(xiàn)代化新技術(shù)對礦井下高壓控制設(shè)備進行技術(shù)改造和創(chuàng)新被提到了一個重要的高度。隨著微機技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，以單片機為核心的高壓開關(guān)智能綜合保護技術(shù)，能夠較好地完成對多路信號進行處理，增強和增加了保護的功能，其應(yīng)用對于提高供電質(zhì)量、保證人身安全、完善電網(wǎng)保護都具有很重要的現(xiàn)實意義。本文設(shè)計了一個雙CPU 的保護控制系統(tǒng)，雙CPU 結(jié)構(gòu)就是采用16 位DSP(Digital SignalProcessing)芯片TMS320LF2407A 和增強型51 單片機STC89C58RD+進行分工合作并行處理，前者作為從CPU 完成各種保護功能，后者作為主CPU 完成參數(shù)的整定、顯示、數(shù)據(jù)下放以及PROFIBUS 通訊擴展。既能充分利用DSP 的高速數(shù)據(jù)處理性能，提高保護動作特性； 同時，在不影響數(shù)據(jù)處理的情況下又?jǐn)U展了人機界面和總線通訊功能。 本文從理論上分析了礦井高壓電網(wǎng)中性點不接地系統(tǒng)的主要故障的電氣特征，并有針對性地提出了零序電流方向型選擇性漏電保護、相敏短路保護和絕緣監(jiān)視保護，然后分析了采樣原理和算法，確定了同步交流采樣和全波傅立葉算法相結(jié)合的采樣計算方法。此外，針對系統(tǒng)可能遇到的各種干擾，在硬件、軟件兩方面進行了抗干擾設(shè)計。最后通過試驗數(shù)據(jù)驗證了系統(tǒng)對線路故障具有可靠的動作特性。 該保護控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定、動作可靠，簡單的按鍵操作和醒目的液晶顯示給工作人員帶來了極大方便，實現(xiàn)了檢測、保護、控制和通訊的一體化。 本課題是圍繞著天津市科技攻關(guān)立項項目“礦用高壓隔爆開關(guān)智能控制系統(tǒng)的開發(fā)”來進行地研究。
標(biāo)簽： 開關(guān) 保護 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-11
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帶整流負(fù)載的同步發(fā)電機在一些需要高品質(zhì)直流電源的場所，如艦船電力推進、郵電通訊、飛機等電源系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，并且受到了許多學(xué)者的關(guān)注，其研究領(lǐng)域主要涉及數(shù)字仿真、數(shù)學(xué)模型、穩(wěn)態(tài)分析以及運行穩(wěn)定性等方面。 本文對MATLAB/Simulink中的電機模型進行了深入的研究。針對MATTAB中電機仿真模型的不足和本文研究的需要，提出了同步發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子分解的狀態(tài)方程，利用MATLAB工具箱建立了新的同步電機仿真模型并進行了封裝，為進行帶整流橋負(fù)載同步電機系統(tǒng)的分析與研究打下了很好的基礎(chǔ)。 對帶整流橋負(fù)載同步發(fā)電機整流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行特性進行了分析，采用定、轉(zhuǎn)子分解模型建立了整流系統(tǒng)仿真模型。證明了在假定轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)睾悖春雎赞D(zhuǎn)子電阻影響的條件下，定、轉(zhuǎn)子分解模型很容易轉(zhuǎn)變?yōu)閹鄬ΨQ非線性負(fù)載的同步電機穩(wěn)態(tài)分析模型。介紹了根據(jù)這一模型推導(dǎo)出的解析計算公式，給出了計算方法和步驟，并編寫了計算程序，便于工程上直接使用。與仿真結(jié)果的對比驗證了該解析計算的正確性。同時，仿真證實了忽略轉(zhuǎn)子電阻影響會給計算結(jié)果帶來一定的誤差，但是，在轉(zhuǎn)子電阻正常值范圍內(nèi)，忽略其影響是允許的。 對帶有反電動勢負(fù)載的同步發(fā)電機整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了仿真研究，將系統(tǒng)中的各個參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進行了仿真。為了解決穩(wěn)定性仿真計算量大、計算時間長的問題，利用同步電機換相計算的穩(wěn)態(tài)公式，對同步電機分解模型的定子部分和整流橋部分進行了簡化處理，得到了同步發(fā)電機整流系統(tǒng)穩(wěn)定性分析簡化模型。通過兩種模型的仿真計算，證實了該簡化模型與非簡化模型的仿真結(jié)果相當(dāng)一致。這樣既解決了帶有反電動勢負(fù)載的同步發(fā)電機整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性仿真計算的計算速度問題，也證明了換相過程及其產(chǎn)生的諧波對系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響。
上傳時間： 2013-06-19
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交流電機，特別是異步籠型電機，因具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，價格便宜等特點而得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過一個多世紀(jì)的發(fā)展，其調(diào)速方法同趨成熟，而交流調(diào)速的最理想方法還是變頻調(diào)速。隨著工業(yè)需求的快速增長，高壓大功率成為發(fā)展的必然趨勢，但是在中高壓大功率調(diào)速領(lǐng)域，大都采用電動機定速運行。 直到20世界末采用全控型電力電子器件的高壓大功率交流變頻調(diào)速產(chǎn)品誕生，大功率傳動領(lǐng)域巨大節(jié)能需求得到釋放。多電平功率變換技術(shù)可以使耐壓值較低的全控型電力電子器件可靠應(yīng)用于高壓大功率領(lǐng)域，并有效減少PWM控制產(chǎn)生的高次諧波。當(dāng)前，級聯(lián)式多電平功率變換電路在高壓電機調(diào)速和電力系統(tǒng)無功補償領(lǐng)域已獲得實際應(yīng)用。 本課題以10kV，250kW高壓變頻器為背景，主要研究級聯(lián)式多電平高壓變頻器在異步電機控制領(lǐng)域的應(yīng)用。在對高壓變頻器工作原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計研究的同時，對主電路進行諧波改善分析。高壓變頻器很難做成通用變頻器，所以最好設(shè)計與之相適應(yīng)的高壓變頻電機。通過對這種新型電機設(shè)計的研究，更好地發(fā)揮了變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢。在本課題中，還采用了MATLAB7.0/Simulink6.0仿真軟件，對功率單元移相多重化進行了仿真，為進一步的研究做準(zhǔn)備。 依照本課題的研究，最終目的是為高壓變頻器在異步電機控制領(lǐng)域的應(yīng)用作結(jié)構(gòu)優(yōu)化，器件搭配的指導(dǎo)，并在運行過程中通過調(diào)試和仿真提供不斷改善的最佳方案。
上傳時間： 2013-05-17
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在伺服系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)高精度的控制，往往需要實時地檢測出電動機轉(zhuǎn)子的位置。用來檢測電動機轉(zhuǎn)子位置的角度傳感器主要有光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。光電編碼器雖然能夠達到很高的精度，但是它的抗干擾性差，不宜應(yīng)用在條件惡劣的場合中；相比較而言，旋轉(zhuǎn)變壓器（簡稱旋變）由于結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，抗干擾性強，能夠應(yīng)用在各種條件惡劣的場合中，所以獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。 本文采用的旋變樣機是一種新型的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。分析了它的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、定子繞組的連接方式以及轉(zhuǎn)子形狀的優(yōu)化；并在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了它的正余弦輸出反電勢的表達式；最后在電磁場分析軟件Ansoft中，以樣機為原型建立了仿真模型，分析了它內(nèi)部的電磁場分布以及正余弦輸出反電勢的波形。 其次，本文設(shè)計了一種以DSP為核心的R2D電路系統(tǒng)。它以振蕩電路產(chǎn)生的正弦波電壓信號作為旋變的激勵信號，加上相關(guān)的外圍電路，構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器，解算出了旋變的軸角θ；并在此基礎(chǔ)上，分析了產(chǎn)生角度解算誤差的各種因素，同時計算出了旋變的轉(zhuǎn)速n。 最后，在上述解算方案的基礎(chǔ)上，本文又給出了第二種解算方案，即：DSP產(chǎn)生的方波經(jīng)過濾波之后作為旋變的激勵信號，解算出了旋變的軸角θ；然后比較了這兩種解算方案的優(yōu)缺點，重點分析了激勵信號中的諧波分量對正余弦輸出反電勢以及角度解算的影響。
標(biāo)簽： R2D 旋轉(zhuǎn)變壓器 電路
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，由于能源危機和環(huán)境污染，世界各國均在投巨資發(fā)展燃料電池汽車。雙向DC/DC變換器作為燃料電池汽車的中重要部件，需要隨著行駛狀態(tài)的改變，頻繁地切換其工作狀態(tài)，其動態(tài)性能好壞，直接決定汽車動力系統(tǒng)的響應(yīng)速度。本文主要致力于對DC/DC變換器在不同控制策略下的動態(tài)性能進行研究，并在保證其穩(wěn)態(tài)性能的前提下提高系統(tǒng)動態(tài)性能。 本文首先研究了線性控制策略下DC/DC變換器的動態(tài)性能。介紹了閉環(huán)控制系統(tǒng)在頻域和時域的動態(tài)性能指標(biāo)以及二者之間的關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)受到外部干擾較小時，采用頻域分析方法，對Buck和Boost變換器進行了小信號建模，并對其在不同線性補償網(wǎng)絡(luò)控制作用下的動態(tài)性能進行對比分析。當(dāng)系統(tǒng)受到較大干擾時，采用時域分析方法，文中介紹了DC/DC變換器大信號建模方法，并對PID參數(shù)在工程上整定方法加以分析。 DC/DC變換器是一非線性系統(tǒng)，應(yīng)用線性控制策略不可避免地存在一定局限性—動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能之間的矛盾。針對這一問題，引入了模糊—PI控制，將其應(yīng)用于DC/DC變換器，以在保持系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能不變的前提下，提高其動態(tài)性能。以Buck DC/DC變換器為例，詳細介紹了模糊-PI控制器的設(shè)計過程，并對設(shè)計的閉環(huán)控制系統(tǒng)用MATLAB進行建模與仿真。最后，通過實驗對比驗證了模糊—PI控制的有效性。 和線性控制策略相比，模糊—PI控制在一定程度上提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能，但效果有限。本文引入了另一種非線性控制策略——滑?？刂撇呗??；？刂撇呗允悄壳皠討B(tài)性能最好的控制策略之一，可以極佳地發(fā)揮系統(tǒng)的硬件潛能。 本文首先介紹了滑?？刂葡嚓P(guān)知識，推導(dǎo)了其應(yīng)用于Buck和Boost變換器的理論基礎(chǔ)。設(shè)計出針對不同被控對象和工作狀態(tài)的控制策略，對每種控制策略通過仿真分析驗證其有效性。就滑?？刂拼嬖诘撵o差問題、抖振問題和變頻問題均提出了行之有效的解決方案。快速響應(yīng)特性
上傳時間： 2013-08-01
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空調(diào)壓縮機是空調(diào)器的核心部件。傳統(tǒng)定速空調(diào)器中壓縮機多采用單相異步電動機，對電機采用簡單的開關(guān)式控制，電能損耗、室溫波動及噪音都很大，壓縮機容易受沖擊損壞。隨著人們生活水平的提高及能源短缺問題的出現(xiàn)，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中，將變頻壓縮機取代傳統(tǒng)定頻定速壓縮機，對其進行變頻調(diào)速將使壓縮機減少開停次數(shù)，降低室溫波動，提高舒適度，獲得了更好的空氣調(diào)節(jié)效果和實現(xiàn)節(jié)能降耗的要求。 空調(diào)系統(tǒng)是一個典型的多輸入多輸出、具有大滯后特性的菲線性系統(tǒng)。要對空調(diào)壓縮機進行變頻調(diào)速，需要根據(jù)房間溫度的變化得出壓縮機的頻率值。由于空調(diào)系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型難以取得，且時間常數(shù)較大，傳統(tǒng)的PID調(diào)整不僅費時費力，性能指標(biāo)也不能令人滿意。因此，將模糊控制技術(shù)引入空調(diào)壓縮機的變頻調(diào)速控制，建立模糊控制器，以房間溫度的變化和變化率為輸入，壓縮機的頻率為輸出。對于提高空調(diào)系統(tǒng)的控制精度、穩(wěn)定性和可靠性，無論從學(xué)術(shù)研究角度出發(fā)，還是在工程應(yīng)用方面，都具有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實意義。 本文分別從三相異步電動機的變頻調(diào)速技術(shù)、變頻空調(diào)控制策略等方面進行了探討分析。首先將模糊控制技術(shù)應(yīng)用到空調(diào)壓縮機變頻調(diào)速中，根據(jù)建立模糊控制規(guī)則的基本思想及實際運行經(jīng)驗，通過模糊控制技術(shù)使空調(diào)壓縮機具有自調(diào)整的智能特性，從而得出最佳的動態(tài)控制參數(shù)，克服了PID控制器控制精度較低、消除穩(wěn)態(tài)誤差能力差的缺點。 然后詳細闡述了SVPWM的基本原理，對空間矢量調(diào)制（SVPWM）方式及其實現(xiàn)方法進行了探討。在變頻壓縮機的控制中采用先進的SVPWM調(diào)制技術(shù)，壓縮機能根據(jù)室內(nèi)需要的冷（熱）量不同，連續(xù)地、動態(tài)地、實時地調(diào)整其制冷（熱）量，始終保持在較合理的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下。能夠進一步提高電壓的利用率和頻率分辨率，并使壓縮機運行更加平穩(wěn)，提高空調(diào)的效率，達到節(jié)能降耗的效果。
標(biāo)簽： SVPWM 模糊控制 變頻調(diào)速
上傳時間： 2013-04-24
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隨著自動化技術(shù)的發(fā)展和城市化進程的加快，照明用電占人類總發(fā)電量的比重也越來越大，對電子鎮(zhèn)流器的要求也越來越高，即功率因數(shù)高低的要求更加明確，功率因數(shù)高低已成為綜合衡量整流設(shè)備的一個重要指標(biāo)。 本次課題采用功率因數(shù)控制芯片UC3854為核心，設(shè)計了一種較寬電壓輸入范圍、固定電壓輸出的250W的AC/DC變換器。對該變換器所用的有源功率因數(shù)校正（APFC）系統(tǒng)與UC3854芯片的原理和結(jié)構(gòu)做了詳細的分析與討論，介紹了UC3854的管腳排列及功能。所設(shè)計的以UC3854為核心的有源功率因數(shù)校正器能在90V～220V的寬電壓輸入范圍內(nèi)得到穩(wěn)定的380V直流電壓輸出，并使功率因數(shù)達到0.99以上。 MATLAB強大的信號分析處理能力對高效地設(shè)計APFC系統(tǒng)及整定各個環(huán)節(jié)的參數(shù)帶來了極大便利。本文同時也采用MATLAB設(shè)計實現(xiàn)了一個有源功率因數(shù)校正器的仿真，用SIMULINK已有模塊模擬了UC3854的控制過程，給出了仿真電路和波形。 本文創(chuàng)新性的將系統(tǒng)工程引入APFC電路中，將系統(tǒng)工程中的建模分析和狀態(tài)空間法應(yīng)用到此次設(shè)計的系統(tǒng)中，使得此次工程設(shè)計提升到了抽象的數(shù)學(xué)概念上。用數(shù)學(xué)模型可以表達出主電路的工作原理，從狀態(tài)空間法中找出了改變系統(tǒng)動態(tài)性能的相應(yīng)參數(shù)，為此類電路的設(shè)計提供了理論依據(jù)。
標(biāo)簽： 有源功率因數(shù) 校正技術(shù)
上傳時間： 2013-05-24
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本文分析了永磁同步直線電動機的運行機理與運行特性，并通過坐標(biāo)變換，分別得出了電機在a—b—c，α—β、d—q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。針對永磁同步直線電機模型的非線性與耦合特性，采用了次級磁場定向的矢量控制，并使id=0，不但解決了上述問題，還實現(xiàn)了最大推力電流比控制。為了獲得平穩(wěn)的推力，采用了SVPWM控制，并對它算法實現(xiàn)進行了研究。 針對速度環(huán)采用傳統(tǒng)PID控制難以滿足高性能矢量控制系統(tǒng)，通過對傳統(tǒng)PID控制和模糊控制理論的研究，將兩者相結(jié)合，設(shè)計出能夠在線自整定的模糊PID控制器。將該控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID控制器應(yīng)用于速度環(huán)，以提高系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。 在以上分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了永磁同步直線電機矢量控制系統(tǒng)的軟、硬件。其中電流檢測采用了新穎的電流傳感器芯片IR2175，以解決溫漂問題；速度檢測采用了增量式光柵尺，設(shè)計了與DSP的接口電路，通過M/T法實現(xiàn)對電機的測速。最后在Matlab/Simlink下建立了電機及其矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，并對分別采用傳統(tǒng)PID速度控制器和模糊PID速度控制器的系統(tǒng)進行仿真，結(jié)果表明采用模糊PID控制具有更好的動態(tài)響應(yīng)性能，能有效的抑制暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)下的推力脈動，對于負(fù)載擾動具有較強的魯棒性。
上傳時間： 2013-07-04
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本文研究了高頻感應(yīng)加熱電源的鎖相控制技術(shù)。分別建立了定角與定時控制技術(shù)的MOSFET電壓型諧振逆變器仿真模型，分析比較了兩者的優(yōu)缺點，從而得出了定角控制技術(shù)為較優(yōu)的結(jié)論；通過理論分析與實驗測量MOSFET損耗的方法對最優(yōu)鎖相角度的選取進行了探索；最后設(shè)計了以DSP為核心的定角鎖相控制電路，并運用MATLAB軟件進行了仿真研究以及DSP代碼自動生成，驗證了方案的可行性。這種控制方法可以使逆變器工作在小感性準(zhǔn)諧振狀態(tài)，降低了MOSFET損耗，具有線路簡單、響應(yīng)迅速、控制靈活等優(yōu)點，為工程運用打下了堅實的基礎(chǔ)。
標(biāo)簽： 高頻感應(yīng) 加熱電源 鎖相
上傳時間： 2013-05-29
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