近年來，隨著永磁材料的發展，永磁同步電機應用日益廣泛。永磁同步電機根據反電動勢和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(無刷直流電機)和正弦波永磁同步電機(永磁同步電機)。正弦波永磁同步電機為實現其正弦波驅動控制需要連續的轉子位置信號，通常采用機械位置傳感器(旋轉變壓器、光電編碼器等)，機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉子位置信息，但其體積大，價格高，增加了轉子的慣量，且性能易受環境因素的影響，限制了永磁同步電機的應用場合。近年來受到廣泛的關注的無位置傳感器技術，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉子的位置信號，此技術雖取消了機械位置傳感器，但存在控制復雜，位置檢測精度不高，運行轉速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉子位置信號，以實現永磁同步電機的正弦波驅動控制問題。 首先，本文分析了傳統的采用位置區間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現位置估算法的原理，針對其不足提出了一種改進的方法，該法通過對位置區間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對其進行了仿真研究，仿真結果表明：改進位置估算方法即使在加減速等動態性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優于傳統的方法。 其次，完成了以TI公司的數子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機控制系統的硬件電路的設計和調試工作。探討了正弦波永磁同步電機在采用無電流傳感器的電流開環控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機運行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據負載特性進行優化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機的軟件設計，文中詳細討論了位置估算程序和實現SVPWM程序的設計和調試，并對其進行了實驗驗證。
上傳時間： 2013-07-23
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近年來，隨著人們生活的改善，機動車輛得到迅速發展，其排放的尾氣己造成城市空氣嚴重污染，一些城市相繼制定法規限制摩托車和燃油助力車的使用來保護環境。于是發展綠色交通工具已成為一個重要的課題。電動車具有輕便、無污染、低噪音和價格低廉的特點，成為比較理想的交通工具。開關磁阻電機的結構簡單、控制靈活、可靠性高、能在較寬的速度范圍內高效運行、而且堅固耐用，適合于在惡劣條件下應用等特點決定了其非常適合于車輛負載。 本文主要研究四相8/6極開關磁阻電機傳動系統在兩輪電動車中的應用，設計了以AVR單片機為主控芯片的電動車控制器。1.根據開關磁阻電機的結構和工作原理，建立了SR 電機的數學模型，分析并確定了開關磁阻電機的位置信號檢測方法，制定了該系統使用的控制策略：采用轉速外環、電流內環的雙閉環控制，通過AVR單片機片內定時器/計時器T/C2輸出的PWM斬波調壓間接地調節電流以控制電機的轉速。2.以AVR單片機為核心，設計了開關磁阻電機控制系統的各硬件電路，主要有電源轉換電路和電壓采樣電路、系統功率電路及MOSFET驅動電路、位置信號檢測電路和電流檢測與保護電路。3.在硬件電路的基礎上設計了系統的控制軟件，并對電動車的剎車、過流保護、欠壓保護和定速巡航等功能加以改善和提高。最后對所開發的系統進行了調試，通過實驗得到的速度電流波形證實了該控制器的可行性。
上傳時間： 2013-07-25
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隨著電機在工業、農業等領域的廣泛應用，如何測試、分析和抑制電機振動和噪聲，越來越受到人們的廣泛關注。虛擬儀器技術，相比于傳統儀器擁有性能高、擴展性強等優點，在工程測試等領域得到越來越廣泛的應用。因此，結合虛擬儀器技術，建立電機噪聲和振動的測試分析系統是一種可行的解決途徑。 本文將虛擬儀器技術應用于電機的噪聲和振動問題，建立了基于虛擬儀器的電機噪聲振動測試分析系統。全文主要研究工作分為三部分：前兩部分分別研究了系統的硬件和軟件組成，建立了完整的硬件和軟件系統；第三部分進行了噪聲振動實驗研究，驗證了系統的正確性和有效性。本文的主要研究內容如下： 1．硬件部分。探討了系統的硬件組成，建立了以傳感器、信號調理電路和數據采集卡為核心的測試系統。系統硬件部分是正確采集電機噪聲和振動信號的關鍵，是測試分析的基礎。 2．軟件部分。用LabVIEw虛擬儀器編程語言完成了軟件部分的設計，實現了信號采集、顯示、處理、診斷、打印報告等一系列功能。針對電機噪聲振動的復雜性，建立了以快速傅里葉變換、功率譜函數分析、分數倍頻譜分析、小波分析等信號處理方法為核心的信號分析處理功能，并用最小二乘支持向量機實現了電機故障診斷功能。 3．實驗研究。實驗驗證了系統的信號采集、信號分析和故障診斷的正確性。構造三類電機故障，實驗研究了采用最小二乘支持向量機進行故障診斷的有效性。 在總結全文的基礎上，提出了該電機噪聲和振動測試分析系統有待深入研究的若干問題。
上傳時間： 2013-07-22
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超聲波電機(Ultrasonic Motor簡稱USM)是八十年代發展起來的新型微電機。本文針對超聲波電機及其控制技術的研究現狀和發展趨勢,以我國研究技術相對比較成熟并有產業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、動穩態性能分析,辨識模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實現等方面展開研究。本論具體的研究內容為： 在分析超聲波電機研究歷史和現狀的基礎上,結合國內外超聲波電機特別是行波超聲波電機控制技術的發展趨勢,重點論述了行波超聲波電機及其驅動控制技術的研究進展。 介紹行波超聲波電機的基本結構,并從該電機的主要理論基礎--壓電原理、行波合成、接觸模型出發,分析了行波超聲波電機定子質點的運動方程.并結合定轉子摩擦接觸特點,分析了行波超聲波電機的運行機理。 根據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結構,可以在對行波超聲波電機進行控制的同時,將必要的參數讀取出來進行分析和研究。為行波超聲波電機瞬態特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎。 對電機的瞬態、穩態特性進行的測試,可以分析驅動頻率、電壓以及相位差等調節量對電機輸出的影響。在此基礎上進一步對行波超聲波電機的調節方式、控制算法選擇方面進行分析,并得到相應結論。 通過對實驗數據的總結和歸納,利用系統辨識中的非參數方法,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,辨識若干組不同頻率條件下的近似線性模型,將這些模型的參數進行二維或三維擬合,可以得到一個關于行波超聲波電機傳遞函數的模型。辨識模型的建立為合理的選擇和優化控制參數,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PI恒轉速控制的控制參數整定及修正方法進行了研究；利用神經元的在線自學習能力,研究和設計單神經元PID-PI轉速控制器,提高控制系統對電機非線性和時變性的適應能力；為了消除在伺服控制中,單一調節量(驅動頻率)情況下,低轉速的跳躍問題,研究和討論了多調節量分段控制方法,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,利用轉速控制研究的結果,研究和設計了位置--速度雙環(串級)控制器,實現了電機高精度位置伺服控制。 通過對已有控制系統的改進和簡化,設計和研制了具有實用化價值行波超聲波電機控制器：并將研究成果應用于針對核磁成像設備而設計的行波超聲波電機隨動控制系統中,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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現代交流調速系統中，永磁同步電機(PMSM)由于其良好的性能，正得到越來越廣泛地應用。永磁同步電機的控制策略有很多，不同的控制策略各有千秋。有的滿足了高性能要求，但成本卻很高；有的滿足了硬件低成本要求，但軟件算法非常復雜、或者性能不理想，等等。因此，針對實際的應用場合，開發出性能價格比優越的控制器系統是非常有價值的。 本課題就是基于此思想，兼顧硬件成本和軟件可行性，運用低成本策略、較優的軟件算法設計出雙閉環控制器系統，在低成本傳感器條件下實現了永磁同步電機正弦波驅動控制。 本文根據永磁同步電機磁場定向下的空間矢量數學模型，對其控制所需的位置、速度和電流參數展開分析。提出了基于離散位置信號進行位置預估的原理，并分析了復雜工況下位置信號的矯正問題。利用BLDC方式與SVPWM方式的轉換，解決了肩動過程中永磁同步電機脈動和失步問題。分析了基于英飛凌XC164CM單片機系統直流側電阻采樣計算相電流原理。設計了基于英飛凌XC164CM單片機的控制系統，外圍功率驅動電路以及過電流保護等電路。編制了基于離散位置信號的永磁同步電機電壓空間矢量(SVPWM)控制策略的C語言程序，完成了軟件和系統的調試。 最后，進行了一系列的實驗論證，并取得了理想的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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隔離升壓DC-DC變換器在電動汽車、儲能系統、可再生能源發電以及超導儲能系統等領域有廣闊的應用前景。本文以隔離升壓全橋變換器(Isolated Boost Full Bridge Converter,簡稱IBFBC)為研究對象，針對隔離升壓型變換器的拓撲結構、起動問題、隔離變壓器漏感問題、軟開關問題和輸入電感磁復位問題等進行了系統深入的研究，解決了這一類拓撲所共有技術問題。 提出了隔離升壓DC-DC變換器拓撲族，分析比較了各種拓撲的特點，確定了以IBFBC為研究對象。對IBFBC進行了詳細的穩態分析和小信號建模分析，為其分析、設計和搭建實驗平臺提供了電路理論基礎。 理論上分析了IBFBC起動時存在電流沖擊的原因。提出了二種數字化軟起動方案，該方案對主電路進行了改造，利用DSP能靈活產生PWM波的特點采用了新的控制策略，成功實現了該系統的軟起動。 理論上分析了IBFBC隔離變壓器漏感引起功率開關管關斷電壓尖峰的原因，采用了有源箝位的方法，有效的解決電壓尖峰問題。提出了帶有源箝位IBFBC的九種PWM控制策略，提出了一種控制型軟PWM方法，在不增加主電路元器件的基礎上，通過控制PWM的發生方法，實現了有源箝位功率開關管和橋臂功率開關管的零電壓開通。 從理論上分析了IBFBC輸入電感磁復位問題。在正常停機時提出了一種數字化軟停止的方法，控制變換器由Boost工作狀態逐漸過渡到Buck工作狀態，讓輸入電感存儲的能量逐漸釋放掉，最后停止工作。對于故障保護停機，采用了繞組磁復位的方法，把輸入電感設計成反激式變換器形式，突然停機時，電感中存儲的能量通過反激式繞組釋放到輸出端，這樣保護了變換器不會損壞。 給出了主電路關鍵器件參數的設計方法，設計了以DSP-TMS320F2407為核心的數字控制單元，編寫了DSP控制程序和CPLD邏輯處理程序。研制了一臺輸出功率5KW，輸入電壓直流24V，輸出電壓直流300V的IBFBC,通過全面的性能實驗驗證了理論分析和仿真結果。 本文立足于IBFBC的關鍵技術要求，并充分考慮工程應用中的實際因素，進行了理論分析和實驗研究，為實際系統方案設計提供理論依據，并已經在實際應用中得到驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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電壓源型PWM逆變器在當前的工業控制中應用越來越廣泛，在其應用領域中，交流電動機的運動控制是其很重要的組成部分。在PWM逆變器的控制過程中，設置死區是為了避免逆變器的同一橋臂的兩個功率開關器件發生直通短路。盡管死區時間很短，然而當開關頻率很高或輸出電壓很低時，死區將使逆變器輸出電壓波形發生很大畸變，進而導致電動機的電流發生畸變，電機附加損耗增加，轉矩脈動加大，最終導致系統的控制性能降低，甚至可能導致系統不穩定。為此，需要對逆變器的死區進行補償。本文針對連續空間矢量調制提出了一種改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法；針對斷續空間矢量調制提出了通過改變空間矢量作用時間，來改變驅動信號脈沖寬度的補償方法，并對這兩種方法進行了理論分析和仿真研究。 本文首先詳細分析了死區時間對逆變器輸出電壓和電流的影響，以及功率開關器件寄生電容對輸出電壓的影響。其次對已提出的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法進行了理論分析，該方法先計算出補償電壓，再對由零電流鉗位現象引起的補償電壓極性錯誤進行校正，極性校正的參考量為d軸補償電壓的幅值，然而補償電壓的大小隨電流的變化而變化，因此該方法存在電壓極性校正時參考量為變化量的缺點，而且該方法只適用于id=0的控制方式，適用性較差。針對這些問題，本文提出了改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的補償方法，改進后的方法是先對由零電流鉗位現象引起的電流極性錯誤進行校正，然后再計算補償電壓的大小，電流極性校正時的參考量為三相電流極性函數轉化到γ-坐標系的函數sγ的幅值，sγ的幅值與補償電壓大小無關為恒定值，而且適用于任何控制方式，適應性強。再次把改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法應用到PMSM矢量控制系統中，采用MATLAB和Pspice兩種方法進行了仿真研究，仿真結果驗證了補償方法的有效性。對兩種仿真結果的對比分析，表明PSpice模型能更好的模擬逆變器的非線性特性。 最后，文章分析了連續空間矢量調制和斷續空間矢量調制的輸出波形的區別和死區對兩種波形影響的不同。針對DSP芯片TMS320LF2407A硬件產生的斷續SVPWM波，提出了根據電壓矢量和電流矢量的相位關系，通過改變空間矢量作用時間，來改變驅動信號脈沖寬度，對其進行死區補償的方法。給出了基本空間矢量作用時間調整的實現方法，并建立了MATLAB仿真模型，進行仿真研究，仿真結果驗證了補償方法的正確性和有效性。
上傳時間： 2013-06-04
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高速電機由于轉速高、體積小、功率密度高，在渦輪發電機、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲能、電動工具、空氣壓縮機、分子泵等許多領域得到了廣泛的應用。永磁無刷直流電機由于效率高、氣隙大、轉子結構簡單，因此特別適合高速運行。高速永磁無刷直流電機是目前國內外研究的熱點，其主要問題在于：（1）轉子機械強度和轉子動力學；（2）轉子損耗和溫升。本文針對高速永磁無刷直流電機主要問題之一的轉子渦流損耗進行了深入分析。轉子渦流損耗是由定子電流的時間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導變化所產生的。首先通過優化定子結構、槽開口和氣隙長度的大小來降低電流空間諧波和氣隙磁導變化所產生的轉子渦流損耗；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環的方法來減小電流時間諧波引起的轉子渦流損耗。其次對轉子充磁方式和轉子動力學進行了分析。最后制作了高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統，進行了空載和負載實驗研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結構、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉子渦流損耗的影響。對于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺電機的定子結構進行了對比，利用傅里葉變換，得到了分布于定子槽開口處的等效電流片的空間諧波分量，然后采用計及轉子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計算結果加以驗證。結果表明：3槽集中繞組結構的電機中含有2次、4次等偶數次空間諧波分量，該諧波分量在轉子中產生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開口和氣隙長度對轉子渦流損耗的影響，在空載和負載狀態下的研究結果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結構優于2極3槽結構。 二、高速永磁無刷直流電機額定運行時的電流波形中含有大量的時間諧波分量，其中5次和7次時間諧波分量合成的電樞磁場以6倍轉子角速度相對轉子旋轉，11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉子角速度相對轉子旋轉，這些諧波分量與轉子異步，在轉子保護環、永磁體和轉軸中產生大量的渦流損耗，是轉子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數和透入深度有關，對于本文設計的高速永磁無刷直流電機，當永磁體分塊數大于12時，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉子的機械強度，在永磁體表面通常包裹一層高強度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導率的包裹材料對轉子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉子保護環和永磁體之間增加一層電導率高的銅環。有限元分析表明：盡管銅環中會產生渦流損耗，但正是由于銅環良好的導電性，其產生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉軸以及保護環中的損耗顯著下降，整體上降低了轉子渦流損耗。分析了不同的銅環厚度對轉子渦流損耗的影響，研究表明轉子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環厚度的增加而減小，當銅環的厚度達到6次時間諧波的透入深度時，轉子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機尺寸，設計了兩臺電感值不同的高速永磁無刷直流電機，通過研究表明：電感越大，電流變化越平緩，電流的諧波分量越低，轉子渦流損耗越小，因此通過合理地增加繞組電感能有效的降低轉子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機的電磁設計和轉子動力學問題。對比分析了平行充磁和徑向充磁對高速永磁無刷直流電機性能的影響，結果表明：平行充磁優于徑向充磁。設計并制作了兩種不同結構的轉子：單端式軸承支撐結構和兩端式軸承支撐結構。對兩種結構進行了轉子動力學分析，實驗研究表明：由于轉子設計不合理，單端式軸承支撐結構的轉子轉速達到40，000rpm以上時，保護環和定子齒部發生了摩擦，破壞了轉子動平衡，導致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結構的轉子成功運行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統，進行了空載和負載實驗研究。對比研究了PWM電流調制和銅屏蔽環對轉子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環能有效的降低轉子渦流損耗，使轉子損耗減小到不加銅屏蔽環時的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環和不帶銅屏蔽環轉子永磁體溫度。采用簡化的暫態溫度場有限元模型分析了轉子溫升，有限元分析和實驗計算結果基本吻合，驗證了銅屏蔽環的有效性。
上傳時間： 2013-05-18
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電流互感器是電力系統中最重要的高壓設備之一。它被廣泛應用于繼電保護、系統監測、電力系統分析之中，關系到電力系統的安全性與可靠性。隨著電力系統向高電壓、大容量和數字化方向的發展，傳統的電磁式電流互感器很難滿足電力系統發展的進一步要求。因此，研究基于計算機技術、現代通信技術及數字處理技術的以電子式電流互感器(ECT)為代表的、新型的高精度電流互感器成了大勢所趨。在電子式電流互感器的應用研究中，ECT高壓側的電源問題是關鍵技術之一。 本文對國內外電子式電流互感器發展的現狀進行了描述，并對已有的電子式電流互感器的高壓側供能方式進行了總結。論文根據本課題組所研究的電子式電流互感器的特點，對電子式電流互感器的高壓側供能系統的設計進行了研究，提出一種將兩種供能方式結合使用的組合電源，并設計了這兩種電源之間的切換方法。 本文首先設計了一種應用于高壓電子式電流互感器的數字化激光電源，包括大功率激光器的驅動電路、基于16位低功耗單片機MSP430的過流保護電路和恒溫控制電路、輸入電路、顯示電路、以及高壓側變換電路。其供能部分由低電位側的大功率激光光源產生激光輸出，經光纖將激光能量傳輸到達高電位側的光電池，再由光電池進行光功率到電功率的光電變換后，形成滿足光電電流互感器傳感頭部分所需的電壓輸出。實驗結果表明，該電源可以提供穩定的6V電壓，其功率不少于300mW。 本文又設計了了一種應用于高壓側電子裝置中的CT電源方案：通過一個特制的電流互感器(CT)，直接從高壓側一次母線電流獲取電能，憑借在CT和整流橋之間串聯的一個電感，大大降低了施加在整流橋上的的感應電壓并限制了CT的輸出電流，起到了穩定電壓和保護后續電路的作用。實驗結果表明，該電源能輸出穩定的5V直流電壓，紋波不超過25mV。 最后，本文提出了一種將兩種供能方式結合使用的組合電源，并設計了這兩種電源之間的切換方法，解決了取電CT電源的死區問題，延長了激光器的使用壽命。
上傳時間： 2013-06-05
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電氣化鐵道牽引網在網絡拓撲結構、電氣元件上具有特殊性，開展數學模型和電氣參數研究對掌握其電氣性能具有重要意義。 本文主要介紹了電氣化鐵道牽引網基波與諧波的模型建立與電氣參數計算。 借用電力系統中的成熟計算方法，并結合牽引網的拓撲結構和導線的特殊性，闡述了多導體傳輸線的串聯阻抗和并聯導納矩陣的計算方法，給出了計算實例。 各種供電方式的牽引網都可等效成多導體傳輸線的供電網絡，網絡上的各種電氣參數均可視為串聯元件和并聯元件。牽引網的均勻多導體傳輸線采用等值Ⅱ型電路，對其它各種串聯與并聯元件也分別建模。 用C＃語言編制了牽引網模型仿真計算軟件，實現了諧波在牽引網中的分布計算。為計算程序設計了良好的人機界面，通過界面可以完成牽引網的參數輸入與外部數據讀取，計算結果再用.csv格式輸出。其中，詳細介紹了LU三角算法。 最后，結合京哈線薊縣南牽引變電所供電區段高次諧波諧振測試，分析了牽引網參數對高次諧波諧振的影響，說明了諧振的原因并給出了治理措施。利用程序進行了仿真計算，驗證了程序的可用性。
上傳時間： 2013-07-23
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