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過程控制系統(tǒng)方康玲版復(fù)習(xí)講義課件

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1、1總復(fù)習(xí)總復(fù)習(xí)22|過程控制系統(tǒng)的組成(過程控制系統(tǒng)的組成(P2)四個(gè)基本組成部分:被控對(duì)象、檢測(cè)與變送四個(gè)基本組成部分:被控對(duì)象、檢測(cè)與變送儀表、調(diào)節(jié)器(控制器)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。儀表、調(diào)節(jié)器(控制器)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。|過程控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖過程控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖;|控制系統(tǒng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)(工程意義是什么,控制系統(tǒng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)(工程意義是什么,給出階躍響應(yīng),會(huì)計(jì)算相應(yīng)的指標(biāo)值)給出階躍響應(yīng),會(huì)計(jì)算相應(yīng)的指標(biāo)值)第一章 概述33什么是對(duì)象的數(shù)學(xué)模型?(表達(dá)對(duì)象輸出什么是對(duì)象的數(shù)學(xué)模型?(表達(dá)對(duì)象輸出與輸入關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式)與輸入關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式)過程控制系統(tǒng)建模的基本方法有哪些?其過程控制系統(tǒng)建模的基

2、本方法有哪些?其基本原理是什么?基本原理是什么?P9要求:掌握機(jī)理法的建模步驟,會(huì)用機(jī)理要求:掌握機(jī)理法的建模步驟,會(huì)用機(jī)理法對(duì)簡單對(duì)象進(jìn)行建模。法對(duì)簡單對(duì)象進(jìn)行建模。要求:記住自衡單容對(duì)象、雙容對(duì)象、無要求:記住自衡單容對(duì)象、雙容對(duì)象、無自衡單容對(duì)象的數(shù)學(xué)模型及其單位階躍響應(yīng)自衡單容對(duì)象的數(shù)學(xué)模型及其單位階躍響應(yīng)曲線。曲線。時(shí)域法測(cè)定對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的數(shù)據(jù)處理:作時(shí)域法測(cè)定對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的數(shù)據(jù)處理:作圖法、兩點(diǎn)法(主要針對(duì)一階對(duì)象的圖法、兩點(diǎn)法(主要針對(duì)一階對(duì)象的K、T、)第二章 過程控制系統(tǒng)建模方法44作業(yè):作業(yè):P37 2.10 2.13 2.14 (分別用作圖法和兩點(diǎn)法)(分別用作圖法和兩點(diǎn)

3、法)第二章 過程控制系統(tǒng)建模方法55掌握過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟掌握過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟;掌握被控量、控制量的選擇原則掌握被控量、控制量的選擇原則;根據(jù)工藝條件,能夠設(shè)計(jì)簡單控制系統(tǒng)(選擇控制量、根據(jù)工藝條件,能夠設(shè)計(jì)簡單控制系統(tǒng)(選擇控制量、被控量、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣開、氣關(guān)特性、調(diào)節(jié)器的正反被控量、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣開、氣關(guān)特性、調(diào)節(jié)器的正反作用、畫控制原理圖、方框圖)作用、畫控制原理圖、方框圖);調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)P50、流量特性、流量特性P53、可調(diào)比、可調(diào)比p51的定義的定義根據(jù)調(diào)節(jié)閥的理想流量特性,可以分為哪幾種?根據(jù)調(diào)節(jié)閥的理想流量特性,可以分為哪幾種?P53調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)是如何

4、規(guī)定的?選擇原則是什么?調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)是如何規(guī)定的?選擇原則是什么?第三章做過的作業(yè)。第三章做過的作業(yè)。第三章第三章 過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)661.比例度的定義。比例度的定義。P71(會(huì)計(jì)算)(會(huì)計(jì)算)2.PID參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響。參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響。3.調(diào)節(jié)器的正、反作用是如何規(guī)定的?調(diào)節(jié)器的正、反作用是如何規(guī)定的?如何確定控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的正、反如何確定控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的正、反作用?作用?4.調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法有哪些?調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法有哪些?了解其整定過程。了解其整定過程。5.作業(yè):作業(yè):4.1、4.4、4.7、4.9第四章第四章 PID調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)原理7

5、第四章第四章 PID調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)原理1 1、有一臺(tái)、有一臺(tái)PIPI調(diào)節(jié)器,調(diào)節(jié)器,=100%=100%,Ti=1Ti=1分,若將分,若將P P改為改為200%200%時(shí),:時(shí),:1 1、調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定程度提高還是降低?為什么?、調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定程度提高還是降低?為什么?2 2、動(dòng)差增大還是減小?為什么?、動(dòng)差增大還是減?。繛槭裁??3 3、靜差能不能消除?為什么?、靜差能不能消除?為什么?4 4、調(diào)節(jié)時(shí)間加長還是縮短?為什么?、調(diào)節(jié)時(shí)間加長還是縮短?為什么?答案:答案:U=KpU=Kp*e+Kp/Tiedte+Kp/Tiedt其中:其中:UU輸出變化量,輸出變化量,ee輸入變化量,輸入變化量,KpKp

6、比例常數(shù),比例常數(shù),Kp=1/Kp=1/;當(dāng)當(dāng)從從100%100%變?yōu)樽優(yōu)?00%200%、TiTi不變時(shí),偏差不變時(shí),偏差e e不變,輸出信號(hào)不變,輸出信號(hào)UU變小。變小。所以:所以:1 1、穩(wěn)定程度提高(因?yàn)?、穩(wěn)定程度提高(因?yàn)樵龃蠛?,增大后,UU變小,不易振蕩)。變小,不易振蕩)。2 2、動(dòng)差增大(由于、動(dòng)差增大(由于UU變小后,調(diào)節(jié)幅度小即調(diào)節(jié)作用弱,造變小后,調(diào)節(jié)幅度小即調(diào)節(jié)作用弱,造成動(dòng)差增大)。成動(dòng)差增大)。3 3、靜差會(huì)消除(因有積分作用存在)。、靜差會(huì)消除(因有積分作用存在)。4 4、調(diào)節(jié)時(shí)間加長(因、調(diào)節(jié)時(shí)間加長(因KpKp是調(diào)節(jié)器的放大系數(shù),當(dāng)比例度是調(diào)節(jié)器的放大系數(shù),當(dāng)

7、比例度P P增大增大即即KpKp減小時(shí),調(diào)節(jié)器靈敏度降低,則克服動(dòng)、靜差的時(shí)間加長)。減小時(shí),調(diào)節(jié)器靈敏度降低,則克服動(dòng)、靜差的時(shí)間加長)。8第四章第四章 PID調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)原理 2.2.一般常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在負(fù)荷變動(dòng)或變動(dòng)較大時(shí),一般常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在負(fù)荷變動(dòng)或變動(dòng)較大時(shí),為什么調(diào)節(jié)質(zhì)量會(huì)變壞?如何解決?為什么調(diào)節(jié)質(zhì)量會(huì)變壞?如何解決?答案:一般常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)參數(shù)只能人工答案:一般常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)參數(shù)只能人工調(diào)節(jié),在工藝正常運(yùn)行是調(diào)整好的調(diào)節(jié),在工藝正常運(yùn)行是調(diào)整好的PIDPID參數(shù),參數(shù),只能保證在這種狀態(tài)下的調(diào)節(jié)質(zhì)量,而調(diào)節(jié)對(duì)只能保證在這種狀態(tài)下的調(diào)節(jié)質(zhì)量,而調(diào)節(jié)對(duì)象特性都為非線性的,

8、在負(fù)荷工況變動(dòng)較大時(shí),象特性都為非線性的,在負(fù)荷工況變動(dòng)較大時(shí),對(duì)象特性將發(fā)生變化,因此原來的調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)象特性將發(fā)生變化,因此原來的調(diào)節(jié)器參數(shù)就不再適應(yīng),這時(shí)要根據(jù)具體情況重新整定調(diào)就不再適應(yīng),這時(shí)要根據(jù)具體情況重新整定調(diào)節(jié)器參數(shù)才有可能使調(diào)節(jié)質(zhì)量變好。節(jié)器參數(shù)才有可能使調(diào)節(jié)質(zhì)量變好。9第四章第四章 PID調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)原理3、爐出口溫度調(diào)節(jié),當(dāng)適當(dāng)引入微分作用、爐出口溫度調(diào)節(jié),當(dāng)適當(dāng)引入微分作用后,有人說比例度可以比無微分時(shí)小些,后,有人說比例度可以比無微分時(shí)小些,積分時(shí)間也可短些,對(duì)嗎?為什么?積分時(shí)間也可短些,對(duì)嗎?為什么?答案:這樣說是對(duì)的。因?yàn)槲⒎肿饔檬浅鸢福哼@樣說是對(duì)的。因?yàn)槲⒎?/p>

9、作用是超前的調(diào)節(jié)作用,其實(shí)質(zhì)是阻止被調(diào)參數(shù)前的調(diào)節(jié)作用,其實(shí)質(zhì)是阻止被調(diào)參數(shù)的變化,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,適當(dāng)?shù)臏p的變化,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,適當(dāng)?shù)臏p小比例度和積分時(shí)間有利于提高系統(tǒng)的小比例度和積分時(shí)間有利于提高系統(tǒng)的質(zhì)量。質(zhì)量。10第五章第五章 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式5.35.3、5.75.7、5.85.811第六章第六章 特殊控制系統(tǒng)特殊控制系統(tǒng)1.比值控制系統(tǒng)的定義、工藝比值與比值系數(shù)的含義有什比值控制系統(tǒng)的定義、工藝比值與比值系數(shù)的含義有什么不同?比值系數(shù)的計(jì)算與什么有關(guān)?(并說明二者么不同?比值系數(shù)的計(jì)算與什么有關(guān)?(并說明二者之間的關(guān)

10、系。之間的關(guān)系。)2.比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,各有什么特點(diǎn)?比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,各有什么特點(diǎn)?3.均勻控制系統(tǒng)的概念。均勻控制系統(tǒng)的概念。4.分程控制系統(tǒng)的概念、應(yīng)用于哪些場(chǎng)合?信號(hào)分程如何分程控制系統(tǒng)的概念、應(yīng)用于哪些場(chǎng)合?信號(hào)分程如何實(shí)現(xiàn)?實(shí)現(xiàn)?5.如何處理分程信號(hào)的銜接問題?如何處理分程信號(hào)的銜接問題?6.什么是自動(dòng)選擇性系統(tǒng)?有哪些結(jié)構(gòu)形式?什么是自動(dòng)選擇性系統(tǒng)?有哪些結(jié)構(gòu)形式?12第六章第六章 特殊控制系統(tǒng)特殊控制系統(tǒng)6.1 6.1 分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)常要加裝(分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)常要加裝()來達(dá)到分程的目的。)來達(dá)到分程的目的。A A調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 B.B.變送器變送器 C.C.閥門定位器閥門

11、定位器 D.D.測(cè)量儀表測(cè)量儀表6.2 6.2 設(shè)制分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的是(設(shè)制分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的是()A A為了滿足工藝的特殊要求為了滿足工藝的特殊要求 B B 擴(kuò)大可調(diào)比擴(kuò)大可調(diào)比 C C為了滿足工藝的特殊要求,擴(kuò)大可調(diào)比為了滿足工藝的特殊要求,擴(kuò)大可調(diào)比 D.D.為了系統(tǒng)安全為了系統(tǒng)安全6.3 6.3 均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)應(yīng)為(均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)應(yīng)為()。)。A A比例度小于比例度小于100%100%B B 比例度大于比例度大于100%100%C C比例度等于比例度等于100%D.100%D.比例度大于比例度大于100%100%20020013第六章第六章 特殊控制系統(tǒng)特殊控制系統(tǒng)6

12、.4 6.4 如圖控制系統(tǒng)為(如圖控制系統(tǒng)為(B B)A A單閉環(huán)控制系統(tǒng)單閉環(huán)控制系統(tǒng) B B單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) C C開環(huán)比值系統(tǒng)、開環(huán)比值系統(tǒng)、D D、均勻控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)6.5 6.5 如圖控制系統(tǒng)為(如圖控制系統(tǒng)為(C C)A A雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) B B單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)C C變比值控制系統(tǒng)、變比值控制系統(tǒng)、D D、串級(jí)控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)14第六章第六章 特殊控制系統(tǒng)特殊控制系統(tǒng)6.6 如圖控制系統(tǒng)為(如圖控制系統(tǒng)為()A A單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng) B B分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng) C C串級(jí)控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)

13、、D D、均勻控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)15第六章第六章 特殊控制系統(tǒng)特殊控制系統(tǒng)6.7 甲的正常流量為甲的正常流量為240Kg/h240Kg/h,儀表量程為,儀表量程為0-360Kg/h0-360Kg/h;乙的常用流量為乙的常用流量為120Nm3/h120Nm3/h,儀表量程為,儀表量程為0-240Nm3/h0-240Nm3/h,設(shè)計(jì)控乙的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng),畫出流程圖并計(jì)算設(shè)計(jì)控乙的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng),畫出流程圖并計(jì)算引入開方運(yùn)算與不引入開方運(yùn)算所分別設(shè)置的比值系引入開方運(yùn)算與不引入開方運(yùn)算所分別設(shè)置的比值系數(shù)。數(shù)。1515分。分。解:單比值控制流程圖:解:單比值控制流程圖:引入開方器:引入開

14、方器:無開方器:無開方器:1max212max1203600.75240240FFKFF221max212max()()0.5625FFKFF16第七章第七章 補(bǔ)償控制補(bǔ)償控制掌握前饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。掌握前饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。靜態(tài)前饋、動(dòng)態(tài)前饋控制器的的數(shù)學(xué)模型。靜態(tài)前饋、動(dòng)態(tài)前饋控制器的的數(shù)學(xué)模型。前饋反饋控制在哪些優(yōu)點(diǎn)?前饋反饋控制在哪些優(yōu)點(diǎn)?P170(或者:(或者:工業(yè)控工業(yè)控制中為什么不用純前饋,而選用前饋加反饋。制中為什么不用純前饋,而選用前饋加反饋。)何為大遲延過程系統(tǒng)?如何對(duì)大遲延對(duì)象進(jìn)行控制?何為大遲延過程系統(tǒng)?如何對(duì)大遲延對(duì)象進(jìn)行控制?Smith預(yù)估器的設(shè)計(jì)思想是什么?

15、預(yù)估器的設(shè)計(jì)思想是什么?7.3題題、7.4題。題。引入前饋必須遵循哪些原則?引入前饋必須遵循哪些原則?P171答:答:1)系統(tǒng)中的振動(dòng)量是可測(cè)不可控的。)系統(tǒng)中的振動(dòng)量是可測(cè)不可控的。2)系統(tǒng)中的振)系統(tǒng)中的振動(dòng)量的變化幅值大、頻率高。動(dòng)量的變化幅值大、頻率高。3)控制通道的滯后時(shí))控制通道的滯后時(shí)間較大或干擾通道的時(shí)間常數(shù)較小。間較大或干擾通道的時(shí)間常數(shù)較小。17前饋控制適用于什么場(chǎng)合?為什么它常與反饋控制構(gòu)成前饋反前饋控制適用于什么場(chǎng)合?為什么它常與反饋控制構(gòu)成前饋反饋控制系統(tǒng)?對(duì)于擾動(dòng)通道傳遞函數(shù),控制通道傳遞函數(shù)的前饋饋控制系統(tǒng)?對(duì)于擾動(dòng)通道傳遞函數(shù),控制通道傳遞函數(shù)的前饋反饋控制系統(tǒng)

16、,求前饋控制器反饋控制系統(tǒng),求前饋控制器Gff(s)。答:答:1.前饋控制是按擾動(dòng)而進(jìn)行的控制,因此,前饋控制常用于前饋控制是按擾動(dòng)而進(jìn)行的控制,因此,前饋控制常用于以下場(chǎng)合:一是擾動(dòng)必須可沒,否則無法實(shí)施控制以下場(chǎng)合:一是擾動(dòng)必須可沒,否則無法實(shí)施控制;二是必須經(jīng)常二是必須經(jīng)常有比較顯著和比較頻繁的擾動(dòng),否則沒有必要。三是存在對(duì)被控有比較顯著和比較頻繁的擾動(dòng),否則沒有必要。三是存在對(duì)被控參數(shù)影響較大且不易直接控制的擾動(dòng)。參數(shù)影響較大且不易直接控制的擾動(dòng)。2.前饋控制是一種補(bǔ)償控制。一般來講,前饋控制無法全部前饋控制是一種補(bǔ)償控制。一般來講,前饋控制無法全部補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。因此,單純的

17、前饋控制系統(tǒng)在應(yīng)用中補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。因此,單純的前饋控制系統(tǒng)在應(yīng)用中具有一定的局限性。為克服這一弊端,前饋控制常與反饋控制聯(lián)具有一定的局限性。為克服這一弊端,前饋控制常與反饋控制聯(lián)用,構(gòu)成前饋反饋控制系統(tǒng)。對(duì)最主要的、顯著的、頻繁的無用,構(gòu)成前饋反饋控制系統(tǒng)。對(duì)最主要的、顯著的、頻繁的無法直接控制的擾動(dòng),由前饋來進(jìn)行補(bǔ)償控制法直接控制的擾動(dòng),由前饋來進(jìn)行補(bǔ)償控制;對(duì)無法完全補(bǔ)償?shù)臄_對(duì)無法完全補(bǔ)償?shù)臄_動(dòng)影響,由反饋控制根據(jù)被控制量所產(chǎn)生的偏差的大小來進(jìn)行控動(dòng)影響,由反饋控制根據(jù)被控制量所產(chǎn)生的偏差的大小來進(jìn)行控制。制。3.系統(tǒng)原理圖如圖所示。系統(tǒng)原理圖如圖所示。18綜合綜合1.1.如圖示

18、加熱爐,采用控制燃料氣流量來保證加熱爐出如圖示加熱爐,采用控制燃料氣流量來保證加熱爐出口溫度恒定??跍囟群愣ā?020分。分。1.1.若進(jìn)料量是主要擾動(dòng)且不可控制時(shí),設(shè)計(jì)合理的控若進(jìn)料量是主要擾動(dòng)且不可控制時(shí),設(shè)計(jì)合理的控制方案,并作簡要說明。制方案,并作簡要說明。2.2.當(dāng)燃料氣閥前壓力是是主要擾動(dòng)且不可控時(shí),設(shè)計(jì)當(dāng)燃料氣閥前壓力是是主要擾動(dòng)且不可控時(shí),設(shè)計(jì)合理的控制方案,并作簡要說明。合理的控制方案,并作簡要說明。19答:當(dāng)總進(jìn)料量是主要擾動(dòng)時(shí),控制方案如圖所示。該方答:當(dāng)總進(jìn)料量是主要擾動(dòng)時(shí),控制方案如圖所示。該方案為前饋反饋控制系統(tǒng)方案。如果負(fù)荷是主要擾動(dòng),案為前饋反饋控制系統(tǒng)方案。如

19、果負(fù)荷是主要擾動(dòng),我們將總進(jìn)料量測(cè)出,將流量信號(hào)送到前饋補(bǔ)償裝置,我們將總進(jìn)料量測(cè)出,將流量信號(hào)送到前饋補(bǔ)償裝置,其輸出與溫度控制器的輸出相迭加,作為總的控制作用。其輸出與溫度控制器的輸出相迭加,作為總的控制作用。這時(shí),當(dāng)進(jìn)料量發(fā)生變化后,不需要等到出現(xiàn)偏差,燃這時(shí),當(dāng)進(jìn)料量發(fā)生變化后,不需要等到出現(xiàn)偏差,燃料量就會(huì)及時(shí)作相應(yīng)的調(diào)整,結(jié)果使控制過程中的溫度料量就會(huì)及時(shí)作相應(yīng)的調(diào)整,結(jié)果使控制過程中的溫度偏差大為減小。偏差大為減小。當(dāng)燃料壓力是主擾動(dòng)時(shí),控制方案如圖年示。該方當(dāng)燃料壓力是主擾動(dòng)時(shí),控制方案如圖年示。該方案為被加熱物料出口溫度對(duì)燃料氣流量的串級(jí)控制系統(tǒng)案為被加熱物料出口溫度對(duì)燃料氣流量的串級(jí)控制系統(tǒng)方案。當(dāng)燃料氣壓力發(fā)生變化是,利用副環(huán)的作用,可方案。當(dāng)燃料氣壓力發(fā)生變化是,利用副環(huán)的作用,可以迅速地對(duì)擾動(dòng)作出反應(yīng),調(diào)整燃料閥的開度,調(diào)整較以迅速地對(duì)擾動(dòng)作出反應(yīng),調(diào)整燃料閥的開度,調(diào)整較為及時(shí)。但是這只是一個(gè)粗略的調(diào)整,擾動(dòng)對(duì)溫度的影為及時(shí)。但是這只是一個(gè)粗略的調(diào)整,擾動(dòng)對(duì)溫度的影響還需通過主環(huán)作進(jìn)一步的細(xì)調(diào),使被控的主變量響還需通過主環(huán)作進(jìn)一步的細(xì)調(diào),使被控的主變量被加熱物料出口溫度保持在期望值。被加熱物料出口溫度保持在期望值。20

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