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人工智能算法在风机变桨控制中的应用研究随着人工智能技术的快速发展，各行各业对其应用的研究和探索不断加深。
风电场作为清洁能源的代表之一，其发电效率和稳定性对于能源行业的发展至关重要。
而风机变桨控制作为风电场中至关重要的一环，其控制效果直接影响风机的发电能力和稳定性，因此其优化研究也日益受到关注。
本文将探讨人工智能算法在风机变桨控制中的应用研究。
一、风机变桨控制的基本原理风机变桨控制是指通过控制风机叶片的桨角，使得风机能够以最优的叶片角度捕捉到风能。
其基本原理是，当风机扇叶负载变大时，风机叶片的桨角会增加，以使得旋转速度保持稳定。
反之，当风机扇叶负载减小时，风机叶片的桨角也会随之减小。
由于风力发电场经常面对的是风向、风速等环境因素的波动，因此风机变桨控制算法必然会受到很多外界因素的影响。
因此，风机变桨控制算法的优化研究对于提高风机的发电效率和稳定性至关重要。
二、人工智能算法在风机变桨控制中的应用人工智能算法是利用计算机模仿自然智能的思维和行为，并实现人工计算方法的计算科学。
在风机变桨控制中，人工智能算法可用于风机叶片桨角的控制实现和优化。
1. 神经网络算法神经网络算法是指通过模仿人类神经元之间的连接关系，构建一个神经网络进行风机变桨控制的优化研究。
神经网络算法可以将风机控制需要的输入输出关系建立出来，并通过反向传播等优化手段，训练神经网络并获取到最佳控制策略。
该算法在风机控制中的应用可以使得风机能够更加智能地应对外界环境的变化，从而优化风机的发电效率和稳定性。
2. 遗传算法遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法，通过模拟自然选择和生物进化，优化风机变桨控制策略。
遗传算法不仅可以解决非线性问题，还可以并行搜索多个解空间。
在风机变桨控制中的应用，可以帮助风机自主学习和适应环境变化，从而明显提高风机的风能捕捉效率。
3. 支持向量机算法支持向量机算法是一个广泛应用于分类和回归分析的计算机算法，通过最大化分类边缘或最小化分类误差，来寻求最佳控制策略。
风机转速控制方法一、引言风机转速控制是风机运行过程中非常重要的一项技术，它可以实现风机的启停、调速、保护等功能，从而满足不同工况下的需求。
本文将介绍几种常见的风机转速控制方法，包括变频控制、变桨控制和阻力控制。
二、变频控制1. 原理变频控制是通过改变电源频率来控制电动机的转速。
当电源频率增加时，电动机转速也会增加；相反，当电源频率降低时，电动机转速会减小。
通过改变变频器的输出频率，可以实现对风机转速的精确控制。
2. 优点变频控制具有以下优点：- 转速调节范围广：变频器可以实现宽范围的转速调节，满足不同工况下的需求。
- 节能效果好：变频器可以根据实际负荷情况调整电动机转速，从而实现节能效果。
- 启停平稳：变频器可以实现平稳的启停过程，减少设备的机械冲击。
3. 缺点变频控制的缺点主要包括：- 造价较高：变频器的价格较高，增加了设备的投资成本。
- 对电动机要求高：变频器对电动机的电压、电流等参数有一定要求，需要选用适配的电机。
三、变桨控制1. 原理变桨控制是通过改变风机叶片的角度来控制风机转速。
当叶片角度增大时，风阻增加，风机转速减小；相反，当叶片角度减小时，风阻减小，风机转速增加。
通过控制变桨系统的机械结构，可以实现对风机转速的调节。
2. 优点变桨控制具有以下优点：- 转速调节灵活：变桨控制可以实现对风机转速的灵活调节，适应不同工况下的需求。
- 结构简单可靠：变桨控制的机械结构相对简单，可靠性高。
3. 缺点变桨控制的缺点主要包括：- 受限于叶片角度：叶片角度的调节范围有限，可能无法满足某些特殊工况的需求。
- 能耗较大：变桨控制需要消耗一定的能量来调节叶片角度，会造成一定的能耗。
四、阻力控制1. 原理阻力控制是通过改变风机的外部负载来控制风机转速。
当外部负载增加时，风机转速减小；相反，当外部负载减小时，风机转速增加。
通过改变阻力装置的工作状态，可以实现对风机转速的调节。
2. 优点阻力控制具有以下优点：- 控制方式简单：阻力控制的操作方式相对简单，易于实施。
变桨工作原理一、引言变桨是风力发机电组中重要的部件之一，它通过调整桨叶的角度来适应不同风速下的转速和功率输出。
本文将详细介绍变桨的工作原理，包括变桨的定义、作用、工作原理和常见的变桨控制方式。
二、定义和作用变桨是指风力发机电组主轴上连接桨叶的部件，它的主要作用是根据风速的变化调整桨叶的角度，以使风能以最佳方式转化为机械能，并保证发机电组在不同风速下的安全运行。
三、工作原理变桨工作原理可以分为机械式变桨和液压式变桨两种方式。
1. 机械式变桨机械式变桨是通过机械传动装置将控制信号转化为桨叶角度调整的动作。
其工作原理如下：首先，风力发机电组通过风向传感器和风速传感器获取风向和风速的信息；然后，将获取的风向和风速信息传输给控制器；控制器根据预设的控制算法，计算出桨叶的角度调整量；最后，通过机械传动装置将控制信号传递给变桨装置，使桨叶按照计算结果进行角度调整。
2. 液压式变桨液压式变桨是通过液压系统来实现桨叶角度的调整。
其工作原理如下：首先，风力发机电组通过风向传感器和风速传感器获取风向和风速的信息；然后，将获取的风向和风速信息传输给控制器；控制器根据预设的控制算法，计算出桨叶的角度调整量；最后，通过液压系统将控制信号传递给变桨装置，使桨叶按照计算结果进行角度调整。
四、常见的变桨控制方式根据不同的需求和技术条件，变桨可以采用多种不同的控制方式。
下面介绍几种常见的变桨控制方式：1. 常规变桨控制常规变桨控制是根据风速的变化来调整桨叶的角度。
当风速较小时，桨叶的角度较小，以提高风能的利用效率；当风速较大时，桨叶的角度较大，以减小风力对风力发机电组的冲击。
2. 主动变桨控制主动变桨控制是根据风向和风速的变化来调整桨叶的角度。
通过风向传感器和风速传感器获取风向和风速的信息，控制器根据预设的控制算法计算出桨叶的角度调整量，从而实现主动的桨叶角度调整。
3. 预测变桨控制预测变桨控制是根据风向和风速的变化以及未来的预测数据来调整桨叶的角度。
风力发电机变桨系统所属分类:技术论文来源:电器工业杂志更新日期:2011-07-20摘要：变浆系统是风力发电机的重要组成部分，本文围绕风力发电机变浆系统的构成、作用、控制逻辑、保护种类和常见故障分析等进行论述。
关键词：变桨系统；构成；作用；保护种类；故障分析1 综述变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。
风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。
变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。
风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。
变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。
风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。
任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。
变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。
此外还需要一个冗余限位开关（用于95度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。
由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。
每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。
风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号，只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。
变桨系统原理及维护一、变桨系统原理变桨系统是风能发电机组的关键部件之一，主要负责控制风轮桨叶的角度，以实现最佳风能转换效率。
其主要原理如下：1.控制原理：变桨系统通过感知风速、桨叶角度和发电机输出功率等参数，并根据实时监测的风速变化情况来控制桨叶的角度调整，以使风轮桨叶能够始终迎向风速的最佳方向。
2.传动原理：变桨系统通过主轴和传动电机等组件完成角度调整。
其中，主轴连接了风轮和齿轮箱，通过传动电机以及相应的齿轮传动机构控制风轮桨叶的角度调整。
3.控制模式：一般来说，变桨系统可以采用定角控制模式和变角控制模式。
定角控制模式适用于大部分工况，根据实时风速的大小选择恰当的桨叶角度。
而变角控制模式则可以在遇到特定工况时，根据不同的发电机输出功率等参数来调整桨叶角度。
4.安全保护机制：变桨系统还需要具备一定的安全保护机制，以应对突发情况。
比如，当变桨控制系统出现故障时，可以自动切断桨叶的调整功能，确保风轮系统的稳定运行。
二、变桨系统维护为确保变桨系统的正常运行和延长其使用寿命，需要进行定期的维护和保养。
下面是一些常见的维护措施：1.日常巡检：定期对变桨系统进行巡视，检查主轴、传动电机以及传动装置的工作情况。
特别要关注是否存在松动、磨损或损坏等问题，并及时进行维修或更换。
2.清洁保养：通过对变桨系统的清洁保养，去除积灰、杂物等异物，防止其对系统的正常运行产生影响。
3.润滑维护：应定期对润滑系统进行检查，确保润滑油的质量符合要求，并及时更换润滑油，以保持传动装置的正常运转。
4.故障排除：一旦发现变桨系统出现异常情况，应及时排除故障。
对于无法解决的故障，应请专业维修人员进行处理。
5.数据分析：通过对变桨系统监测数据的分析，可以及时发现潜在的问题和异常，对系统进行精确的调整和维护。
综上所述，变桨系统的原理是通过感知风速和发电机输出功率等参数，控制风轮桨叶角度的调整，以实现最佳风能转换效率。
为保证变桨系统的正常运行和延长使用寿命，需要定期进行维护和保养，包括日常巡检、清洁保养、润滑维护、故障排除和数据分析等措施。
变桨工作原理一、引言变桨是风力发电机组中的重要部件，其工作原理是实现风轮叶片的角度调整，以最大程度地捕捉风能并转化为机械能。
本文将详细介绍变桨的工作原理及其相关技术。
二、变桨的基本原理变桨是通过改变风轮叶片的角度来调整叶片的迎风面积，从而改变叶片受到的风力大小。
一般来说，当风速较小时，为了增加风轮叶片的迎风面积，使其能够更好地捕捉风能，变桨会将叶片展开；而当风速较大时，为了减小叶片的迎风面积，以避免风轮过载，变桨会将叶片收拢。
三、变桨的工作原理1. 传动系统变桨的工作原理首先涉及到传动系统。
传动系统通常由变桨驱动器、传动轴和叶片组成。
变桨驱动器负责接收控制信号，并将其转化为机械运动，传递给传动轴。
传动轴将机械运动传递给叶片，使其能够改变角度。
2. 控制系统变桨的工作还需要依靠控制系统。
控制系统通过感知风速、风向和风轮转速等参数，实时监测风能状况，并根据预设的控制策略，向变桨驱动器发送相应的控制信号。
控制系统可以采用传统的PID控制算法，也可以采用先进的模糊控制或神经网络控制算法。
3. 变桨机构变桨机构是实现叶片角度调整的关键部件。
一般来说，变桨机构由液压、电动或气动系统组成。
液压系统通过液压缸实现叶片的展开和收拢；电动系统通过电机和齿轮传动实现叶片的角度调整；气动系统通过气动驱动器实现叶片的角度调整。
4. 传感器变桨的工作还需要依靠传感器。
传感器用于感知风速、风向、风轮转速、叶片角度等参数，并将其转化为电信号，传递给控制系统进行处理。
常用的传感器包括风速传感器、风向传感器、转速传感器和角度传感器等。
四、变桨的应用技术1. 风能监测技术风能监测技术是变桨的重要应用技术之一。
通过安装风速传感器和风向传感器等设备，实时监测风能状况，为变桨的控制提供准确的参数。
2. 变桨控制技术变桨控制技术是实现变桨工作的关键技术。
传统的PID控制算法可以根据风速和叶片角度等参数，实现闭环控制；模糊控制算法可以根据模糊规则，实现自适应控制；神经网络控制算法可以通过训练神经网络模型，实现非线性控制。
1.5MW风力发电机组变桨系统原理及维护国电联合动力技术有限公司培训中心（内部资料严禁外泄）UP77/82 风电机组变桨控制及维护目录1、变桨系统控制原理2、变桨系统简介3、变桨系统故障及处理4、LUST与SSB变桨系统的异同5、变桨系统维护定桨失速风机与变桨变速风机之比较定桨失速型风电机组发电量随着风速的提高而增长，在额定风速下达到满发，但风速若再增加，机组出力反而下降很快，叶片呈现失速特性。
优点：机械结构简单，易于制造；控制原理简单，运行可靠性高。
缺点：额定风速高，风轮转换效率低；电能质量差，对电网影响大；叶片复杂，重量大，不适合制造大风机变桨变速型风电机组风机的每个叶片可跟随风速变化独立同步的变化桨距角，控制机组在任何转速下始终工作在最佳状态，额定风速得以有效降低，提高了低风速下机组的发电能力；当风速继续提高时，功率曲线能够维持恒定，有效地提高了风轮的转换效率。
优点：发电效率高，超出定桨机组10%以上；电能质量提高，电网兼容性好；高风速时停机并顺桨，降低载荷，保护机组安全；叶片相对简单，重量轻，利于制造大型兆瓦级风机缺点：变桨机械、电气和控制系统复杂，运行维护难度大。
变桨距双馈变速恒频风力发电机组成为当前国内兆瓦级风力发电机组的主流。
变桨系统组成部分简介变桨控制系统简介✓主控制柜✓轴柜✓蓄电池柜✓驱动电机✓减速齿轮箱✓变桨轴承✓限位开关✓编码器▪变桨主控柜▪变桨轴柜▪蓄电池柜▪电机编码器GM 400绝对值编码器共10根线，引入变桨控制柜，需按线号及颜色接入变桨控制柜端子排上。
▪限位开关变桨系统工作流程：●机组主控通过滑环传输的控制指令；●将变桨命令分配至三个轴柜；●轴柜通过各自独立整流装置同步变换直流来驱动电机；●通过减速齿轮箱传递扭矩至变桨齿轮带动每个叶片旋转至精准的角度；●将该叶片角度值反馈至机组主控系统变桨系统控制原理风机不同运行状态下的变桨控制1、静止——起动状态2、起动——加速状态3、加速——风机并网状态3.1、低于额定功率下发电运行3.2 达到额定功率后维持满发状态运行4、运行——停机状态1、静止——起动状态下的变桨调节➢桨距角调节至50°迎风；➢开桨速度不能超过2 °/s;➢顺桨速度不能超过5°/s;➢变桨加速度不能超过20 °/s²；➢目标：叶轮转速升至3 r/s(低速轴）2、起动——加速状态下的变桨调节➢桨距角在（50 °，0°）范围内调节迎风；➢开桨速度不能超过2 °/s;➢顺桨速度不能超过5°/s;➢变桨加速度不能超过20 °/s²；➢目标：叶轮转速升至10 r/s(低速轴）3、加速——并网发电状态下的变桨调节3.1 低于额定功率下的变桨调节➢桨距角在维持0°迎风；➢开桨速度不能超过2 °/s;➢顺桨速度不能超过5°/s;➢变桨加速度不能超过20 °/s²；➢变频系统通过转矩控制达到最大风能利用系数，➢目标：叶轮转速升至17.5 r/s(低速轴）3.2 达到额定功率后维持满发状态运行➢桨距角在（90 °，0°）范围内调节；➢开桨速度不能超过5 °/s;➢顺桨速度不能超过5°/s;➢变桨加速度不能超过20 °/s²；➢通过变桨控制使机组保持额定输出功率不变，➢目标：叶轮转速保持17.5 r/s(低速轴）4、运行——停机状态4.1 正常停机➢叶片正常顺桨至89°；➢变桨主控柜的顺桨命令通过轴柜执行；➢顺桨速度控制为5°/s;➢叶轮空转，机械刹车不动作；4.2 快速停机➢叶片快速顺桨至89°；➢变桨主控柜的顺桨命令通过轴柜执行；➢顺桨速度控制为7°/s;➢叶轮空转，机械刹车不动作；4.3 紧急停机➢叶片紧急顺桨至91°或96 °限位开关；➢紧急顺桨命令通过蓄电池柜执行；➢顺桨速度不受控制;➢叶轮转速低于5 r/s后，液压机械刹车抱闸，将叶轮转速降至为零；独立变桨：三个叶片通过各自的轴柜和蓄电池柜实现开桨和顺桨的同步调节；如果某一个驱动器发生故障，另两个驱动器依然可以安全地使风机顺桨并安全停机。
变桨系统8.1变桨系统原理整个系统结构如上图所示，包括三个相对独立的变桨轴箱，分别编号为轴箱 A、轴箱 B 和轴箱 C，以及与各轴箱连接的伺服电机、位置传感器和限位开关。
每个轴箱单独控制一个桨叶，轴箱与轴箱、轴箱与电机之间通过电缆连接。
电机通过减速箱连接至桨叶法兰齿轮。
电机减速齿轮和法兰齿轮装置为轮毂部件。
系统外部进线经滑环接入系统，其进线有 3*400V+N+PE 三相供电电源回路，PROFIBUS-DP 通讯回路，其次还有安全链回路。
如图 1 所示。
以上三路由机舱柜引出连接至 A 柜，再由 A 柜连接至 B 柜，B 柜到 C 柜。
三相电源在送入下一轴箱前倒换了相位，以避免各轴箱加热器、电机风扇等单相负载均使用同一相供电而造成三相电源不平衡。
三个轴箱内部布置基本相同，布置详见安装说明，其右侧 A 区安装电容 2C1、2C2、2C3、2C4，四个电容串联接线，以及安装有进线开关 1Q1、1F2，接线端子 1X1、1X2，转换开关6S1、6S2。
左侧底部 B 区安装电源管理模块 1G1，交流伺服驱动器 2U1，以及加热器 1E1。
考虑到 B 区散热需求，功率器件均安装于散热板上。
C 区为控制板，C 板一侧装有合页，作夹层设计安装于 B 区上方，C 板安装有控制 PLC，24V 电源 2T1、2T2，温度控制开关 1S1，接线端子排 2X1、4X1，继电器组以及控制空开 2F2、2F3、2F4、1F4、1F5。
轴箱背面为外部接线插头，其连接都经过过压保护端子 4X1。
轴箱正面装有系统总开关和模式转换开关。
桨叶的位置由电机内置的光电编码器送出信号至 PLC 运算获得。
为了校准和监视桨叶位置，桨叶上装有两只接近开关，一只负责3°~5°桨叶位置监视与校准，另外一只负责90°桨叶位置监视与校准。
正常情况下，桨叶运行区间为0°到89°。
当系统顺桨时，桨叶收回至89°。
变速恒频风电机组额定风速以上恒功率控制
2007-4-13 15:50:35 【文章字体：大中小】打印收藏关闭
风能作为一种取之不尽、清洁无污染的可再生能源，它的开发利用已经受到了世界各国的普遍重视。
作为风力资源丰富的国家之一，我国在风力发电机组的国产化方面取得了较快的进展，“九五”期间实现了600kW风力发电机组96％的国产化率，成功开发了600kW失速型风力发电机组控制系统这一关键技术。
目前，我们承担了国家863“兆瓦级变速恒频风力发电机组电气控制系统”的研制攻关任务，研制工作正在积极有效地开展中。
变速恒频风力发电机组与失速型风力发电机组相比，其中一个很大的优点是额定风速以上输出功率平稳。
变速恒频风力发电机组运行在额定风速以上时，既要使额定功率点以上输出功率平稳，避免波动，又要使发电机组传动系统具有良好的柔性，同时还要考虑对风电机组实现有效保护。
目前我们研制的兆瓦级变速恒频风电机组主要采用了变桨距控制技术。
变桨距控制技术是在风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片功角，从而改变风电机组获得的空气动力转距，使机组功率输出保持稳定。
本控制策略采用了功率反馈闭环控制系统，来实现变速恒频机组额定风速以上的控制目标。
变桨距机构介绍变桨距执行机构是由机械和液压系统组成，它沿着风机的纵向轴调节风机的桨叶。
因为桨叶的惯量很大，且变桨距执行机构不应该消耗大量的功率，所以执行机构具有的限制能力，其动态特性是在桨距角和桨距速率上均具有饱和限制的非线性动态，当桨距角和桨距速率小于饱和限度时，桨距动态呈线性。
变桨执行机构如图1所示。
执行机构的模型描述了来自控制器的桨距角指令到该指令的激励之间的动态。
其数学模型可以描述成如下的一阶系统
实际控制系统中的给定值是从桨距角偏差到比例阀的-DC10V～+DC10V
控制电压。
控制器设计
本控制器的基本目的是通过调节桨距角来调节功率恒定输出。
如图2所示，通过电量采集测出当前发电机输出功率P。
与给定功率P*相比，计算出功率误差△P。
功率的偏差作为PID控制器的输入量，控制器根据厶户发出叶片参考桨距角的β*的命令，然后计算出当前桨距角误差△β=β*-β（当前桨距角β），而后根据变距机构的参数确定桨距变化速率。
参考桨距角限制在0～92°范围内，控制器在这一范围内，按照新的桨距角要求调节风力机桨叶。
图2方框内是PID控制器，比例、积分、微分增益Kp、Ki、Kd的稳定数值范围由图所示的闭环传递函数的劳斯稳定判据确定。
比例、积分、微分的增益通过模拟得到具体值，其原则是使风机功率输出维持在额定输出功率。
1）桨距角变化速率在液压系统允许的-5°/s～+5°/s的范围内变化。
2）桨距角β的变化与风速v的变化趋势一样，风速v增加，平均桨距角β增大；相反，风速v降低，平均桨距角β减小。
3）风机叶片瞬时吸收的功率Pmech和风能利用系数Cp变化趋势显示，桨距角β的变化限制了叶片瞬时吸收的功率Pmech，叶片工作在较低的效率上。
4）发电机输出功率Pe能够通过桨距角β的变化作用在额定功率附近平滑变化，保持恒功率。
5）发电机转速的波动被（Pmech-Pe）和机组的惯性影响。
基于风力发电机组电控系统工作在恶劣的自然环境和强电磁干扰中，对控制系统的可靠性和抗干扰性要求很高，为此我们选用了西门子S7-300（CPU 选用的是315—2DP）系列可编程序控制器作为整个电控系统的控制核心。
S7-300控制器内部自带有连续PID控制器功能“CONT_C”，实际使用中我们只需要调用“CONT_C”，并为其设定相关参数即可。
“CONT_C”的部分使用程序如下：
I_ITL_ON：=
D_SEL：=
CYCLE：=
SP_INT：="DB9"．an_power_set ∥功率给定值
PV_IN：="DB6"．an_power ∥发电机输出功率
PV_PER：=
GAIN ：="DB9"．GAINl ∥比例常数
TI ：="DB9"．TI1 ∥积分常数
TD ：="DB9"．TD1 ∥微分常数
TM_LAG：=
DEADB_W：="DB9"．an_deadband1 ∥功率调节死区LMN_HLM：="DB9"．∥输出桨距角上限值
LMN_LLM：="DB9"．∥输出桨距角下限值
PV_FAC：=
PV_OFF：=
LMN_FAC：=
LMN_OFF：=
I_TLVAL：=
DISV ：=
LMN ：="DB9"．out_pitch ∥输出参考桨距角LMN_PER：=
QLMN_HLM：=
系统程序的流程图如下：。
