自动控制原理期末考试试卷+详解
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自动控制原理1一、 单项选择题(每小题1分,共20分)1. 系统和输入已知,求输出并对动态特性进行研究,称为( c )A.系统综合B.系统辨识C.系统分析D.系统设计2. 惯性环节和积分环节的频率特性在( )上相等。
A.幅频特性的斜率B.最小幅值C.相位变化率D.穿越频率3. 通过测量输出量,产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为( d )A.比较元件B.给定元件C.反馈元件D.放大元件4. ω从0变化到+∞时,延迟环节频率特性极坐标图为(a )A.圆B.半圆C.椭圆D.双曲线5. 当忽略电动机的电枢电感后,以电动机的转速为输出变量,电枢电压为输入变量时,电动机可看作一个( d )A.比例环节B.微分环节C.积分环节D.惯性环节6. 若系统的开环传 递函数为2)(5 10 s s ,则它的开环增益为(c ) A.1 B.2 C.5 D.107. 二阶系统的传递函数52 5)(2++=s s s G ,则该系统是(b ) A.临界阻尼系统 B.欠阻尼系统 C.过阻尼系统 D.零阻尼系统8. 若保持二阶系统的ζ不变,提高ωn ,则可以(b )A.提高上升时间和峰值时间B.减少上升时间和峰值时间C.提高上升时间和调整时间D.减少上升时间和超调量9. 一阶微分环节Ts s G +=1)(,当频率T 1=ω时,则相频特性)(ωj G ∠为( a )A.45°B.-45°C.90°D.-90°10.最小相位系统的开环增益越大,其( d )A.振荡次数越多B.稳定裕量越大C.相位变化越小D.稳态误差越小11.设系统的特征方程为()0516178234=++++=s s s s s D ,则此系统 ( )A.稳定B.临界稳定C.不稳定D.稳定性不确定。
12.某单位反馈系统的开环传递函数为:())5)(1(++=s s s k s G ,当k =( )时,闭环系统临界稳定。
期末考试-复习重点自动控制原理1一、单项选择题(每小题1分,共20分)1. 系统和输入已知,求输出并对动态特性进行研究,称为( )A.系统综合B.系统辨识C.系统分析D.系统设计2. 惯性环节和积分环节的频率特性在( )上相等。
A.幅频特性的斜率B.最小幅值C.相位变化率D.穿越频率3. 通过测量输出量,产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为( )A.比较元件B.给定元件C.反馈元件D.放大元件4. ω从0变化到+∞时,延迟环节频率特性极坐标图为( )A.圆B.半圆C.椭圆D.双曲线5. 当忽略电动机的电枢电感后,以电动机的转速为输出变量,电枢电压为输入变量时,电动机可看作一个( )A.比例环节B.微分环节C.积分环节D.惯性环节6. 若系统的开环传 递函数为2)(5 10+s s ,则它的开环增益为( ) A.1 B.2 C.5 D.107. 二阶系统的传递函数52 5)(2++=s s s G ,则该系统是( ) A.临界阻尼系统 B.欠阻尼系统 C.过阻尼系统 D.零阻尼系统8. 若保持二阶系统的ζ不变,提高ωn ,则可以( )A.提高上升时间和峰值时间B.减少上升时间和峰值时间C.提高上升时间和调整时间D.减少上升时间和超调量9. 一阶微分环节Ts s G +=1)(,当频率T1=ω时,则相频特性)(ωj G ∠为( ) A.45° B.-45° C.90° D.-90°10.最小相位系统的开环增益越大,其( )A.振荡次数越多B.稳定裕量越大C.相位变化越小D.稳态误差越小11.设系统的特征方程为()0516178234=++++=s s s s s D ,则此系统 ( )A.稳定B.临界稳定C.不稳定D.稳定性不确定。
12.某单位反馈系统的开环传递函数为:())5)(1(++=s s s k s G ,当k =( )时,闭环系统临界稳定。
《⾃动控制原理》试卷(期末A卷参考答案)试题编号:重庆邮电⼤学2009学年2学期《⾃动控制原理》试卷(期中)(A 卷)(闭卷)⼀、简答题(本⼤题共5⼩题,每⼩题4分,共20分) 1.传递函数定义及其主要性质。
答:线性定常系统在零初始条件下,输出量的拉⽒变换与输⼊量的拉⽒变换之⽐,称为传递函数。
(2分)主要性质:(每回答正确2个1分,全部正确2分)1)传递函数只适⽤于线性定常系统:由于传递函数是基于拉⽒变换,将原来的线性常系数微分⽅程从时域变换到复域,故只适⽤于线性定常系统。
2)传递函数是在零初始条件下定义的。
如果系统为⾮零初始条件,⾮零初始值V(s),则系统新的输⼊、输出关系为:Y(s)=G(s).U(s)+ V(s)3)传递函数只表⽰了系统的端⼝关系,不明显表⽰系统内部部件的信息。
因此对于同⼀个物理系统,如果描述的端⼝不同,其传递函数也可能不同;⽽不同的物理系统,其传递函数可能相同。
4)传递函数是复变量S 的有理真分式函数,分⼦多项式的次数n 低于或等于分母多项的次数m ,所有系数均为实数。
2.线性控制系统的稳定性定义。
答:如果线性控制系统在初始扰动的影响下,其动态过程随时间的推移逐渐衰减并趋于零或原平衡点,则称系统渐进稳定,简称稳定(3分),反之,如果在初始扰动下,系统的动态过程随时间的推移⽽发散,则不稳定。
(1分)3.闭环系统的零、极点位置对于时间响应性能的超调量、调节时间的有何影响?答:(1)超调量主要取决于闭环复数主导极点的衰减率21//ξξωσ-=d ,与其他闭环零、极点接近坐标原点的程度有关;(2分)(2)条件时间主要取决于靠近虚轴的闭环复数极点的实部绝对值ξωσ=,如果实数极点距离虚轴最近,并且它附近没有实数零点,则调节时间主要取决于该实数极点的模值。
(2分)4.对于⼀个给定的开环增益为o k 最⼩相位系统,说明采⽤频率⽅法和根轨迹法判断稳定性的统⼀性。
答:频率法判断系统稳定性时,当o k 较⼩时,其副相曲线在)(ωj Go 平⾯不包围(-1,j0)这点,系统稳定,随着o k 的增加,副相曲线包围(-1,j0)这点,系统不稳定。
自动控制原理期末考试卷与答案一、填空题〔每空 1 分,共20分〕1、对自动控制系统的根本要求可以概括为三个方面,即: 稳定性 、快速性和 准确性 。
2、控制系统的 输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值 称为传递函数。
3、在经典控制理论中,可采用 劳斯判据(或:时域分析法)、根轨迹法或奈奎斯特判据(或:频域分析法) 等方法判断线性控制系统稳定性。
4、控制系统的数学模型,取决于系统 结构 和 参数, 与外作用及初始条件无关。
5、线性系统的对数幅频特性,纵坐标取值为20lg ()A ω(或:()L ω),横坐标为lg ω 。
6、奈奎斯特稳定判据中,Z = P - R ,其中P 是指 开环传函中具有正实部的极点的个数,Z 是指 闭环传函中具有正实部的极点的个数,R 指 奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数。
7、在二阶系统的单位阶跃响应图中,s t 定义为 调整时间 。
%σ是超调量 。
8、设系统的开环传递函数为12(1)(1)Ks T s T s ++,那么其开环幅频特性为2212()()1()1KA T T ωωωω=+⋅+,相频特性为01112()90()()tg T tg T ϕωωω--=---。
9、反应控制又称偏差控制,其控制作用是通过 给定值 与反应量的差值进行的。
10、假设某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105tt g t ee --=+,那么该系统的传递函数G(s)为1050.20.5s s s s+++。
11、自动控制系统有两种根本控制方式,当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时,称为 开环控制系统;当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时,称为 闭环控制系统;含有测速发电机的电动机速度控制系统,属于 闭环控制系统。
12、根轨迹起始于开环极点,终止于开环零点。
13、稳定是对控制系统最根本的要求,假设一个控制系统的响应曲线为衰减振荡,那么该系统 稳定。
自动控制原理期末试卷一、简答:(共30分,每小题10分)1、说明闭环控制系统的基本组成,并画出其典型结构方框图。
2、什么叫稳定裕量,在如下所示的图中标出相角稳定裕量和增益稳定裕量。
3、说明非线性控制系统中具有哪些运动特征(与线性控制系统相比较)。
二、已知系统结构图如图所示,试求出系统的传递函数。
(共10分)三、已知反馈系统的开环传递函数为)6)(3()1()(2+++=s s s s K s G 。
(共10分) (1)试确定使系统稳定的K 的取值范围。
(5分)(2)若要求系统对于输入r(t)= t 2作用下的静态误差e SS ≤0.5,试确定K 的取值范围。
(5分)四、已知最小相位系统开环对数幅頻特性图如图所示,写出相应的传递函数。
(共10分)五、已知单位负反馈系统的开环传递函数为 )1)(1()(21++=s T s T s Ks G 。
(共10分)(1)试概略画出G (s )对应的Nyquist 图。
(5分) (2)由Nyquist 稳定判据给出闭环系统稳定的条件。
(5分) 六、已知系统的开环传递函数为)1()3(2)(+++=s s s s K s G )(绘制负反馈的根轨迹图,并确定使系统处于欠阻尼的K 值范围。
(共15分) 七、某采样控制系统的结构如图所示,已知τ=1,求: (1)求系统的脉冲传递函数。
(10分) (2)求系统稳定的K 值范围。
(5分)答案一、 简答:(共30分,每小题10分)1、答案:闭环控制系统的基本组成:检测元件、比较元件、放大元件、执行元件、给定元件、校正元件及被控对象。
(共6分,除被控对象外,每一个元件给1分)典型结构方框图(4分,可以没有局部反馈)2、答案:稳定裕量是系统距离稳定 的边界所具有的余量(5分)。
相角稳定裕量(3分)。
增益稳定裕量(2分)。
3、答案:与线性控制系统相比非线性控制系统表现出如下的特征: (1)非线性控制系统的运动不满足态的迭加原理。
—学年第一学期考试试卷课程编号:课程名称:自动控制原理试卷类型: A √、B□卷考试形式:开□ 、闭√卷考试时间:120分钟题号一二三四五六总分总分人得分得分评分人一、如图所示控制系统,为使其闭环极点s1,2 1 j ,试确定 K和α的值,并确定这时系统的超调量。
(本题 10 分)R( s )K C( s )-s21αs得分评分人二、求图2.所示系统传递函数。
(本题15分)R(s) 1G1-H3G3 1 Y(s)G2-H1-H2图2.得分三、非线性系统线性部分的极坐标图、非线性部分的负评分人倒特性如下图所示。
试判断系统是否稳定,是否存在自振荡。
(本题 15 分)Im ImA Q ReωReQ1G( j ω)N(A)ωAG ( j ω)1N( A)(a)(b)得分评分人四、系统如图所示。
(本题 20 分)1.试分析速度反馈系统 K f对系统稳定性的影响;2.试求 K p、K v、K a,并说明内反馈对稳态误差的影响。
R( s )s 110C( s)__1)s s( sK f s得分评分人五、系统如方框图所示。
(本题 20 分)1.绘制 a = 2时,K由0 ~∞变化时的根轨迹2.并确定阻尼比ζ= 0.707 时的 K 值;3.绘制 K = 4 时,a由 0 ~ ∞变化时的根轨迹4.并确定阻尼比ζ= 0.707 时的a值;R( s )K C( s )_s( s a )六、某单位反馈控制系统之开环传递函数为得分评分人1( 0 .1 s 1 ) 2 ( 0 .008 s 1 )今希望校正后的系统能具有图所示之开环频率特性。
(本题 20 分)1.试求校正后系统的相位裕量;2.确定其校正装置的传递函数;3.采用的是何校正环节,并说明校正目的。
参考答案一、 (10 分 ) 如图所示控制系统,为使其闭环极点 s 1,21 j ,试确定 K 和 α的值,并确定这时系统的超调量。
C ( s)解:① 系统闭环传递函数为R( s )K-KK( s)s 21 αsK (1 s)s2K s K1s 2s1 j2K , 2解得nζ 1 /2 ,j n12nK2 1 ,n121nn2 ,K 2 , α 1② 系统超调量为 %exp(12 )100% 4.32%二、( 15 分)求图 2. 所示系统传递函数。
自动控制原理-期末试卷及答案-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1课程名称: 自动控制理论 (A/B 卷 闭卷) 考试时间 100分钟考生注意事项:1、本试卷共 2 页,试卷如有缺页或破损,请立即举手报告以便更换。
2、考试结束后,考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。
3、答案请写在答题纸之密封线内和纸卷正面,否则不记分。
一、填空题(每空 1 分,共15分)1、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过 与反馈量的差值进行的。
2、复合控制有两种基本形式:即按 的前馈复合控制和按 的前馈复合控制。
3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为()G s ,则G(s)为 (用G 1(s)与G 2(s) 表示)。
4、典型二阶系统极点分布如图1所示, 则无阻尼自然频率=n ω , 阻尼比=ξ ,该系统的特征方程为 , 该系统的单位阶跃响应曲线为 。
5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+, 则该系统的传递函数G(s)为 。
6、根轨迹起始于 ,终止于 。
7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ϕωτωω--=--,则该系统的开环传递函数为 。
8、PI 控制器的输入-输出关系的时域表达式是 , 其相应的传递函数为 ,由于积分环节的引入,可以改善系统的 性能。
二、选择题(每题 2 分,共20分)1、采用负反馈形式连接后,则 ( )A 、一定能使闭环系统稳定;B 、系统动态性能一定会提高;C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小,最后完全消除;D 、需要调整系统的结构参数,才能改善系统性能。
2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。
A 、增加开环极点;B 、在积分环节外加单位负反馈;C 、增加开环零点;D 、引入串联超前校正装置。
3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ,则系统 ( ) A 、稳定; B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升;C 、临界稳定;D 、右半平面闭环极点数2=Z 。
自动控制原理考试试卷及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 下列哪项不是自动控制系统的基本组成部分?A. 控制器B. 被控对象C. 执行机构D. 操作人员答案:D2. 在自动控制系统中,下列哪项属于反馈环节?A. 控制器B. 执行机构C. 被控对象D. 反馈元件答案:D3. 下列哪种控制方式属于闭环控制?A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制答案:D4. 下列哪种控制方式属于开环控制?A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分控制答案:A5. 在自动控制系统中,下列哪种控制规律不会产生稳态误差?A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制答案:B6. 下列哪种控制方式适用于一阶惯性环节?A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制答案:A7. 在自动控制系统中,下列哪种环节不会产生相位滞后?A. 比例环节B. 积分环节C. 微分环节D. 比例-积分环节答案:A8. 下列哪种控制方式可以使系统具有较好的稳定性和快速性?A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制答案:D9. 在自动控制系统中,下列哪种环节可以使系统具有较好的阻尼效果?A. 比例环节B. 积分环节C. 微分环节D. 比例-积分环节答案:C10. 下列哪种控制方式可以使系统具有较好的跟踪性能?A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制答案:D二、填空题(每题2分,共20分)1. 自动控制系统的基本组成部分有:控制器、被控对象、执行机构、________。
答案:反馈元件2. 在自动控制系统中,反馈环节的作用是________。
答案:减小系统的稳态误差3. 闭环控制系统的特点有:________、________、________。
答案:稳定性好、快速性好、准确性高4. 开环控制系统的缺点有:________、________、________。
2008~2009学年第一学期期末考试《自动控制原理A1》试卷(A )标准答案一、(15分)对于试图1所示系统; (1) 画出相应的信号流图;(2) 根据梅逊公式求出系统的传递函数()()C s R s ;514()()G S G S ∆=-;则根据梅逊公式有:123142311221234114()()()()()()()1()()()()()()()()()()()()()C s G S G S G S G S G S R s G S G S H S G S G S H S G S G S G S G S H S G S G S +=+++++……8分评分标准:能基本求出公式给满分,结果有出入扣1~2分 二、(15分)某系统的框图如试图2所示,试图20)(=t f )(1)(t t r =2=t前向通道1P和回路1∆互不接触,因此有: '1()1()(1)1()11(1)K G s C s S S S K K F s S S S ττ⎡⎤++⎢⎥++⎣⎦=++++ ……3分为使)(t c 不受的影响,顺馈环节)('s G 的传递函数应该满足:'1()10(1)1K G s S S S τ⎡⎤++=⎢⎥++⎣⎦⇒'2()(1)G s S K S τ=--+ ……2分评分标准:能基本求出公式给满分,结果有出入扣1~2分三、(10分)某一系统的特征方程为5432236210+++++=s s s s s ,试判断该系统的稳定性。
解:列劳斯表:5132S解:根据上图可以写出系统开环传递函数为:7()(1)(1)(1)(1)22K G s S S S S ==++++因此系统的闭环传递函数为:27(1)(1)()142()71()3161(1)(1)2S S G s s G s S S S S ++Φ===++++++因此系统的参数可由下式计算:2416n n ωω=⎧⎧=⎪(1) 当5=K 时,在试图4的坐标纸上,绘制系统的开环对数幅频特性的大致图形;(8分) (2) 求开环剪切频率ωc 和相角裕度γ;(4分)(3) 用频率分析法求出系统处于临界稳定状态的K 的值。
(3分)试图4解:(1)系统开环对数幅频特性图如下所示:204011020dB-40dB-60dB-1(/)s ω-()/L dBω ……8分(2) 开环剪切频率c ω有上图可得2/c rad s ω≈相角裕度22180()18090arctan 2arctan9063.43511.3115.2610cc ωγϕω==︒+=︒-︒--=︒-︒-︒=︒ ……4分 (3) 解法一:18090arctan arctan 0.1180g g ωω︒-︒--=︒⇒ 3.16g ω≈()20lg 20lg 0g L K K ωωω=--=⇒==解法二:()()(1)(0.11)KG s H s s s s =++,令s j ω=,则有:22210.1 1.1()()(1)(0.11)(1)(0.011)K j KK G j H j j j j ωωωωωωωωωω⎡⎤---⎣⎦==++++当0γ=o,对应()()G j H j ωω的虚部为0: 则210.10 3.16g g ωω-=⇒=,由此可得得; ……7分评分标准:能基本求出公式给满分,结果有出入扣1~2分 七、(15分)离散系统的结构图如试图6所示,T=1,试求:(1)开环脉冲传递函数 (2)闭环脉冲传递函数(3)判断闭环系统的稳定性试图 6解:(1) 开环传递函数为21()(1)se G s s s τ--=+ 对应的开环脉冲传递函数为[]()()()()()1112221111111111()()111(1)111s k e Z W Z Z G s Z Z Z Z s s s s s Z e Z Z τ--------⎡⎡⎤⎡⎤⎢-===--+=--+⎢⎥⎢⎥⎢++⎣⎦--⎣⎦-⎢⎣()()()()()()111112111110.3620.2640.6321110.368110.3681Z Z ZZ Z Z Z Z Z Z ----------⎡⎤⎡⎤+⎢⎥⎣⎦=--=⎢⎥-----⎢⎥⎣⎦……8分(2) 闭环脉冲传递函数()()()()111121111110.368()0.3620.264()1()0.6380.3620.2641110.368k k k Z Z W Z Z Z W Z Z Z Z Z Z Z --------⎡⎤⎣⎦--+Φ===+⎡⎤-++⎣⎦+--……4分(3)令11Z ωω+=-代入20.6380Z Z -+=得:F s () F z () ()δt111()t 1 s 1 -z z t21 s 2 1 zT z -() 21 2 t 31 s23 1 21 z z T z +-()()at e - 1 s a + aT zz e -- 1at e -- as s a +()11aT aT z e z z e -----()()()2110.638011ωωωω⎛⎫++-+= ⎪--⎝⎭20.6380.724 2.3680ω⇒++=列劳斯表:2100.638 2.6380.72402.638ωωω第一列元素均大于0,所以闭环系统稳4()G s 1-R )……7分(2)根据系统信号流图可得,2个前向通道1123()()()PG S G S G S =;214()()P G S G S =5个回路1231()()()G S G S H S ∆=-;2122()()()G S G S H S ∆=-;3123()()()G S G S G S ∆=-;441()()G S H S ∆=-;514()()G S G S ∆=-;则根据梅逊公式有:123142311221234114()()()()()()()1()()()()()()()()()()()()()C s G S G S G S G S G S R s G S G S H S G S G S H S G S G S G S G S H S G S G S +=+++++……8分()()2015S S ++……8分(2) 0()00t n t t ∆≥⎧=⎨<⎩,对应拉氏变换后的()N s S ∆=;则25()625S C s SS S +∆=++,输出信号的稳态值为2005()()5625lim lim S s S c t SC S S S S S →→+∆∆===++ ……4分 (3) 加一增益等于K 的前馈控制后,前向通道为111P S =+;()()22015K P S S =++; 回路()()2015L S S =-++如果希望系统工作在过阻尼状态,求开环增益的变化范围。
试图3解:根据上图可以写出系统开环传递函数为:5()(1)(1)(1)(1)22K G s S S S S ==++++25(1)(1)()102()5SS G s s ++Φ===18K <……7分评分标准:能基本求出公式给满分,结果有出入扣1~2分五、(15分)系统的开环传递函数为()()(1)(0.11)=++KG s H s s s s(1) 当5=K 时,在试图4的坐标纸上,绘制系统的开环对数幅频特性的大致图形;(8分)(2) 求开环剪切频率ωc 和相角裕度γ;(4分)(3) 用频率分析法求出系统处于临界稳定状态的K 的值。
(3分)试图4解:(1)系统开环对数幅频特性图如下所示:204011020dB-40dB-60dB-1(/)s ω-()/L dBω ……8分(2) 开环剪切频率c ω有上图可得2/c rad s ω≈相角裕度22180()18090arctan 2arctan9063.43511.3115.2610cc ωγϕω==︒+=︒-︒--=︒-︒-︒=︒……4分(3) 解法一:18090arctan arctan0.1180g gωω︒-︒--=︒⇒ 3.16gω≈()20lg20lg0gL K Kωωω=--=⇒==解法二:()()(1)(0.11)KG s H ss s s=++,令s jω=,则有:22210.1 1.1 ()()(1)(0.11)(1)(0.011)K j KKG j H jj j jωωωωωωωωωω⎡⎤---⎣⎦==++++o对于b来说,若幅值X增大,则此时的0曲线不包围,系统稳定,幅值X减小至b点,所以b点是稳定的自持振荡;c、d点同理可得;……7分评分标准:能基本求出公式给满分,结果有出入扣1~2分七、(15分)离散系统的结构图如试图6所示,T为采用周期,试求:(1)开环脉冲传递函数(2)闭环脉冲传递函数(3)证明:若使闭环系统稳定,则T 与K 必满足:10ln 1+<<-K T K试图 6()1()1(1)1k k T Tk T Z e Z W Z e Z K K e K Z e ----Φ===+-+-++- ……4分(3)令11Z ωω+=-代入(1)0TZ K K e -+-+=得: 1(1)01T K K e ωω-++-+=-(1)11(1)0T T K K e K K e ω--⎡⎤⇒-+++-++=⎣⎦闭环系统稳定要求1(1)1010ln 111ln 1(1)011T TTT T e K K e K T K K K T K K e e K K---->⎧<⎧⎧-++>+⎪⎪⇒⇒⇒<<⎨⎨⎨+--<-++><⎩⎪⎪⎩-⎩+。
……3分评分标准:能基本求出公式给满分,结果有出入扣1~2分。