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廣東省高等教育自學(xué)考試《自動(dòng)控制理論》最新考試大綱

發(fā)布日期:2014-09-09 10:57:01文章來(lái)源:廣州自考  點(diǎn)擊量:
自考科目,考試大綱

  Ⅰ 課程性質(zhì)與設置目的要求

  《自動(dòng)控制理論》,課程代碼:11508,是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的基礎課程,該課程研究的主要是線(xiàn)性定常系統,研究的中心問(wèn)題是控制系統的穩定性、快速性和控制精度。

  該課程緊密?chē)@自動(dòng)控制系統的基本理論與應用,介紹控制系統的物理概念和分析設計方法,是一門(mén)理論性和實(shí)用性較強的課程。通過(guò)本課程的學(xué)習,要求學(xué)生掌握自動(dòng)控制的基本概念;對自動(dòng)控制系統的基本工作原理、數學(xué)模型有明確的了解;熟練掌握自動(dòng)控制系統的分析方法,包括時(shí)域法、頻域法和根軌跡法;能夠根據對系統提出的性能指標要求進(jìn)行系統綜合與校正,滿(mǎn)足生產(chǎn)的需求。因此學(xué)習和應用自動(dòng)控制原理的基本分析方法對于從事自動(dòng)化工作的技術(shù)人員是必不可少的。

  本課程的重點(diǎn)(或難點(diǎn))章為:第二章、第三章、第四章、第五章、第六章;次重點(diǎn)章為:第七章、第八章;一般章節為:第一章。

 

  Ⅱ 課程內容與考核目標

  第一章 自動(dòng)控制系統的基本概念

  一、學(xué)習目的與要求

  了解自動(dòng)控制理論的學(xué)科基礎、研究對象和應用領(lǐng)域。了解自動(dòng)控制的一般概念,包括負反饋控制原理、自動(dòng)控制系統的基本控制方式、控制系統的組成、分類(lèi)以及對控制系統的基本要求。

  二、考試內容

  自動(dòng)控制理論的學(xué)科基礎、研究對象和應用領(lǐng)域。自動(dòng)控制的一般概念,包括負反饋控制原理、自動(dòng)控制系統的基本控制方式、控制系統的組成、分類(lèi)以及對控制系統的基本要求。

  三、考核知識點(diǎn)

  自動(dòng)控制的一般概念,包括負反饋控制原理、自動(dòng)控制系統的基本控制方式、控制系統的組成、分類(lèi)以及對控制系統的基本要求。

  四、考核要求

  識記:自控控制理論的發(fā)展狀況。

  領(lǐng)會(huì ):自動(dòng)控制系統的兩種控制方式。

  自動(dòng)控制的基本原理。

  自動(dòng)控制系統的常見(jiàn)分類(lèi)方法及分類(lèi)。

  簡(jiǎn)單應用:評價(jià)自動(dòng)控制系統的性能指標。

 

  第二章 線(xiàn)性系統的數學(xué)模型

  一、學(xué)習目的與要求

  通過(guò)本章的學(xué)習使學(xué)生掌握自動(dòng)控制系統的三種數學(xué)模型(微分方程、傳遞函數、結構圖)的建立方法。熟練掌握自動(dòng)控制系統傳遞函數的求取方法。

  二、考試內容

  傳遞函數的定義和性質(zhì);傳遞函數與微分方程間的關(guān)系;系統動(dòng)態(tài)結構圖及其等效變換。RL,RC或RLC網(wǎng)絡(luò )及簡(jiǎn)單電機拖動(dòng)系統、機械系統的微分方程列寫(xiě)方法。傳遞函數概念,傳遞函數定義及性質(zhì),由系統微分方程求傳遞函數方法,復阻抗法求給定R、L、C一階或二階網(wǎng)絡(luò )的傳遞函數??刂葡到y的幾種常用傳遞函數。

  三、考核知識點(diǎn)

  1、掌握RL,RC或RLC網(wǎng)絡(luò )及簡(jiǎn)單電機拖動(dòng)系統、機械系統的微分方程列寫(xiě)方法。

  2、掌握理解傳遞函數定義及性質(zhì)、系統微分方程求傳遞函數方法。

  3、理解閉環(huán)控制系統典型結構框圖,系統開(kāi)環(huán)傳遞函數。

  4、非線(xiàn)性環(huán)節的線(xiàn)性化方法。

  四、考核要求

  識記:結構圖的組成,控制系統的幾類(lèi)典型的環(huán)節

  幾種典型環(huán)節的傳遞函數

  系統的幾種常用傳遞函數

  領(lǐng)會(huì ):RL,RC或RLC網(wǎng)絡(luò )及簡(jiǎn)單電機拖動(dòng)系統、機械系統的微分方程列寫(xiě)方法。

  結構圖及等效變換原則,系統開(kāi)環(huán)傳遞函數

  簡(jiǎn)單應用:由系統微分方程求傳遞函數。會(huì )求給定R、L、C一階或二階網(wǎng)絡(luò )的傳遞函數。

  綜合應用:能應用動(dòng)態(tài)結構圖及其等效變換熟練求取輸入或干擾作用下系統的閉環(huán)傳遞函數。

 

  第三章 控制系統的時(shí)域分析法

  一、學(xué)習目的與要求

  通過(guò)本章的學(xué)習使學(xué)生理解系統對典型輸入信號的響應,會(huì )求一階、二階系統單位階躍響應并據此分析系統的動(dòng)態(tài)性能,掌握系統穩定性概念及穩定判據,會(huì )求0型、Ⅰ型、Ⅱ型系統的穩態(tài)誤差。

  二、考試內容

  典型輸入信號的概念;一階系統的時(shí)域響應;二階系統傳遞函數,二階系統的階躍響應;應用二階系統的知識計算系統參數和性能指標。高階系統的時(shí)域響應分析方法主導極點(diǎn)的作用;穩定性概念;系統穩定的充要條件,勞斯穩定判;穩態(tài)誤差的定義;線(xiàn)性系統穩態(tài)誤差的計算;靜態(tài)誤差系數與系統類(lèi)型的關(guān)系;

  三、考核知識點(diǎn)

  (1)一階系統的時(shí)域響應:?jiǎn)挝浑A躍響應、單位斜坡響應、單位脈沖響應。

  (2)二階系統傳遞函數的標準形式;了系統阻尼比,系統無(wú)阻尼自然頻率;二階系統的響應:包括欠阻尼、臨界阻尼和過(guò)阻尼三種情況;二階系統的階躍響應(欠阻尼情況下)的性能指標:上升時(shí)間、峰值時(shí)間、超調量、調整時(shí)間、穩態(tài)誤差(包括單位階躍作用和單位斜坡作用)

  (3)高階統的時(shí)域響應分析方法,主導極點(diǎn)的作用。

  (4)穩定的概念;掌握系統穩定的充要條件。勞斯穩定判據;綜合應用勞斯穩定判據求解系統參數。

  (5)穩態(tài)誤差的定義;穩態(tài)誤差的計算;靜態(tài)誤差系數與系統類(lèi)型的關(guān)系。

  四、考核要求

  識記:常用的輸入信號及時(shí)域性能指標。

  一階系統的微分方程、動(dòng)態(tài)結構圖及閉環(huán)傳函。

  二階系統傳函的標準形式。

  穩定性的基本概念,穩態(tài)誤差的定義。

  領(lǐng)會(huì ):一階系統的單位階躍響應h(t)及性能指標。

  二階系統單位階躍響應及系統參數對動(dòng)態(tài)響應的影響。

  終值定理、誤差傳函、靜態(tài)誤差系數。

  簡(jiǎn)單應用:會(huì )用拉氏反變換法求二階系統的單位階躍響應,會(huì )求二階系統性能指標。

  綜合應用:穩定性與閉環(huán)系統特征根的關(guān)系,勞斯穩定判據。

  會(huì )用勞斯穩定判據判斷系統的穩定性,綜合應用勞斯穩定判據求解系統參數,穩態(tài)誤差的求解。

 

  第四章 控制系統的根軌跡分析法

  一、學(xué)習目的與要求

  通過(guò)本章的學(xué)習,使學(xué)生掌握根軌跡繪制的一般法則,熟練繪制較簡(jiǎn)單系統的根軌跡,能運用根軌跡定性分析系統的性能。

  二、考試內容

  根軌跡的基本概念,繪制基本條件和基本規則;應用根軌跡對控制系統性能進(jìn)行分析與計算。

  三、考核知識點(diǎn)

  (1)根軌跡繪制的基本法則,會(huì )用這些法則繪制簡(jiǎn)單的系統的根軌跡。

  (2)分析參數變化對系統穩定性能的影響。

  四、考核要求

  識記:根軌跡的基本概念。

  掌握根軌跡的模值條件和相角條件。

  領(lǐng)會(huì ):繪制根軌跡的基本規則:對稱(chēng)性,分支數,起點(diǎn)和終點(diǎn),實(shí)軸上的根軌跡,漸近線(xiàn)(傾角和與實(shí)軸的交點(diǎn)),分離點(diǎn)和會(huì )合點(diǎn),出射角和入射角,與虛軸的交點(diǎn),根之和根之積。

  簡(jiǎn)單應用:應用上述基本規則繪制控制系統的根軌跡。

  綜合應用:用根軌跡法確定系統的有關(guān)參數等。

 

  第五章 控制系統的頻率特性分析法

  一、學(xué)習目的與要求

  通過(guò)本章的學(xué)習,使學(xué)生了解系統頻率特性的基本概念,學(xué)會(huì )繪制系統開(kāi)環(huán)頻率特性(包括復平面內的頻率特性和對數幅相頻率特性),掌握運用系統開(kāi)環(huán)頻率特性分析系統性能及動(dòng)態(tài)過(guò)程的方法。

  二、考試內容

  線(xiàn)性控制系統頻率特性的基本概念和主要表示方法,典型環(huán)節的頻率特性,討論奈氏穩定判據的原理和應用,控制系統的相對穩定性概念,以及相位裕度、幅值裕度的分析和計算方法;用頻域法分析系統的穩定性和其它特性;利用頻域指標估算系統時(shí)域指標的基本方法等

  三、考核知識點(diǎn)

  (1)頻率特性的基本概念。

  (2)對數坐標圖的組成(幅頻圖和相頻圖)。

  (3)典型環(huán)節的頻率特性。

  (4)用開(kāi)環(huán)頻率特性分析系統的性能。

  (5)頻域法分析閉環(huán)系統的穩定性。

  四、考核要求

  識記:頻率特性的概念及其與傳遞函數的關(guān)系。

  典型環(huán)節的頻率特性。

  開(kāi)環(huán)頻率特性與系統性能的關(guān)系。

  領(lǐng)會(huì ):正確繪制開(kāi)環(huán)系統的幅相頻率特性(乃奎斯特圖)和對數幅頻、相頻特性(伯德圖)。

  簡(jiǎn)單應用:幅角原理和乃奎斯特穩定性判據及對數頻率穩定性判據。

  綜合應用:熟練掌握乃奎斯特穩定判據和對數頻率穩定判據,應用上述穩定判據判斷系統的穩定性。

 

  第六章 頻率法校正

  一、學(xué)習目的與要求

  通過(guò)本章的學(xué)習使學(xué)生了解系統校正的基本方法,理解各種校正方法的基本原理。

  二、考試內容

  在介紹系統校正基本概念的基礎上,給出控制系統中的幾種校正方法:串聯(lián)校正、反饋校正;常用校正網(wǎng)絡(luò )的頻率特性及其作用;重點(diǎn)討論頻率響應法串聯(lián)校正的設計原理和設計方法,并介紹反饋校正原理和特點(diǎn)。

  三、考核知識點(diǎn)

  (1)控制系統校正的意義及常用的校正方法。

  (2)超前校正裝置的電路,傳遞函數及頻率特性;基于頻率響應法的超前校正方法及其一般步驟。

  (3)滯后校正裝置的電路,傳遞函數及頻率特性;基于頻率響應法的滯后校正方法及其一般步驟。

  (4)滯后----超前校正的目的、校正裝置的電路、傳遞函數及頻率特性;基于頻率響應法的滯后----超前校正方法及其一般步驟。

  (5)反饋校正的原理和特點(diǎn)。

  (6)PID控制器

  四、考核要求

  識記:校正的概念,常用的校正方式有兩種(串聯(lián)校正和反饋校正)。

  領(lǐng)會(huì ):串聯(lián)超前校正、串聯(lián)滯后校正、串聯(lián)滯后—超前校正、期望串聯(lián)校正的原理。

  簡(jiǎn)單應用:對數幅頻特性的形狀對系統性能指標的影響。

  綜合應用:PID控制器的應用。

 

  第七章 非線(xiàn)性系統分析

  一、學(xué)習目的與要求

  通過(guò)本章的學(xué)習使學(xué)生了解非線(xiàn)性控制系統的基本分析方法。理解非線(xiàn)性控制系統的主要特性,非線(xiàn)性系統與線(xiàn)性系統的區別與聯(lián)系,掌握性系統的描述函數法的基本概念以及應用。

  二、考試內容

  典型的非線(xiàn)性特性,描述函數法,用描述函數法分析非線(xiàn)性系統,相平面法,非線(xiàn)性系統的相平面分析。

  三、考核知識點(diǎn)

  (1)典型的非線(xiàn)性特性。

  (2)非線(xiàn)性系統的特點(diǎn)。

  (3)描述函數的基本概念。

  (4)用描述函數分析非線(xiàn)性控制系統。

  四、考核要求

  識記:典型的非線(xiàn)性特性:飽和特性、間隙特性、死區特性、繼電器特性。

  非線(xiàn)性系統的特點(diǎn)。

  描述函數的基本概念。

  常見(jiàn)典型非線(xiàn)性特性的描述函數。

  領(lǐng)會(huì ):用描述函數分析非線(xiàn)性控制系統。

 

  第八章 線(xiàn)性離散控制系統的分析與綜合

  一、學(xué)習目的與要求

  通過(guò)本章的學(xué)習使學(xué)生了解離散系統的基本概念,采樣系統與連續系統的區別與聯(lián)系;理解控制系統的數學(xué)模型,脈沖傳遞函數的定義和求法;理解系統穩定性、穩態(tài)誤差及動(dòng)態(tài)性能的分析方法。

  二、考試內容

  離散控制系統的特點(diǎn); 信號的采樣過(guò)程;采樣定理;零階保持器;Z變換的定義;Z變換的基本性質(zhì);Z反變換的方法;離散系統脈沖傳遞函數的定義; 差分的定義和差分方程;離散控制系統的穩定性分析。

  三、考核知識點(diǎn)

  (1)離散控制系統的特點(diǎn)。

  (2)信號的采樣過(guò)程;采樣定理;零階保持器。

  (3)Z變換的定義; Z反變換的概念;掌握常用的Z反變換方法。

  (4)離散系統脈沖傳遞函數的定義。

  四、考核要求

  識記:常用函數的Z變換;掌握Z(yǔ)變換的基本性質(zhì)。

  信號的采樣過(guò)程;掌握采樣定理;掌握零階保持器。

  領(lǐng)會(huì ):常用的Z 變換方法:級數求和法、部分分式法。

  常用的Z反變換方法:長(cháng)除法、部分分式法、反演公式。

  離散系統脈沖傳遞函數的定義。

 

 ?、箨P(guān)于大綱的說(shuō)明與考核實(shí)施要求

  (一)自學(xué)考試大綱的目的和作用

  課程自學(xué)考試大綱是根據專(zhuān)業(yè)自學(xué)考試計劃的要求,結合自學(xué)考試的特點(diǎn)而確定。其目的是對個(gè)人自學(xué)、社會(huì )助學(xué)和課程考試命題進(jìn)行指導和規定。

  課程自學(xué)考試大綱明確了課程學(xué)習的內容以及深廣度,規定了課程自學(xué)考試的范圍和標準。因此,它是編寫(xiě)自學(xué)考試教材和輔導書(shū)的依據,是社會(huì )助學(xué)組織進(jìn)行自學(xué)輔導的依據,是自學(xué)者學(xué)習教材、掌握課程內容知識范圍和程度的依據,也是進(jìn)行自學(xué)考試命題的依據。

  本大綱第一部分關(guān)于課程性質(zhì)與設置目的規定,是制訂第二部分關(guān)于考試內容與考核目標的基本出發(fā)點(diǎn),而考試內容與考核目標則是本大綱的主體部分。

  (二)課程自學(xué)考試大綱與教材的關(guān)系

  課程自學(xué)考試大綱是進(jìn)行學(xué)習和考核的依據,教材是學(xué)習掌握課程知識的基本內容與范圍,教材的內容是大綱所規定的課程知識和內容的擴展與發(fā)揮。

  大綱與教材所體現的課程內容基本一致;大綱里面的課程內容和考核知識點(diǎn),教材里都有。而教材里有的內容,大綱里不一定體現。(注:教材是推薦選用的,其中有的內容與大綱要求不一致的地方,以大綱規定為準。)

  (三)關(guān)于自學(xué)教材

  指定教材:《自動(dòng)控制原理》(第3版),孫炳達等主編,機械工業(yè)出版社, 2011年7月第3版。

  (四)關(guān)于自學(xué)要求和自學(xué)方法的指導

  1.自學(xué)要求

  本大綱的課程基本要求是依據專(zhuān)業(yè)考試計劃和專(zhuān)業(yè)培養目標而確定的。課程基本要求明確了課程的基本內容,以及對基本內容掌握的程度?;疽笾械闹R點(diǎn)構成了課程內容的主體部分。因此,課程基本內容掌握程度、課程考核知識點(diǎn)是高等教育自學(xué)考試考核的主要內容。

  為有效地指導個(gè)人自學(xué)和社會(huì )助學(xué),本大綱已指明了課程的重點(diǎn)和難點(diǎn),在各章的基本要求中也指明了各章內容的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

  2.自學(xué)方法的指導

  自學(xué)考試主要是通過(guò)個(gè)人自學(xué)、教師輔導、社會(huì )助學(xué)和國家考試來(lái)考核應考者掌握專(zhuān)業(yè)知識和能力的方法。應考者應根據自己的特點(diǎn),找出適合自己的學(xué)習方法,此外,應考者在自學(xué)時(shí)尚需注意以下幾個(gè)問(wèn)題。

  1)依據本大綱,學(xué)習好本課程

  本大綱是本課程考試命題、教師輔導、自學(xué)成才和社會(huì )助學(xué)的依據,應考者應根據本大綱規定的要求和范圍,認真地系統地學(xué)習好指定的教材。

  2)正確處理好全面和重點(diǎn)的關(guān)系

  一方面要在全面系統學(xué)習的基礎上掌握重點(diǎn)內容、切忌猜題、押題。只有通過(guò)全面系統的學(xué)習,才能發(fā)現重點(diǎn)、理解重點(diǎn)和掌握重點(diǎn)。否則,若孤立地去猜重點(diǎn)、背重點(diǎn),不了解重點(diǎn)的來(lái)龍去脈,就不可能取得好的學(xué)習效果,應考者不可能取得好成績(jì)。另一方面要上好輔導課,課后要認真復習,只有這樣才能把基本概念、基礎知識記憶好理解透。

  3)正確處理好識記與理解的關(guān)系,要在理解基礎上加深記憶

  欲學(xué)習好本課程,必須對其基本內容(包括基本概念、公式、方法、原理及應用等)應能深刻記憶,但應避免死背硬套方法,欲記得牢、記得深刻,必須在深入理解其內容的基礎上,才能達到目的,才能將所學(xué)內容應用于實(shí)踐中。

  4)正確處理好理論與實(shí)際、學(xué)習與應用的關(guān)系。

  本課程的內容十分豐富,涉及面及知識面廣泛,該課程首先介紹自動(dòng)控制系統的基本工作原理、數學(xué)模型;然后給出了自動(dòng)控制系統的分析方法,包括時(shí)域法、頻域法和根軌跡法;進(jìn)一步對系統提出的性能指標要求進(jìn)行系統綜合與校正,內容由淺入深,從理論到應用,逐步將所學(xué)到的理論和技能應用到實(shí)踐中去,進(jìn)一步加深對所學(xué)理論的理解,理論聯(lián)系實(shí)際是學(xué)習好本課程的唯一學(xué)習方法。

  (五)對社會(huì )助學(xué)的要求

  在助學(xué)活動(dòng)中應注意正確引導、把握好助學(xué)方向,正確處理學(xué)習知識和提高能力的關(guān)系。建議學(xué)時(shí)如下:

  第一章 自動(dòng)控制系統的基本概念 2

  第二章 線(xiàn)性連續數學(xué)模型 10

  第三章 控制系統的時(shí)域分析法 10

  第四章 控制系統的根軌跡分析法 6

  第五章 控制系統的頻率特性分析法 12

  第六章 頻率法校正 10

  第七章 非線(xiàn)性系統分析 10

  第八章 線(xiàn)性離散控制系統的分析與綜合 8

  (六)對考核內容和考核目標的說(shuō)明

  (1)本課程要求考生學(xué)習和掌握的知識點(diǎn)內容都作為考核的內容。課程中各章的內容均由若干知識點(diǎn)組成,在自學(xué)考試中成為考核知識點(diǎn)。因此,課程自學(xué)考試大綱中所規定的考試內容是以分解為考核知識點(diǎn)的方式給出的。由于各知識點(diǎn)在課程中的地位、作用以及知識自身的特點(diǎn)不同,自學(xué)考試將對各知識點(diǎn)分別按四個(gè)認知(或叫能力)層次確定其考核要求。

  (2)四個(gè)能力層次從低到高依次是:識記;領(lǐng)會(huì );簡(jiǎn)單應用;綜合應用。

  識記:能正確認識和表述科學(xué)事實(shí)、原理、術(shù)語(yǔ)和規律,知道該課程的基礎知識,并能進(jìn)行正確的選擇和判斷。

  領(lǐng)會(huì ):能將所學(xué)知識加以解釋、歸納,能領(lǐng)悟某一概念或原理與其他概念或原理之間的聯(lián)系,理解其引申意義,并能做出正確的表述和解釋。

  簡(jiǎn)單應用:能用所學(xué)的概念、原理、方法正確分析和解決較簡(jiǎn)單問(wèn)題,具有分析和解決一般問(wèn)題的能力。

  綜合應用:能靈活運用所學(xué)過(guò)的知識,分析和解決比較復雜的問(wèn)題,具有一定解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

  (七)關(guān)于考試命題的若干規定

  本課程的命題考試,應根據本大綱規定的考試內容和考核目標來(lái)確定考試范圍和考核要求,按大綱規定試題中主觀(guān)性題和客觀(guān)性題的比例來(lái)組配試卷,適當掌握試題的內容覆蓋面、能力層次和難易度。

  1)本課程考試方法采用閉卷、筆試,考試時(shí)間為150分鐘;評分采用100分制,60分為及格線(xiàn)。

  2)本課程的考試題型:一般采用填空題、單項選擇題、簡(jiǎn)答題、數據庫設計題、綜合分析題。

  3)試題中主觀(guān)性試題占40~50%,客觀(guān)性試題占50~60%。主觀(guān)性試題是指正確答案可用多種方式表達。

  4)試題分為較易、中等難易、較難(偏難)、難度較大四個(gè)層次,其比例大致為2:3:3:2。

  5)試卷中識記占20%;領(lǐng)會(huì )占30%;簡(jiǎn)單應用占30%;綜合應用占20%。必須指出試題的難易程度與認識能力的層次又是一個(gè)概念,在各認識能力層次中都會(huì )存在不同難度的問(wèn)題,在各難易程度的級別中,同樣會(huì )包含有不同認識能力層次,切勿混淆。

  6)試題量應以中等水平的應考者能在規定時(shí)間內答完全部試題為度。

 

  附錄:

  題型舉例

  一、選擇題

  如:

  二階系統在欠阻尼時(shí)的單位階躍響應中,其峰值時(shí)間tP 是 。

  A.ωd    B.π—ωd    C.π/ωd    D.ωd/π

  二、填空題

  如:

  控制系統的性能一般從 、響應速度、穩態(tài)精度三個(gè)方面來(lái)評價(jià)。

  三、簡(jiǎn)答題

  如:

  已知某系統的特征方程為:S3 + 21S2 + 10S + 10 = 0

  試判別該系統的穩定性。

  四、繪圖題

  如:

  已知控制系統的開(kāi)環(huán)傳遞函數G ( s )H ( s ) = ,

  繪制系統的根軌跡圖。

  五、綜合題

  如:

  某單位負反饋控制系統的開(kāi)環(huán)傳遞函數為:G ( s ) =          ,

  1.求系統產(chǎn)生持續等幅振蕩時(shí)的K值和振蕩頻率;

  2.確定系統呈阻尼振蕩瞬態(tài)響應的K值范圍。

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