DE69909492T2 - Method for determining the total inertia and unbalance in the drum of a laundry washing machine - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Gesamtlast und der Ungleichgewichtslast bei einer Waschmaschine mit einem Motorantriebssystem zum Drehen des Motors bei einer gewünschten Zielgeschwindigkeit. Unter dem Ausdruck "Waschmaschine" sollen alle Arten von Geräten mit einer Drehtrommel verstanden werden, deren Geschwindigkeit mindestens einen Wert erreichen kann, bei dem die Wäsche durch die Zentrifugalkraft an die Seitenwand der Trommel gedrückt wird. Wässerungsmaschinen und Wäschetrockner sollen unter den oben genannten generellen Ausdruck fallen.The present invention relates to a method for determining the total load and the imbalance load in a washing machine with a motor drive system for turning of the engine at a desired one Target speed. Under the expression "washing machine" all types of devices are supposed to a rotary drum, the speed of which is at least can reach a value at which the laundry by centrifugal force is pressed against the side wall of the drum. Washing machines and tumble dryers are intended to fall under the general expression above.
Das technische Problem zur Bestimmung der Menge der in eine Waschmaschinentrommel geladenen Wäsche ist der Fachwelt bekannt. Die bekannten technischen Lösungen beruhen auf der Wassermenge, die durch die trockene Wäsche absorbiert wird, auf der Zeit, die zur Erreichung einer bestimmten Zielgeschwindigkeit der Trommel benötigt wird, oder auf dem vom Motor aufgenommenen Strom.The technical problem for determination is the amount of laundry loaded in a washing machine drum known to the experts. The known technical solutions are based on the amount of water that is absorbed by the dry laundry on the Time to reach a certain target speed Drum needed or on the current drawn by the motor.
Die EP-A-0143685 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Wäschemasse aus einem gemessenen Wert des Motordrehmoments zum Antrieb der Trommel während einer Beschleunigungsphase bei konstanter Beschleunigung. Diese Schrift lehrt nicht die Feststellung, ob und in welchem Ausmaß sich die Last im Ungleichgewicht befindet (d. h. nicht gleichmäßig auf die Seitenwand der Trommel verteilt ist).EP-A-0143685 discloses a method for determining the laundry mass from a measured value of the motor torque for driving the drum while an acceleration phase with constant acceleration. This Scripture does not teach the determination of whether and to what extent Load is imbalanced (i.e. not evenly on the side wall of the drum is distributed).
Die EP-A-71308 offenbart ein Verfahren zur Feststellung, ob es eine unausgeglichene Verteilung von Wäschestücken im Trommelinneren gibt, indem die aktuelle Motorgeschwindigkeit der Waschmaschine mit einem Tachometer überwacht wird (wenn sich die Motorgeschwindigkeit um mehr als einen bestimmten Betrag ändert, bedeutet dies, dass die Wäsche unausgeglichen ist).EP-A-71308 discloses a method to determine if there is an unbalanced distribution of laundry items in the Drum interior there by the current motor speed of the Washing machine is monitored with a speedometer (if the Engine speed changes by more than a certain amount means this that the laundry is unbalanced).
Beide genannte Verfahren lösen nicht das Problem der Feststellung der Last und der Ungleichgewichtslast, und eine Maschine, die einfach die beiden genannten Verfahren kombiniert verwendet, würde zu teuer sein, da sie eine elektronische Schaltung zur Feststellung des Motordrehmoments und eine Schaltung zur Feststellung der Motorgeschwindigkeitsänderung erfordern würde.Neither of the above methods solve the problem of determining the load and the imbalance load, and a machine that simply combines the two methods mentioned would be used be too expensive since they have an electronic circuit for detection of the engine torque and a circuit for determining the engine speed change would require.
In der US-A-5507054 ist ein Verfahren offenbart, mit dem die Last durch Abschalten des Motorantriebssystems und Messen derjenigen Zeit bestimmt wird, die zum Erreichen einer bestimmten, niedrigeren Geschwindigkeit benötigt wird. Diese Schrift offenbart auch eine Feststellung der Ungleichgewichtslast durch Erkennen von Schwankungen der Trommelgeschwindigkeit gemäß der genannten EP-A-71308. Solche Feststellungen werden nacheinander ausgeführt, deshalb steigt die Dauer des Waschzyklus an. Ferner machen die mit der elektronischen Schaltung gemessenen, verschiedenen physikalischen Größen (Geschwindigkeitsschwankung, Zeit zum Erreichen einer bestimmtem Geschwindigkeit) diese Schaltung ziemlich teuer und komplex, so dass deren Zuverlässigkeit vermindert wird.US-A-5507054 discloses a process with which the load by turning off the motor drive system and measuring that time to reach a certain lower speed is needed. This document reveals also a determination of the imbalance load by recognizing Variations in drum speed according to the aforementioned EP-A-71308. Such determinations are carried out one after the other, therefore the duration increases the wash cycle. Furthermore, do with the electronic circuit measured, various physical quantities (speed fluctuation, Time to reach a certain speed) this circuit quite expensive and complex, so that their reliability is reduced.
Ferner offenbart die EP 0903845 ein Verfahren und eine Waschmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 8.EP 0903845 also discloses a Method and a washing machine according to the preamble of the claim 1 or 8.
Eine Aufgabe der vorligenden Erfindung besteht darin, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren sowie ein Steuersystem zu schaffen, die beide bilig, zuverlässig und schnell sind, nämlich die beiden Feststellungen in sehr kurzer Zeit ausführen können.An object of the present invention is to avoid the aforementioned drawbacks and a process as well as creating a tax system that is both cheap, reliable and are fast, namely can make the two statements in a very short time.
Gemäß einem generellen Aspekt der Erfindung wird durch Vorsehen eines bekannten, ein vorbestimmtes Frequenzmuster oder -spektrum aufweisenden Signals, das dem normalen, periodischen Steuersignal bei konstanter Geschwindigkeit (die die Trommel auf der Zielgeschwindigkeit hält) zugefügt wird, das System Motor-Trommel/Wäsche derart erregt, dass es durch Analyse des Geschwindigkeitsrückkopplungssignals (beispielsweise durch Analyse des Frequenzspektrums dieses Signals) möglich ist, die Gesamtträgheit (und daher die Wäschemasse) und gleichzeitig den Ungleichgewichtszustand des Systems festzustellen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Matorantriebssystem vorgesehen, dem ein Hilfssignal mit einem vorbestimmten Frequenzspektrum zugeführt wird, wobei die Last und die Ungleichgewichtslast durch eine Analyse des Frequenzspektrums bei verschiedenen Frequenzen festgestellt werden. Vorzugsweise ist das Hilfssignal ein periodisches Signal mit einer Frequenz, die von der der Zielgeschwindigkeit des Motors entsprechenden Frequenz verschieden ist. Sehr bevorzugt werden die Ungleichgewichtslast und die Gesamtlast durch eine Analyse des Frequenzspektrums bei einer Frequenz, die der Zielgeschwindigkeit entspricht, bzw. bei einer Frequenz, die der genannten Hilfsfrequenz entspricht, festgestellt.According to a general aspect of Invention is accomplished by providing a known, a predetermined one Frequency pattern or spectrum signal that corresponds to the normal, periodic control signal at constant speed (which the Drum at the target speed) is added, the motor-drum / laundry system in such a way excited that by analyzing the speed feedback signal (e.g. by analyzing the frequency spectrum of this signal), the total inertia (and therefore the laundry mass) and at the same time determine the imbalance state of the system. According to one Aspect of the invention provides a mator drive system which an auxiliary signal with a predetermined frequency spectrum is supplied, the load and the imbalance load being determined by an analysis of the Frequency spectrum can be determined at different frequencies. The auxiliary signal is preferably a periodic signal with a Frequency, the frequency corresponding to the target speed of the motor is different. The imbalance load is very preferred and the total load by analyzing the frequency spectrum a frequency that corresponds to the target speed, or at a frequency that corresponds to the auxiliary frequency mentioned.
Der Hauptvorteil des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Feststellung eines Ungleichgewichtszustands der Trommel (und des Maßes des Ungleichgewichts) und der Wäschemenge in der Trommel in einer sehr kurzen Zeit dadurch erfolgt, dass dem Motorantriebssystem das genannte Hilfssignal zugeführt und die gleiche Frequenzspektrumsanalyse bei zwei verschiedenen Frequenzen verwendet wird.The main advantage of the method according to the present Invention is that the establishment of an imbalance condition the drum (and the measure of imbalance) and the amount of laundry in the drum in a very short time by the fact that Motor drive system supplied the auxiliary signal and the same frequency spectrum analysis at two different frequencies is used.
Ein Vorteil der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie ein Verfahren zur Kompensation der Lastreibung vorsieht, so dass die Lastträgheit bzw. -masse und die Drehgeschwindigkeitsauswahl, die auf dem Lastträgheits- und Ungleichgewichtsmoment basieren, zu genaueren Ergebnissen führen als bei bekannten Verfahren.An advantage the advantage of the present Invention is that it is a method of compensation which provides load friction so that the load inertia or mass and the rotational speed selection, the on the inertia and imbalance moment based, lead to more accurate results than in known methods.
Das vorliegende Verfahren kann zur Bestimmung der Trägheit bzw. Masse der trockenen Last und ebenso der nassen Last verwendet werden. Das vorliegende Verfahren kann zur Bestimmung der Größe der Trägheits- bzw. Massenlast und der unausgeglichenen Last, die bei der Auswahl der Drehgeschwindigkeit hilft, verwendet werden.The present method can be used to determine the inertia or mass of the dry load and wet load can also be used. The present method can be used to determine the magnitude of the inertial load and the unbalanced load that helps select the speed of rotation.
Die dynamische Reibung wird durch verschiedene Komponenten verursacht, beispielsweise durch die Reibung des Kraftübertragungssystems, die Kugellagerreibung und bei Horizontalachsen-Waschmaschinen die Reibung der Wäsche an der Vordertür. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Verwendung von Nachschlagtabellendaten oder des Neural-Fuzzy-Logik-Systems Daten kompensieren, die aus der Frequenzspektrumsanalyse abgeleitet sind. Diese Nachschlagtabellendaten oder dieses Neural-Fuzzy-Logik-System werden bzw. wird für jede Art von Waschmaschi nen als Ergebnis von experimentellen Tests bestimmt, die an der Waschmaschine mit vorbestimmten Werten der Gesamtreibung durchgeführt worden sind. Aus den kompensierten Daten der Frequenzspektrumsanalyse kann der kompensierte Wert der Gesamtlast und der Ungleichgewichtslast bestimmt werden, wobei diese Werte nicht durch die dynamische Reibung beeinflusst werden.The dynamic friction is caused by various components caused, for example, by friction the power transmission system, the ball bearing friction and in the case of horizontal axis washing machines Laundry friction at the front door. According to the present Invention can use lookup table data or the Neural fuzzy logic systems compensate data from the frequency spectrum analysis are derived. This lookup table data or this neural fuzzy logic system will or is for any type of washing machine as a result of experimental tests determined on the washing machine with predetermined values of Total friction performed have been. From the compensated data of the frequency spectrum analysis can be the compensated value of the total load and the imbalance load be determined, these values not by the dynamic friction to be influenced.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is now based on the attached Drawings explained. Show it:
Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten AusführungDetailed description of a preferred execution
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird dazu verwendet, die Trägheit bzw. Masse und die unausgeglichene Wäschelast in einer Drehtrommel einer Waschmaschine, eines Wäschetrockners oder einer Wässerungs- bzw. Trocknungsmaschine zu bestimmen. Das Verfahren kann auch, falls erwünscht, die dynamische Systemreibung des Drehtrommelsystems kompensieren.The method according to the invention is used to the indolence or mass and the unbalanced laundry load in a rotating drum a washing machine, a dryer or a irrigation or to determine the drying machine. The procedure can also, if he wishes, compensate for the dynamic system friction of the rotary drum system.
In
J die Gesamtträgheit ist,
die an der Motorwelle vorhanden ist und das Trommel- und Lastdrehmoment
umfasst,
γ der
Viskositätsreibungskoeffizient
ist,
T das Gesamtdrehmoment ist, das durch die Differenz zwischen
dem Antriebsdrehmoment Tm und dem Widerstandsdrehmoment
Tf gegeben ist,
ω die Trommeldrehgeschwindigkeit
in rad/s ist.In
J is the total inertia that is present on the motor shaft and includes the drum and load torque,
γ is the viscosity friction coefficient,
T is the total torque, which is given by the difference between the drive torque T m and the resistance torque T f ,
ω is the drum rotation speed in rad / s.
Die Laplace-Transformation erlaubt
den Übergang
von der Zeitdomäne
zur Frequenzdomäne,
und die oben genannte Gleichung kann folgendermaßen geschrieben werden:
Die Übertragungsfunktion zwischen dem Gesamtdrehmoment und der Trommelwinketgeschwindigkeit ist:The transfer function between the total torque and drum angular velocity is:
Ein zusätzlicher Schritt kann ausgeführt werden, wenn berücksichtigt wird, dass das Motordrehmoment proportional zum Eingangssignal des Motorantriebssystem as nach der Formel T(s) = Km * as(s) ist. Die vorstehende Formel kann folgendermaßen geschrieben werden, wobei vereinfachend angenommen ist, dass Km = 1 ist:An additional step can be carried out if it is taken into account that the motor torque is proportional to the input signal of the motor drive system a s according to the formula T (s) = K m * a s (s). The above formula can be written as follows, assuming for simplicity that K m = 1:
Wenn die Wäschelast während der Trommelumdrehungen nicht gut verteilt ist, erzeugt eine unausgeglichene Last mit der Masse Mu eine Geschwindigkeitsschwankung, die eine der Masse Mu proportionale Amplitude hat.If the laundry load is not well distributed during drum revolutions, an unbalanced load with mass M u will produce a speed variation that has an amplitude proportional to mass M u .
Wenn mit β der Winkel zwischen der Ungleichgewichtsachse
und einer festen Bezugsachse bezeichnet wird, muss ein neuer Drehmomentausdruck
in die Drehmdmentgleichgewichtsgleichung eingefügt werden. Dieses Drehmoment
ist auf die Schwerkraft g zurückzuführen, und
sein Wert ist gegeben durch:
Dieses zusätzliche Drehmoment kann auf
sehr einfache Weise dadurch berücksichtigt
werden, dass seine Wirkung als zur Geschwindigkeit zugefügt betrachtet
wird, die erzielt werden würde,
wenn Mu Null wäre. Wenn diese logische Grundlage
verwendet wird, ergibt sich die gemessene Winkelgeschwindigkeit ω(t) zu:
Das Frequenzspektrum dieser Funktion
ist in
In
Zusammenfassend kann gesagt werden: wenn eine Ungleichgewichtslast auftritt, enthält das Geschwindigkeitssignal Schwankungen deren Amplitude sich auf das unausgeglichene Gewicht, die Gesamtträgheit des Systems und den dynamischen Reibungskoeffizienten bezieht.In summary it can be said: if an imbalance load occurs, contains the speed signal Fluctuations whose amplitude relates to the unbalanced weight, the total inertia of the system and the dynamic coefficient of friction.
Der Anmelder entdeckte, dass das
Problem der Feststellung der Größe des Ungleichgewichts
und der Gesamtträgheit
in überraschend
einfacher Weise dadurch gelöst
wird, dass nach
In
Mit Bezug auf die
Dementsprechend kann die gemessene Geschwindigkeit in zwei Teile ωt und ωinj aufgeteilt werden, so dass der Ausgang w diejenige Geschwindigkeit ist, die sich aus der Summe der zwei Antriebskomponentenwirkungen ergibt.Accordingly, the measured speed can be divided into two parts ω t and ω inj , so that the output w is the speed that results from the sum of the two drive component effects.
Die erste Komponente (ac) wird durch die Fehlergeschwindigkeitsinformation bestimmt und durch die Geschwindigkeitssteuertätigkest angetrieben. Im Fall der ausgeglichenen rast ist der AusdruckNull, und das vom Motor vorgesehene Drehmoment ist das geforderte, um die dynamischen Reibungen zu kompensieren. Im Fall der unausgeglichenen Lasten muss, wie vorher gezeigt wurde, das Drehmoment in der Lage sein, die Schwerkraft der Ungleichgewichtslast während deren Drehphasen zu kompensieren und die Durchschnittszielgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Wenn dies erfolgt, wird ein Geschwindsgkestsschwankungssignal mit einer vom Ungleichgewicht selbst abhängigen Amplitude erzeugt. Das Geschwindigkeitsschwankungssignal wird generell dazu benutzt, die Ungleichgewichtsgröße auszuwerten, doch aufgrund der Tatsache, dass mit dem Ansteigen der Trägheitslast die Geschwindigkeitsschwankungsamplitude abnimmt, sehen die bekannten Verfahren angenäherte Schätzungen der wirklichen, unausgeglichenen Last vor. Die Folge bei diesen bekannten Verfahren ist, dass die Schleudergeschwindigkeit vermindert wird, um gefährliche Bedingungen zu vermeiden. Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den aktuellen Wert der Ungleichgewichtslast zu bestimmen, so dass im Vergleich mit den bekannten Verfahren und Systemen höhere Schleudergeschwindigkeiten ohne jegliches Risiko eines mechanischen Fehlers der Waschmaschine eingesetzt werden können.The first component (a c ) is determined by the error speed information and driven by the speed control activity. In the case of the balanced rest is the expression Zero, and the torque provided by the engine is the one required to compensate for the dynamic friction. In the case of unbalanced loads, as previously shown, the torque must be able to compensate for the gravity of the unbalanced load during its rotation phases and to maintain the average target speed. When this occurs, a rate fluctuation signal is generated with an amplitude that is itself dependent on the imbalance. The speed variation signal is generally used to evaluate the imbalance quantity, but due to the fact that as the inertial load increases, the speed variation amplitude decreases, the known methods provide approximate estimates of the real unbalanced load. The consequence of these known methods is that the spin speed is reduced in order to avoid dangerous conditions. With the method according to the present invention, it is possible to determine the current value of the imbalance load, so that, compared to the known methods and systems, higher spin speeds can be used without any risk of a mechanical fault in the washing machine.
Die zweite Komponente (ωinj) hat die Aufgabe der „Belastung" des Systems, um die Wirkung der Trägheitslast zu verstärken. Gemäß der Erfindung wird die Analyse des Frequenzspektrums der Motorgeschwindigkeit in solcher Weise vorgeschlagen und The second component (ω inj ) has the task of "loading" the system in order to increase the effect of the inertial load. According to the invention, the analysis of the frequency spectrum of the motor speed is proposed in such a manner and
verwendet, dass mittels der beiden
Frequenzkomponenten ωt und ωinj die Trägheitslast (Gesamtlast) und
die Ungleichgewichtslast eindeutig identifiziert werden. Wenn es
schwierig ist, dieses Problem in der Zeitdomäne mathematisch zu lösen, ist
dieses Problem leicht in der Frequenzdomäne lösbar. Wenn die Laplace-Transformation
verwendet wird, gilt tilgende Gleichung:
Wegen des Frequenzgangtheorems ist
der Stationärzustands-Frequenzgang
des Systems auf ein sinusförmiges
Eingangssignal hin eine Sinuswelle mit derselben Frequenz (wie die
Eingangswelle), aber mit unterschiedlicher Amplitude und Phasenverschiebung φ. Das Systemausgangssignal
ergibt sich damit nach dem Übergang
zu:
Das Verhalten des in
Der zugeführte Signaltyp cos(ωinjt) ist nur als Beispiel und auch wegen seiner einfachen Durchfführung ausgewählt worden, doch das beschriebene Verfahren kann auch mit jedem zugeführten Signaltyp (periodischen oder nicht periodischen) mit einem bekannten Frequenzspektrum durchgeführt werden. Die Trägheitslast und die Ungleichgewichtslast können nun auf der Basis dieser beiden Werte Au und As berechnet werden.The supplied signal type cos (ω inj t) was selected only as an example and also because of its simple implementation, but the described method can also be carried out with any supplied signal type (periodic or non-periodic) with a known frequency spectrum. The inertial load and the imbalance load can now be calculated based on these two values Au and As.
Experimentelle Tests, die mit unterschiedlichen Trägheits- und Ungleichgewichtslasten ausgeführt wurden, erlauben die Realisierung eines Neural-Fuzzy-Logik-Systems in einer Ministeuervorrichtung. Alternativ kann auch eine Nachschlagetabelle verwendet werden, aus der aus der Kombination des Systemfrequenzgangs Au und As der Trägheitswert und der Ungleichgewichtswert ablesbar sind.Experimental tests with different inertia and imbalance loads have been carried out, allow implementation of a neural fuzzy logic system in a mini control device. Alternatively, a lookup table can be used from the inertia value from the combination of the system frequency response Au and As and the imbalance value is readable.
Wie bereits erwähnt wurde, erlaubt das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in einfacher Weise die Kompensation der Reibung.As already mentioned, the procedure allows according to the present Invention in a simple manner the compensation of the friction.
Die folgende Ausführung beruht auf dem Durchschnitt des Ausgangswerts der Geschwindigkeitssteuerung. Wenn die Geschwindigkeitssteuerung, d. h. die PID-Parameter (Proportionle, Integrale bzw. Derivative Ausdrücke des Geschwindigkieitsfehlers), einmal festgelegt worden ist, kann eine Simulation der dynamischen Reibung, die hauptsächlich durch die Last und das Geschwindigkeitsübertragungssystem verursacht wird, mittels eines gesteuerten Bremssystems durchgeführt werden. Wenn ein konstanter Trägheitswert gewählt wird, ist der durch das Geschwindigkeitssteuersystem ac oder unterschiedliches as vorgesehene Wert im Stationärzustand der Reibung proportional. Die Berechnung einer solchen Variablen wird somit durch die Auswertung des Durchschnitts von as ermittelt:The following implementation is based on the average of the initial value of the speed control. Once the speed control, i.e. the PID parameters (proportional, integral or derivative expressions of the speed error) has been determined, a simulation of the dynamic friction, which is mainly caused by the load and the speed transmission system, can be carried out by means of a controlled braking system , If a constant inertia value is selected, the value provided by the speed control system a c or different a s is proportional to the friction in the steady state. The calculation of such a variable is thus determined by evaluating the average of a s :
Zu diesem Zeitpunkt sind alle Variablen bekannt; die Größen der Trägheitslast und der Ungieichgewichtslast können nach dem folgenden Verfahrensschema berechnet werden:
- – berechne das AlphaMean,
- – kompensiere das As* = fπ(As, AlphaMean) durch Kompensieren des As-Ausdrucks,
- – berechne die Ungleichgewichtslast, Trägheitslast = fUL((Au, As*) auf der Basis der kompensierten As- und Au-Werte.
- - calculate the alpha mean ,
- - compensate the As * = f π (As, Alpha Mean ) by compensating the As expression,
- - calculate the imbalance load, inertial load = f UL ((Au, As *) based on the compensated As and Au values.
Die Ausdrücke fπ und fUL sind Nachschlagtabellendaten oder ein Neural-Fuzzy-Logik-System, die sich aus den durchgeführten, experientellen Tests ergeben.The expressions f π and f UL are look-up table data or a neural fuzzy logic system which result from the experimental tests carried out.
Qualitative und vereinfachte Beispiele
der Funktionen fπ und fUL sind
in den
Die gefundene Beziehung zur Kompensierung
des As-Ausdrucks (in
Ein Flussdiagramm des Steueralgorithmus
ist in den
Die
Regel 1 Wenn As* gleich L und Au gleich M ist, dann ist J gleich H und U gleich H.Rule 1 If As * is L and Au is M, then J is H and U is H.
Regel 2 Wenn As* gleich M und Au gleich L ist, dann ist J gleich M und U gleich VL.Rule 2 If As * equals M and Au is L, then J is M and U is VL.
Regel 3 Wenn As* gleich N und Au
gleich VH ist, dann ist J gleich VL und U gleich H.
Usw.Rule 3 If As * is N and Au is VH, then J is VL and U is H.
Etc.
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