KR0158497B1 - 속도 제어 시스템에서 속도 추정값을 계산하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
속도 제어 시스템에서 속도 추정값을 계산하기 위한 방법은 (a) 속도 제어 처리의 각각의 구간에서 얻어진 속도 검출 펄스들의 수와 상기 속도 검출 펄스들이 얻어진 시간을 저장하는 단계, (b) 최신의 속도 검출 펄스들의 수 및 그 검출시간과 상기 미리 저장된 속도 검출 펄스들의 수 및 그 검출 시간으로부터 검출속도를 계산하는 단계, (c) 상기 검출 속도가 얻어진 시간에 대응하는 모터 모델출력에 대해 평균화 처리를 실행하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에서 얻어진 출력과 상기 검출 속도 간의 차를 얻는 단계, (e) 상기 단계 (d)에서의 차를 관측기 이득으로 곱함으로써 부하 토크 추정 계산을 실행하는 단계, (f) 상기 단계 (d)에서의 차와 상기 검출 속도와 상기 모터 모델 출력간의 차로부터 다음 처리에 대한 모터 속도의 추정을 실행하는 단계, (g) 속도 증폭기를 비례 요소로 구성함으로써 그리고 상기 단계 (f)에서 얻어진 속도 추정값으로부터 상기 속도 증폭기의 출력을 계산하는 단계, (h) 상기 속도 증폭기의 출력과 상기 부하 토크 추정값을 가산함으로써 토크 명령을 얻는 단계, 및 (i) 다음 속도 제어 구간의 시작점에서 상기 단계(h)에서의 토크 명령을 출력하는 단계를 포함한다. 따라서, 토크 명령의 출력 시간이 정확해지고, 정확한 시간에서의 모터 속도의 추정값이 얻어질 수 있다.
Description
제1도는 본 발명에 따라 속도 추정을 계산하기 위한 방법의 실시예에 대한 플로우차트.
제2도는 본 발명에 따른 속도 추정 시스템의 제어 블럭도.
제3도는 극히 저속으로 동작되는 모터의 동작을 설명하기 위한 도면.
제4도는 정상 상태에서의 모터의 동작을 설명하기 위한 도면.
제5도는 종래의 속도 추정 관측기에 대한 제어 블럭도.
제6도는 극히 저속으로 동작되는 모터의 종래의 동작을 설명하기 위한 도면.
제7도는 속도 검출에 대한 인터럽트 처리를 나타내는 플로우차트.
제8도는 속도 제어에 대한 구간 처리를 나타내는 플로우차트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 편차 검출기 12 : 제1계산블럭
13 : 평균화 처리 계산 블럭 14 : 제1편차 발생 블럭
15 : 펄스 부호화기 16 : 관측기 이득 블럭
17 : 제2편차 발생 블럭 18 : 제3편차 발생 블럭
19 : 속도 증폭기 20 : 가산기
21 : 제4편차 발생 블럭 22 : 모터 모델 블럭
본 발명은 모터의 속도 제어 시스템에서 속도 추정값을 계산하기 위한 개량된 방법에 관한 것이다.
속도 제어 시스템에서 속도 추정을 하기 위한 계산 처리는 미합중국 특허 제5,325,460호에 기재되어 있다. 이러한 속도 추정 거리는 극히 저속으로 동작되는 모터의 속도를 추정하도록 구성되어 있다. 속도 추정 관측기(speed estimation observer)에 의해 각각의 속도 제어 계산 단계 마다 속도 검출 정보를 얻을 수 없다. 제5도에는 이러한 속도 추정 관측기의 제어 블럭도가 도시되어 있다. 제5도에서, 속도 추정 관측기는 2점 쇄선으로 둘러싸여 있으며, 참조 부호(i)는 (i)와 같이 표시된 기호가 속도 제어 주기(구간)(interval)에 관련되어 있음을 나타내고, 참조 부호(j)는 (j)와 같이 표시된 기호가 속도 검출 주기(구간)에 관련되어 있음을 나타낸다. 편차 검출기(deviation detector, 1)은 토크 명령(torque command) τM(i)와 부하 토크 추정값(load torque estimated value)를 수신하다. 편차 출력은 제1계산 블럭(12)로 공급된다. 제1계산 블럭(12)는 속도제어 주기 TASR이 모터 관성(motor inertia) TM*으로 나누어지는 분할 블럭(division block, 12a), 적분기(12c) 및 분할 블럭(12a)의 출력을 적분기(12c)의 출력에 가산하는 가산기(12b)를 포함한다.
제1계산 블럭(12)에 의해 얻은 모델 출력 추정값는 평균화 처리 계산 블럭(13)으로 공급된다. 평균화 처리 계산 블럭(13)은 펄스 구간들 동안의 평균값을 구하여,으로 표시된 계산 결과를 제1편차 발생 블럭(14)의 정의입력단(plus input ent)으로 출력한다. 제1편차 발생 블럭(14)의 부의 입력단(minus input end)는 펄스 부호화기(pulse encoder, 15)에 의해 검출된 속도 검출 출력인 검출된 속도값를 수신한다.
제1편차 발생 블럭(14)의 편차 출력은 관측기 이득 블럭(16)으로 공급되며, 이 관측기 이득 블럭(16)은 입력 편차값에 대한 선정된(일반적으로, 비례하는) 이득을 제공하여 부하 토크 추정값을 출력한다. 또한, 제1편차 발생 블럭(14)의 편차 출력은 제2편차 발생 블럭(17)의 부의 입력단으로 공급된다. 제2편차 발생 블럭(17)의 정의 입력단은 모델 출력 추정값을 수신한다. 제2편차 발생 블럭(17)은 속도 추정값을 출력한다. 속도 추정값와 속도 설정값 nM*(i)는 제3편차 발생 블럭(18)의 부의 입력단 및 정의 입력단에 각각 공급된다. 제3편차 발생 블럭(18)의 편차 출력은 비례 이득(proportional gain) KWC를 갖는 속도 증폭기(19)로 공급된다. 가산기(20)은 속도 증폭기(19)의 출력을 부하 토크 추정값에 가산하여 모터 토크 명령 τM*을 얻는다. 모터 토크 명령 τM*은 부하 토크로부터의 편차를 얻기 위해 제4편차 발생 블럭(21)에 공급되며, 모터, 즉 모터 모델 블럭(22)로 공급된다.
모터 토크 명령 τM*와 부하 토크 추정값간의 편차는 모델 출력 추정값을 얻기 위해 모터 관성 TM*에 의해 적분된다. 다음으로, 펄스 구간에서의 평균값 nM'(i)이값으로부터 얻어진다. 또한, 펄스들의 변화 중에 평균값 속도 nM(j)로부터의 nM'(j)의 편차가 계산된다. 이 편차는 부하 토크 추정값을 얻기 위해 관측기 이득(g)에 의해 곱해진다. 그 후, 관측기 모델 출력 nM'(i)와 제1편차 발생 블럭(14)의 출력 간의 편차를 빼서 펄스들 동안의 속도를 추정함으로써, 추정 속도 nM(i)를 얻게 된다. nM(i) 값은 궤환 신호로서 속도 증폭기(19)에 공급되어 모터에 대한 속도 제어를 수행하게 된다. 부하 토크 추정값이 토크 명령을 얻기 위해 가산기(20)에 의해 속도 증폭기(19)의 출력에 가산되므로 부하에 대한 외란(disturbance)을 제거할 수 있다는 점을 주목해야 한다.
전술한 속도 추정 관측기의 계산 방법에서는, 속도 검출 계산 기간 동안에 수행되는 인터럽트 처리(interruption process) 및 속도 제어 주기의 구간들 동안에 수행되는 처리의 2가지 방법이 있다. 제6도에서 참조 문자 B로 표시되고 제8도의 플로우차트에 도시된 시간 (i)의 구간 처리(interval process)에서 현재의 시간이(i)라고 가정하면, 속도 추정값은 제6도의 참조 문자 A로 표시된 인터럽트 처리에 의해 계산된 검출된 속도 nM(j)와 구간 처리에서 계산된 토크 명령 τM*(i-1)으로부터 계산된다. 시간(i)에서 출력될 토크 명령 τM*(i)는 속도추정값와 부하 토크 추정값으로부터 계산된다. 제6도에서, 표시 x는 모터 모델 출력을 나타내고, 표시 o는 모터 모델 속도 추정값을 나타낸다. 참조 문자 C는 모터의 실제 속도를 나타내고, SDP는 속도 검출 펄스를 나타낸다.
제7도에 나타낸 바와 같이, 단계(S610)에서, 속도 검출 펄스(j)에 대한 검출된 속도 nM(j)가 계산되어 저장된다. 그 후, 단계(S620)에서, 모터 모델 출력의 평균화 처리가 수행되고, 단계(S630)에서, 부하 토크 추정값이 계산되어 저장된다. 제8도에서, 단계(S710)에서, 모터 모델 출력 추정값 nM'(i)이 토크명령 τM*(i-1)으로부터 계산된다. 그 후, 단계(S720)에서, 평균화 처리가 수행된다. 단계(S730)에서, 시간(i)에서의 속도 추정값이 계산된다. 단계(S740)에서, 시간(i)에서 모터 토크 명령을 출력하기 위한 속도 증폭기의 토크 명령 계산이 수행된다. 단계(S750)에서, 토크 명령이 부하 토크 추정값 및 속도 증폭기 출력으로부터 계산된다.
그러나, 시간(i)에서의 속도 추정의 계산은 이전의 구간(i-1)에서 계산된 토크 명령 τM*(i-1)을 기초로 하여 수행된다. 시간(i)에서의 속도 추정값이 계산될 대, 토크 명령 τM*(i-1)은 시간 (i-1)에서 출력되는 것으로 간주된다. 다시 말해서, 토크 명령 τM*(i-1)의 실제 출력 시간은 시간(i-1)에서 속도 제어 계산을 한 후의 시간이다. 따라서, 실제 모터 속도는 제6도에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 토크 명령 τM*(i-1)을 수신한 때의 시간(i-1)후에 약간 변화된다. 결과적으로, 전술한 시스템에 의해 얻어진 속도 추정값은, 속도 추정값을 나타내는 점선과 실제 속도를 나타내는 직선으로 나타낸 바와 같이, 실제 속도로부터 약간의 옵셋(offset)을 발생시키는 경향이 있다.
본 발명의 목적은 제어 시스템에서 속도 추정값을 계산하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 이 방법에 따르면, 실제 속도에 대한 옵셋(offset)을 발생시키지 않고 실제 시간에서의 속도 추정값을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 속도 제어 시스템에서 속도 추정값을 계산하기 위한 것으로, (a) 속도 제어 처리의 각각의 구간에서 얻어진 속도 검출 펄스들의 수와 상기 속도 검출 펄스들이 얻어진 시간을 저장하는 단계, (b) 최신의 속도 검출 펄스들의 수 및 그 검출 시간과 상기 미리 저장된 속도 검출 펄스들의 수 및 그 검출 시간으로부터 검출 속도를 계산하는 단계, (c) 상기 검출 속도가 얻어진 시간에 대응하는 모터 모델 출력에 대해 평균화 처리를 실행하는 단계, (d) 상기 단계(c)에서 얻어진 출력과 상기 검출 속도 간의 차를 얻는 단계, (e) 상기 단계 (d)에서의 차를 관측기 이득으로 곱함으로써 부하 토크 추정 계산을 실행하는 단계, (f) 상기 단계 (d)에서의 차와 상기 검출 속도와 상기 모터 모델 출력 간의 차로부터 다음 속도 제어 구간에 대한 모터 속도의 추정을 실행하는 단계, (g) 속도 증폭기를 비례 요소로 구성함으로써 그리고 상기 단계 (f)에서 얻어진 속도 추정값으로부터 상기 속도 증폭기의 출력을 계산하는 단계, (h) 상기 속도 증폭기의 출력과 상기 부하 토크 추정값을 가산함으로써 토크 명령을 얻는 단계, 및 (i)다음 속도 제어 구간의 시작점에서 상기 단계(h)에서의 토크 명령을 출력하는 단계를 포함한다.
첨부 도면을 참조하면, 본 발명에 따라 속도 제어 시스템에서 속도 추정 계산을 처리하기 위한 방법 및 시스템의 실시예가 도시되어 있다.
제2도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 추정 시스템의 기본 구성은 제5도의 시스템과 일반적으로 유사하나, 제1편차 발생 블럭(14)가 평균화 처리 계산값와 검출된 속도값을 수신하도록 구성되어 있어, 속도 검출(의 검출)의 인터럽트 계산(interruption calculation)이 속도 제어의 구간 처리 동안에 수행된다는 점이 제5도의 시스템과 다르다. 즉, 본 발명에 따르면, 제2도에 도시된 바와 같이, 제1편차 발생 블럭(14)와 관측기 이득 블럭(16)의 처리는 속도 제어 구간 동안 수행된다. 본 발명에 따른 실시예의 기타 블럭들의 기본 구성은 제5도에 도시된 종래 기술의 기본 구성과 유사하므로, 본 발명의 설명에서 그 설명은 생략된다.
제1도에는 본 발명에 따른 속도 추정 계산을 처리하기 위한 방법의 실시예에 대한 추정 절차를 나타내는 플로우차트가 도시되어 있다. 이하, 극히 저속으로 동작되는 모터의 경우를 참조하여 본 발명에 따른 방법의 동작 방법을 설명하기로 한다.
제1도에 도시된 바와 같이, 단계(S110)에서, 시간(i)에서 출력될 토크 명령 τM*(i)는 미리 계산되었고, 토크 명령 τM*(i)가 시간 (i)에서 출력되며 저장된다. 여기서, 시간(i)는 현재의 구간 처리 시간이다.
단계(S120)에서, 시간(i+1)에서의 모터 모델 출력이 토크 명령 τM*(i)로부터 계산되어 저장된다.
단계(S130)에서, 속도 펄스가 존재하는지 여부가 판단된다. 속도 펄스가 존재하는 경우, 처리 루틴(routine)은 단계(S140)으로 진행하여, 속도 검출에 대한 계산이 수행되고 그 계산 결과이 저장된다. 그 후, 루틴은 단계(S150)으로 진행하여, 모터 모델 출력의 평균화 처리의 계산이 수행되고 그 계산결과이 저장된다.
단계(S150)에서의 평균화 처리 출력과 단계(S140)에서 얻은 검출 속도간의 차가 얻어지면, 단계(S160)에서 부하 토크 추정값가 계산된다.
단계(S170)에서, 모터 속도 추정값은 단계(S160)의 계산된 값와 모터 모델 출력으로부터 예측된 모터 속도 계산에 의해 계산되어 저장된다.
단계(S180)에서, 시간(i+1)에서의 속도 증폭기 출력 τMA(i+1)이 단계(S170)의 계산된 값으로부터 계산되어 저장된다.
단계(S190)에서, 모터 토크 명령 τM*(i+1)이 단계(S180)의 출력 τMA(i+1)와 부하 토크 추정값으로부터 계산된다. 단계(S190)에서 토크 명령이 출력되지 않기 때문에, 계산된 값은 저장되지 않는다.
단계(S130)에서, 속도 펄스가 존재하지 않는 경우, 루틴은 단계(S170)으로 뛴다. 즉, 단계(S120)에서 얻어진 모터 모델 출력은 모터 속도 추정값 nM(i+1)을 계산하기 위해 사용된다. 제4도의 제1차 편차 발생 블럭의 출력에 해당하는 데이타로서, 이전의 속도 검출에서 얻어진 값이 저장되었고 사용된다.
전술한 바와 같이, 시간 (i)에서 토크 명령 τM*(i)를 출력함으로써 토크 명령 τM*(i)의 출력의 시간에 대해 미래의 시간인 시간 (i+1)에서 모터 속도 추정값을 예측적으로 계산하는 것이 가능해진다. 따라서, 다음의 모터 속도 추정값이 얻어지면, 시간 (i+1)에서 출력될 토크 명령 τM*(i+1)을 계산하는 것이 가능해진다.
더우기, 전술한 바와 같이 계산을 수행함으로써, 토크 명령의 출력 시간이 정확해지고, 따라서 토크 명령을 기초로 하여 수행된 속도 추정(예측) 계산의 시간 관계가 토크 명령에 의해 변화되는 실제 모터 속도의 시간 관계에 대응하게 된다. 이는 속도 추정이 정확한 시간에 수행될 수 있도록 해준다. 제2도는 극히 저속으로 동작되는 경우를 도시하고 있으나, 전술한 계산은 정상 동작 상태를 나타내는 제3도에 도시된 경우에도 적용될 수 있다. 제2도 및 제3도에서, x표시는 모터 출력 모델을 나타내고, o표시는 모터 속도 추정값을 나타내고, 직선은 모터의 실제 속도를 나타내고, SDP는 속도 검출 펄스를 나타내고, e(i)와 e(i-k)는 위상 기준 계수값(phase meassure count value)의 최신의 위상 계수 데이타(phase count data)를 나타내며, △Te(i)와 △Te(i-k)는 e(i)와 e(i-k)의 각각의 검출된 시간을 나타내는 시간 기준 계수값들(time measure count values)을 나타내며, I는 시간 (i)에서의 속도 제어 계산값을 나타낸다.
이하, 속도 검출 계산 방법을 설명하기로 한다. 속도 검출 방법은 속도 제어 처리의 각각의 구간에서 얻어진 속도 검출 펄스들의 수와 최신의 검출된 펄스가 얻어진 시간을 미리 저장하고, 속도 검출 펄스들의 미리 저장된 수, 그 시간, 최신의 검출 속도 펄스들의 수 및 그 시간으로부터 검출된 속도를 계산함으로써 수행된다. 속도 검출 펄스가 각각의 속도 제어 주기 마다 얻어지지 않는 경우에 적용되는 식은 다음과 같이 얻어진다.
여기서, KPP는 속도 계산값의 변환 계수(translation coefficient)이며, k-1은 속도 검출 펄스가 존재하지 않는 경우의 빈도(frequency)이다. 더우기, 속도 검출 펄스가 각각의 속도 제어 구간 마다 얻어지는 경우에, 속도 검출은 식 (1)에 k-1=0의 조건을 대입함으로써 얻어지는 다음 식 (2)에 의해 계산된다.
다음으로, 모터 모델 출력의 평균화 처리 계산을 설명하기로 한다. 모터 모델 출력의 평균화 처리는 최신의 속도 검출 펄스가 각각의 속도 제어 주기 마다 갱신될 때 수행된다. 제2도에는 모터 모델 출력과 속도 검출 펄스 간의 관계가 도시되어 있다. 제2도의 시간 (i)에서, 속도 검출 펄스 e(i)를 얻었음이 이미 알려져 있기 때문에, 속도 검출 펄스 e(i-k)가 얻어진 시간 (i-k)로부터 속도 검출 펄스 e(i)가 얻어진 시간(i)까지 모터 모델 출력에 대한 평균화 처리가 수행된다. 즉, 제2도에서 참조 기호 A로부터 참조 기호 B까지의 기간 내의 데이타에 대하여 평균화 처리가 수행된다. 평균화 처리는 다음 식 (3)에 의해 수행된다.
이 식 (3)이 제3도에 도시된 경우에 적용된다면, k-1=0라고 가정할 수 있다. 따라서, 식 (3)은 다음과 같이 변형될 수 있다.
전술한 설명은 양호한 실시예에 대해 이루어졌으며, 첨부된 특허 청구의 범위에 의해 정해지는 본 발명의 범위에서 크게 벗어나지 않고 본 발명을 다양하게 변형하고 수정할 수 있음을 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진자라면 충분히 인식할 수 있을 것이다.
Claims (5)
- 속도 제어 시스템에서 속도 추정 계산을 처리하기 위한 방법에 있어서, (a) 속도 제어 처리의 각각의 구간에서 얻어진 속도 검출 펄스들의 수와 상기 속도 검출 펄스들이 얻어진 시간을 저장하는 단계, (b) 최신의 속도 검출 펄스들의 수 및 그 검출 시간과 상기 미리 저장된 속도 검출 펄스들의 수 및 그 검출 시간으로부터 검출 속도를 계산하는 단계, (c) 상기 검출 속도가 얻어진 시간에 대응하는 모터 모델 출력에 대해 평균화 처리를 실행하는 단계, (d) 상기 단계(c)에서 얻어진 출력과 상기 검출 속도 간의 차를 얻는 단계, (e) 상기 단계(d)에서의 차를 관측기 이득으로 곱함으로써 부하 토크 추정계산을 실행하는 단계, (f) 상기 단계(d)에서의 차와 상기 검출 속도와 상기 모터 모델 출력간의 차로부터 다음 제어 구간에 대한 모터 속도의 추정을 실행하는 단계, (g) 속도 증폭기를 비례 요소로 구성함으로써 그리고 상기 단계 (f)에서 얻어진 속도 추정값으로부터 상기 속도 증폭기의 출력을 계산하는 단계, (h) 상기 속도 증폭기의 출력과 상기 부하 토크 추정값을 가산함으로써 토크 명령을 얻는 단계, 및 (i) 다음 속도 제어 구간의 시작점에서 상기 단계 (h)에서의 토크 명령을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 속도 검출이 상기 단계 (b)에서 얻어지지 않는 경우, 다음 구간의 시작에서 출력될 토크 명령이 (j) 상기 이전에 검출된 속도와 상기 이전에 검출된 속도에 대응하는 상기 평균화된 모터 모델 출력 간의 차와 상기 이전에 검출된 속도와 상기 모터 모델출력 간의 차로부터 다음 구간에서의 속도 추정값을 계산하는 단계, (k) 속도 증폭기를 비례 요소에 의해 구성함으로써 그리고 상기 단계 (j)에서 얻어진 속도 추정값으로부터 상기 속도 증폭기의 출력을 계산하는 단계, 및 (l) 상기 속도 증폭기의 출력과 상기 부하 토크 추정값을 가산하는 단계에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 속도 증폭기의 출력은 비례 요소와 적분 요소에 의해 구성되는 상기 속도 증폭기에 의해 계산되어 다음 구간의 시작 시간에 토크 명령으로서 출력되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 속도 증폭기의 출력은 비례 요소와 적분 요소에 의해 구성되는 상기 속도 증폭기에 의해 계산되며, 상기 속도 증폭기의 출력과 상기 부하 토크 추정값의 합은 다음 구간의 시작 시간에 토크 명령으로서 출력되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 속도 제어 시스템에서 속도 추정 계산을 처리하기 위한 추정 시스템에 있어서, 속도 제어 처리의 각각의 구간에서 얻어진 속도 검출 펄스들의 수와 상기 속도 검출 펄스들이 얻어진 시간을 저장하기 위한 저장 수단, 최신의 속도 검출 펄스들의 수 및 그 검출 시간과 상기 미리 저장된 속도 검출 펄스들의 수 및 그 검출 시간으로부터 검출 속도를 계산하기 위한 계산 수단, 상기 검출 속도가 얻어진 시간에 대응하는 모터 모델 출력에 대해 평균화 처리를 실행하기 위하 평균화 수단, 상기 평균화 수단에서 얻어진 출력과 상기 검출 속도 간의 차를 얻기 위한 편차 발생 수단, 상기 편차 발생 수단에서의 차를 관측기 이득으로 곱함으로써 부하 토크 추정 계산을 실행하기 위한 토크 추정값 계산 수단, 상기 편차 발생 수단에서의 차와 상기 검출 속도와 상기 모터 모델 출력간의 차로부터 다음 처리에 대한 모터 속도의 추정을 실행하기 위한 모터 속도 추정값 계산 수단, 속도 증폭기를 비례 요소로 구성함으로써 그리고 상기 모터 속도 추정값 계산 수단에 의해 얻어진 속도 추정값으로부터 상기 속도 증폭기의 출력을 계산하기 위한 증폭 수단, 상기 속도 증폭기의 출력과 상기 부호 토크 추정값을 가산함으로써 토크 명령을 얻기 위한 토크 명령 계산 수단, 및 다음 속도 제어 구간의 시작점에서 상기 토크 명령 계산 수단으로부터의 토크 명령을 출력하기 위한 토크 명령 출력 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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