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1、山東大學(xué) 控制科學(xué)與工程學(xué)院 學(xué)院運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)理論教學(xué)大綱編寫人:段彬 審定人:陳阿蓮編制時(shí)間: 2017年03月 審定時(shí)間:2017年04月一、課程基本信息:課程名稱運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)英文名稱Motion Control System課程編碼sd01732310開課單位控制科學(xué)與工程學(xué)院課程類別通識(shí)教育必修課程 通識(shí)教育核心課程 通識(shí)教育選修課程 學(xué)科基礎(chǔ)平臺(tái)課程 專業(yè)基礎(chǔ)課程 專業(yè)必修課程 專業(yè)選修課程課程性質(zhì)必修 選修學(xué)分3學(xué)時(shí)54適用專業(yè)自動(dòng)化先修課程電子技術(shù)基礎(chǔ)、電機(jī)與拖動(dòng)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、微機(jī)原理與接口技術(shù)等后續(xù)課程畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等課程網(wǎng)站/ACS.html
2、教學(xué)團(tuán)隊(duì)陳阿蓮、段彬、孫波、高芳紅課程負(fù)責(zé)人陳阿蓮二、課程描述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的核心課程之一,是一門應(yīng)用科學(xué)課程。本課程與先修課程聯(lián)系緊密,涉及到的知識(shí)領(lǐng)域極其廣泛,具有很強(qiáng)的理論性,同時(shí)又具有突出的工程實(shí)踐性。該課程的研究對(duì)象是生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用廣泛的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),包括調(diào)速和自動(dòng)控制系統(tǒng),具有理論聯(lián)系實(shí)際的突出特點(diǎn),對(duì)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)和技能,提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力起著重要的作用,并為今后的工作打下基礎(chǔ)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制類專業(yè)的專業(yè)課程,與前續(xù)課程聯(lián)系緊密,涉及到的知識(shí)領(lǐng)域極其廣泛,具有很強(qiáng)的理論性,同時(shí)又具有突出的工程實(shí)踐性。本課程以“電機(jī)學(xué)”、“電子
3、學(xué)”、“變流技術(shù)”、“電機(jī)拖動(dòng)”為基礎(chǔ),以“Simulink”為主要研究工具,以“可編程控制器”、和“微型計(jì)算機(jī)或單片機(jī)”為主要控制器件,以“傳統(tǒng)控制理論和智能控制理論” 為指導(dǎo)。該課程的研究對(duì)象是生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用廣泛的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),包括調(diào)速和自動(dòng)控制系統(tǒng),具有理論聯(lián)系實(shí)際的突出特點(diǎn),對(duì)自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)和技能,提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力,起著重要的作用,并為今后的工作打下基礎(chǔ)。遵循以學(xué)生為主體,以教師為主導(dǎo)的教育理念,針對(duì)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的不同特點(diǎn),合理進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),推進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段改革,恰當(dāng)運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù),有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高教學(xué)效果。在國(guó)內(nèi)首
4、次提出并首次將“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法與理論”應(yīng)用到自動(dòng)控制系統(tǒng)的教學(xué)中,使原來憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)線路的方法,變成了用定理、用公式設(shè)計(jì)的過程。教學(xué)最突出的特點(diǎn)是:授課程時(shí)注重結(jié)合工程實(shí)際;注重典型工程案例的教學(xué);注重引進(jìn)新的成熟科研成果到課堂;注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力;注重畢業(yè)設(shè)計(jì)課題都來源于實(shí)際工程。以多媒體課件教學(xué)為主,使用程度非常熟練;主要特點(diǎn)是:公式、文字具有板書效果和高于板書的動(dòng)畫層次感;靜止的圖形動(dòng)態(tài)化;抽象的理論視覺化。提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)和鉆研問題的興趣,擴(kuò)展了學(xué)生的知識(shí)面,較好解決了知識(shí)膨脹與課堂學(xué)時(shí)緊張的矛盾,受到了聽課學(xué)生的高度評(píng)價(jià)。重視實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè),整合實(shí)踐教學(xué)資源,使
5、其能夠更好地滿足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求。強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式,提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量,切實(shí)提高大學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力?!白詣?dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳動(dòng)”實(shí)驗(yàn)裝置的研制與開發(fā), 2008年獲山東大學(xué)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。共制造了8套,從2004年開始每年為自動(dòng)化專業(yè)的本科學(xué)生180人和從事運(yùn)動(dòng)控制研究的研究生利用該裝置作10個(gè)學(xué)時(shí)的五個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。三、課程教學(xué)目標(biāo)及其對(duì)畢業(yè)要求的重點(diǎn)支持本課程重點(diǎn)研究運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造過程、組成方法和應(yīng)用技術(shù),研究解決系統(tǒng)形成后,在實(shí)際應(yīng)用中所出現(xiàn)的一些實(shí)際問題;熟悉人機(jī)界面設(shè)計(jì)的初步知識(shí)、計(jì)算機(jī)仿真調(diào)試、實(shí)際調(diào)試自動(dòng)控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制系
6、統(tǒng)的一些基本方法和技術(shù)。通過本課程的教學(xué),不僅使學(xué)生掌握各運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理,同時(shí)對(duì)學(xué)生系統(tǒng)掌握自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)和技能,提高其理論聯(lián)系實(shí)際的能力,意義重大,可為學(xué)生在今后的工作和科研夯實(shí)基礎(chǔ)【1.4, 1.5, 2.1, 2.2,3.4,4.1】。具體分析如下:1、培養(yǎng)學(xué)生使用相關(guān)計(jì)算機(jī)軟硬件的能力,并使學(xué)生能將其應(yīng)用在自動(dòng)控制系統(tǒng)分析;【1.4】2、培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用相關(guān)先修課程知識(shí)的能力,能夠?qū)⑾刃薜母鲗W(xué)科知識(shí)綜合用于解決自動(dòng)控制系統(tǒng)的復(fù)雜問題;【1.5】3、培養(yǎng)學(xué)生的洞察能力,使學(xué)生能夠針對(duì)復(fù)雜自動(dòng)控制系統(tǒng)的工程,發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確表達(dá)其中的問題;【2.1】4、培養(yǎng)學(xué)生分析復(fù)雜自動(dòng)控制系統(tǒng)工程的
7、能力,使其能將自動(dòng)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和各個(gè)參數(shù)分析透徹;【2.2】5、培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和建立模型的能力,能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件(如Simulink等)進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)特性的綜合分析;【3.4】6、培養(yǎng)學(xué)生具有自主采用科學(xué)方法來研究和解決自動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的能力?!?.1】四、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配1、自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法(10學(xué)時(shí))【1.5,2.1,2.2,3.4,4.1】1.1 物體運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(線路)的設(shè)計(jì)方法1.2 恒值控制系統(tǒng)的形成方法1.3 智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介目標(biāo)及要求:通過學(xué)習(xí)一般概念,學(xué)生充分了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法等知識(shí),如步進(jìn)邏輯公式法等,為后續(xù)學(xué)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)
8、相關(guān)知識(shí)打下基礎(chǔ)。教學(xué)和學(xué)習(xí)建議:建議教師結(jié)合教學(xué)課件采用包含工程實(shí)例的多媒體教學(xué)方式;學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意與聯(lián)系實(shí)際,掌握專業(yè)知識(shí)和技能。教學(xué)/考核難點(diǎn)重點(diǎn):步進(jìn)邏輯公式法、最小程序步判定定理、抑制定理、反饋定理、多環(huán)組合定理。2、閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)仿真(10學(xué)時(shí))【1.4,1.5,2.1,2.2,3.4】2.1 開環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)構(gòu)造過程及其靜特性2.2 單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)分析2.3 電壓負(fù)反饋電流補(bǔ)償控制的調(diào)速系統(tǒng)2.4 Simulink建模與仿真技術(shù)2.5 PID調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律分析2.6 單閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例分析目標(biāo)及要求:通過本章學(xué)習(xí),學(xué)生能夠熟練掌握如何按照
9、生產(chǎn)工藝所提出的靜態(tài)指標(biāo)要求設(shè)計(jì)控制系統(tǒng);學(xué)會(huì)使用物體恒值相關(guān)控制理論和方法,解決生產(chǎn)工藝所提出的靜態(tài)指標(biāo)要求的問題,并學(xué)會(huì)MATLAB/Simulink的使用技巧和方法,有助于學(xué)生掌握“仿真分析實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的正確科學(xué)思維和科學(xué)方法。教學(xué)和學(xué)習(xí)建議:建議教師授踐結(jié)合,結(jié)合教學(xué)課件采用多媒體教學(xué)和軟件實(shí)時(shí)編程教學(xué)的方式,激發(fā)學(xué)生興趣,引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)踐;學(xué)生應(yīng)注意掌握專業(yè)知識(shí)和技能,課下自主實(shí)踐練習(xí)。教學(xué)/考核難點(diǎn)重點(diǎn):轉(zhuǎn)速單閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造過程及工作原理。3、多閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)構(gòu)造及PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)組態(tài)(8學(xué)時(shí))【1.4,1.5,2.1,2.2,3.4,4.1】3.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)
10、速控制系統(tǒng)及其靜特性3.2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能及其仿真3.3 無轉(zhuǎn)速超調(diào)的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)3.4 多環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的構(gòu)造過程及性能分析3.5 弱磁控制的直流調(diào)速控制系統(tǒng)3.6 PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài) 目標(biāo)及要求:通過本章節(jié)學(xué)習(xí),學(xué)生將能夠設(shè)計(jì)控制系統(tǒng),不僅使其滿足生產(chǎn)工藝的靜態(tài)指標(biāo)要求,而且能滿足生產(chǎn)工藝的動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求,同時(shí)學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)總線在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。教學(xué)和學(xué)習(xí)建議:建議教師結(jié)合教學(xué)課件采用多媒體教學(xué)的方式 ;學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意掌握專業(yè)知識(shí)和技能。教學(xué)/考核難點(diǎn)重點(diǎn):電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)、多閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)造過程及工作原理。4、可逆調(diào)速控制系統(tǒng)及全數(shù)字調(diào)速
11、控制器(6學(xué)時(shí))【1.5,2.1,2.2,3.4】4.1 晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及其回饋制動(dòng)4.2 可逆線路中的環(huán)流及其抑制措施4.3 有環(huán)流可逆調(diào)速控制系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)仿真4.4 無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)及控制系統(tǒng)仿真4.5 直流脈寬調(diào)速控制系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)仿真目標(biāo)及要求:通過本章學(xué)習(xí),學(xué)生能掌握反并聯(lián)可逆調(diào)速控制系統(tǒng)的構(gòu)造過程及工作原理、直流脈寬調(diào)速控制系統(tǒng)的構(gòu)造過程及工作原理和可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)造過程及工作原理,并且理解和張波最優(yōu)制動(dòng)控制思想。本章內(nèi)容有助于學(xué)生掌握正確的科學(xué)思維方法和科學(xué)研究方法。教學(xué)和學(xué)習(xí)建議:建議教師結(jié)合教學(xué)課件采用多媒體教學(xué)方式;學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)掌握專業(yè)知識(shí)和技能,
12、并通過實(shí)驗(yàn)深化熟練。教學(xué)/考核難點(diǎn)重點(diǎn):有環(huán)流可逆調(diào)速控制系統(tǒng)的構(gòu)造過程、邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速控制系統(tǒng)的構(gòu)造過程及工作原理。5、調(diào)速器的使用方法及常見故障維修(2學(xué)時(shí))【2.2】5.1 全數(shù)字直流調(diào)速器的結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)軟件組態(tài)5.2 直流調(diào)速器常見故障的處理目標(biāo)及要求:通過本章節(jié)學(xué)習(xí),學(xué)生能掌握直流調(diào)速器的相關(guān)基本知識(shí)。本章內(nèi)容有助于學(xué)生掌握正確的科學(xué)思維方法和科學(xué)研究方法。教學(xué)和學(xué)習(xí)建議:建議教師結(jié)合教學(xué)課件采用多媒體與實(shí)物對(duì)比的教學(xué)方式;學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意掌握專業(yè)知識(shí)和技能。教學(xué)/考核難點(diǎn)重點(diǎn):全數(shù)字控制系統(tǒng)的基本組態(tài)方法。6、系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)及觸摸屏的使用方法(6學(xué)時(shí))【1.4】6.1 人
13、機(jī)界面研究的內(nèi)容及常用認(rèn)知心理學(xué)知識(shí)6.2 控制系統(tǒng)裝置人機(jī)界面的色彩搭配6.3 顯示與控制界面的設(shè)計(jì)原則6.4 觸摸屏工作原理及MT500使用入門6.5 MT500與XP270觸摸屏常見技術(shù)問題的解決方法6.6 WinCC Flexible使用簡(jiǎn)介目標(biāo)及要求:通過本章的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠掌握現(xiàn)代控制系統(tǒng)人機(jī)界面(HMI)的設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)知識(shí)。本章內(nèi)容有助于學(xué)生掌握正確的科學(xué)思維方法和科學(xué)研究方法。教學(xué)和學(xué)習(xí)建議:建議教師結(jié)合教學(xué)課件采用多媒體教學(xué)的方式;學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意掌握專業(yè)知識(shí)和技能,并注意在實(shí)習(xí)實(shí)踐中觀察分析。教學(xué)/考核難點(diǎn)重點(diǎn):控制系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)的基本要素。7、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)工程實(shí)例(2學(xué)時(shí)
14、)【1.4,1.5,2.1,2.2,4.1】目標(biāo)及要求:通過本章學(xué)習(xí),學(xué)生能夠?qū)⑶傲碌膬?nèi)容集成應(yīng)用。由于前六章的內(nèi)容在本章形成一個(gè)整體,組成能滿足生產(chǎn)工藝要求的自動(dòng)控制系統(tǒng),因此,學(xué)生將主要學(xué)到主電路和控制電路的電氣原理、關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)和調(diào)試技巧。本章內(nèi)容有助于學(xué)生提高其對(duì)所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)綜合能力,掌握正確的科學(xué)思維方法和科學(xué)研究方法。教學(xué)和學(xué)習(xí)建議:建議教師結(jié)合教學(xué)課件,采用工程實(shí)例照片或視頻與多媒體教學(xué)的方式;學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意與實(shí)際掛鉤,深化掌握專業(yè)知識(shí)和應(yīng)用技能。教學(xué)/考核難點(diǎn)重點(diǎn):自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程及步驟。五、各章教學(xué)目標(biāo)及要求與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系表畢業(yè)要求1.4畢業(yè)要求1.5畢業(yè)要
15、求2.1畢業(yè)要求2.2畢業(yè)要求3.4畢業(yè)要求4.1第一章XXXXX第二章XXXXX第三章XXXXXX第四章XXXX第五章X第六章X第七章XXXXX六、教學(xué)方法在教學(xué)上,遵循以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)和授踐結(jié)合的教育理念,針對(duì)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的不同特點(diǎn),合理設(shè)計(jì)教學(xué)各環(huán)節(jié),推進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段改革,恰當(dāng)運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù),有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高教學(xué)效果。在國(guó)內(nèi)首次將“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法與理論”應(yīng)用到自動(dòng)控制系統(tǒng)的教學(xué)中,使原來僅憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)線路的方法,轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎枚ɡ怼⒐皆O(shè)計(jì)的科學(xué)過程。本課程教學(xué)最突出的特點(diǎn)是:授課程時(shí)注重與實(shí)際工程結(jié)合,即注重典型工
16、程案例的教學(xué);注重引進(jìn)新的科研成果到課堂;注重培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題和創(chuàng)新的能力:(1)以多媒體課件教學(xué)為主,使用程度非常熟練;主要特點(diǎn)是:公式、文字具有板書效果和高于板書的動(dòng)畫層次感;靜止的圖形動(dòng)態(tài)化和工程視頻;抽象的理論視覺化。提高了學(xué)生學(xué)習(xí)和鉆研問題的興趣,擴(kuò)展了學(xué)生知識(shí)面,較好解決了知識(shí)膨脹與課堂學(xué)時(shí)緊張的矛盾,受到了聽課學(xué)生的高度評(píng)價(jià)。(2)重視整合實(shí)踐教學(xué)資源,使其能夠更好地滿足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求。強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式,提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量,切實(shí)提高大學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。七、考核及成績(jī)?cè)u(píng)定方式【考核方式】:包括過程考核(課堂提問、小組討論、章節(jié)習(xí)題等)、實(shí)驗(yàn)考核(實(shí)
17、驗(yàn)報(bào)告、開卷)期末考試(筆試、閉卷)等?!境煽?jī)?cè)u(píng)定】:其中過程考核占20%,實(shí)驗(yàn)考核占10%,期末考試70%?!究己藢?duì)畢業(yè)要求的支撐】表6.1 考核對(duì)畢業(yè)要求的支撐一級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)考核點(diǎn)1考核點(diǎn)2考核點(diǎn)3考核點(diǎn)4考核點(diǎn)5考核點(diǎn)6考核點(diǎn)7考核點(diǎn)811.41.522.12.233.444.1在表6.1中:考核點(diǎn)1為:步進(jìn)邏輯公式法和最小程序步判定定理的理解及應(yīng)用考核點(diǎn)2為:抑制定理、反饋定理和多環(huán)組合定理的理解及應(yīng)用考核點(diǎn)3為:轉(zhuǎn)速單閉環(huán)和轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)及多閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)造過程及工作原理考核點(diǎn)4為:有環(huán)流可逆調(diào)速控制系統(tǒng)的構(gòu)造過程、邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速控制系統(tǒng)的構(gòu)造過程及工作原理考核點(diǎn)5為:全數(shù)字控制系統(tǒng)的組態(tài)方法與故障處理、自動(dòng)控制系統(tǒng)通用仿真軟件的使用考核點(diǎn)6為:自動(dòng)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則和方法及觸摸屏畫面的組態(tài)原理考核點(diǎn)7為:現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)及Profibus在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用考核點(diǎn)8為:自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則及步驟八、教材及參考資料教材:運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)工程,曾毅、陳阿蓮,北京:機(jī)械
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