JP2766155B2 - Motor speed control device - Google Patents
Motor speed control deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、モータ速度制御装置に
関し、特にPLL(Phase Locked Loop )制御によって
高精度に速度制御するモータ速度制御装置に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor speed control device, and more particularly to a motor speed control device for controlling the speed with high accuracy by PLL (Phase Locked Loop) control.
【0002】[0002]
【従来の技術】図2は従来のPLL制御によるモータ速
度制御装置の一構成例を示すブロック図、図3は図2の
モータ速度制御装置の動作を示すタイミングチャートで
ある。2. Description of the Related Art FIG. 2 is a block diagram showing an example of a configuration of a conventional motor speed control device based on PLL control, and FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the motor speed control device shown in FIG.
【0003】図2において、Mはモータで、この場合、
例えば磁石モータが使用される。FGは位置検出器で、
モータMの回転速度に比例した角周波数ωi のパルス信
号よりなる位置検出信号Si を発生する。SPGは基準
パルス発生器で、位置検出信号Si の制御目標値として
設定されてなる角周波数ω0 の基準パルス信号S0 を発
生する。該角周波数ω0 は例えば2kHzに設定されて
いる。PFCは位相周波数比較器で、基準パルス信号S
0 の位相θ0 と位置検出信号Si の位相θi とを比較し
て、角周波数ωi が角周波数ω0 を基準としたプルイン
範囲外ならば位置検出信号Si の周波数が基準パルス信
号S0 の周波数に近づくべくモータMに対する高加速制
御又は高減速制御対応の出力となし、プルイン以降はホ
ールドイン範囲内ならば相互の位相差信号(θ0 −θi
)に基づく方形波の信号Aを出力する。図3はホール
ドイン状態を示している。LPF1は第1のローパスフ
ィルタで、位相周波数比較器PFCの信号Aを、例えば
数kHz〜数百Hzに亘って数十dB〜0dB減衰させ
る減衰特性をもってローパスして三角波の信号Fを出力
する。LPF2は第2のローパスフィルタで、第1のロ
ーパスフィルタLPF1と同等の減衰特性をもって信号
Fの平均による信号Gを出力する。ADEはアナログ微
分回路で、第2のローパスフィルタLPF2の信号Gを
微分してこの制御系が発振しないで安定に動作するよう
に、各ローパスフィルタLPF1,LPF2と共にこの
制御系の位相補償をして信号Hを出力する。上記の各ロ
ーパスフィルタLPF1,LPF2と各アナログ微分回
路ADE等とは、位相周波数比較器PFCのデジタル信
号に対するアナログ化を伴ったアナログ位相補償回路を
構成している。SEWPは位置検出信号Si の発生毎に
充電を繰り返すようにしたのこぎり波Iを発生するのこ
ぎり波発生回路、PWMはパルス幅変調回路で、パルス
幅変調回路PWMは、信号Hをのこぎり波Iと比較して
信号Hがのこぎり波Iを上回っている期間の方形波の信
号Dを生成する。AMPはパワーアンプで、信号Dを増
幅してモータMに与える。In FIG. 2, M is a motor, and in this case,
For example, a magnet motor is used. FG is a position detector,
A position detection signal Si consisting of a pulse signal having an angular frequency .omega.i proportional to the rotation speed of the motor M is generated. SPG is a reference pulse generator which generates a reference pulse signal S0 having an angular frequency .omega.0 set as a control target value of the position detection signal Si. The angular frequency ω0 is set to, for example, 2 kHz. PFC is a phase frequency comparator, and a reference pulse signal S
Is compared with the phase θi of the position detection signal Si, if the angular frequency ωi is outside the pull-in range based on the angular frequency ω0, the frequency of the position detection signal Si approaches the frequency of the reference pulse signal S0. There is no output corresponding to high acceleration control or high deceleration control for the motor M. After the pull-in, if the output is within the hold-in range, a mutual phase difference signal (θ0−θi
) Is output. FIG. 3 shows a hold-in state. The LPF 1 is a first low-pass filter, which low-passes the signal A of the phase frequency comparator PFC with an attenuation characteristic of several tens dB to 0 dB over several kHz to several hundred Hz, for example, and outputs a triangular signal F. LPF2 is a second low-pass filter, and outputs a signal G by averaging the signal F with the same attenuation characteristics as the first low-pass filter LPF1. ADE is an analog differentiating circuit which differentiates the signal G of the second low-pass filter LPF2 and performs phase compensation of the control system together with the low-pass filters LPF1 and LPF2 so that the control system operates stably without oscillation. The signal H is output. Each of the low-pass filters LPF1 and LPF2 and each of the analog differentiating circuits ADE and the like constitute an analog phase compensating circuit that accompanies a digital signal of the phase frequency comparator PFC with an analog signal. SEWP is a sawtooth wave generating circuit for generating a sawtooth wave I in which charging is repeated every time the position detection signal Si is generated, PWM is a pulse width modulation circuit, and the pulse width modulation circuit PWM compares the signal H with the sawtooth wave I. As a result, a square wave signal D is generated during a period in which the signal H exceeds the sawtooth wave I. AMP is a power amplifier, which amplifies the signal D and supplies it to the motor M.
【0004】以上の図2の構成において、この制御系が
作動開始すると、基準パルス発生器SPGは角周波数ω
0 の基準パルス信号S0 を継続して発生する。位相周波
数比較器PFCがプルインされ且つモータMの位置検出
器FGによる角周波数ωi がホールドイン範囲内に制御
されているものとすると、位相周波数比較器PFCは相
互の位相差信号(θ0 −θi )に基づくデューティーの
方形波の信号Aを出力する。信号Aは、ローパスフィル
タLPF1,LPF2によってローパスされて信号Gと
なり、更にアナログ微分回路ADEによって微分されて
信号Hとなる。信号Hはパルス幅変調回路PWMによっ
てパルス幅変調されて信号Dとなり、信号Dがパワーア
ンプAMPによって増幅されて、モータMの駆動用信号
となる。その結果、位相差信号(θ0 −θi )の値が負
帰還されて、角周波数ωi が、角周波数ω0 に近づくべ
く制御される。In the configuration shown in FIG. 2, when this control system starts to operate, the reference pulse generator SPG changes the angular frequency ω
The reference pulse signal S0 of 0 is continuously generated. Assuming that the phase frequency comparator PFC is pulled in and the angular frequency ωi of the position detector FG of the motor M is controlled within the hold-in range, the phase frequency comparator PFC has a mutual phase difference signal (θ0−θi). And outputs a square wave signal A having a duty based on The signal A is low-passed by the low-pass filters LPF1 and LPF2 to become a signal G, and is further differentiated by an analog differentiating circuit ADE to become a signal H. The signal H is pulse-width modulated by the pulse width modulation circuit PWM to become a signal D. The signal D is amplified by the power amplifier AMP and becomes a driving signal for the motor M. As a result, the value of the phase difference signal (θ0−θi) is negatively fed back, and the angular frequency ωi is controlled to approach the angular frequency ω0.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のモ
ータ速度制御装置においては、位相周波数比較器による
デジタル信号を、アナログ変換して位相補償し、これを
デジタル信号に変換してモータを駆動するようにしてい
るので、アナログ変換と位相補償のために複数段のロー
パスフィルタとアナログ微分回路等を必要とし、更にデ
ジタル信号に変換するためにパルス幅変調回路等を必要
とするなどで、回路構成が複雑になるという問題点があ
った。However, in the above-described motor speed control device, the digital signal from the phase frequency comparator is converted into an analog signal to compensate the phase, and this is converted into a digital signal to drive the motor. Therefore, a multi-stage low-pass filter and analog differentiating circuit are required for analog conversion and phase compensation, and a pulse width modulation circuit is required for conversion to a digital signal. There was a problem of becoming.
【0006】本発明の目的は、各制御要素がデジタル信
号によって作動するようにして構成が簡単なモータ速度
制御装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a motor speed control device having a simple structure in which each control element is operated by a digital signal.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、モータの回転速度に比例した周波数のパ
ルス信号よりなる位置検出信号を発生する位置検出器
と、位置検出信号の制御目標値として設定されてなる周
波数の基準パルス信号の位相と位置検出信号の位相とを
比較して位置検出信号の周波数が基準パルス信号の設定
周波数範囲内において時間幅よりなる相互の位相差信号
を出力する位相比較器と、該位相差信号に基づいてモー
タ駆動用信号を生成する位相補償回路とを備えたモータ
速度制御装置において、前記位相補償回路は、位相差信
号を受けて位置検出信号のパルス発生毎に充放電する充
放電回路と、位相差信号のデューティー比に従ってレベ
ルが加減され且つ複数の基準パルス信号が発生する期間
に亘って該レベルを保持する積分回路と、該充放電回路
と積分回路との値を比較して相互の大又は小の判別に基
づいたパルス幅のモータ駆動用信号を発生する比較器と
により構成した。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a position detector for generating a position detection signal comprising a pulse signal having a frequency proportional to the rotation speed of a motor, and a control of the position detection signal. The phase of the reference pulse signal of the frequency set as the target value and the phase of the position detection signal are compared, and the mutual phase difference signal having the time width within the set frequency range of the reference pulse signal is obtained. In a motor speed control device including a phase comparator that outputs a signal and a phase compensation circuit that generates a motor drive signal based on the phase difference signal, the phase compensation circuit receives the phase difference signal and outputs a position detection signal. A charge / discharge circuit for charging / discharging each time a pulse is generated, and adjusting the level over a period in which the level is adjusted according to the duty ratio of the phase difference signal and a plurality of reference pulse signals are generated. An integrating circuit for lifting and constituted by a comparator for generating a motor driving signal having a pulse width based on the determination of large or small mutually by comparing the value of an integration circuit and said charging and discharging circuit.
【0008】[0008]
【作用】本発明によれば、位相比較器から基準パルス信
号の位相と位置検出信号の位相との相互差による時間幅
よりなる位相差信号が出力されて、充放電回路が位相差
信号を受けて位置検出信号のパルス発生毎に充放電さ
れ、また、該位相差信号のデューティー比に従って積分
回路のレベルが加減されると共に位置検出信号の複数の
パルスが発生する期間に亘って該レベルが保持され、充
放電回路の充電レベルと積分回路のレベルとが比較器に
より比較されて相互の大又は小の判別に基づいたパルス
幅のモータ駆動用信号を発生し、該モータ駆動用信号に
よってモータが駆動される。According to the present invention, the phase comparator outputs a phase difference signal having a time width based on the mutual difference between the phase of the reference pulse signal and the phase of the position detection signal, and the charge / discharge circuit receives the phase difference signal. Each time a pulse of the position detection signal is generated, the level of the integrating circuit is adjusted according to the duty ratio of the phase difference signal, and the level is maintained over a period during which a plurality of pulses of the position detection signal are generated. The charge level of the charge / discharge circuit and the level of the integration circuit are compared by a comparator to generate a motor drive signal having a pulse width based on the determination of the magnitude of each other, and the motor is driven by the motor drive signal. Driven.
【0009】[0009]
【実施例】図1は本発明の一実施例を示すPLL制御に
よるモータ速度制御装置の構成図である。同図におい
て、図2と同等の部分には同一の符号を付して示し、以
下に異なる部分について説明する。図4は図1のモータ
速度制御装置の動作を示すタイミングチャートである。FIG. 1 is a block diagram of a motor speed control device based on PLL control according to an embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and different parts will be described below. FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the motor speed control device of FIG.
【0010】DPC1はデジタル位相補償回路で、抵抗
R1 とコンデンサC1 とは、時定数τ1 =R1 C1 によ
る充放電回路をなし、位相周波数比較器PFCから発生
した位相差信号(θ0 −θi )に基づいてなるデューテ
ィーの方形波の信号Aを受けて、信号Si のパルス発生
毎に充放電してなる信号Bを生成する。抵抗R2 ,R3
,R4 ,R5 とコンデンサC2 とは、時定数τ1 より
も著しく大きい時定数τ2 =R2 C2 による積分回路を
なし、信号Aに従ってレベルが加減されて信号Cを生成
し、且つ位置検出信号Si の複数のパルスが発生する期
間に亘って該レベルを保持するようにしている。COM
Pは電圧比較器で、充放電回路の信号Bのレベルと積分
回路の信号Cのレベルとを比較して相互の大又は小の判
別に基づいたパルス幅の信号DA を生成する。+Vは各
要素の制御電圧である。該積分回路においては、制御電
圧+Vを抵抗R3 とR4 とで分圧された分電圧が抵抗R
5 によって設定された配分比をもって加算されるように
構成されており、信号Bの平均レベルの変化により充放
電特性が変化することによる信号DA の位相を補償する
ために、時定数τ2による積分値が比較的に小(信号A
のデューティーが小)のときは該加算量が比較的に大に
なるように補正される。該補正された信号Cはまた、信
号Aのデューティーが安定して50%のときに信号Bの
レベルの平均値となるように各定数が設定されている。
AMPA はパワーアンプで、信号DA を増幅してモータ
Mに与える。DPC1 is a digital phase compensation circuit. The resistor R1 and the capacitor C1 form a charge / discharge circuit with a time constant τ1 = R1 C1, and are based on a phase difference signal (θ0−θi) generated from a phase frequency comparator PFC. Receiving a square wave signal A having the following duty, a signal B is generated by charging and discharging each time a pulse of the signal Si is generated. Resistance R2, R3
, R4, R5 and the capacitor C2 form an integrating circuit with a time constant .tau.2 = R2 C2 which is significantly larger than the time constant .tau.1, and the level is adjusted according to the signal A to generate the signal C. The level is maintained over the period in which the pulse of (1) is generated. COM
P is a voltage comparator which compares the level of the signal B of the charging / discharging circuit and the level of the signal C of the integrating circuit to generate a signal DA having a pulse width based on the discrimination of the magnitude of each other. + V is a control voltage of each element. In the integrating circuit, a divided voltage obtained by dividing the control voltage + V by the resistors R3 and R4 is represented by a resistor R
5 so as to compensate for the phase of the signal DA caused by the change in the charge / discharge characteristics due to the change in the average level of the signal B. Is relatively small (signal A
When the duty is small), the correction is made so that the addition amount becomes relatively large. Each constant of the corrected signal C is set so that the level of the signal B becomes an average value when the duty of the signal A is 50% stably.
AMPA is a power amplifier which amplifies the signal DA and gives it to the motor M.
【0011】以上の図1の構成において、この制御系が
作動開始すると、基準パルス発生器SPGは角周波数ω
0 の基準パルス信号S0 を継続して発生する。位相周波
数比較器PFCがプルインされ且つモータMの位置検出
器FGによる角周波数ωi がホールドイン範囲内に制御
されているものとすると、位相周波数比較器PFCは相
互の位相差信号(θ0 −θi )に基づくデューティーの
方形波の信号Aを出力する。抵抗R1 とコンデンサC1
とによる充放電回路は、信号Aの高レベル期間に亘って
充電レベルが上昇し、低レベル期間に亘って降下してデ
ューティーに基づいたレベルの三角波状の信号Bを生成
する。一方、抵抗R2 ,R3 ,R4 ,R5 とコンデンサ
C2 とによる積分回路においては、信号Aに従ってレベ
ルが加減されて信号Cが生成され且つ位置検出信号Si
の複数のパルスが発生する期間に亘って該レベルが保持
される。信号Cは図4に示すように、信号Aのレベル変
化に緩やかに応答して変化する。充放電回路の信号Bの
レベルと積分回路の信号Cのレベルは、電圧比較器CO
MPによって比較され、その判別に基づいて信号Bのレ
ベルが信号Cのレベルよりも大のときに高レベルとなる
パルス幅のモータ駆動用信号DA が生成される。該モー
タ駆動用信号DA はパワーアンプAMPA によって増幅
されてこれによりモータMが駆動される。In the configuration shown in FIG. 1, when the control system starts to operate, the reference pulse generator SPG changes the angular frequency ω
The reference pulse signal S0 of 0 is continuously generated. Assuming that the phase frequency comparator PFC is pulled in and the angular frequency ωi of the position detector FG of the motor M is controlled within the hold-in range, the phase frequency comparator PFC has a mutual phase difference signal (θ0−θi). And outputs a square wave signal A having a duty based on Resistor R1 and capacitor C1
The charge / discharge circuit generates a triangular-wave signal B having a level based on the duty by increasing the charge level during the high-level period of the signal A and decreasing the charge level during the low-level period. On the other hand, in an integrating circuit including the resistors R2, R3, R4, R5 and the capacitor C2, the level is adjusted according to the signal A to generate the signal C and the position detection signal Si.
The level is maintained over a period in which a plurality of pulses are generated. The signal C changes gently in response to the level change of the signal A, as shown in FIG. The level of the signal B of the charge / discharge circuit and the level of the signal C of the integration circuit are determined by the voltage comparator CO.
The motor driving signal DA having a pulse width which becomes high when the level of the signal B is higher than the level of the signal C is generated based on the comparison. The motor driving signal DA is amplified by the power amplifier AMPA, and the motor M is driven.
【0012】図5は図1におけるデジタル位相補償回路
DPC1に代えてデジタル位相補償回路DPC2を用い
たモータ速度制御装置の他の実施例を示す構成図であ
る。同図において、ANDはアンドゲ−トで、信号Aと
信号DA との論理積によるパルス幅の信号EA を生成す
る。パワーアンプAMPA は、信号EA を増幅してモー
タMに与える。該信号DA によるモータ駆動用信号はブ
ラシ付きのDCモータ駆動用として適用される。FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of the motor speed controller using a digital phase compensation circuit DPC2 instead of the digital phase compensation circuit DPC1 in FIG. In the figure, AND denotes an AND gate, which generates a signal EA having a pulse width based on a logical product of the signal A and the signal DA. The power amplifier AMPA amplifies the signal EA and supplies it to the motor M. The motor driving signal based on the signal DA is applied for driving a brushed DC motor.
【0013】図4のタイミングチャートに、図5のモー
タ速度制御装置による信号EA を併記している。図5の
モータ速度制御装置によれば、図1におけると同様な信
号Aと信号DA との論理積によるパルス幅のモータ駆動
用信号EA が、アンドゲ−トANDにより演算されて生
成される。該モータ駆動用信号EA はパワーアンプAM
PA によって増幅されて、これによりモータMが駆動さ
れる。該信号EA によるモータ駆動用信号は位置検出信
号Si と同期しているので、ブラシレスDCモータ駆動
用としてその要件を満たして適用される。The signal EA from the motor speed controller shown in FIG. 5 is also shown in the timing chart of FIG. According to the motor speed control device of FIG. 5, a motor drive signal EA having a pulse width based on the logical product of the signal A and the signal DA similar to that in FIG. 1 is generated by an AND gate AND. The motor drive signal EA is a power amplifier AM
Amplified by PA, which drives the motor M. Since the motor drive signal based on the signal EA is synchronized with the position detection signal Si, it is applied to a brushless DC motor drive satisfying the requirements.
【0014】[0014]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、位
相比較器から基準パルス信号の位相と位置検出信号の位
相との相互差による時間幅よりなる位相差信号を出力
し、充放電回路が該位相差信号を受けて位置検出信号の
パルス発生毎に充放電され、また、該位相差信号のデュ
ーティー比に従って積分回路のレベルが加減されると共
に複数の基準パルス信号が発生する期間に亘って該レベ
ルが保持され、充放電回路の充電レベルと積分回路のレ
ベルとが比較器により比較されて相互の大又は小の判別
に基づいたパルス幅のモータ駆動信号を生成するように
したので、これら充放電回路と積分回路と比較器とによ
る位相補償回路がデジタル信号による信号処理を可能に
して、位相補償に対する制約が少なくなって位相補償段
数を低減できるなどで、回路構成が簡略化される。As described above, according to the present invention, the phase comparator outputs a phase difference signal having a time width based on the mutual difference between the phase of the reference pulse signal and the phase of the position detection signal, thereby providing a charge / discharge circuit. Is charged and discharged each time a pulse of the position detection signal is generated in response to the phase difference signal, and the level of the integrator circuit is adjusted according to the duty ratio of the phase difference signal and a plurality of reference pulse signals are generated over a period of time. Since the level is held, and the charge level of the charge / discharge circuit and the level of the integration circuit are compared by a comparator to generate a motor drive signal having a pulse width based on the discrimination of the magnitude of each other, The phase compensating circuit including the charging / discharging circuit, the integrating circuit, and the comparator enables signal processing using digital signals, thereby reducing restrictions on phase compensation and reducing the number of phase compensation stages. , The circuit configuration is simplified.
【図1】本発明の一実施例を示すモータ速度制御装置の
構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a motor speed control device showing one embodiment of the present invention.
【図2】従来のモータ速度制御装置のブロック図FIG. 2 is a block diagram of a conventional motor speed control device.
【図3】図2のモータ速度制御装置の動作を示すタイミ
ングチャートFIG. 3 is a timing chart showing the operation of the motor speed control device of FIG. 2;
【図4】図1のモータ速度制御装置のデジタル位相補償
回路の実施例を示す回路図FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of a digital phase compensation circuit of the motor speed control device of FIG. 1;
【図5】本発明の他の実施例を示すモータ速度制御装置
の構成図FIG. 5 is a configuration diagram of a motor speed control device showing another embodiment of the present invention.
M…モータ、FG…位置検出器、SPG…基準パルス発
生器、PFC…位相周波数比較器、DPC1,DPC2
…デジタル位相補償回路、AMPA …パワーアンプ、R
1,R2,R3,R4,R5…抵抗、C1,C2…コン
デンサ、COMP…比較器、AND …アンドゲ−ト。M: motor, FG: position detector, SPG: reference pulse generator, PFC: phase frequency comparator, DPC1, DPC2
... Digital phase compensation circuit, AMPA ... Power amplifier, R
1, R2, R3, R4, R5: resistance, C1, C2: capacitor, COMP: comparator, AND: AND gate.
Claims (1)
ルス信号よりなる位置検出信号を発生する位置検出器
と、位置検出信号の制御目標値として設定されてなる周
波数の基準パルス信号の位相と位置検出信号の位相とを
比較して位置検出信号の周波数が基準パルス信号の設定
周波数範囲内において時間幅よりなる相互の位相差信号
を出力する位相比較器と、該位相差信号に基づいてモー
タ駆動用信号を生成する位相補償回路とを備えたモータ
速度制御装置において、 前記位相補償回路は、位相差信号を受けて位置検出信号
のパルス発生毎に充放電する充放電回路と、位相差信号
のデューティー比に従ってレベルが加減され且つ複数の
基準パルス信号が発生する期間に亘って該レベルを保持
する積分回路と、該充放電回路と積分回路との値を比較
して相互の大又は小の判別によるパルス幅のモータ駆動
用信号を発生する比較器とにより構成した、 ことを特徴とするモータ速度制御装置。1. A position detector for generating a position detection signal comprising a pulse signal having a frequency proportional to the rotation speed of a motor, and a phase and a position of a reference pulse signal having a frequency set as a control target value of the position detection signal. A phase comparator for comparing the phase of the detection signal with the phase detection signal and outputting a mutual phase difference signal having a time width within a set frequency range of the reference pulse signal, and driving the motor based on the phase difference signal A phase compensation circuit for generating a signal for use in the motor speed control device, wherein the phase compensation circuit receives a phase difference signal and charges and discharges each time a pulse of a position detection signal is generated, An integration circuit that maintains the level over a period in which the level is adjusted according to the duty ratio and a plurality of reference pulse signals are generated, and a value of the charge / discharge circuit and the integration circuit. Compare to configured by a comparator for generating a motor driving signal having a pulse width by a large or small determination of the cross, motor speed controller, characterized in that.
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JPH06292382A JPH06292382A (en) | 1994-10-18 |
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- 1993-04-05 JP JP5078219A patent/JP2766155B2/en not_active Expired - Fee Related
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