基于MATLAB的质量-弹簧-阻尼系统3种仿真方法研究

1

作者 叶旭 金爱国 郭德强 《今日自动化》 2024年第3期170-172,共3页

以常见的二阶质量–弹簧–阻尼系统为研究对象,通过分析该系统的物理过程并建立数学模型,首次采用MATLAB软件提供的.m文件、Simulink和Simscape 3种仿真方法完成对应模型的搭建,并在相同物理参数的条件下仿真、分析和比较,验证了针对该... 以常见的二阶质量–弹簧–阻尼系统为研究对象,通过分析该系统的物理过程并建立数学模型,首次采用MATLAB软件提供的.m文件、Simulink和Simscape 3种仿真方法完成对应模型的搭建,并在相同物理参数的条件下仿真、分析和比较,验证了针对该系统的MATLAB 3种仿真方法测试结果的一致性,同时介绍了3种方法的各自优势。按照MATLAB软件提供的元件模块化搭建系统,仿真及测试过程简洁、清晰,便于系统集成和拓展,为技术人员使用MATLAB软件在工程仿真与应用中提供了可靠的参考依据。 展开更多

关键词 质量-弹簧-阻尼系统 MATLAB/Simulink/Simscape 仿真

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多个移动质量-弹簧-阻尼系统作用下梁的动力特性分析 被引量：12

2

作者 盛国刚 赵冰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2003年第1期43-46,共4页

本文建立了多个移动质量 -弹簧 -阻尼系统作用下梁与梁上系统的耦合振动方程 ,根据模态分析方法得到一组变系数、变维数的时变力学系统线性常微分方程组。作为特例 ,根据Pesterev和Bergman给出的单个移动系统作用下梁的动力分析结果验... 本文建立了多个移动质量 -弹簧 -阻尼系统作用下梁与梁上系统的耦合振动方程 ,根据模态分析方法得到一组变系数、变维数的时变力学系统线性常微分方程组。作为特例 ,根据Pesterev和Bergman给出的单个移动系统作用下梁的动力分析结果验证了建模有效性和准确性。并对两个移动质量 -弹簧 -阻尼系统作用下梁的静载模型、移动力模型和移动振动系统模型的内力结果进行了比较。最后对梁在多个移动振动系统作用下的移动临界速度进行了分析。 展开更多

关键词 梁 动力特性分析 移动质量-弹簧-阻尼系统 模态分析 时变力学系统 临界速度 振动

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基于粒子群算法的弹簧-阻尼系统PID控制器优化设计

3

作者 王博 闫军 +2 位作者 侯倩倩 徐明明 郭春晖 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2015年第B11期529-531,共3页

弹簧-阻尼系统在工程技术中有着广泛的应用,它的稳定性对工程有比较重要的影响。研究了弹簧-阻尼系统PID控制器的设计,并针对PID控制器参数整定困难的问题,利用粒子群算法对PID参数进行了优化,最后采用MATLAB进行仿真实验证明该方法的... 弹簧-阻尼系统在工程技术中有着广泛的应用,它的稳定性对工程有比较重要的影响。研究了弹簧-阻尼系统PID控制器的设计,并针对PID控制器参数整定困难的问题,利用粒子群算法对PID参数进行了优化,最后采用MATLAB进行仿真实验证明该方法的可行性和优越性。将实验所得到的仿真结果与预估法、Z-N整定法所得到的结果进行比较,证明了用粒子群算法调整PID参数可以有效消除系统的冲击,从而使系统更加稳定和可靠。 展开更多

关键词 粒子群算法 PID 弹簧-阻尼系统 优化

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飞机主动侧杆的弹簧-阻尼系统力矩控制策略

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作者 陈致君 张诚 +1 位作者 朱姝姝 刘闯 《飞控与探测》 2023年第1期32-40,共9页

主动侧杆(ASS)已成为目前的研究热点,可提供力反馈功能以模拟弹簧的作用,反馈的杆力随侧杆位移变化,且可自动回弹到中立位。针对飞机主动侧杆模拟弹簧控制问题,将主动侧杆等效为一个无质量的弹簧-阻尼系统,采用永磁同步电机作为力矩电机... 主动侧杆(ASS)已成为目前的研究热点,可提供力反馈功能以模拟弹簧的作用,反馈的杆力随侧杆位移变化,且可自动回弹到中立位。针对飞机主动侧杆模拟弹簧控制问题,将主动侧杆等效为一个无质量的弹簧-阻尼系统,采用永磁同步电机作为力矩电机,其由PI电流环控制,根据位移-杆力特性曲线及阻尼特性得到交轴电流参考值,根据侧杆位移输出对应的转矩。并采用一种回中定位策略,根据侧杆不同的偏转角改变控制参考值。仿真和实验结果表明,该控制策略能够实现主动侧杆模拟弹簧功能,且杆力反馈具有较高的精度和稳定性,并可保证主动侧杆的快速精确回中。 展开更多

关键词 主动侧杆 弹簧-阻尼系统 永磁同步电机 回中定位

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建立弹簧-质量-阻尼系统数学模型的数轴法 被引量：13

5

作者 白艳艳 张晓俊 《噪声与振动控制》 CSCD 2012年第3期59-62,共4页

提出一种建立弹簧―质量―阻尼系统其数学模型的简单方法——数轴建模法,即建立与系统平行方向的数轴,把弹簧或阻尼器的实际位移值当做有理数标在数轴上对应位置,然后按照有理数比较大小的结果确定相应质量块所受弹簧力或阻尼力的大小... 提出一种建立弹簧―质量―阻尼系统其数学模型的简单方法——数轴建模法,即建立与系统平行方向的数轴,把弹簧或阻尼器的实际位移值当做有理数标在数轴上对应位置,然后按照有理数比较大小的结果确定相应质量块所受弹簧力或阻尼力的大小和方向,进而求得系统的微分方程。分别以单自由度系统、两自由度振动系统及多自由度系统为例,阐述了数轴法在建立机械振动系统的数学模型中的应用。结果表明此方法在列写弹簧―质量―阻尼系统的运动微分方程时非常有效。 展开更多

关键词 振动与波 机械振动 弹簧-质量-阻尼系统 数学模型 数轴 微分方程

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侵彻战斗部-引信系统动力学建模与仿真 被引量：14

6

作者 程祥利 刘波 +1 位作者 赵慧 刘军 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期625-633,共9页

为揭示侵彻过程中引信电路模块的动态响应机理,将机械振动理论引入侵彻过程理论分析与计算,提出一种简化的侵彻战斗部-引信系统动力学模型。以侵彻战斗部-引信系统的载荷传递关系为基础,基于多自由度弹簧-质量-阻尼系统建立模型的动力... 为揭示侵彻过程中引信电路模块的动态响应机理,将机械振动理论引入侵彻过程理论分析与计算,提出一种简化的侵彻战斗部-引信系统动力学模型。以侵彻战斗部-引信系统的载荷传递关系为基础,基于多自由度弹簧-质量-阻尼系统建立模型的动力学微分方程;通过谐响应分析确定固有频率、阻尼比等动力学参数,并采用数值积分的方法预测不同侵彻工况下的响应特性;从系统幅频响应特性的角度分析响应特性与传统经验公式解有很大差异的原因。与谐响应分析结果、火炮试验实测过载信号的对比分析表明:提出的动力学模型能准确、快速地预测战斗部、引信在侵彻过程中的响应特性;考虑轴向振动后,侵彻战斗部表现出明显的振动放大特性与周期振荡特性,而且是影响引信电路模块响应特性的首要因素。 展开更多

关键词 侵彻战斗部 引信 弹簧-质量-阻尼系统 谐响应分析

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考虑时域约束的线性系统非脆弱H_∞控制 被引量：5

7

作者 高兴泉 胡云峰 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2014年第7期2140-2144,共5页

针对带有时域约束(包含控制输入约束、状态约束或两者的混合约束)的线性系统,在线性矩阵不等式(LMI)优化框架下,提出了一种非脆弱H∞状态反馈控制器设计方法。首先通过初始条件和外部干扰能量的假设确定一个能包含系统所有可能状态的固... 针对带有时域约束(包含控制输入约束、状态约束或两者的混合约束)的线性系统,在线性矩阵不等式(LMI)优化框架下,提出了一种非脆弱H∞状态反馈控制器设计方法。首先通过初始条件和外部干扰能量的假设确定一个能包含系统所有可能状态的固定椭圆域,然后得到控制器增益在一定范围内摄动情况下确保闭环系统满足时域约束的充分条件,进而转化为相应的矩阵不等式,详细地给出了推导过程。最终时域约束线性系统的非脆弱H∞控制问题可转化为求解多目标的LMI优化问题。将该方法用于质量-弹簧-阻尼系统的干扰抑制控制。仿真实验结果表明:利用该方法设计的控制器能够在满足时域约束的条件下,提高闭环系统对控制器增益摄动的鲁棒性。 展开更多

关键词 时域约束 线性系统 非脆弱 H∞控制 质量-弹簧-阻尼系统

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基于磁流变阻尼器的多单体组合结构模糊控制 被引量：4

8

作者 黄昆 邹立华 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2006年第5期116-119,129,共5页

将有条件的相邻结构组合在一起,组成多单体组合结构体系,推导了其振动控制方程。基于瞬时最优控制算法,将控制力表达成阻尼力的形式,用磁流变阻尼器充当控制器,运用模糊控制方法对其进行控制。采用Matlab编程进行计算机仿真分析,并运用... 将有条件的相邻结构组合在一起,组成多单体组合结构体系,推导了其振动控制方程。基于瞬时最优控制算法,将控制力表达成阻尼力的形式,用磁流变阻尼器充当控制器,运用模糊控制方法对其进行控制。采用Matlab编程进行计算机仿真分析,并运用LQR控制与之进行对比。研究结果表明,采用此方法对多单体组合结构进行控制,效果明显。运用模糊控制能够达到与LQR控制较为接近的控制效果,用磁流变阻尼器充当控制器减少了能量输入,用弹簧-阻尼系统将单体3连入,能降低控制成本。多单体组合方式的改变对控制效果影响很大。 展开更多

关键词 多单体 组合结构 磁流变阻尼器 弹簧-阻尼系统 模糊控制

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FROH条件下的质量-弹簧-阻尼离散系统采样零动态的稳定性 被引量：1

9

作者 曾诚 梁山 +1 位作者 苏盈盈 钟佳岐 《系统科学与数学》 CSCD 北大核心 2016年第8期1119-1128,共10页

针对不稳定零动态限制了控制系统可能达到的稳定性能,文章主要探讨了FROH条件下一类具有传感器和执行器非对称配置的质量-阻尼-弹簧(MDS,mass-damper-spring)系统离散时间模型采样零动态的稳定性.首先,对线性MDS多变量系统的采样零动态... 针对不稳定零动态限制了控制系统可能达到的稳定性能,文章主要探讨了FROH条件下一类具有传感器和执行器非对称配置的质量-阻尼-弹簧(MDS,mass-damper-spring)系统离散时间模型采样零动态的稳定性.首先,对线性MDS多变量系统的采样零动态的渐近性质进行了详细分析,同时还给出了其线性近似表达式.此外,在充分小的采样周期T条件下,也导出了保证MDS系统采样零动态稳定的充分条件.研究表明:在线性离散MDS时间系统的采样零动态稳定性方面,FROH具有比ZOH更好的稳定性能.而且,数值例子论证了FROH能配置线性MDS系统的采样零动态到稳定区域,而在ZOH条件下线性MDS系统则具有不稳定采样零动态,这也说明FROH能增强线性MDS系统采样零动态的稳定性. 展开更多

关键词 质量-弹簧-阻尼系统 采样零动态 稳定性

原文传递

高速冲击载荷下考虑乘员安全的均质梁动态响应

10

作者 张杜江 赵振宇 +2 位作者 张智扬 高辉遥 卢天健 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第3期271-282,共12页

为了提升装甲车防护结构抗爆性能,保障乘员生命安全,开展了高速冲击载荷下考虑乘员安全的均质梁动态响应研究.首先,基于泡沫铝弹丸冲击均质梁-弹簧-质量块样件实验工装,测量了不同冲击速度下的质量块位移随时间变化曲线;然后,建立了相... 为了提升装甲车防护结构抗爆性能,保障乘员生命安全,开展了高速冲击载荷下考虑乘员安全的均质梁动态响应研究.首先,基于泡沫铝弹丸冲击均质梁-弹簧-质量块样件实验工装,测量了不同冲击速度下的质量块位移随时间变化曲线;然后,建立了相应的数值模型进行仿真计算,并开展理论计算,当泡沫铝弹丸速度较高时,仿真、实验与理论结果吻合较好;最后,基于验证的数值仿真方法,系统讨论了泡沫铝弹丸冲击速度、质量块质量、弹簧刚度和阻尼系数对质量块峰值位移、峰值加速度的影响.结果表明:随着泡沫铝弹丸速度增大,质量块峰值位移、峰值加速度都增大;质量块峰值位移对质量块质量、弹簧刚度变化不敏感;质量块峰值加速度随其质量增加而降低,随弹簧刚度、阻尼系数增加而增加.研究结果验证了理论和仿真方法的正确性,为使用理论、仿真方法快速设计高速冲击载荷下的高性能防护结构提供了支撑. 展开更多

关键词 冲击 乘员安全 质量-弹簧-阻尼系统 动态响应

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平面曲折槽机构参数与结构阻尼系数关系模型 被引量：4

11

作者 唐志成 席占稳 +2 位作者 聂伟荣 周织建 张星星 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2016年第1期47-51,55,共6页

针对传统曲折槽研究过分依靠仿真的问题,提出了曲折槽机构参数与结构阻尼系数关系模型。该模型建立了弹簧-质量-阻尼系统,分析了结构阻尼系数与载荷区分性能的关系,并根据结构阻尼系数与上升时间的关系推导出了曲折槽参数对于结构阻尼... 针对传统曲折槽研究过分依靠仿真的问题,提出了曲折槽机构参数与结构阻尼系数关系模型。该模型建立了弹簧-质量-阻尼系统,分析了结构阻尼系数与载荷区分性能的关系,并根据结构阻尼系数与上升时间的关系推导出了曲折槽参数对于结构阻尼系数的影响趋势。通过ANSYS仿真与MATLAB曲线拟合,验证了以上推导的正确性。结果表明,当曲折槽倾角或锚槽间隙较小时(槽倾角2α<82.5°,锚槽间隙h<0.02mm),结构阻尼系数c随槽倾角、锚槽间隙增大呈递减趋势;当2α趋近于90°、h趋近于0.05时,阻尼系数c随着参数的增大而逐渐递增;当槽倾角或锚槽间隙进一步增大时,阻尼系数c随着参数的增大而持续减小。 展开更多

关键词 平面曲折槽 结构阻尼系数 弹簧-质量-阻尼系统 槽倾角 锚槽间隙

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高冲击载荷作用下弹载记录仪防护系统动力学响应特性 被引量：5

12

作者 程祥利 赵慧 +2 位作者 焦敏 叶海福 李林川 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期114-122,共9页

为了给弹载记录仪的防护设计提供依据,从机械振动的角度揭示了高冲击载荷作用下弹载记录仪防护系统的动力学响应机理。在分析弹载记录仪内部载荷传递关系的基础上,基于双自由度弹簧-质量-阻尼系统建立了一种简化的防护系统动力学响应模... 为了给弹载记录仪的防护设计提供依据,从机械振动的角度揭示了高冲击载荷作用下弹载记录仪防护系统的动力学响应机理。在分析弹载记录仪内部载荷传递关系的基础上,基于双自由度弹簧-质量-阻尼系统建立了一种简化的防护系统动力学响应模型,并开展了数值模拟,通过脉冲响应分析和谐响应分析辨识了模型参数。理论计算与数值模拟的对比分析结果表明:建立的动力学响应模型能较准确地预测高冲击载荷作用下弹载记录仪防护系统的动力学响应特性。在此基础上,以模型的幅频响应特性为依据,分析了防护系统动力学响应特性随各种参数的变化规律。研究结果可为更有效地指导弹载记录仪的防护设计提供依据。 展开更多

关键词 高冲击载荷 弹载记录仪 动力学响应模型 弹簧-质量-阻尼系统 脉冲响应分析 谐响应分析

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浅埋爆炸下考虑乘员安全的防雷底板设计理论模型 被引量：1

13

作者 张杜江 赵振宇 +3 位作者 褚庆国 贺良 任建伟 卢天健 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期786-796,共11页

浅埋爆炸载荷下,为更好地开展装甲车防雷底板设计,建立了考虑附加质量-弹簧-阻尼系统的均质梁动态响应理论模型,并采用有限元仿真分析进行验证,理论与仿真结果吻合良好。基于所建立理论模型,分别讨论了炸药质量、均质梁屈服强度、弹簧... 浅埋爆炸载荷下,为更好地开展装甲车防雷底板设计,建立了考虑附加质量-弹簧-阻尼系统的均质梁动态响应理论模型,并采用有限元仿真分析进行验证,理论与仿真结果吻合良好。基于所建立理论模型,分别讨论了炸药质量、均质梁屈服强度、弹簧刚度、阻尼系数和边界条件对均质梁中点和质量块峰值位移、速度、加速度的影响。结果表明:随着TNT质量增大和均质梁屈服强度减小,均质梁中点峰值位移、质量块峰值位移、速度、加速度都增大;当弹簧刚度相同时,随着阻尼系数的增加,均质梁中点峰值位移减小,质量块峰值加速度增大;当阻尼系数一定时,弹簧刚度对均质梁中点的峰值位移和质量块峰值加速度影响较小;针对不同弹簧刚度,选择适当的阻尼系数可以降低质量块峰值速度。 展开更多

关键词 浅埋爆炸 防雷底板 乘员 理论模型 质量-弹簧-阻尼系统

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基于Stewart平台的空间对接动力学模拟的稳定性研究 被引量：3

14

作者 赵慧 张尚盈 《机床与液压》 北大核心 2006年第8期48-50,共3页

在地面进行空间对接动力学的模拟实验是实现空间对接不可或缺的过程。本文利用Stewart平台实现由动力学方程解算得到的两航天器相对运动轨迹,提出用质量-弹簧-阻尼系统来研究空间两航天器对接动力学过程模拟中的稳定性问题。建立了基于S... 在地面进行空间对接动力学的模拟实验是实现空间对接不可或缺的过程。本文利用Stewart平台实现由动力学方程解算得到的两航天器相对运动轨迹,提出用质量-弹簧-阻尼系统来研究空间两航天器对接动力学过程模拟中的稳定性问题。建立了基于Stewart平台位置内环的动力学回路系统模型,推导出为使模拟系统稳定的动力学参数之间的配置关系,论证了Stewart平台的频率特性与动力学系统谐振频率之间的关系。为空间对接动力学过程的模拟奠定了理论基础。 展开更多

关键词 STEWART平台 对接动力学 质量-弹簧-阻尼谐振系统

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基于机械振动理论的垂直侵彻弹靶作用模型 被引量：10

15

作者 程祥利 赵慧 +1 位作者 李林川 叶海福 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期101-110,共10页

为了给侵彻引信抗高过载优化设计提供准确的力学输入,将机械振动理论引入侵彻过程建模领域,提出了一种侵彻战斗部刚体运动与一阶轴向振动相结合的垂直侵彻弹靶作用模型。在垂直侵彻过程受力分析的基础上,基于牛顿第二定律建立了战斗部... 为了给侵彻引信抗高过载优化设计提供准确的力学输入,将机械振动理论引入侵彻过程建模领域,提出了一种侵彻战斗部刚体运动与一阶轴向振动相结合的垂直侵彻弹靶作用模型。在垂直侵彻过程受力分析的基础上,基于牛顿第二定律建立了战斗部刚体运动模型,基于单自由度弹簧-质量-阻尼系统建立了战斗部一阶轴向振动模型,并采用数值积分的方法获得了垂直侵彻过程中各物理量的变化规律。和火炮试验实测加速度信号的对比分析结果表明:考虑战斗部一阶轴向振动后的垂直侵彻弹靶作用模型能更准确地描述侵彻过程,能更有效地指导侵彻引信的抗高过载优化设计。 展开更多

关键词 垂直侵彻 机械振动 弹靶作用模型 弹簧-质量-阻尼系统

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多车辆移动荷载和桥梁耦合振动的参数分析 被引量：5

16

作者 王娟 张迎春 钱江 《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》 2020年第1期46-53,共8页

目前车桥耦合振动的研究对参数的分析并不全面,而且多集中在单车辆模型.为了全面揭示了多车辆振动激励下参数变化对桥梁动态响应的影响,建立了系列弹簧-阻尼-质量系统的车辆与简支桥梁耦合振动的计算模型.详细讨论了车辆速度、车辆间距... 目前车桥耦合振动的研究对参数的分析并不全面,而且多集中在单车辆模型.为了全面揭示了多车辆振动激励下参数变化对桥梁动态响应的影响,建立了系列弹簧-阻尼-质量系统的车辆与简支桥梁耦合振动的计算模型.详细讨论了车辆速度、车辆间距、质量比等参数变化对桥梁响应的影响.车辆速度和车辆间距对桥梁动态响应具有显著的影响,桥梁响应在共振速度附近同样具有放大效应.车辆间距与桥跨的比值在0.6左右桥梁的动态响应最小.车辆总质量和刚度的变化对桥梁动力放大系数的影响随速度而不同,但变化幅度并不明显.双轴车辆的桥梁动力放大系数比单轴车辆小.桥梁阻尼能够明显降低共振振幅,对于消振振幅的降低不明显. 展开更多

关键词 弹簧-阻尼-质量系统 参数研究 动态响应

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仿阿米巴机器人结构设计与转弯机理分析

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作者 孙恒辉 骆敏舟 +1 位作者 董翔 钱荣荣 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第S2期18-20,共3页

对阿米巴变形虫运动以及其中的受力情况进行了分析,得到了变形虫在尾部收缩力作用下的运动规律.基于仿阿米巴机器人尾部收缩和皮肤翻转的运动特征,采用弹簧和阻尼系统,设计了一种仿阿米巴机器人的运动机构.分析了仿阿米巴机器人与外界... 对阿米巴变形虫运动以及其中的受力情况进行了分析,得到了变形虫在尾部收缩力作用下的运动规律.基于仿阿米巴机器人尾部收缩和皮肤翻转的运动特征,采用弹簧和阻尼系统,设计了一种仿阿米巴机器人的运动机构.分析了仿阿米巴机器人与外界某一平面同时接触的2条带状皮肤应具有不同的速度,以实现转弯运动,并讨论了一种不同带状皮肤具有不同速度的实现方法. 展开更多

关键词 仿阿米巴机器人 弹簧-阻尼系统 转弯运动 运动规律 尾部收缩

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