本發(fā)明涉及過程控制領(lǐng)域，尤其涉及一種獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)的方法和裝置。

背景技術(shù)：

在過程控制實(shí)踐中，跨階控制是普遍存在的，例如將低階控制器用于高階對(duì)象的控制。pid(proportionintegrationdifferentiation)控制器屬于一種二階控制器，pid對(duì)二階對(duì)象具有良好的控制特性?？珉A控制對(duì)pid控制是可行的，例如將pid用于高階(大于二階)對(duì)象的控制，可通過參數(shù)降階處理，將高階對(duì)象參數(shù)轉(zhuǎn)換為二階對(duì)象參數(shù)，可獲得良好的跨階控制特性。

將自抗擾控制器adrc(activedisturbancerejectioncontroller)用于跨階控制，存在抗擾性能下降的問題。例如，將一階adrc用于高階對(duì)象控制的抗擾性能將有較大程度的下降，這不是一個(gè)通過對(duì)象參數(shù)降階處理就能夠較好解決的問題。原因是：理論上，adrc的階數(shù)需要與控制對(duì)象的階數(shù)相對(duì)應(yīng)，adrc在階內(nèi)具有優(yōu)良的抗擾控制性能，但跨階控制的抗擾性能有較大程度的下降，這是事物的矛盾性所決定的簡(jiǎn)單道理。對(duì)于高階對(duì)象的adrc控制，直接的解決方法就是增加adrc的階數(shù)，但是隨著adrc階數(shù)的增加，adrc的結(jié)構(gòu)也更加趨于復(fù)雜化，例如，構(gòu)造三階以上adrc就相當(dāng)復(fù)雜了，通常adrc的階數(shù)被限制在三階以內(nèi)。因此，對(duì)自抗擾控制器的跨階控制理論研究還有更多值得探討。將三階線性自抗擾控制器用于大于三階慣性對(duì)象控制，較好的方法就是將大于三階慣性對(duì)象轉(zhuǎn)換為偽三階慣性環(huán)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)的方法和裝置，解決將三階線性自抗擾控制器用于跨階控制時(shí)，存在抗擾性能下降的技術(shù)問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)的方法包括步驟：

s1：通過模型辨識(shí)獲取慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)、預(yù)設(shè)數(shù)增益、預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)，慣性對(duì)象表達(dá)為公式：

其中，io(s)為慣性對(duì)象的傳遞函數(shù)；tα為慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)，單位s；kα為慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)增益，單位無量綱；n為慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)，3<n<16單位無量綱；

s2：設(shè)置第一濾波器的統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)、第一濾波器增益，第一濾波器表達(dá)為公式：

其中，f1(s)為第一濾波器的傳遞函數(shù)；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；kf1為第一濾波器增益，單位無量綱；第一濾波器為一階微分器；

s3：設(shè)置第二、三、四濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，第二濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器表達(dá)為公式：

●

●

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其中，f2(s)為第二濾波器的傳遞函數(shù)；f3(s)為第三濾波器的傳遞函數(shù)；f4(s)為第四濾波器的傳遞函數(shù)；fn(s)為第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的傳遞函數(shù)；n為預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)，單位無量綱；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；第二濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器為一階慣性濾波器；

s4：將第一濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器串聯(lián)，并將第四濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的輸出結(jié)果依次疊加輸出，形成組合濾波器，組合濾波器表達(dá)為公式：

其中，f(s)為組合濾波器的傳遞函數(shù)；kf1為第一濾波器增益，單位無量綱；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；n為預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)；

s5：設(shè)置第一濾波器增益等于所述預(yù)設(shè)數(shù)增益、統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)等于所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)，將慣性對(duì)象與組合濾波器并聯(lián)形成偽三階慣性環(huán)節(jié)，表達(dá)為公式：

其中，foio(s)為偽三階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；io(s)為慣性對(duì)象的傳遞函數(shù)；f(s)為組合濾波器的傳遞函數(shù)；tα為預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)，單位s；kα為預(yù)設(shè)數(shù)增益，單位無量綱；n為預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)，單位無量綱；kf1為第一濾波器增益，單位無量綱；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；

s6：將組合濾波器用于大于三階慣性對(duì)象的三階線性自抗擾控制。

本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)的裝置，包括預(yù)定的慣性對(duì)象、模型辨識(shí)單元、第一慣性濾波器、第二濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器、三階線性自抗擾控制器，所述第一濾波器為一階微分器，所述第二濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器為一階慣性濾波器；

將第一濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器串聯(lián)，并將第二濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的輸出結(jié)果依次疊加輸出，形成組合濾波器；

將組合濾波器與慣性對(duì)象并聯(lián)形成偽三階慣性環(huán)節(jié)，將偽三階慣性環(huán)節(jié)的輸出結(jié)果輸入三階線性自抗擾控制器，實(shí)現(xiàn)三階線性自抗擾控制器對(duì)大于三階慣性對(duì)象的三階線性自抗擾控制；

第一濾波器表達(dá)為公式：

其中，f1(s)為第一濾波器的傳遞函數(shù)；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；kf1為第一濾波器增益，單位無量綱；

第二濾波器到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器表達(dá)為公式：

●

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其中，f2(s)為第二濾波器的傳遞函數(shù)；f3(s)為第三濾波器的傳遞函數(shù)；f4(s)為第四濾波器的傳遞函數(shù)；fn(s)為第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的傳遞函數(shù)；n為預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)，單位無量綱；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；

組合濾波器表達(dá)為公式：

其中，f(s)為組合濾波器的傳遞函數(shù)；kf1為第一濾波器增益，單位無量綱；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；n為預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)；

偽三階慣性環(huán)節(jié)表達(dá)為公式：

其中，foio(s)為偽三階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；io(s)為慣性對(duì)象的傳遞函數(shù)；f(s)為組合濾波器的傳遞函數(shù)；tα為預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)，單位s；kα為預(yù)設(shè)數(shù)增益，單位無量綱；n為預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)，單位無量綱；kf1為第一濾波器增益，單位無量綱；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

通過各種模型辨識(shí)方法獲得慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)參數(shù)；將濾波器依次組合形成組合濾波器；將慣性對(duì)象與組合濾波器進(jìn)行并聯(lián)，獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)，將偽三階慣性環(huán)節(jié)輸入三階線性自抗擾控制器，解決了將慣性對(duì)象轉(zhuǎn)換為偽三階慣性環(huán)節(jié)的技術(shù)問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中濾波器組合流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中組合濾波器與慣性對(duì)象并聯(lián)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的一種獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)的方法用于大于三階慣性對(duì)象的三階線性自抗擾控制的示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的一種獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)的裝置用于五階慣性對(duì)象的跨階控制與三階線性自抗擾控制器用于五階慣性對(duì)象的跨階控制實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)的方法和裝置，用于解決將三階線性自抗擾控制器用于大于三階慣性對(duì)象控制時(shí)的偽三階慣性環(huán)節(jié)的獲取問題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1-圖3，本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)的方法的一個(gè)實(shí)施例包括步驟：

s1：通過模型辨識(shí)獲取慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)、預(yù)設(shè)數(shù)增益、預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)，慣性對(duì)象表達(dá)為公式：

其中，io(s)為慣性對(duì)象的傳遞函數(shù)；tα為慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)；kα為慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)增益；n為慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)；

獲取慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)參數(shù)，可通過各種模型辨識(shí)方法獲得到慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)參數(shù)。慣性對(duì)象表達(dá)為公式(1):

公式(1)中，io(s)為慣性對(duì)象的傳遞函數(shù)；tα為預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)，單位s；kα為預(yù)設(shè)數(shù)增益，單位無量綱；n為預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)，單位無量綱；所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)n>3，所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)n不能無窮大，限制所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)n<16。

s2：設(shè)置第一濾波器的統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)、第一濾波器增益，所述第一濾波器表達(dá)為公式：

其中，f1(s)為所述第一濾波器的傳遞函數(shù)；tf為所述統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)；kf1為所述第一濾波器增益；

設(shè)置第一濾波器，第一濾波器表達(dá)為公式(2):

公式(2)中，f1(s)為所述第一濾波器的傳遞函數(shù)；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；kf1為所述第一濾波器增益，單位無量綱；第一濾波器的實(shí)質(zhì)為一階微分器。

s3：設(shè)置第二濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，所述第二濾波器到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器表達(dá)為公式：

其中，fm(s)為所述第二到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的傳遞函數(shù)；m為所述第二到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的編號(hào)，2≤m≤n；n為所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)；tf為所述統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)；

設(shè)置第二濾波器到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器，表達(dá)為公式(3):

公式(3)中，f2(s)為第二濾波器的傳遞函數(shù)；f3(s)為第三濾波器的傳遞函數(shù)；f4(s)為第四濾波器的傳遞函數(shù)；fn(s)為第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的傳遞函數(shù)；n為所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)，單位無量綱；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；所述第二濾波器到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的實(shí)質(zhì)為一階慣性濾波器。

s4：將所述第一濾波器到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器串聯(lián)，并將第四濾波器到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的輸出結(jié)果依次疊加輸出，形成組合濾波器，所述組合濾波器表達(dá)為公式：

其中，f(s)為所述組合濾波器的傳遞函數(shù)；kf1為所述第一濾波器增益；tf為所述統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)；n為所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)；

將所述第一濾波器到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器進(jìn)行組合，將所述第一濾波器到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器串聯(lián)，并將第四濾波器到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的輸出結(jié)果依次疊加輸出，形成組合濾波器，獲得組合濾波器，表達(dá)為公式(4):

公式(4)中，f(s)為組合濾波器的傳遞函數(shù)；kf1為所述第一濾波器增益，單位無量綱；tf為所述統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；n為所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)。

所述組合濾波器的流程，如圖1所示。

s5：設(shè)置所述第一濾波器增益等于所述預(yù)設(shè)數(shù)增益，設(shè)置所述統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)等于所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)，將所述慣性對(duì)象與所述組合濾波器進(jìn)行并聯(lián)，獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)，所述偽三階慣性環(huán)節(jié)表達(dá)為公式：

其中，foio(s)為所述偽三階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；io(s)為所述慣性對(duì)象的傳遞函數(shù)；f(s)為所述組合濾波器的傳遞函數(shù)；tα為所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)；kα為所述預(yù)設(shè)數(shù)增益；n為所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)；kf1為所述第一濾波器增益；tf為所述統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)。

設(shè)置所述第一濾波器增益等于所述預(yù)設(shè)數(shù)增益；設(shè)置所述統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)等于所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)；表達(dá)為公式(5):

公式(5)中，kf1為所述第一濾波器增益，單位無量綱；kα為所述預(yù)設(shè)數(shù)增益，單位無量綱；tf1為所述統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；kα為所述慣性常數(shù)，單位s。

將所述慣性對(duì)象與所述組合濾波器進(jìn)行并聯(lián)，獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)；表達(dá)為公式(6):

公式(6)中，foio(s)為偽三階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；io(s)為所述慣性對(duì)象的傳遞函數(shù)；f(s)為所述組合濾波器的傳遞函數(shù)；tα為所述預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)，單位s；kα為所述預(yù)設(shè)數(shù)增益，單位無量綱；n為所述預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)，單位無量綱；kf1為所述第一濾波器增益，單位無量綱；tf為所述統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s。

將慣性對(duì)象與組合濾波器進(jìn)行并聯(lián)，將慣性對(duì)象的輸出與外繞傳遞信號(hào)疊加并與組合濾波器的輸出進(jìn)行加法運(yùn)算，如圖2所示。將所述慣性對(duì)象轉(zhuǎn)換為所述偽三階慣性環(huán)節(jié)。組合濾波器用于大于三階慣性對(duì)象的三階線性自抗擾控制。

本實(shí)施例中，通過各種模型辨識(shí)方法獲得到慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)參數(shù)；將濾波器依次組合形成組合濾波器；將慣性對(duì)象與組合濾波器進(jìn)行并聯(lián)，獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)，將所述慣性對(duì)象轉(zhuǎn)換為所述偽三階慣性環(huán)節(jié)，解決了將自抗擾控制器用于跨階控制時(shí)，存在抗擾性能下降的技術(shù)問題。

請(qǐng)參閱圖1-圖4，本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)的裝置的一個(gè)實(shí)施例，包括五階慣性對(duì)象、模型辨識(shí)單元、第一慣性濾波器、第二濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器、三階線性自抗擾控制器，所述第一濾波器為一階微分器，所述第二濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器為一階慣性濾波器；

如圖1所示，將第一濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器串聯(lián)，并將第二濾波器到第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的輸出結(jié)果依次疊加輸出，形成組合濾波器；

如圖2所示，將組合濾波器與慣性對(duì)象并聯(lián)形成偽三階慣性環(huán)節(jié)；

如圖3所示，將慣性對(duì)象與組合濾波器進(jìn)行并聯(lián)，將慣性對(duì)象的輸出與外繞傳遞信號(hào)疊加并與組合濾波器的輸出進(jìn)行加法運(yùn)算將偽三階慣性環(huán)節(jié)的輸出結(jié)果輸入三階線性自抗擾控制器；

第一濾波器表達(dá)為公式：

其中，f1(s)為第一濾波器的傳遞函數(shù)；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；kf1為第一濾波器增益，單位無量綱；

第二濾波器到所述第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器表達(dá)為公式：

●

●

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其中，f2(s)為第二濾波器的傳遞函數(shù)；f3(s)為第三濾波器的傳遞函數(shù)；f4(s)為第四濾波器的傳遞函數(shù)；fn(s)為第預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)濾波器的傳遞函數(shù)；n為預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)，單位無量綱；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；

組合濾波器表達(dá)為公式：

其中，f(s)為組合濾波器的傳遞函數(shù)；kf1為第一濾波器增益，單位無量綱；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s；n為預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)；

偽三階慣性環(huán)節(jié)表達(dá)為公式：

其中，foio(s)為偽三階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；io(s)為慣性對(duì)象的傳遞函數(shù)；f(s)為組合濾波器的傳遞函數(shù)；tα為預(yù)設(shè)數(shù)慣性常數(shù)，單位s；kα為預(yù)設(shè)數(shù)增益，單位無量綱；n為預(yù)設(shè)數(shù)階數(shù)，單位無量綱；kf1為第一濾波器增益，單位無量綱；tf為統(tǒng)一濾波時(shí)間常數(shù)，單位s。

如圖4所示，將獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)的裝置用于五階慣性對(duì)象的跨階控制并與三階線性自抗擾控制器用于五階慣性對(duì)象的跨階控制在tα＝100s，kα＝1，外擾傳遞為一階慣性環(huán)節(jié)，慣性常數(shù)10s，慣性增益1時(shí)，用pv(t)表達(dá)過程輸出信號(hào)得到對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

本實(shí)施例中，通過各種模型辨識(shí)方法獲得到慣性對(duì)象的預(yù)設(shè)數(shù)參數(shù)；將濾波器依次組合形成組合濾波器；將慣性對(duì)象與組合濾波器進(jìn)行并聯(lián)，獲取偽三階慣性環(huán)節(jié)，將所述慣性對(duì)象轉(zhuǎn)換為所述偽三階慣性環(huán)節(jié)，解決了將自抗擾控制器用于跨階控制時(shí)，存在抗擾性能下降的技術(shù)問題，顯示出本發(fā)明在抗外擾性能上具有良好的優(yōu)勢(shì)。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過程，在此不再贅述。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。