闭环控制系统的干扰与反馈(通用5篇)
闭环控制系统的干扰与反馈 篇1
1.教材分析及教学设计简介
本节是在学生对控制系统有一定认识的基础上具体的阐述闭环控制系统的干扰与反馈的辨证关系,是全书的重点章节,也是控制系统的具体应用章节章节。为以后学习的控制系统的设计等内容奠定了理论基础。
【教学目标】
知识目标:了解闭环控制系统的干扰与反馈的各方面因素
能力目标:能结合身边的案例找出干扰的因素,并作出分析。
情感目标:培养学生对一个控制系统的理解能力和分析能力,并能从物性到理性过渡,能对学习与人生产生干扰影响的因素进行分析。
【重点与难点】
重点:学会分析干扰在控制系统的影响,反馈在技术发明和革新中的作用。
难点:干扰系统的全面分析,反馈环节的使用。
【教法设计】
本课通过“案例分析法”,采用启发式、讲述式、分析等多种教学方式,以课程目标为依据,努力提高教学的生动性和逻辑性,激发学生的学习兴趣,提高学生的注意力,使学生能够自己建构出本课的知识点。
【学法设计】
本节课的教学对象是刚刚对控制系统有了初步的了解学生,对控制的干扰还蒙着一层神秘的面纱。好奇心较强,思维活跃,虽然他们的生活经验不是很丰富,但根据他们现有的认知水平和认知风格还是很容易接受本节课的内容。
本课教给学生的学法是“分析案例——合作探究——得出结论——思维扩展”。
【教学资源准备】
教学相关资料的准备,包括文本(骑自行车的干扰分析,学生生活经验)、图片(各种自行车图片、影响因素图片);教师演示教学课件。课件容纳一些图片和例子说明。
图片可以从网上下载,也可以把书中照片用电子相机拍摄,通过电脑处理后使用。
【教学策略】
根据本课的教学目标,我采用教师讲授,媒体演示,任务驱动,学生自主思考、合作讨论等多种教学办法相结合的策略。
2.教案
【创设情境、导入新课】
做一个简单的调查:每天上学骑自行车的感受?乘车的感受等?
在送乘飞机出行时,为啥不能说祝你一路顺风,(活跃课堂气氛,激发学生的求知欲。)
大部分同学应该是有风的影响,进而联系到本节课的内容:干扰因素,同时乘车也有干扰,而且不论是骑自行车还是乘车干扰因素不止一个,有主要的,有次要的。
这节课我们就研究研究闭环控制系统的干扰与反馈。
【新课教学】
1、干扰因素
本环节通过对二个典型的案例的分析,由学生归纳闭环控制系统的干扰与反馈。再联系实际生活,由学生列举生活中的例子,证明他们的观点。
案例一:逆风中骑自行车。
案例二:飞机飞行。
结论:在控制系统中,干扰因素一定有,可能有一个,也可能有若干个
案例三:战士在大风大雨中进行射击练习。
扩展讨论:生活中还有哪些例子说明“闭环控制系统的干扰是存在的,是不可避免的”?
马上行动:对电冰箱这个系统的分析,干扰因素,对干扰因素的控制,
扩展讨论:通过分析,增加对电冰箱的了解,进而了解生活。
案例分析:电视机的工作。从学生看电视的经历来分析,引导,让学生从电视内容中走出来,关注电视的相关技术与控制。
对于城市的学生可以分析自动扶梯的升降控制,农村的学生可以分析蔬菜大棚的温度控制。
结论:干扰因素有时要控制,有时还要利用。
让学生讨论,生活中的一些个干扰因素,哪些要克服?,哪些可以利用?哪些干扰不能克服,也不能利用?
2、反馈
啥是反馈?
从学生的学习、考试与同学、老师的交流来谈反馈。
还要以自行车为例,风这个干扰因素,对骑自行车的人产生的效果,来分析反馈的定义。
画反馈的方框图:
分析几个反馈产生的影响,画出反馈的示意图。至少要练习四个,加深印象。
骑自行车,电冰箱工作控制,驾驶员开车,某一次考试与成绩。
通过这些分析,得出结论,反馈对系统有一定的控制作用。(引出下一个知识点)
闭环控制系统的工作过程:
从反馈的方框图中,进一步的分析就可以理解了,关键是方框图的应用。
可以用书中的案例,但如果使用书中第一个案例一直分析下来,使教学有一定的连续性,再结合书中的例子,加以提升,要结合学生的实际,书中的两个案例较专业,学生没有见过这样的东西,分析起来难度会大一些。此处建议以电冰箱为重点来分析。
关键:找了一个主要的能检出变化量的干扰因素,
结论:能克服外界干扰,使被控量在给定值附近。
扩展:控制的范围大小,控制的速度,是现代高科技的体现。
●冰箱温度的控制范围,电脑cpu的温度的控制范围。
●运动物体的控制。控制的范围,控制的速度均不一样。
3、功能模拟办法
用手动控制代替自动控制的办法,控制器代替人脑实现了需要的控制,执行器代替了人手实现了控制功能,检测器代替了人眼实现了检测的功能。
结构模拟与功能模拟:
模拟是人类认识和改造客观世界的主要途径之一,是重要的认知办法。功能模拟是要求模型和原型之间在功能和行为上相似。用模型实现原型的某些功能,模型本身就是研究的主要目的。即主要研究用啥样的模型去实现原型的某些功能,进而为人类创造出有用的技术系统。
4、黑箱办法
中医看病的办法。买西瓜的办法。通过这两个案例的分析,了解对无法打开与不能打开的事物内部的认识的办法,这样的办法的应用还有哪些,让学生充分的去想象、分析。
【课外拓展】
为了加深学生对知识的记忆、理解,我对本节课中学生在学习过程中所分析的问题做以简单的总结,并以“电冰箱的控制原理”的案例再现本节课的重点内容。鼓励学生全面的、辨证的分析问题。
闭环控制系统的干扰与反馈 篇2
1.教材分析及教学设计简介
本节是在学生对控制系统有一定认识的基础上具体的阐述闭环控制系统的干扰与反馈的辨证关系,是全书的重点章节,也是控制系统的具体应用章节章节。为以后学习的控制系统的设计等内容奠定了理论基础。
【教学目标】
知识目标:了解闭环控制系统的干扰与反馈的各方面因素
能力目标:能结合身边的案例找出干扰的因素,并作出分析。
情感目标:培养学生对一个控制系统的理解能力和分析能力,并能从物性到理性过渡,能对学习与人生产生干扰影响的因素进行分析。
【重点与难点】
重点:学会分析干扰在控制系统的影响,反馈在技术发明和革新中的作用。
难点:干扰系统的全面分析,反馈环节的使用。
【教法设计】
本课通过“案例分析法”,采用启发式、讲述式、分析等多种教学方式,以课程目标为依据,努力提高教学的生动性和逻辑性,激发学生的学习兴趣,提高学生的注意力,使学生能够自己建构出本课的知识点。
【学法设计】
本节课的教学对象是刚刚对控制系统有了初步的了解学生,对控制的干扰还蒙着一层神秘的面纱。好奇心较强,思维活跃,虽然他们的生活经验不是很丰富,但根据他们现有的认知水平和认知风格还是很容易接受本节课的内容。
本课教给学生的学法是“分析案例——合作探究——得出结论——思维扩展”。
【教学资源准备】
教学相关资料的准备,包括文本(骑自行车的干扰分析,学生生活经验)、图片(各种自行车图片、影响因素图片);教师演示教学课件。课件容纳一些图片和例子说明。
图片可以从网上下载,也可以把书中照片用电子相机拍摄,通过电脑处理后使用。
【教学策略】
根据本课的教学目标,我采用教师讲授,媒体演示,任务驱动,学生自主思考、合作讨论等多种教学办法相结合的策略。
2.教案
【创设情境、导入新课】
做一个简单的调查:每天上学骑自行车的感受?乘车的感受等?
在送乘飞机出行时,为啥不能说祝你一路顺风,(活跃课堂气氛,激发学生的求知欲。)
大部分同学应该是有风的影响,进而联系到本节课的内容:干扰因素,同时乘车也有干扰,而且不论是骑自行车还是乘车干扰因素不止一个,有主要的,有次要的。
这节课我们就研究研究闭环控制系统的干扰与反馈。
【新课教学】
1、干扰因素
本环节通过对二个典型的案例的分析,由学生归纳闭环控制系统的干扰与反馈。再联系实际生活,由学生列举生活中的例子,证明他们的观点。
案例一:逆风中骑自行车。
案例二:飞机飞行。
结论:在控制系统中,干扰因素一定有,可能有一个,也可能有若干个
案例三:战士在大风大雨中进行射击练习。
扩展讨论:生活中还有哪些例子说明“闭环控制系统的干扰是存在的,是不可避免的”?
马上行动:对电冰箱这个系统的分析,干扰因素,对干扰因素的控制,
扩展讨论:通过分析,增加对电冰箱的了解,进而了解生活。
案例分析:电视机的工作。从学生看电视的经历来分析,引导,让学生从电视内容中走出来,关注电视的相关技术与控制。
对于城市的学生可以分析自动扶梯的升降控制,农村的学生可以分析蔬菜大棚的温度控制。
结论:干扰因素有时要控制,有时还要利用。
让学生讨论,生活中的一些个干扰因素,哪些要克服?,哪些可以利用?哪些干扰不能克服,也不能利用?
2、反馈
啥是反馈?
从学生的学习、考试与同学、老师的交流来谈反馈。
还要以自行车为例,风这个干扰因素,对骑自行车的人产生的效果,来分析反馈的定义。
画反馈的方框图:
分析几个反馈产生的影响,画出反馈的示意图。至少要练习四个,加深印象。
骑自行车,电冰箱工作控制,驾驶员开车,某一次考试与成绩。
通过这些分析,得出结论,反馈对系统有一定的控制作用。(引出下一个知识点)
闭环控制系统的工作过程:
从反馈的方框图中,进一步的分析就可以理解了,关键是方框图的应用。
可以用书中的案例,但如果使用书中第一个案例一直分析下来,使教学有一定的连续性,再结合书中的例子,加以提升,要结合学生的实际,书中的两个案例较专业,学生没有见过这样的东西,分析起来难度会大一些。此处建议以电冰箱为重点来分析。
关键:找了一个主要的能检出变化量的干扰因素,
结论:能克服外界干扰,使被控量在给定值附近。
扩展:控制的范围大小,控制的速度,是现代高科技的体现。
●冰箱温度的控制范围,电脑cpu的温度的控制范围。
●运动物体的控制。控制的范围,控制的速度均不一样。
3、功能模拟办法
用手动控制代替自动控制的办法,控制器代替人脑实现了需要的控制,执行器代替了人手实现了控制功能,检测器代替了人眼实现了检测的功能。
结构模拟与功能模拟:
模拟是人类认识和改造客观世界的主要途径之一,是重要的认知办法。功能模拟是要求模型和原型之间在功能和行为上相似。用模型实现原型的某些功能,模型本身就是研究的主要目的。即主要研究用啥样的模型去实现原型的某些功能,进而为人类创造出有用的技术系统。
4、黑箱办法
中医看病的办法。买西瓜的办法。通过这两个案例的分析,了解对无法打开与不能打开的事物内部的认识的办法,这样的办法的应用还有哪些,让学生充分的去想象、分析。
【课外拓展】
为了加深学生对知识的记忆、理解,我对本节课中学生在学习过程中所分析的问题做以简单的总结,并以“电冰箱的控制原理”的案例再现本节课的重点内容。鼓励学生全面的、辨证的分析问题。
四、控制系统的设计与实施
1.教材分析及教学设计简介
本节课内容为本节的第四课时,是本节、本章、本书的最后一个课时。在前面的学习中,学生已经了解了结构、流程、系统、控制与设计的关系。设计是技术的重要组成部分之一,而且《技术与设计2》大部分都是围绕着设计这个主题来展开的。
结构是设计的基础,流程是设计的办法,系统是设计的保障,控制是设计的关键。
本节课可使学生了解控制系统设计的一般思路和步骤,以电加热器的设计为例,实现发热、包层、控制、定时、过热保护等,这电加热器,大部分的学生都有一定的使用各损坏加热器的经验,作起来有一定的实践性。
【学情分析】
学生对一些产品有一定的使用经验,这些经验有成功的,也有失败的,通过控制系统的分析与设计,使学生对一定的实践经验的生活经历,上升到一定的理论认识,对失败的使用经验,能从控制与设计的角度重新的认识。
【教学目标】
知识与技能:
(1) 了解简单被控制对象的基本特征。画出系统方框图,形成初步设计方案
(2) 能设计制作一个控制办法,能进行模拟控制并调试。
过程与办法:通过案例式的探讨和实践改良的技术活动,提高分析能力,培养探究精神。学习权衡的思想。
情感、态度和价值观:
(1) 通过对控制系统的设计与实施的分析,体会产品设计中人性化的设计思想。
(2) 培养认真严谨的态度,进而树立“以人为本”的设计理念。
(3) 通过多种形式的教学活动,提高学生学习技术课的兴趣。
【重点与难点】
重点:控制系统设计的一般思路。
难点:闭环系统的设计。
关键:案例分析与方框图的绘制。
【教法设计】
(1)通过教师的引导和实例,探究控制系统设计与实施的含义。
(2)通过体验活动,结合学生生活经验,归纳总结控制系统设计与实施的办法。
(3)讲解设计的一般思路,要有所侧重,从众多的因素中选出重点的,不必面面俱到。
(4)通过实践改造活动,让学生感受和领悟,创新的设计思想,并引导学生思考实现合理的设计与控制还要考虑的因素。
【学法设计】
引导学生进行“问题式学习”,通过尝试——发现,探索——研究的过程来掌握本节课的知识,在老师的帮助下,把生活中的经验逐步与控制系统联系起来,通过动手实践、改造,亲身体会这种控制实施办法,体验成就感!
【教学资源准备】
以学生动手做与设计方框图为主,制作电吹风控制系统的视频,课件容纳一些视频和例子说明及方框图的展示。
【教学策略】
本节书从理论上讲内容较难,学生理解起来比较困难,为了能有较好的课堂效果,设计如下:
(1)通过一些具体的生活中例子对比来导入有关控制的设计办法,进而引入课题。
(2)教师根据课本中的案例,引导学生解决问题,提高学习的自主能力。
(3)寻找一些贴近学生生活实际和典型的《电吹风》《电暧气》(有开环与闭环两种)等案例,利用媒体教学手段增加课堂气氛,帮助学生在快乐、轻松的气氛中掌握知识。抽水马桶水箱不适合农村的学生,自动升旗控制的设计,难度相对高些,但比较实用,但要结合学生玩电动车的经验。
(4)老师起到引导的作用,学生为主体,在学生掌握的基础上,课堂交给学生。让学生进行设计。设计个改进身边的一些控制系统,进而使得学生完成本课堂的内容。
2.教案
【新课教学】
1、控制系统设计的一般思路
选择开环还是闭环:依据控制精度与条件。
被控对象特性的获取办法:往往难以直接得到,从输入与输出之间的关系,
若干个干扰因素的分析:找了影响最大的。
简单系统的控制:
执行器与检测器的选择:
设计图样等:
开环控制系统的设计
电风扇,电吹风的设计:
电风扇控制系统的设计:被控对象是电风扇,被控制量是电风扇输出的风速,控制量是电机的转速。设计的目的有:一是有定时关闭电风扇。二是有不同的风速。三是也定时,也有不同的风速。
案例分析:电吹风控制系统的设计(要先简介一下电吹风的工作原理)
与学生一起分析,这个系统要达到的目的是啥?控制的对象是啥?被控对象有哪些特性?被控量的控制量分别是啥?外界的干扰因素是啥?经济实用?安全教育与设计。
可以选择熨斗,电加热棒,电褥子等进行分析,这些设备,学生有一些使用的经验,拿出来加以分析,还可以增加学生的安全意识。
2、 闭环控制系统的设计
对于简单的闭环控制系统有如下的要求:
① 必须是稳定的。一是工作时要稳定,二是干扰出现时要稳定,这个稳定是通过调节而出现的稳定。
② 控制精度要符合要求系统的输出值与给定值要变化,而且在变化的范围内。
③有较好的抗干扰性能。
④ 几项要求有时产生矛盾,要平衡有侧重点的解决。
案例分析:抽水马桶水箱的自动控制系统的设计。
设计目的与节水:
设计项目:
设计要求:
设计分析:
被控量,控制量,干扰量。分析设计思路。
绘制方框图:
知识与技能:
让学生了解在设计的一般思路,应注意目的,控制量与被控量干扰因素。选择输入与输出的关系检测,执行器,检测器的选择。
让学生自行画出与设计方框图。
综合实践:近几年的冬季,总一些报道说,太阳能热水器出现冻坏的住户,请利用控制系统的知识,分析一下原因,并提出修改设计方案。
【课外拓展】
为了加深学生对知识的记忆、理解,鼓励学生全面的、辨证的分析问题。对生活中的一些个系统进行分析,思考,并能收集一些设备的工作原理,只有在掌握了大量的系统的工作原理,占有大量的资料的前提下,对系统进行分析,画出方框图,才能对其设计有一定的了解。
闭环控制系统的干扰与反馈 篇3
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第四单元控制与设计
第三节 闭环控制系统的干扰与反馈
一、教学内容分析:
本节是在学生对控制系统有一定认识的基础上具体的阐述闭环控制系统的干扰与反馈的辨证关系,是全书的重点章节,也是控制系统的具体应用章节。为以后学习的控制系统的设计等内容奠定了理论基础。
本节内容在《控制和设计》中起到举足轻重的作用,不仅可以使学生对闭环控制系统中的反馈(feedback)有很深的认识,而且也为闭环控制系统的设计与实施打好基础。本节教材主要包含三部分内容:干扰因素、反馈、功能模拟法、黑箱法。本节是本单元的重点,也是一个难点,分析干扰因素及反馈给控制系统带来的影响,综合了本单元前两节的知识。从模块角度看,该节融合了该模块第二单元流程与设计,以及第三单元系统与设计的内容,控制过程本身的工作过程就是一个流程,闭环控制系统大致包括控制环节、执行环节、反馈环节和比较环;反馈也体现了系统的环境适应性,因此,本节是本模块的综合应用。本单元是本课程知识的综合应用,综合了必修1、必修2的知识,讲了闭环自适应控制,体现了技术以人为本的理念。
二、教学对象分析:
学生对控制机理比较陌生,整个教学都应以案例分析为主,所举案例应力求简单。
三、目标:
1.知识与技能:
(1)能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素,并作分析。
(2)熟悉闭环控制系统中反馈环节的作用。
(3)熟悉闭环控制系统的工作过程。
(4)了解功能模拟办法和黑箱办法在控制系统中的应用。
2.过程与办法:
用方框图分析生活中常见控制系统,通过实践、游戏、讨论、分析、讲授法、问题教学法、小组讨论法、设计教学法等办法使学生懂得反馈在闭环控制系统中的作用,了解功能模拟办法和黑箱办法在控制系统中的应用;结合案例分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素及克服办法。
3.情感态度价值观:
通过学习,联系生活,能具体问题,具体分析,能在生活中应用反馈原理,调节自身的心理、学习与生活。培养学生的观察能力,体验学习乐趣。渗透安全教育、德育教育、环保等教育。
四、教学重难点:
1.教学重点:
干扰因素;反馈与闭环系统的工作原理;开环控制系统与闭环控制系统的选用。
2.教学难点:
干扰因素的判定;闭环系统的工作原理;功能模拟办法、黑箱办法。
五、教学概述:
通过人们熟悉的例子来说明在控制系统中除输入量以外能引起被控量变化的各种因素都是控制系统的干扰。用方框图分析生活中常见控制系统,通过实践、游戏、讨论、分析等办法使学生懂得反馈在闭环控制系统中的作用。
....
闭环控制系统的干扰与反馈 篇4
技术与设计2
第三单元 控制与设计
第三节 闭环控制系统的干扰与反馈
第一课时
干扰因素
(三亚市第一中学 刘斯殷)
一、教学目标
能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素,并作分析。
二、教学重点
干扰因素的定义。
三、教学难点
1、了解干扰对控制系统的影响,并能分析克服干扰因素的合理方案;
2、分析闭环控制系统有较强抗干扰能力的机理,能够分析一个简单闭环控制系统的克服干扰因素的过程。
四、教学过程
序号
教学内容
教师引领
学生活动
1
引入新课
列举日常生活中时常存在的“干扰”现象:
①自然产生的:风中骑车、行船等;
②人为造成的:手机信号对电脑的干扰;
明确本节主要讨论的是干扰因素的也同样存在于控制系统当中问题。
思考、参与讨论。
2
啥是干扰因素
教师引导学生回答:我们要学习的干扰因素指的是控制系统当中的干扰因素。
结合具体控制系统,使同学们了解控制系统当中的干扰因素所指的是啥。
练习 p108马上行动
p109思考
听讲,根据具体的控制系统,回答它们会受到那些干扰因素的影响。
3
分析干扰因素
根据一个具体的控制系统分析干扰对控制系统的影响并分析克服干扰因素的合理方案,总结出以下三点:
1、 控制系统的稳定性能与干扰因素的控制以及克服能力直接相关;
2、 干扰因素的个数不定;
3、 只有使被控量稳定,才能使控制系统正常操作。
听讲、讨论。
4
分析控制系统怎么样克服干扰因素
列举游泳池的开环控制系统及闭环控制系统,分析闭环控制系统有较强抗
干扰能力。
通过一些具体的控制系统的案例分析使同学们了解一个简单闭环控制系统克服干扰因素的过程。
听讲、思考。
结合老师讲解和自己的理解讨论一些简单的控制系统克服干扰因素的过程。
5
干扰因素的利用
干扰因素在某种情况下也可以成为我们利用的对象,比如打狂犬疫苗。
讨论还有那些是我们可以利用的干扰因素。
6
小结
引导学生对本节课进行整理、归纳。
对本节课内容进行整理、归纳。
闭环控制系统的干扰与反馈 篇5
一、教学内容分析:
本节是在学生对控制系统有一定认识的基础上具体的阐述闭环控制系统的干扰与反馈的辨证关系,是全书的重点章节,也是控制系统的具体应用章节。为以后学习的控制系统的设计等内容奠定了理论基础。
本节内容在《控制和设计》中起到举足轻重的作用,不仅可以使学生对闭环控制系统中的反馈(feedback)有很深的认识,而且也为闭环控制系统的设计与实施打好基础。本节教材主要包含三部分内容:干扰因素、反馈、功能模拟法、黑箱法。本节是本单元的重点,也是一个难点,分析干扰因素及反馈给控制系统带来的影响,综合了本单元前两节的知识。从模块角度看,该节融合了该模块第二单元流程与设计,以及第三单元系统与设计的内容,控制过程本身的工作过程就是一个流程,闭环控制系统大致包括控制环节、执行环节、反馈环节和比较环;反馈也体现了系统的环境适应性,因此,本节是本模块的综合应用。本单元是本课程知识的综合应用,综合了必修1、必修2的知识,讲了闭环自适应控制,体现了技术以人为本的理念。
二、教学对象分析:
学生对控制机理比较陌生,整个教学都应以案例分析为主,所举案例应力求简单。
三、目标:
1.知识与技能:
(1)能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素,并作分析。
(2)熟悉闭环控制系统中反馈环节的作用。
(3)熟悉闭环控制系统的工作过程。
(4)了解功能模拟办法和黑箱办法在控制系统中的应用。
2.过程与办法:
用方框图分析生活中常见控制系统,通过实践、游戏、讨论、分析、讲授法、问题教学法、小组讨论法、设计教学法等办法使学生懂得反馈在闭环控制系统中的作用,了解功能模拟办法和黑箱办法在控制系统中的应用;结合案例分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素及克服办法。
3.情感态度价值观:
通过学习,联系生活,能具体问题,具体分析,能在生活中应用反馈原理,调节自身的心理、学习与生活。培养学生的观察能力,体验学习乐趣。渗透安全教育、德育教育、环保等教育。
四、教学重难点:
1.教学重点:
干扰因素;反馈与闭环系统的工作原理;开环控制系统与闭环控制系统的选用。
2.教学难点:
干扰因素的判定;闭环系统的工作原理;功能模拟办法、黑箱办法。
五、教学概述:
通过人们熟悉的例子来说明在控制系统中除输入量以外能引起被控量变化的各种因素都是控制系统的干扰。用方框图分析生活中常见控制系统,通过实践、游戏、讨论、分析等办法使学生懂得反馈在闭环控制系统中的作用。
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