Введение к работе
^
Акг.я?слъность темы. Разработка новых гальвашіческігх покрытий со
пряжена с большим объемом экспериментальных исследований, обработкой и
анализом эксперимент&чьно - статистической информации, вибором н управ
лением режимами электролиза. Поиск режимов управлення с одной стороны н
обеспечение этих режимов - с другой, определяют необходимость разработки
систем автоматизации технологических процессов (ТП) нанесения гальваниче
ских покрытой металлами (НГПМ). v
Значительный вклад з этой направлении внесен: Кафаровым В.В, Балакиревым B.C., Мешалклным В.П., Кудрявцезым Н.Т., Дамаскиным Б.Б., Петри-см О.А., Виноградовым С.Н..
Трудность, а г?асго к просто невозможность измерения основных критериев качества покрытия г» процессе электролиза, приводят к сложности азто.мз-ткзец.чл таких процессов и целесообразности управления ими по математическим моделям (ММ). Прямое использование стохастических моделей, методов, планирования эксперимента приводит к получению полиномиальных ММ, коэффициентами в которых являются абстрактные величины, не связанные с реальными физическими параметрами, что затрудняет анализ ТП. Аппроксимация нелянейиих мкетефактершет зазнснмослей тедст к необходимости либо при получении модели с заданной точностью, проведения большого объёма экспериментов, либо к получению ММ, опмсыззющи.ч экспериментальные данные с большой погрешностью.
Кроме того, следствием обработки информации в преобразованных координатах является изменение закона распределен)!» отклонений результативного признака и получение неэффективных, смешенных и несостоятельных оценок параметров ММ, что также не обеспечивает требуемой эффективности управления этими процессами с использованием моделей.
Поэтому создание автоматизированных систем, предназначенных; для поиска режимов и управления нанесением гальванических покрытий металлами, является актуальной задачей. Проблематика перечисленньк вопросов имеет ярко выраженный комплексный характер, что приводит, к необходимости сопряженного многоаспектного рассмотрения проблемы автоматизации технологического процесса НГПМ.
Цель работы - повышение эффективности автоматизированного технологического процесса нанесения гальванических покрытий металлами на основе создания математических моделей, алгоритмов и программных средств.
Задачи исследования.
-
Исследование технологического процесса нанесения покрытий металлами как объекта управления и разработка системы его автоматизации.
-
Разработка математического и программного обеспечения системы управления автоматизированных» технологическим процессом НГПМ.
-
Анализ существующих методов построения и идентификации математических моделей ТП НГПМ, обработки информации и управления режимами
нанесения гальванических покрытий с потаю в:,т;-;злг:-шя перспективных подходов и направлений ксследоггкий.
-
Разработка математических моделей процесса НГПМ, алгоритмов и программ их идентификации и анализ статических режимов системи автоматизации ТП НГПМ.
-
Анализ динамических процессов в системе автоматизации ТП НГПМ, идентификация их моделей н синтез регуляторов.
-
Разработка практических рекомендаций по использованию предложенных математических моделей, алгоритмов, программ и режимов управления ТП нанесения гальванических покрытий металлами.
-
Апробация и внедрение методов, методик; алгоритмов, пакетов программ разработанных компьютерных систем построения математических моделей, обработки информации и автоматизации ТП НГПМ.
Методы иссг.еднаюмя. Методологическая основа исследований - основные положения системного анализа и теории управления, теории подобия, моделирования и математического анализа, теории вероятностей и математической статистики, методы дифференциального и интегрального исчисления, оптимизации, аппроксимации, дисперсионного и корреляционно - регрессионного анализа, теории планирования эксперимента, численные методы решения задач с использованием ЭВМ.
Научная повита. В работе получены следующие научные результаты. !. Разработана система управления автоматизированным технологическим процессом нанесения гальванических покрытий металлами, реализующая а контурах упра&тения .предложенные методы построения и идентификации математических моделей ТП НГПМ.
2. Предложены и обоснованы принципы построения ММ в системе управления
автоматизированным ТП НГПМ, которые являются базой разработанных
методов идентификации ММ на всех уровнях автоматизации ТП НГПМ:
систематизации по видам преобразования координат, многоуровневого под
хода к синтезу и выбору вида ММ, нахождения состоятельных, эффектив
ных я несмещенных оценок параметров ММ в преобразованных координа
тах. .
3. Предложены обобщенные математические модели ТП НГПМ, на основе ко
торых разработаны методы определения физических параметров процесса и
относительного коэффициента перекоса а,, включающие в себя итерацион
ный цикл поиска <х„ и процедуры расчета оценок параметров уравнения рег
рессии по экспериментальным данным.
-
Предложена система специальных функций, составляющая совместно с полученными моделями зависимостей выхода по току от режимов электролиза и состава электролита основу второго уровня системы управления автоматизированным ТП НГПМ. ' і
-
Разработана методика синтеза многофакторных ММ по результатам одно-факторного.эксперимента, основанная на выборе общих видов преобразований выходной координаты для всей совокупности составляющих многофак-
торную модель однофакторных зависимостей, повышающая эффективность
использования накопленных экспериментальных данных в системе автома
тизации. '.-.,
-
Предложены в реализованы методы идентификации динамических математических моделей ТП НГПМ по переходным характеристикам.
-
Предложена методика; разработаны алгоритмы и программы структурной идентификации ММ системы автоматизации ТП НГПМ по совокупности результатов измерений., ''.-.. ; . , . '
Практическая цен ::ccr?)t>.
1. Создано математическое к программное, обеспечение сервера приложений
системы управления автоматизированным технологическим процессом
НГПМ, включающее в себя: '.-....
систему специальных базисных функций; Л
сообщенную математическую модель зависимости аыходз по току от режимов электролиза и состава злекгролігга;
подсчетему автоматизированного построения ММ н обработки зкепе-рпмгитально-статистаческоіі информации;
модуль идентификации летерминирог^нных математических моделей задатсиыостен выхода по току от технологических параметров;
, - процедуры идентификации ММ технологического объекта управления по переходным характеристикам и яасгроНкн параметров регуляторов;
подсистему регулирования плотности тока;
подсистему построения многофакторных ММ по результатам одно-факторных экспериментов;
- процедуры нахождения общих1 видов преобразований координат и об
щих моделей для совокупности экспериментальных массивов;
Разработанные алгоритмы и программы реализованы на языке визу
ального программнрзвания'ПЕЬРШ 4/0. -
2. Проведен расчет и найдены оценки параметров ММ, используемых при
управлении ТП НГПМ и подтверждающие достаточную для практики точ
ность предложенных моделей.
3. Проведены исследования статических и динамических режимов ТП НГПМ.
ТП НГПМ представлен в виде двух последовательно соединенных блоков,
отражающих два уровня преобразования управляющих воздействий (расхо
дов электролита, пара, лиганда, ПАВ, напряжение и ток) через регулируемые
технологические параметры (Г, рН, [M'*\, [Ц, [ПАВ], і) в управляемые
координаты ТП НГПМ (выход по току, минимальная толщина и равномер
ность покрытия, эксплуатационные характеристики), выбранные в качестве
критериев управления в автоматизированной системе ТП НГПМ.
4. Разработаны отдельные элементы и регуляторы системы автоматизации на
несения гальванических покрытий металлами.
Реализация и внедрение. Результаты работы в виде моделей, алгоритмов, программных и технических средств внедрены в АО НПП "ЭРА", в НИР по теме "Разработка научных принципов комплексного обеспечения работоспо-
собности резьбовых соединений в условиях нормальных в повышенных температур", выполненную по ГРАНТу министерства образования РФ в разделе "Фундаментальные исследования в области машиностроения", используются в учебном процессе при подготовке студентов по специальности 210200 «Автоматизация технологических прсніессов и производств».
Апробация работы. Основные положения диссертацнонноП работы докладывались и обсуждались : на конференции «Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике и производстве печатных плате, Пенза, 1997; на Международной научно - технической конференции «Точность автоматизированных производств», Пенза 1997; на Международной научной конференции « Методы и средства управления технологическими процессами», Саранск, 1997, 1999; на межрегиональной научно-методической конференции «Новые компьютерные технологии обучения в региональной инфраструктуре», Пенза, 1998, 1999; на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем», Пенза, 199S; на третьей Международной конференции «Дифференциальные уравнения и их приложения», Саранск, 1998; на Международной научной конференции «Математические методы в химии и технологиях», Владимир, 1998, Новгород Великий, 1999; на Международной научно-технической конференции «Точность технологических и транспортных систем», Пенза, 1998,1999; на Международной научной конференции «Математические методы в экономике, социологии, технике», Пенза, 199S, 1999; нз научной конференции «Проблемы технического управления в региональной энергетике», Пенза, 1998,1999; на Всероссийской научно-практической конференции "Опыт и проблемы экологического образования и воспитания", Пенза, 1999; на научно - технических конференциях профессорско - преподавательского со-. става ПЛИ, ПГТУ, ПГУ, Пенза 1993-1997.
Публикации Основные результаты опубликованы в 18 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пя
ти глав основного материала, заключения и списка литературы из 217 наимено
ваний, трех приложений, содержащих компьютерные программы разработан
ной системы, экранные формы, справки и акты о внедрении результатов рабо
ты. Обшив объем работы составляет 223 страницы основного текста, 54 рисун-
ка,9таблиц. .