Оптимальное управление гальваническими процессами с циклически включаемыми анодными секциями

• Автор: Соловьев, Денис Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 Анализ гальванического процесса с циклическим включением анодных секций и постановка задачи исследования

1.1 Общие сведения о гальванотехнике

1.2 Основные критерии качества гальванического покрытия

1.3 Методы повышения равномерности покрытий

1.4 Анализ современного состояния в области управления гальваническими процессами в ваннах со многими анодами
1.5 Гальванический процесс в многоанодной ванне, функционирующей в режиме циклического включения анодных секций
1.6 Гальванический процесс с циклически включаемыми анодными секциями как объект управления

1.7 Постановка задачи оптимального управления гальваническим процессом

Выводы по первой главе
Глава 2 Математическое моделирование гальванических процессов с циклическим включением анодных секций
2.1 Построение математической модели гальванических процессов с циклически включаемыми анодными секциями
2.2 Алгоритм решения системы уравнений математической модели гальванического процесса
2.3 Проверка адекватности алгоритма расчёта системы уравнений математической модели
Выводы по второй главе
Глава 3 Методы поиска оптимальных управлений гальваническими процессами с циклическим включением анодных секций
3.1 Обзор и анализ методов решения задачи оптимального управления гальваническими процессами

3.2 Способ решения задачи оптимального управления гальваническими процессами
3.3 Анализ алгоритмов решения задачи оптимального управления гальваническими процессами
3.4 Пример решения задачи оптимального управления гальваническими
процессами
Выводы по третьей главе
Глава 4 Автоматизированная система управления технологическим процессом нанесения гальванического покрытия в ванне с циклическим включением анодных секций
4.1 Структура и состав системы управления
4.2 Программное обеспечение системы управления
4.3 Информационное обеспечение системы управления
4.4 Методика автоматизированного поиска оптимального управления гальваническим процессом
4.5 Техническое обеспечение системы управления
4.6 Использование результатов диссертационной работы
Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение А Дипломы победителя Всероссийских конкурсов
Приложение Б Свидетельства о государственной регистрации программ
для ЭВМ
Приложение В Акты и справки об использовании результатов работы на предприятиях и учреждениях
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Гальванические процессы широко используются в промышленности с целью нанесения защитных металлических покрытий на изготавливаемые изделия. Основными качественными показателями гальванических покрытий являются: равномерность распределения толщины покрытия по поверхности изделия, микротвёрдость покрытия, износостойкость, пористость и прочность сцепления покрытия с металлом основы. Одной из наиболее сложных проблем, возникающих при проведении гальванических процессов, является проблема получения равномерного покрытия на поверхности изделий сложной геометрической формы. Неравномерность - явление негативное, так как оно приводит к дополнительному расходу электроэнергии и металла покрытия. Возможности серийного оборудования, использующегося в настоящее время для проведения гальванических процессов, практически исчерпаны с точки зрения снижения неравномерности распределения толщины покрытия. Вместе с тем, существующие способы управления гальваническими процессами (регулирование температуры, уровня и величины pH электролита и т.д.) остаются слабо автоматизированными с большой долей ручного труда и ограниченными функционально-техническими возможностями. Следовательно, дальнейший прогресс в этой области связан с оптимизацией и автоматизацией существующих процессов, модернизацией, совершенствованием технологии, использованием перспективного оборудования, такого как гальванические ванны со многими анодами.
Основные исследования в области разработки математических моделей гальванических процессов, алгоритмов управления и автоматизации такого оборудования проводились отечественными учеными A.A. Капустиным, Н.Д. Кошевым, А.Н. Алексеевым, А.Б. Манукяном, В.Т. Ивановым, Ю.В. Литовка и И.В. Миловановым. Среди зарубежных работ стоит отметить труды C. Wagner, М.G. Pavlovic, H. Lavelaine de Maubeuge, H.P.E. Helle, J. Kronsbein и J.W.Dini. Однако исследования в данной области проводились разрозненно друг от друга, многие статьи носят обзорный характер. Кроме того, работам присущ ряд общих недос-

На рисунке приняты следующие обозначения: 1,1, 1,2, 3,3 - анодные секции под номерами 1,1, 1,2, 3,3; ВА - выпрямительный агрегат; И - изолятор; К
- катод; Э - электролит.
Одним из целевых критериев, выбранных в первой главе, является неравномерность наносимого покрытия (1.10). Чтобы получить значение данного критерия, необходимо знать толщину покрытия в каждой точке поверхности катода. Толщина покрытия в каждой точке поверхности катода за продолжительность процесса Tj после и циклов включения всех анодных секций вычисляется по формуле:

5(х, у, z, Т,) = Yj 5m.n (х> У’ z>т), (2.1)
Ш=1 11=
где 5m>n - толщина покрытия в точке катода с пространственными координатами (x,y,z) после работы ш,п-го анода в течение времени Ат. Величина 5mn рассчитывается по закону Фарадея [46]:
Sm,„ (х, у, z, т) = — л(х, у, z, т) i (х, у, z, т) ■ Дт (2.2)

где Э - электрохимический эквивалент металла покрытия; р - плотность металла покрытия;
r|(x,y,z,x) - катодный выход по току на периоде Tj в точке с координатами (x,y,z), который выражает отношение реально растворившегося на катоде металла к теоретически рассчитанному по закону Фарадея;
1кш,п(х,у,г,т) - плотность тока в точке поверхности катода с координатами (x,y,z) во время включения т,п-й анодной секции.
Катодный выход по току является функцией температуры, катодной плотности тока и концентрации компонентов электролита:
л(х, y,z, т) = n(t, iKm,n (х, у, z, т), С, (т),.„ С2 (т),.„ Cw (т)), (2.3)
где t - температура электролита;
W - количество компонентов, влияющих на катодный выход по току.
В общем случае изменение концентрации w-ro компонента за интервал времени те [0,Т2] большого периода описывается уравнением вида: