生产管理知识-模糊逻辑控制在焊接中的应用进展(doc13)

模糊逻辑控制在焊接中的应用进展
1 引 言
　　焊接过程是一个复杂的过程，存在着时变、非线性及干扰因素多等
特点，难以建立起精确的数学模型。随着现代生产的迅速发展，对焊接
质量的要求越来越高，这就要求对焊接动态过程能实现自适应控制和智
能控制，以确保焊接过程的稳定性，提高焊接质量和焊接自动化水平。
模糊控制可以在没有精确数学模型的情况下，模仿专家和熟练焊接工人
的经验对焊接过程进行实时控制。国内外焊接界的专家学者较早认识到
模糊控制在焊接过程中有着广阔的应用前景，积极将模糊控制用于焊逢
跟踪、焊接质量及焊接电源设备的控制中。
2 焊缝跟踪的模糊控制
　　焊缝的自动跟踪，是通过传感器获取焊炬与焊缝中心的偏差信息，
对这些信息处理后，采用不同的控制算法得到控制信号，驱动焊炬使其
对中焊缝。为此，国内外开发了机械、电弧和视觉等类型的传感器。随
着传感器和信号处理技术的进步，多传感器信息融合将与弧焊机器人技
术相结合，在焊缝自动跟踪中得到广泛应用。
　　电弧传感器的原理是从电弧电流和电压的变化中获得焊缝横向与
高低偏差信息，当焊炬与工件距离变化时，电流相应改变，以保持原有
的熔化率。因此，电弧电流的变化反映了焊炬高度的变化，通过电弧振
动扫描焊缝的坡口，从电流波形特性中可获得焊炬横向对中的信息。电
弧电流与焊炬高度变化量之间是时变非线性的关系，其精确的数学模型
较难建立。尽管国内外学者研究了一些弧焊工艺的动静态模型，但由于
施焊现场存在强烈的电磁干扰等，这些模型的自适应和鲁棒性受到限
制。模糊控制具有很好的鲁棒性和非线性映射能力，因此，适用于电弧
传感跟踪控制。
　　J.W.Kim 等在 CO2 气体保护焊中，研制了一套电弧传感器，采用
简单模糊控制和自组织模糊控制方法进行焊缝跟踪。试验表明：自组织
模糊控制器在偏差角度为 10°时，系统仍有很强的跟踪能力。
日本学者通过测量电弧电流(I)、电压(U)和送丝速度(V)来计算坡口
和焊炬之间的距离(H)，即 H=F(I，U，V)来控制焊缝的跟踪，模糊逻辑
被用于这种电弧传感器的跟踪控制。
S.Murakami 等研究了弧焊机器人焊缝跟踪的模糊控制，设计采用基
于语言规则的模糊滤波器和模糊控制器。
河海大学姚河清等研究了一种 CO2 气保护焊焊枪高度控制系统，采
用燃弧占空比电弧传感器检测焊枪高度，用模糊控制器对焊枪高度进行
控制，控制系统选择燃弧占空比的偏差 e 和偏差的变化 ec 作为模糊输
入变量，焊枪高度调节步进电机的输出步数 u 作为模糊输出值，试验表
明该系统具有良好的控制效果。