自动控制技术在焊接工程中的创新性应用

高世鹰

摘 要：自动控制技术是现代化工业生产的重要技术，铝合金焊接也是现代制造业轻量化发展趋势中重要的工艺步骤，将这两者进行有机结合实现创新性应用是当前装备制造业发展的重要方向，该文拟从自动控制技术的性质出发，探讨其在焊接工程中的创新性应用，希望能够为我国的自动焊接技术发展提供一些参考。当今世界装备制造业正在呈现着突飞猛进的发展，而自动化焊接水平的先进程度从侧面体现了国家的工业化技术水平。自动化焊接是一门较为前沿的先进科学技术，它是一门与新兴学科紧密联系的工艺技术。从自动化技术的角度来说，其涉及到电子信息、自动控制、材料科学等多个领域，生产过程也需要涉及到切割、焊接、检验等工艺，只有实现整个工业加工过程的自动化控制，才能够提升产品的焊接质量和生产效率，所以说自动化在焊接领域中的应用，能够有效促进现代化装备制造业体系的发展，具有非常广泛的应用前景。

关键词：自动控制技术 焊接工程 创新 应用

中图分类号：G642 3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（a）-0061-01

1 自动控制技术的分类

自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。自动控制是工程科学的一个分支。它利用反馈原理对动态系统的自动影响，使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础，自动控制系统的技术与系统分类非常丰富，从性能、结构、控制方式的因素来说也有非常多的内容，因此可以从多个方面来加以分别，总的来说可以简要分为以下几点。

1.1 信息反馈

根据控制信号的传递方式，也就是信息反馈，可以分为开环和闭环系统，闭环控制也就是（负）反馈控制，原理与人和动物的目的性行为相似，系统组成包括传感器、控制装置、执行机构。传感器检测被控对象的状态信息，并将其转变成物理（电）信号传给控制装置，控制装置比较被控对象当前状态对希望状态的偏差，产生一个控制信号，通过执行机构驱动被控对象运动，使其运动状态接近希望状态。开环控制也叫程序控制，这是按照事先确定好的程序，依次发出信号去控制对象。按信号产生的条件，开环控制有时限控制、次序控制、条件控制。

1.2 程序控制

从程序控制的角度来说，可以分为非线性系统和线性系统。线性系统指的是输出和输入特性为线性关系时，系统状态可以用线性方程来表达。非线性系统一般使用在只有单个非线性元件的系统中。在一些非线性性质并不严重的情形下，也可以简化为线性系统方便研究。

1.3 信息传递

从信息的传递方式上来看，可以分为连续和离散的控制系统。连续系统的控制环节都是连续传递信息的；而离散的控制系统具有多个信息节点，采用数字采样的形式来传递，与计算机程序和数字脉冲的工作具有非常紧密的联系。

1.4 输入输出

从输入输出的角度来说，可以分成单输入输出和多输入输出的系统，单输入输出系统主要采用拉斯变换的原理，使用数学控制理论；多输入输出系统采用的是状态方程工具，以现代化的控制理论为指导思想，如神经网络、模糊逻辑、自适应等。

1.5 信号变化

根据信号的时域变化来看，控制系统可以分为恒温、随动和程序控制。恒温系统主要保证系统在特定参数外的扰动进行消除，确保系统稳定；随动系统是指在预先参数不确定的情形下，能够在系统控制过程中将被控制变量稳定在较小的误差范围以内。

另外，自动控制技术具有三个方面的工作特点，首先是稳定，即系统能够实现长时间的稳定控制；其次是快速，即系统的控制动作响应速度较快且稳定；最后是准确，即系统在控制精度上要能够始终保证较高的控制精度，将误差尽可能地进行缩小。

2 自动控制技术在焊接工程中的创新性应用

在焊接工程领域内，自动控制技术有着非常重要的作用，它能够实现较高的控制性能和强大的动态分析能力。

在焊接工程中应用自动控制技术，首先需要应用的是监测系统，该系统包含了所有的被控制对象和信号转换设备。这样既能够起到监测功能，也可以将传感器的数据转换成另外的数据表现形式，这种检测作用可以保证系统具备较高的抗干扰能力和工作性能稳定。一般来说被控制的对象原件有接触式、光电式、电弧、磁传感器等等，不同类型的传感器可以实现不同种类信号的监测和采集。

再次是控制器系统，控制器的系统主要是将理想值与实际值进行误差大小的计算，从而给出控制量大小给控制系统。一般来说控制器使用P调节、PD调节和PID调节等方式实现信号的计算反馈。在非线性系统中就需要用到延时滞后、变结构、自适应等控制器，近年来不断复杂和先进的控制算法已经越来越丰富，现代化的控制理论也有了更佳的性能表现。

3 焊接机器人

将自动控制技术在焊接工程中的所有应用组件系统进行一体化处理，就可以成为一台全功能的系统集成化焊接机器人，这样的机器人设备改变了传统的大型设备只能够使用在特定大批量生产的流水线的情况，其能够适应小批量的自动化生产与控制，从小规模的应用来看，焊接机器人又可以分为电焊机器人和弧焊机器人。

焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。机器人由机器人本体和控制柜组成。而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。对于智能机器人还应有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。根据焊接系统的组件分类，焊接机器人的组成可以分为焊接传感器、控制器、变位机、操作机和焊接系统，它能够集合先进的数值计算理论，使用计算机程序技术，将软件和硬件进行综合应用，推动焊接技术在我国的发展。在未来，自动焊接技术的控制系统还将越来越精细，技术越来越完备，不断推动我國的工业化生产和国民经济进步。

参考文献

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