自動控制技術(shù)在焊接工程中的創(chuàng)新性應(yīng)用

高世鷹

摘 要：自動控制技術(shù)是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要技術(shù)，鋁合金焊接也是現(xiàn)代制造業(yè)輕量化發(fā)展趨勢中重要的工藝步驟，將這兩者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性應(yīng)用是當(dāng)前裝備制造業(yè)發(fā)展的重要方向，該文擬從自動控制技術(shù)的性質(zhì)出發(fā)，探討其在焊接工程中的創(chuàng)新性應(yīng)用，希望能夠?yàn)槲覈淖詣雍附蛹夹g(shù)發(fā)展提供一些參考。當(dāng)今世界裝備制造業(yè)正在呈現(xiàn)著突飛猛進(jìn)的發(fā)展，而自動化焊接水平的先進(jìn)程度從側(cè)面體現(xiàn)了國家的工業(yè)化技術(shù)水平。自動化焊接是一門較為前沿的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，它是一門與新興學(xué)科緊密聯(lián)系的工藝技術(shù)。從自動化技術(shù)的角度來說，其涉及到電子信息、自動控制、材料科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，生產(chǎn)過程也需要涉及到切割、焊接、檢驗(yàn)等工藝，只有實(shí)現(xiàn)整個(gè)工業(yè)加工過程的自動化控制，才能夠提升產(chǎn)品的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，所以說自動化在焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，能夠有效促進(jìn)現(xiàn)代化裝備制造業(yè)體系的發(fā)展，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：自動控制技術(shù) 焊接工程 創(chuàng)新 應(yīng)用

中圖分類號：G642 3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（a）-0061-01

1 自動控制技術(shù)的分類

自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置，使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動控制是相對人工控制概念而言的。自動控制技術(shù)的研究有利于將人類從復(fù)雜、危險(xiǎn)、繁瑣的勞動環(huán)境中解放出來并大大提高控制效率。自動控制是工程科學(xué)的一個(gè)分支。它利用反饋原理對動態(tài)系統(tǒng)的自動影響，使得輸出值接近我們想要的值。從方法的角度看，它以數(shù)學(xué)的系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，自動控制系統(tǒng)的技術(shù)與系統(tǒng)分類非常豐富，從性能、結(jié)構(gòu)、控制方式的因素來說也有非常多的內(nèi)容，因此可以從多個(gè)方面來加以分別，總的來說可以簡要分為以下幾點(diǎn)。

1.1 信息反饋

根據(jù)控制信號的傳遞方式，也就是信息反饋，可以分為開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，閉環(huán)控制也就是（負(fù)）反饋控制，原理與人和動物的目的性行為相似，系統(tǒng)組成包括傳感器、控制裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。傳感器檢測被控對象的狀態(tài)信息，并將其轉(zhuǎn)變成物理（電）信號傳給控制裝置，控制裝置比較被控對象當(dāng)前狀態(tài)對希望狀態(tài)的偏差，產(chǎn)生一個(gè)控制信號，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動被控對象運(yùn)動，使其運(yùn)動狀態(tài)接近希望狀態(tài)。開環(huán)控制也叫程序控制，這是按照事先確定好的程序，依次發(fā)出信號去控制對象。按信號產(chǎn)生的條件，開環(huán)控制有時(shí)限控制、次序控制、條件控制。

1.2 程序控制

從程序控制的角度來說，可以分為非線性系統(tǒng)和線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)指的是輸出和輸入特性為線性關(guān)系時(shí)，系統(tǒng)狀態(tài)可以用線性方程來表達(dá)。非線性系統(tǒng)一般使用在只有單個(gè)非線性元件的系統(tǒng)中。在一些非線性性質(zhì)并不嚴(yán)重的情形下，也可以簡化為線性系統(tǒng)方便研究。

1.3 信息傳遞

從信息的傳遞方式上來看，可以分為連續(xù)和離散的控制系統(tǒng)。連續(xù)系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)都是連續(xù)傳遞信息的；而離散的控制系統(tǒng)具有多個(gè)信息節(jié)點(diǎn)，采用數(shù)字采樣的形式來傳遞，與計(jì)算機(jī)程序和數(shù)字脈沖的工作具有非常緊密的聯(lián)系。

1.4 輸入輸出

從輸入輸出的角度來說，可以分成單輸入輸出和多輸入輸出的系統(tǒng)，單輸入輸出系統(tǒng)主要采用拉斯變換的原理，使用數(shù)學(xué)控制理論；多輸入輸出系統(tǒng)采用的是狀態(tài)方程工具，以現(xiàn)代化的控制理論為指導(dǎo)思想，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、自適應(yīng)等。

1.5 信號變化

根據(jù)信號的時(shí)域變化來看，控制系統(tǒng)可以分為恒溫、隨動和程序控制。恒溫系統(tǒng)主要保證系統(tǒng)在特定參數(shù)外的擾動進(jìn)行消除，確保系統(tǒng)穩(wěn)定；隨動系統(tǒng)是指在預(yù)先參數(shù)不確定的情形下，能夠在系統(tǒng)控制過程中將被控制變量穩(wěn)定在較小的誤差范圍以內(nèi)。

另外，自動控制技術(shù)具有三個(gè)方面的工作特點(diǎn)，首先是穩(wěn)定，即系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)長時(shí)間的穩(wěn)定控制；其次是快速，即系統(tǒng)的控制動作響應(yīng)速度較快且穩(wěn)定；最后是準(zhǔn)確，即系統(tǒng)在控制精度上要能夠始終保證較高的控制精度，將誤差盡可能地進(jìn)行縮小。

2 自動控制技術(shù)在焊接工程中的創(chuàng)新性應(yīng)用

在焊接工程領(lǐng)域內(nèi)，自動控制技術(shù)有著非常重要的作用，它能夠?qū)崿F(xiàn)較高的控制性能和強(qiáng)大的動態(tài)分析能力。

在焊接工程中應(yīng)用自動控制技術(shù)，首先需要應(yīng)用的是監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含了所有的被控制對象和信號轉(zhuǎn)換設(shè)備。這樣既能夠起到監(jiān)測功能，也可以將傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成另外的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式，這種檢測作用可以保證系統(tǒng)具備較高的抗干擾能力和工作性能穩(wěn)定。一般來說被控制的對象原件有接觸式、光電式、電弧、磁傳感器等等，不同類型的傳感器可以實(shí)現(xiàn)不同種類信號的監(jiān)測和采集。

再次是控制器系統(tǒng)，控制器的系統(tǒng)主要是將理想值與實(shí)際值進(jìn)行誤差大小的計(jì)算，從而給出控制量大小給控制系統(tǒng)。一般來說控制器使用P調(diào)節(jié)、PD調(diào)節(jié)和PID調(diào)節(jié)等方式實(shí)現(xiàn)信號的計(jì)算反饋。在非線性系統(tǒng)中就需要用到延時(shí)滯后、變結(jié)構(gòu)、自適應(yīng)等控制器，近年來不斷復(fù)雜和先進(jìn)的控制算法已經(jīng)越來越豐富，現(xiàn)代化的控制理論也有了更佳的性能表現(xiàn)。

3 焊接機(jī)器人

將自動控制技術(shù)在焊接工程中的所有應(yīng)用組件系統(tǒng)進(jìn)行一體化處理，就可以成為一臺全功能的系統(tǒng)集成化焊接機(jī)器人，這樣的機(jī)器人設(shè)備改變了傳統(tǒng)的大型設(shè)備只能夠使用在特定大批量生產(chǎn)的流水線的情況，其能夠適應(yīng)小批量的自動化生產(chǎn)與控制，從小規(guī)模的應(yīng)用來看，焊接機(jī)器人又可以分為電焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人。

焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜組成。而焊接裝備，以弧焊及點(diǎn)焊為例，則由焊接電源（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機(jī)（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對于智能機(jī)器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。根據(jù)焊接系統(tǒng)的組件分類，焊接機(jī)器人的組成可以分為焊接傳感器、控制器、變位機(jī)、操作機(jī)和焊接系統(tǒng)，它能夠集合先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算理論，使用計(jì)算機(jī)程序技術(shù)，將軟件和硬件進(jìn)行綜合應(yīng)用，推動焊接技術(shù)在我國的發(fā)展。在未來，自動焊接技術(shù)的控制系統(tǒng)還將越來越精細(xì)，技術(shù)越來越完備，不斷推動我國的工業(yè)化生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓贊東，都東，陳強(qiáng)，等.多微處理器在管道焊接自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].北京：測控技術(shù)，2001，20（4）：45-47.

[2] 吳學(xué)禮，林立新，賈輝然，等.高頻焊管焊接過程的微機(jī)綜合自動控制[J].寶雞：焊管，2002，25（6）：19-21.

[3] 李文江，鄭曉琳，孫宏.基于PLC的馬鞍型焊接機(jī)自動控制系統(tǒng)[J].北京：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2012（10）：31-35.