弧焊電源智能控制研究現(xiàn)狀與展望

董兵天

（甘肅有色冶金職業(yè)技術學院，甘肅 金昌 737100）

0 引 言

智能化的新型弧焊電源設有微機處理器和專用的大型集成電路，核心在于智能化、數(shù)字化的弧焊電源的全面控制?；诖耍孀兪叫滦突『鸽娫唇Y構具備了更優(yōu)的可靠性和科學性，確保了在簡化整個電源基本構造的同時，優(yōu)化全方位的電源運行性能[1]。此外，運用智能控制全面操控弧焊電源的整個運行過程，可在根源上增強弧焊電源的穩(wěn)定性和抗干擾性。

1 智能化的弧焊電源基本構造

弧焊電源誕生之初，主要局限于直流發(fā)電機。目前，新型弧焊電源已具備逆變性和數(shù)字化的顯著特征。運用智能控制操控弧焊電源有助于全面突顯弧焊電源本身具備的智能性與高效性，同時呈現(xiàn)輕量化的電源電路模塊[2]。對于主功率器，通?？蛇x擇MOS管或者IGBT部件。針對新型的弧焊電源有必要設置80 kHz左右的逆變器頻率，以維持逆變器裝置的順利運行。

從弧焊電源的整體構造角度講，當前多數(shù)弧焊電源都設有雙機控制的全新控制模式，核心在于智能控制器。電源控制核心應為DSP的高性能芯片。對于PWM的傳輸脈沖而言，有限雙極性的特殊開關可實現(xiàn)針對上述脈沖予以精確輸出的目標，然后放大光耦隔離器的脈沖波。因此，關于弧焊電源應配備上述的基本電源架構，運用高頻開關順利完成全橋逆變主電路的驅動。

除電源基本構造外，弧焊電源還應配備交互式的人機系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要依賴于SCI模塊，通過設置模塊調(diào)節(jié)的方式，隨時調(diào)控現(xiàn)有的弧焊電源電流和輸出電壓，并將其置于數(shù)字化的ARM調(diào)節(jié)范圍內(nèi)?；『鸽娫茨苓_到全方位的智能化改進，最關鍵的根源在于智能化的DSP模塊[3]。此類智能模塊可為操作者提供智能化的多種靈活算法，實現(xiàn)綜合性的電源性能優(yōu)化。同時，DSP還有助于迅速完成實時信號的處理，其中涵蓋了電流控制和復雜電壓調(diào)節(jié)的有關工藝。

2 弧焊電源全面運用智能控制的要點

閉環(huán)反饋控制應靈活運用于全過程的焊接操作控制，因為智能控制過程通常涉及與之有關的焊接數(shù)據(jù)輸出和參數(shù)輸入等操作[4]。同時，焊接操作有關的各項參數(shù)都具備突出的非線性特征和較強的耦合性，實現(xiàn)建模操作的難度相對較大。傳統(tǒng)焊接控制的模式，主要借助PID的經(jīng)典控制運算方法。近年來，智能控制逐漸具備了更快的運算速度和更健全的電路結構，且包含了神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊控制、滑模變結構、遺傳算法與其他多種算法。具體實踐中，智能控制弧焊電源的研究現(xiàn)狀可以從以下三方面給予分析。

2.1 關于構建神經(jīng)網(wǎng)絡

ANN可稱為人工神經(jīng)網(wǎng)絡，本質(zhì)上屬于數(shù)學模型，全面融合了生物結構和生物自帶的神經(jīng)網(wǎng)絡的基本功能。基于此，神經(jīng)網(wǎng)絡可用于完成并行式的協(xié)同處理、分布式信息存儲及自主學習，且具備自動建模的良好性能[5]。從現(xiàn)狀看，焊接過程靈活運用神經(jīng)網(wǎng)絡的著眼點應在于保障焊接質(zhì)量、構建焊接過程的模型、處理焊接熔池的圖像、預測接頭性能與跟蹤控制全過程的焊接操作等，同時確保神經(jīng)網(wǎng)絡自身具備多層次的特征。

在具體實現(xiàn)焊接控制的有關實踐中，構建整個神經(jīng)網(wǎng)絡的關鍵措施應包含設計輸出層和輸入層，且多種神經(jīng)元都要納入輸入層的范疇，確保實現(xiàn)非線性的大量信息的接收和處理。同時，焊接操作涉及的神經(jīng)網(wǎng)絡還需設計必要的輸出向量和輸入向量，通過運用全方位的焊接信息分析、節(jié)點傳輸以及信息權衡操作實現(xiàn)最終的焊接操作結果。此外，上述神經(jīng)網(wǎng)絡還應包含隱藏層，尤其需要關注其中的復雜節(jié)點[6]。

2.2 關于模糊控制

FC技術是模糊控制方法，最突出的是非線性特征。針對焊接控制領域而言，模糊控制已被全面引入當前的焊接控制操作。模糊控制方法建立在模糊關系、隸屬函數(shù)及模糊推理的前提下，可全面適用于多種多樣的焊接操作對象[7]。通過完成模糊推理可獲得相應的模糊量，并將其轉變成清晰度較高的焊接控制模式。

2.3 關于遺傳算法

本質(zhì)上講，遺傳算法本身構成了典型的搜索算法，核心內(nèi)涵在于模仿遺傳進化和優(yōu)勝劣汰的自然演化規(guī)律。因此，遺傳算法能夠針對特定的對象直接作用而不必限定函數(shù)連續(xù)性。在涉及到遺傳算法和弧焊電源控制的融匯、結合過程中，通過判斷焊縫形態(tài)，全面判斷和確定熔化極氣體，且涉及到送絲距離、焊縫間隙及其他有關參數(shù)的精確輸入處理，最終尋求最優(yōu)的遺傳算法。

3 展望技術發(fā)展的趨向

當前，智能控制技術表現(xiàn)為逐步深入發(fā)展的趨向，同時伴隨著各類控制手段的全面融合。展望現(xiàn)階段智能控制趨向可知，數(shù)字化和智能化構成了下一階段弧焊電源控制的趨勢。下一階段，弧焊電源控制將全面整合現(xiàn)階段的電子信息技術和電子電力技術。從網(wǎng)絡通信的視角看，嵌入式新型操作系統(tǒng)占據(jù)了重要地位。弧焊電源逐步健全的過程中，電源本身將類似于計算機與焊接裝置的融合結構，進而呈現(xiàn)優(yōu)良的數(shù)字化和智能化控制性能[8]。

因此，在未來的弧焊技術轉型與優(yōu)化中，技術人員可將自適應的內(nèi)置專家系統(tǒng)布置于弧焊電源的相應部位，實現(xiàn)自動程度更高的焊接動作和焊接材料選擇。在柔性化和網(wǎng)絡化改造的前提下，針對整個弧焊電源，用戶可靈活遠程控制，包含編程、在線調(diào)試與軟件升級等。

此外，智能化弧焊電源還設有自動焊接的靈活組合，其中自動機器人應配備機器手臂和送絲操作的自動模塊，而技術人員隨時可維修或者拆卸模塊化的焊接電源。通過運用全方位的自動化焊接操作，弧焊電源可實時在線反饋效果，隨時跟蹤調(diào)整焊縫等特殊部位。同時，技術人員應繼續(xù)關注智能化手段和弧焊操作過程的全方位融合，推進弧焊電源智能控制的轉變與演化。

4 結 論

近年來，智能化手段正滲透更多領域，誕生了智能控制的新型電源種類。若弧焊電源可實現(xiàn)整個過程的智能化操控，有助于縮短原有的電源設計周期，優(yōu)化控制硬件電路的具體操作模式。因此，未來實踐中，需落實升級現(xiàn)有的弧焊電源綜合性能，全面突顯操控弧焊電源的便捷性和靈活性。