自動控制技術在焊接工程中的創新性應用

高世鷹

摘 要：自動控制技術是現代化工業生產的重要技術，鋁合金焊接也是現代制造業輕量化發展趨勢中重要的工藝步驟，將這兩者進行有機結合實現創新性應用是當前裝備制造業發展的重要方向，該文擬從自動控制技術的性質出發，探討其在焊接工程中的創新性應用，希望能夠為我國的自動焊接技術發展提供一些參考。當今世界裝備制造業正在呈現著突飛猛進的發展，而自動化焊接水平的先進程度從側面體現了國家的工業化技術水平。自動化焊接是一門較為前沿的先進科學技術，它是一門與新興學科緊密聯系的工藝技術。從自動化技術的角度來說，其涉及到電子信息、自動控制、材料科學等多個領域，生產過程也需要涉及到切割、焊接、檢驗等工藝，只有實現整個工業加工過程的自動化控制，才能夠提升產品的焊接質量和生產效率，所以說自動化在焊接領域中的應用，能夠有效促進現代化裝備制造業體系的發展，具有非常廣泛的應用前景。

關鍵詞：自動控制技術 焊接工程 創新 應用

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

1 自動控制技術的分類

自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置，使機器、設備或生產過程的某個工作狀態或參數自動地按照預定的規律運行。自動控制是相對人工控制概念而言的。自動控制技術的研究有利于將人類從復雜、危險、繁瑣的勞動環境中解放出來并大大提高控制效率。自動控制是工程科學的一個分支。它利用反饋原理對動態系統的自動影響，使得輸出值接近我們想要的值。從方法的角度看，它以數學的系統理論為基礎，自動控制系統的技術與系統分類非常豐富，從性能、結構、控制方式的因素來說也有非常多的內容，因此可以從多個方面來加以分別，總的來說可以簡要分為以下幾點。

1.1 信息反饋

根據控制信號的傳遞方式，也就是信息反饋，可以分為開環和閉環系統，閉環控制也就是（負）反饋控制，原理與人和動物的目的性行為相似，系統組成包括傳感器、控制裝置、執行機構。傳感器檢測被控對象的狀態信息，并將其轉變成物理（電）信號傳給控制裝置，控制裝置比較被控對象當前狀態對希望狀態的偏差，產生一個控制信號，通過執行機構驅動被控對象運動，使其運動狀態接近希望狀態。開環控制也叫程序控制，這是按照事先確定好的程序，依次發出信號去控制對象。按信號產生的條件，開環控制有時限控制、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和線性系統。線性系統指的是輸出和輸入特性為線性關系時，系統狀態可以用線性方程來表達。非線性系統一般使用在只有單個非線性元件的系統中。在一些非線性性質并不嚴重的情形下，也可以簡化為線性系統方便研究。

1.3 信息傳遞

從信息的傳遞方式上來看，可以分為連續和離散的控制系統。連續系統的控制環節都是連續傳遞信息的；而離散的控制系統具有多個信息節點，采用數字采樣的形式來傳遞，與計算機程序和數字脈沖的工作具有非常緊密的聯系。

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，單輸入輸出系統主要采用拉斯變換的原理，使用數學控制理論；多輸入輸出系統采用的是狀態方程工具，以現代化的控制理論為指導思想，如神經網絡、模糊邏輯、自適應等。

1.5 信號變化

根據信號的時域變化來看，控制系統可以分為恒溫、隨動和程序控制。恒溫系統主要保證系統在特定參數外的擾動進行消除，確保系統穩定；隨動系統是指在預先參數不確定的情形下，能夠在系統控制過程中將被控制變量穩定在較小的誤差范圍以內。

另外，自動控制技術具有三個方面的工作特點，首先是穩定，即系統能夠實現長時間的穩定控制；其次是快速，即系統的控制動作響應速度較快且穩定；最后是準確，即系統在控制精度上要能夠始終保證較高的控制精度，將誤差盡可能地進行縮小。

2 自動控制技術在焊接工程中的創新性應用

在焊接工程領域內，自動控制技術有著非常重要的作用，它能夠實現較高的控制性能和強大的動態分析能力。

在焊接工程中應用自動控制技術，首先需要應用的是監測系統，該系統包含了所有的被控制對象和信號轉換設備。這樣既能夠起到監測功能，也可以將傳感器的數據轉換成另外的數據表現形式，這種檢測作用可以保證系統具備較高的抗干擾能力和工作性能穩定。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現不同種類信號的監測和采集。

再次是控制器系統，控制器的系統主要是將理想值與實際值進行誤差大小的計算，從而給出控制量大小給控制系統。一般來說控制器使用P調節、PD調節和PID調節等方式實現信號的計算反饋。在非線性系統中就需要用到延時滯后、變結構、自適應等控制器，近年來不斷復雜和先進的控制算法已經越來越豐富，現代化的控制理論也有了更佳的性能表現。

3 焊接機器人

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

焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩部分。機器人由機器人本體和控制柜組成。而焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源（包括其控制系統）、送絲機（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對于智能機器人還應有傳感系統，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。根據焊接系統的組件分類，焊接機器人的組成可以分為焊接傳感器、控制器、變位機、操作機和焊接系統，它能夠集合先進的數值計算理論，使用計算機程序技術，將軟件和硬件進行綜合應用，推動焊接技術在我國的發展。在未來，自動焊接技術的控制系統還將越來越精細，技術越來越完備，不斷推動我國的工業化生產和國民經濟進步。

參考文獻

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