弧焊电源智能控制研究现状与展望

2019-01-16董兵天

通信电源技术 2019年2期

董兵天

（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃金昌 737100）

0 引言

智能化的新型弧焊电源设有微机处理器和专用的大型集成电路，核心在于智能化、数字化的弧焊电源的全面控制。基于此，逆变式新型弧焊电源结构具备了更优的可靠性和科学性，确保了在简化整个电源基本构造的同时，优化全方位的电源运行性能[1]。此外，运用智能控制全面操控弧焊电源的整个运行过程，可在根源上增强弧焊电源的稳定性和抗干扰性。

1 智能化的弧焊电源基本构造

弧焊电源诞生之初，主要局限于直流发电机。目前，新型弧焊电源已具备逆变性和数字化的显著特征。运用智能控制操控弧焊电源有助于全面突显弧焊电源本身具备的智能性与高效性，同时呈现轻量化的电源电路模块[2]。对于主功率器，通常可选择MOS管或者IGBT部件。针对新型的弧焊电源有必要设置80 kHz左右的逆变器频率，以维持逆变器装置的顺利运行。

从弧焊电源的整体构造角度讲，当前多数弧焊电源都设有双机控制的全新控制模式，核心在于智能控制器。电源控制核心应为DSP的高性能芯片。对于PWM的传输脉冲而言，有限双极性的特殊开关可实现针对上述脉冲予以精确输出的目标，然后放大光耦隔离器的脉冲波。因此，关于弧焊电源应配备上述的基本电源架构，运用高频开关顺利完成全桥逆变主电路的驱动。

除电源基本构造外，弧焊电源还应配备交互式的人机系统。该系统主要依赖于SCI模块，通过设置模块调节的方式，随时调控现有的弧焊电源电流和输出电压，并将其置于数字化的ARM调节范围内。弧焊电源能达到全方位的智能化改进，最关键的根源在于智能化的DSP模块[3]。此类智能模块可为操作者提供智能化的多种灵活算法，实现综合性的电源性能优化。同时，DSP还有助于迅速完成实时信号的处理，其中涵盖了电流控制和复杂电压调节的有关工艺。

2 弧焊电源全面运用智能控制的要点

闭环反馈控制应灵活运用于全过程的焊接操作控制，因为智能控制过程通常涉及与之有关的焊接数据输出和参数输入等操作[4]。同时，焊接操作有关的各项参数都具备突出的非线性特征和较强的耦合性，实现建模操作的难度相对较大。传统焊接控制的模式，主要借助PID的经典控制运算方法。近年来，智能控制逐渐具备了更快的运算速度和更健全的电路结构，且包含了神经网络控制、模糊控制、滑模变结构、遗传算法与其他多种算法。具体实践中，智能控制弧焊电源的研究现状可以从以下三方面给予分析。

2.1 关于构建神经网络

ANN可称为人工神经网络，本质上属于数学模型，全面融合了生物结构和生物自带的神经网络的基本功能。基于此，神经网络可用于完成并行式的协同处理、分布式信息存储及自主学习，且具备自动建模的良好性能[5]。从现状看，焊接过程灵活运用神经网络的着眼点应在于保障焊接质量、构建焊接过程的模型、处理焊接熔池的图像、预测接头性能与跟踪控制全过程的焊接操作等，同时确保神经网络自身具备多层次的特征。

在具体实现焊接控制的有关实践中，构建整个神经网络的关键措施应包含设计输出层和输入层，且多种神经元都要纳入输入层的范畴，确保实现非线性的大量信息的接收和处理。同时，焊接操作涉及的神经网络还需设计必要的输出向量和输入向量，通过运用全方位的焊接信息分析、节点传输以及信息权衡操作实现最终的焊接操作结果。此外，上述神经网络还应包含隐藏层，尤其需要关注其中的复杂节点[6]。

2.2 关于模糊控制

FC技术是模糊控制方法，最突出的是非线性特征。针对焊接控制领域而言，模糊控制已被全面引入当前的焊接控制操作。模糊控制方法建立在模糊关系、隶属函数及模糊推理的前提下，可全面适用于多种多样的焊接操作对象[7]。通过完成模糊推理可获得相应的模糊量，并将其转变成清晰度较高的焊接控制模式。

2.3 关于遗传算法

本质上讲，遗传算法本身构成了典型的搜索算法，核心内涵在于模仿遗传进化和优胜劣汰的自然演化规律。因此，遗传算法能够针对特定的对象直接作用而不必限定函数连续性。在涉及到遗传算法和弧焊电源控制的融汇、结合过程中，通过判断焊缝形态，全面判断和确定熔化极气体，且涉及到送丝距离、焊缝间隙及其他有关参数的精确输入处理，最终寻求最优的遗传算法。

3 展望技术发展的趋向

当前，智能控制技术表现为逐步深入发展的趋向，同时伴随着各类控制手段的全面融合。展望现阶段智能控制趋向可知，数字化和智能化构成了下一阶段弧焊电源控制的趋势。下一阶段，弧焊电源控制将全面整合现阶段的电子信息技术和电子电力技术。从网络通信的视角看，嵌入式新型操作系统占据了重要地位。弧焊电源逐步健全的过程中，电源本身将类似于计算机与焊接装置的融合结构，进而呈现优良的数字化和智能化控制性能[8]。

因此，在未来的弧焊技术转型与优化中，技术人员可将自适应的内置专家系统布置于弧焊电源的相应部位，实现自动程度更高的焊接动作和焊接材料选择。在柔性化和网络化改造的前提下，针对整个弧焊电源，用户可灵活远程控制，包含编程、在线调试与软件升级等。

此外，智能化弧焊电源还设有自动焊接的灵活组合，其中自动机器人应配备机器手臂和送丝操作的自动模块，而技术人员随时可维修或者拆卸模块化的焊接电源。通过运用全方位的自动化焊接操作，弧焊电源可实时在线反馈效果，随时跟踪调整焊缝等特殊部位。同时，技术人员应继续关注智能化手段和弧焊操作过程的全方位融合，推进弧焊电源智能控制的转变与演化。