CN1113723C - 协同式co2焊短路过渡模糊控制方法及焊机 - Google Patents
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Abstract
一种协同式CO2焊短路过渡模糊控制方法及焊机，其特征是，采用将参数匹配的协同控制和参数调节的模糊控制相结合的闭环控制方法，在实时检测能够反映焊接过程稳定性的短路过渡频率基础上，以各焊接参数与短路过渡频率之间的协同关系为依据，对检测数据进行模糊处理，以确定各参数的调整量并进行实时调整，使短路过渡频率在一定范围内保持稳定，确保各参数间的最佳匹配关系。本发明具有参数匹配性好、抗干扰能力强、焊接过程稳定等优点。
Description
技术领域
一种协同式CO2焊短路过渡模糊控制方法及焊机，属于焊接过程及自动控制装置领域。
背景技术
CO2焊接作为一种高效节能的焊接方法，在工业生产中得到了广泛的应用和发展，尤其是采用短路过渡形式，可以方便的应用在全位置焊、薄板焊等。但由于短路过渡焊接固有的特点也造成了焊接过程中飞溅大，成型较差的缺点，尤其是在中等以上规范时，这些缺点尤为突出。实验表明，焊接规范参数匹配合理与否，对焊接过程飞溅大小与焊缝成型好坏有直接的关系。当焊接规范参数匹配合理，则飞溅少，成型好。反之则飞溅较大，成型差。为了实现焊接规范参数的合理匹配，焊接工作者做了大量的研究工作。最初，是采用电弧电压和电弧电流分别调节，这种方法操作复杂而且对焊工的技术水平要求较高，很难实现焊接过程的脱技能化。为简化操作过程，实现焊接过程的脱技能化，芬兰肯比公司生产的PRO5000型单片机控制的单旋钮CO2焊机，这种焊机只调节一个焊接参数，如焊接电流(送丝速度)则电弧电压值便随之确定，匹配关系曲线(见图1实线所示)。但在实际焊接过程中，电弧电压与焊接电流之间的匹配关系不是单一的一条曲线，而是一族曲线(如图1所示的两虚线之间的区域)，即当电流确定之后，电弧电压的取值可以在一个范围内改变。具体哪个电弧电压值是最佳的，要视具体的焊接过程以及外界的焊接条件而确定。现有的单旋钮控制CO2焊机所采用的关系曲线是采用图1所示电弧电压的规范区间的平均值(如图1中实线所示)。这种单旋钮控制的CO2焊机的缺点是：
1)最佳参数匹配的准确性较差。由于采用的协同关系是建立在平均匹配值的基础之上，很难达到最佳的匹配效果。为了克服这一缺点，有的焊机在设计时又增加了一个电弧电压的微调旋钮。这虽然可以克服参数匹配准确性差的问题，但使操作变得较复杂。
2)焊接过程的抗干扰能力差。现有的单旋钮焊机，均采用开环控制的方法。即一旦焊接规范参数确定之后，在焊接过程中就不再改变，它无法适应当外界条件变化时对焊接过程的扰动。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺陷，提出一种最佳参数匹配准确性好、抗干扰能力强、焊接过程稳定且飞溅少、成型好的协同式CO2焊短路过渡模糊控制方法及焊机。
为达到上述目的，本发明所提出的协同式CO2焊短路过渡模糊控制方法，是一种将参数匹配的协同控制和参数调节的模糊控制相结合的闭环控制方法，焊接过程中，实时检测能够反映焊接过程稳定性的短路过渡频率变化情况，并以各焊接参数与短路过渡频率之间的协同关系为依据，对检测到的短路过渡频率进行模糊化处理和模糊判决，以确定焊接电弧电压的调整量，然后通过控制电路实时调整焊接电弧电压，使短路过渡频率在一定范围内保持稳定，并确保各焊接参数与短路过渡频率之间的最佳匹配关系、保证焊接稳定性，具体地讲，它主要包括以下步骤：
1)通过大量实测数据建立送丝速度、焊接电流、电弧电压等焊接参数与短路过渡频率之间的协同关系曲线(如图2所示)，并将其存入微机控制系统中，作为参数调整及控制的依据；
2)焊接过程开始后，首先根据送丝速度给定信号的大小，以“送丝速度优先”的协同控制规则，依照上述各焊接参数与短路过渡频率之间的协同关系曲线，确定与该送丝速度相对应的电弧电压、焊接电流及短路过渡频率的大小，初始化各焊接参数，所得短路过渡频率同时作为后面进行模糊控制的频率基准；
3)焊接过程中，在微机控制系统控制下，实时检测能够反映焊接过程稳定性的短路过渡频率，并将其与前面确定的短路过渡频率基准相比较，根据短路过渡频率的变化情况，经模糊化处理和模糊判决后，确定焊接电弧电压的调整量，通过控制电路在线调整电弧电压的大小，使焊接电流、电弧电压及短路过渡频率之间保持最佳协同匹配关系，保证焊接过程的稳定性。
本发明的设计思想如下：实验表明，在不同的焊接规范参数匹配时，短路过渡频率的数值也是不同的。所谓短路过渡频率就是在单位时间内熔滴通过短路过渡向熔池内过渡的次数，而短路过渡频率的大小与焊接过程的稳定性、以及焊接质量的好坏、飞溅的大小、成型的好坏等有很大的关系。因此，在某种意义上讲，短路过渡频率常常作为衡量焊接过程稳定的标志。而短路过渡频率的大小与焊接过程的规范参数之间有密切的关系，焊接电流、电弧电压、焊丝直径等因素对短路过渡频率、乃至焊缝成形、飞溅大小、焊接过程的稳定等均有很大的影响。因此，如果在大量的工艺实验和专家经验基础上，并综合考虑各因素对短路过渡频率的影响后，事先建立起各焊接参数与短路过渡频率之间的协同与模糊控制关系(这些因素之间的关系具有高度非线性，很难建立起精确的数学模型)，并将其存储于微机控制系统中。而在实际焊接时，在微机系统控制下，通过实时检测能够反映焊接过程稳定性的短路过渡频率的变化情况，以各焊接参数与短路过渡频率之间的协同关系为依据，经模糊处理后，确定焊接电弧电压的调整量，并将此信号反馈给焊接电源电路。这样，通过对短路过渡频率的实时检测和处理，在线调整电弧电压的大小，从而形成对焊接规范参数的闭环控制，使焊接规范参数和短路过渡频率在一定范围内保持稳定，确保它们之间的最佳匹配关系，保证焊接过程的稳定性，达到本发明的目的。
在上述控制方法基础上，本发明还采用一种外环为电压反馈、内环为电流反馈的双闭环反馈方法，对焊接过程中短路和燃弧阶段的电弧电压及焊接电流的波形进行有效的控制。
根据本发明提出的控制方法而设计的焊机，主要包括有焊接电源主电路、送丝电路、焊枪及以单片机为控制中心的控制电路。其中，所述以单片机为控制中心的控制电路主要包括有内含控制程序的单片机系统，其输入端与焊接电弧电压信号相连、输出端与单片机系统相连的短路过渡频率采集电路，及其输入端与单片机系统相连、其输出端与焊接电源主电路相连的控制驱动电路。所述单片机系统主要包括有采用常规连接的中央处理器CPU、数模转换单元D/A、模数转换单元A/D、输入输出单元I/O、高速输入单元HSI、脉冲宽度调制单元PWM、及必要的信号设定及外围电路。
与前述本发明的控制方法相适应，为了更好地提高本发明的效果，本发明上述的控制驱动电路中采用了一外环为电压反馈、内环为电流反馈的双环反馈电路，它主要包括有电压信号处理及采样电路、电流滤波放大电路、电压调节器、电流调节器及驱动电路，电压信号处理及采样电路的输入端与电弧电压信号相连、其输出端与电压调节器相连，电流滤波放大电路的输入端与焊接电流信号相连、其输出端与电流调节器相连，电压调节器的另一输入端还与单片机系统相连，电流调节器的输出端通过驱动电路与焊接电源主电路相连。
与现有技术相比，本发明的控制方法及焊机具有以下优点：
(1)操作过程简单。本发明在焊接过程中只需调节送丝速度一个旋钮，便可以在整个短路过渡范围内进行焊接，因而操作简单，并很容易实现焊接过程的脱技能化。
(2)焊接规范参数的匹配合理，焊机抗干扰能力强，焊接过程过程稳定、飞溅少、成型好。本发明由于采用将参数匹配的协同控制和参数调节的模糊控制相结合闭环控制方法对焊接过程进行实时控制，整个焊接过程在控制系统控制下自动进行，所以当焊接条件发生变化时，控制系统能够自动调整规范参数，始终保持各焊接参数与短路过渡频率之间的最佳匹配关系、保证焊接稳定性，从而保证了焊接过程的稳定性及较强的适应性。
(3)焊机的适用范围宽。本发明由于在以单片机系统为控制中心的控制电路中预先设置了不同的控制程序，这样，当采用不同直径焊丝焊接时，按照送丝速度、焊接电流随焊丝直径的变化规律，选择相应的工作程序，便可以对焊丝直径进行补偿，从而可适合多种焊丝直径进行焊接。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为CO2焊短路过渡电弧电压与焊接电流之间的典型匹配曲线；
图2为本发明所述焊接规范参数之间的协同匹配关系曲线；
图3为本发明焊机系统原理框图；
图4为本发明控制驱动电路原理图；
图5为本发明短路过渡频率采集电路原理图；
图6为本发明协同与模糊控制过程原理图；
图7为本发明所述双环反馈过程原理图；
图8为本发明控制过程主程序流程图；
图9为本发明模糊控制子程序流程图。
具体实施方式
实施例：
如图3所示，本发明的一个具体实施例焊机从结构上主要由三部分组成：焊接电源主电路A、送丝电路C和以8098单片机为控制中心的控制电路B。其中，焊接电源主电路A采用以IGBT为功率开关器件的全桥逆变电路，它主要由整流电路1、滤波电路2、开关功率器件(IGBT)3、中频变压器4、次级整流电路5、滤波电感6构成，其工作原理如下：三相交流380V电源经整流电路1、滤波电路2后，在滤波电路2的输出端得到540V的直流电，再经开关功率器件3逆变成频率在20KHz左右的中频交流电，然后再经中频变压器4进行隔离、降压。经降压后的中频交流电再经次级整流电路5进行二次整流，将交流电变成直流电，最后再经滤波电感6后，变成可以用来进行焊接的直流电。由于以上电路的工作频率在20KHz，同时输出滤波电感也很小(一般为20～80UH)，调整逆变开关频率或脉宽可以达到微秒级的控制，所以反映速度快、动态响应性能好。在一个短路过程中(3～5ms)逆变焊机工作数十个周期。所以，通过它可以方便的对焊接过程中的燃弧和短路阶段进行有效的控制，从而提高焊接电源的控制精度和灵敏度。
焊接过程的稳定性不仅与焊接电源的性能有关，而且和送丝的稳定性有密切关系，只有保证焊丝能均匀的送进，才能产生有规律的熔滴过渡。由于本发明是通过调节送丝速度达到调节焊接电流的目的，所以要求送丝速度在一定的范围内可以调节。为达到上述要求，本实施例送丝电路C采用电枢电压负反馈的调节方式，它主要包括有送丝机11、送丝控制电路12及测速反馈电路10，送丝机11的输出端与焊枪8相连、其输入端与送丝控制电路12相连，测速反馈电路10的输入端与送丝机电枢电压相连、其输出端与送丝控制电路12相连。另外，图中9为工件。通过以上电路，不仅能够实现电枢电压的稳定，还可以补偿电源内阻和网压波动造成的转速的变化，从而保证送丝速度的稳定和满足焊接工艺的要求。
图3中，本实施例控制电路B主要包括有内含控制程序的8089单片机系统20，其输入端与焊接电弧电压信号相连、而输出端与单片机系统高速输入单元HSI相连的短路过渡频率采集电路19，以及其输入端与单片机系统脉冲宽度调制单元PWM相连、而输出端与焊接电源主电路开关功率器件3相连的控制驱动电路13。其中，所述单片机系统20主要包括有中央处理器CPU、数模转换单元D/A、模数转换单元A/D、输入输出单元I/O、高速输入单元HSI、脉冲宽度调制单元PWM等单片机内部电路及送丝速度给定电路15、电弧电压给定电路16、显示系统电路17、焊丝直径选择电路18等外围电路。除常规连接外，以上各部件连接关系如下：送丝速度给定电路15及电弧电压给定电路16的输出端分别与模数转换单元A/D的输入端相连，焊丝直径选择电路18输出端与高速输入单元HSI的输入端相连，显示系统电路17的输入端与输出单元I/O的输出端相连。
为了更好地对短路阶段和燃弧阶段对电压、电流波形进行有效控制，如图4所示，本实施例电压控制驱动电路13采用了一外环为电压反馈、内环为电流反馈的双环反馈电路，其主要结构如前所述，主要包括有电压信号处理及采样电路21、电流滤波放大电路22、电压调节器23、电流调节器24及驱动电路25，其中，电压信号处理及采样电路21的输入端与电弧电压信号相连、其输出端与电压调节器23相连，电流滤波放大电路22的输入端通过一霍尔传感器(I-LEM)7与焊接电流信号相连、其输出端与电流调节器24相连，电压调节器23的另一输入端还与单片机系统脉冲宽度调制单元PWM相连，电流调节器24的输出端通过驱动电路25与焊接电源主电路相连。另外，驱动电路25的另一输入端还和一过流过热欠压保护电路14相连。以上电路的设计原理如下：根据CO2焊短路过渡过程的特点，分别需要在短路阶段和燃弧阶段对电流波形进行控制，并保持一定的电弧电压，使燃弧过程稳定。基于上述思想，本发明中采用了电流和电压两种负反馈，并设置相应的调节器来调节电流和电压，二者之间实行串级联接。电压调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电压的输出。从结构上看，电流调节器在里面，叫做内环，电压调节器在外面，叫做外环，这样就形成电压、电流双闭环控制系统。焊接过程中，短路阶段，内环单独起作用，并使其作为一个较好的随动器，电流波形随给定的电流波形变化而变化；燃弧阶段，双环起作用，反馈电压与给定量相比较，得到新的给定电流送入电流调整器的给定端，调整电流输出，以维持电弧电压恒定，并保持一定的弧长。这样，既可以实现弧长稳定，又能根据电弧电压及时地控制电流输出，从而可以较为精确地对短路和燃弧电流波形分别控制。实验结果也表明，合理设置内、外环参数，可以容易地获得短路阶段和燃弧阶段的稳定输出。
为防止瞬时短路对短路过渡频率的影响，提高信号检测精度，本实施例上述短路过渡频率采集电路19采用如图5所示结构，它包括有分别由电阻R1、R2、电容C1、稳压管Z1构成的滤波、稳压电路26，由施密特触发器U1(4584)构成的整形电路27，主要由或非门电路U2(4001)、时基电路U4(NE555)、电阻R3、R4、电容C3、C4、二极管D2和可调电位器VR1构成的单稳态噪声滤除电路28，及主要由晶体三极管G1(8050)、光耦U3(TTL117)和电阻R5、R6构成的放大、隔离、取样电路29，其中滤波、稳压电路26的输入、输出端分别接焊接电弧电压输出端及整形电路27的输入端，整形电路27的输出端分别接入单稳态声滤除电路28中或非门电路U2、时基电路U4的输入端，或非门电路U2的另一输入端与时基电路U4的输出端相连，或非门电路U2的输出端与放大、隔离、取样电路29的输入端相连。其工作原理如下：滤波、稳压电路26将电弧电压信号的干扰滤除并稳定在15V，然后再经过由施密特触发器U1的整形，将电弧电压信号转变为峰值为15V的方波信号。时基电路U4的输入信号为施密特触发器U1的输出信号，同时时基电路U4的输出端与施密特触发器U1的输出又作为或非门电路U2的输入。或非门电路U2的输出信号经过放大和隔离后在取样电阻R6上得到经过处理的电弧电压的信号，最后将该信号输入到单片机的高速输入单元HSI进行频率采集。经过上述电路处理后，可以将短路时间在2ms以下的瞬时短路滤除掉，得到的便是能够反映焊接过程稳定性的正常短路的频率值，从而可以防止瞬时短路对短路过渡频率的影响，提高信号检测精度。
本发明整个焊接过程均在单片机系统程序控制下进行，下面结合本发明的控制方法，并参考图6，对本实施例焊机控制过程做一详细说明：
①程序及各焊接参数的初始化。焊机启动后，首先进行程序的初始化及各焊接参数起始量的设置。其中，各焊接参数起始量采用“送丝速度优先”的协同控制规则来加以确定，即首先通过送丝速度给定电路15来确定送丝速度，经8098单片机A/D处理单元进行数据采集后，以图2所示的协同匹配关系曲线为依据，将送丝机控制信号经D/A单元输出到送丝机控制电路12，控制送丝速度的大小。同时，将电弧电压控制信号经PWM累加器，再经PWM输出到控制驱动电路13作为电压给定。同时，再以图2所示的协同关系曲线为依据，经过单片机控制系统内部数据库查询处理，确定与该送丝速度对应的短路过渡频率值(该频率值将做为后面进行模糊控制时的频率的基准值)。至此，完成各焊接参数起始量的设置，在各参数的协同匹配下开始焊接过程。
②参数调节的模糊控制。焊接过程中，通过短路过渡频率采集电路23将焊接电弧电压信号进行处理后输入到单片机的高速输入单元HSI，对短路过渡频率进行实时采集。将采集到的短路过渡频率与给定的短路过渡频率进行比较处理，计算出现在频率的偏差及偏差变化率的变化情况，然后再根据计算出频率的偏差和偏差的变化率的变化情况，通过模糊处理和模糊判决，确定此时的电弧电压的调整量，经PWM累加器与原来的电弧电压的给定值相加，然后经PWM输出到控制驱动电路16，控制电弧电压的大小，在线调整电弧电压的数值，使之与焊接电流(送丝速度)之间达到最佳的匹配关系，保证焊接过程的稳定性。
③焊接过程的波形控制。以上过程中，同时通过前述控制驱动电路采用双环反馈的方式对短路和燃弧阶段的电弧电压及焊接电流的波形进行控制，其工作原理如图7所示，图中，电压给定信号Ug和经电弧电压反馈得到的电压信号Uf作为电压调节器的输入，电压调节器的输出信号Ig作为内环电流调节器的输入，电流调节器的另一输入信号为经电流反馈得到的信号If，而电流调节器的输出信号将作为电压控制信号输出。这样，内环采用电流反馈，为传统的恒流源，因为其良好的动特性，使输出电流和给定电流波形基本一致。而外环采用电压反馈，使整体的输出特性为恒压特性。此时，整体的电路的动态响应主要表现为外环的响应速度，改变内外环的参数即可以改变整个电路的响应速度。从而对焊接过程中的燃弧阶段和短路阶段的焊接电流和电弧电压进行有效的控制，达到改善焊缝成型和减少飞溅的目的。
本实施例焊机提供了两种规格的焊丝直径φ1.0mm和φ1.2mm可供使用者选择。焊丝直径选择可以通过焊丝直径选择电路18进行选择。当焊丝直径选择电路18输出为高电平“1”时，选择φ1.2mm焊丝；当输出为“0”低电平时，则选择φ1.0mm的焊丝。单片机控制系统将根据焊丝直径选择电路18的输出状态把与其对应的焊丝直径值送显示系统17。当焊丝直径确定后，控制系统则将通过检测送丝速度给定电路15的给定信号的大小，再根据检测到的结果通过查数据库，将与之对应的送丝速度给定值通过数模转换单元D/A输出到送丝控制电路12来控制送丝速度的大小。同时查出与该送丝速度对应的电弧电压给定值，通过脉冲宽度调制单元PWM输出到控制驱动电路13控制电源输出电压。在此过程中，也将送丝速度给定值及电弧电压给定值送显示系统17显示。
以上控制过程的主程序及模糊控制子程序流程图分别见图8、图9所示。其中，其主程序流程已通过上述焊机工作过程做了描述，不再赘述。现对模糊控制子程序流程做一简单说明：图9中，进入模糊控制子程序后，首先依据前面所得到的频率基准值的大小设置与该频率基准相对应的频率偏差、频率偏差的变化率及电压调整量的基本论域e[-xe，xe]、c[-xc，xc]、u[-xu，xu]，然后启动软件定时器进行中断采样，采样完成后计算此时的频率偏差e(k)及偏差变化率c(k)，并判断它们的值是否在设定的论域范围内。若超出设定的论域时，则按设定的最大值处理，否则仍按原计算值处理。当确定了频率偏差及偏差变化率后，再通过对其量化处理后查模糊控制状态表，得到要输出的电压调整值，然后输出去控制电弧电压的输出，最后返回到主程序。
以上过程中，模糊控制状态表是在离线设计的CO2焊短路过渡模糊控制器上完成的。基本的模糊控制器是按一定的控制规则进行工作的，而这些控制规则是在大量的工艺实验和专家的经验基础上，并综合考虑了各种因素对短路过渡频率的影响关系后得到的，它主要解决以下三方面的问题：1、精确量的模糊化，即把语言变量的语言值化为某适当论域上的模糊子集。2、模糊控制算法的设计。它通过一组模糊条件语句构成模糊控制规则，并计算模糊控制规则决定的模糊关系。3、输出信息的模糊判决，并完成由模糊量到精确量的转化。模糊控制器的类型有多种，本发明选择二输入单输出的模糊控制器，它将短路过渡频率的偏差和偏差的变化率作为输入，经模糊处理和模糊判决后输出电弧电压的调整量，经过PWM累加器与电弧电压的给定值相加，然后经过PWM输出新的电弧电压的给定值，从而保证焊接规范参数间的协同匹配关系。
以上所述只是本发明的一个最佳具体实施例。显然，本发明的范围并不局限于此，它还可以有一些结构变型，例如在本实施例中采用了对电压信号进行直接调节的方式，来实现各规范参数的最佳匹配，当然，通过直接调节电流信号的方式也同样可达到本发明的目的。类似的结构变型还很多，只要这些结构变型是本技术领域的普通技术人员能够根据本发明的内容、不需做出创造性的劳动可以得出的，都应属于本发明的范围之内。
为了更清楚地说明本发明的效果，下面对本实施例的焊机进行实际焊接实验。该焊机的主要技术参数及实验结果如下：
1、主要技术参数
| 额定输入电压 | 380±20％ | 电压调节范围 | 17～37V |
| 额定电流 | 315A | 电流调节范围 | 60～315A |
| 额定负载持续率 | 60％ | 送丝速度调节范围 | 1～16m/min |
2、焊接过程飞溅率的测试实验结果如下：
测试方法按中华人民共和国机械工业局1998年5月28日发布的MIG/MAG弧焊机行业标准(JB/T 8748-1998)规定的称重法。
①实验条件：
试件规格 500*30*4
焊丝直径及焊丝牌号 Φ1.0mm、Φ1.2mm的H08Mn2SiA
焊缝长度 大于250mm
②规范参数及飞溅率
实验结果分别见表1、表2所示。其中，表1中采用Φ1.0mm的焊丝，表2中采用Φ1.2mm的焊丝。
表1
| 焊接电流(A) | 电弧电压(V) | 焊丝干伸长(mm) | 气流量(l/min) | 焊接速度(m/min) | 飞溅率(％) |
| 65 | 17.0 | 12 | 15 | 0.2 | 2.5 |
| 80 | 18.3 | 12 | 15 | 0.2 | 2.1 |
| 88 | 19.1 | 12 | 15 | 0.2 | 1.5 |
| 120 | 19.5 | 12 | 15 | 0.2 | 1.87 |
| 165 | 20.4 | 12 | 15 | 0.2 | 1.7 |
| 210 | 22.5 | 12 | 15 | 0.2 | 1.56 |
表2
| 焊接电流(A) | 电弧电压(V) | 焊丝干伸长(mm) | 气流量(l/min) | 焊接速度(m/min) | 飞溅率(％) |
| 85 | 18.3 | 15 | 15 | 0.2 | 3.5 |
| 120 | 19.1 | 15 | 15 | 0.2 | 3.2 |
| 140 | 19.7 | 15 | 15 | 0.2 | 3.6 |
| 170 | 20.3 | 15 | 15 | 0.2 | 3.17 |
| 200 | 20.8 | 15 | 15 | 0.3 | 3.3 |
| 250 | 26.7 | 15 | 15 | 0.3 | 3.6 |
从表中可见，该焊机的飞溅比传统的CO2焊机有明显的降低，且焊接过程表明，其参数匹配性好、抗干扰能力强、焊接过程稳定，达到了本发明的目的。
Claims (7)
1.一种协同式CO2焊短路过渡模糊控制方法，其特征在于：它是一种将参数匹配的协同控制和参数调节的模糊控制相结合的闭环控制方法，焊接过程中，实时检测能够反映焊接过程稳定性的短路过渡频率变化情况，并以各焊接参数与短路过渡频率之间的协同关系为依据，对检测到的短路过渡频率进行模糊化处理和模糊判决，以确定焊接电弧电压的调整量，然后通过控制电路实时调整焊接电弧电压，使短路过渡频率在一定范围内保持稳定，并确保各焊接参数与短路过渡频率之间的最佳匹配关系、保证焊接稳定性，具体地讲，它依次主要包括以下步骤：
1)通过大量实测数据建立送丝速度、焊接电流、电弧电压等焊接参数与短路过渡频率之间的协同关系曲线，并将其存入微机控制系统中，作为参数调整及控制的依据；
2)焊接过程开始后，首先根据送丝速度给定信号的大小，以“送丝速度优先”的协同控制规则，依照上述各焊接参数与短路过渡频率之间的协同关系曲线，确定与该送丝速度相对应的电弧电压、焊接电流及短路过渡频率的大小，初始化各焊接参数，所得短路过渡频率同时作为后面进行模糊控制的频率基准；
3)焊接过程中，在微机控制系统控制下，实时检测能够反映焊接过程稳定性的短路过渡频率，并将其与前面确定的短路过渡频率基准相比较，根据短路过渡频率的变化情况，经模糊化处理和模糊判决后，确定焊接电弧电压的调整量，通过控制电路在线调整电弧电压的大小，使焊接电流、电弧电压及短路过渡频率之间保持最佳协同匹配关系，保证焊接过程的稳定性。
2.根据权利要求1所述的协同式CO2焊短路过渡模糊控制方法，其特征在于：它采用一利外环为电压反馈、内环为电流反馈的双闭环反馈方式，对短路阶段、燃弧阶段的电弧电压和电弧电流波形进行有效控制。
3.一种根据权利要求1所述的控制方法而设计的焊机，它包括有焊接电源主电路、送丝电路、焊枪、及以单片机为控制中心的控制电路，其特征在于：所述以单片机为控制中心的控制电路主要包括有内含控制程序的单片机系统(20)，其输入端与焊接电弧电压信号相连、输出端与单片机系统相连的短路过渡频率采集电路(19)，及其输入端与单片机系统相连、其输出端与焊接电源主电路相连的控制驱动电路(13)，其中，所述单片机系统(20)主要包括有采用常规连接的中央处理器CPU、数模转换单元D/A、模数转换单元A/D、输入输出单元I/O、高速输入单元HSI、脉冲宽度调制单元PWM、及必要的信号设定及外围电路。
4.根据权利要求3所述的焊机，其特征在于：所述的控制驱动电路(13)中，采用一外环为电压反馈、内环为电流反馈的双环反馈电路，它主要包括有电压信号处理及采样电路(21)、电流滤波放大电路(22)、电压调节器(23)、电流调节器(24)及驱动电路(25)，电压信号处理及采样电路(21)的输入端与电弧电压信号相连、其输出端与电压调节器(23)相连，电流滤波放大电路(22)的输入端与焊接电流信号相连、其输出端与电流调节器(24)相连，电压调节器(23)的另一输入端还与单片机系统(20)相连，电流调节器(24)的输出端通过驱动电路(25)与焊接电源主电路相连。
5.根据权利要求3所述的焊机，其特征在于：所述焊接电源主电路采用一以IGBT为功率开关器件的全桥逆变电路，它分别由整流电路(1)、滤波电路(2)、开关功率器件(3)、中频变压器(4)、次级整流电路(5)、滤波电感电路(6)顺次连接而成。
6.根据权利要求3所述的焊机，其特征在于：所述送丝电路采用电枢电压负反馈的调节方式，它主要包括有送丝机(11)、送丝控制电路(12)及测速反馈电路(10)，送丝机(11)的输出端与焊枪(8)相连、其输入端与送丝控制电路(12)相连，测速反馈电路(10)的输入端与送丝机电枢电压相连、其输出端与送丝控制电路(12)相连。
7.根据权利要求3所述的焊机，其特征在于：所述的短路过渡频率采集电路包括有分别由电阻(R1)、(R2)、电容(C1)、稳压管(Z1)构成的滤波、稳压电路(26)，由施密特触发器(U1)构成的整形电路(27)，由或非门电路(U2)、时基电路(U4)、电阻(R3)、(R4)、电容(C3)、(C4)、二极管(D2)和可调电位器(VR1)构成的单稳态噪声滤除电路(28)，及主要由晶体三极管(G1)、光耦(U3)和电阻(R5)、(R6)构成的放大、隔离、取样电路(29)，其中滤波、稳压电路(26)的输入、输出端分别接焊接电弧电压输出端及整形电路(27)的输入端，整形电路(27)的输出端分别接入单稳态声滤除电路(28)中或非门电路(U2)、时基电路(U4)的输入端，或非门电路(U2)的另一输入端与时基电路(U4)的输出端相连，或非门电路(U2)的输出端与放大、隔离、取样电路(29)的输入端相连。
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