窄间隙脉冲TIG焊弧长调节的重构—决策—自适应控制方法

《Sensors》：Adaptive Arc-Voltage Control for Narrow-Gap Pulsed TIG Welding Based on Feedback Reconstruction and Effective-Error Identification

　　

摘要

在窄间隙脉冲钨极惰性气体保护焊（TIG焊）中，可靠的弧长调节至关重要，因为受限的坡口间隙使得微小的焊枪高度偏差就足以导致电弧失稳并降低工艺可重复性。然而，脉冲切换、焊丝与熔池相互作用以及采集噪声所产生的电压瞬变会被传统的弧压控制（AVC）误判为几何偏差，而强滤波又会延迟对真实漂移的修正。本研究提出了一种"重构—决策—自适应"架构。基于实验标定的执行器—电弧模型，利用自适应卡尔曼滤波（AKF）进行反馈重构；采用由开环统计确定的幅值—持续时间—面积判据剔除短暂干扰；仅经识别的有效误差才驱动在线模糊PID增益自适应。在固定决策阈值条件下，基于电压均方根误差（RMSE）和累计执行器行程，利用NSGA-II对估计器与控制器参数进行联合优化。在20组仿真种子下，优化后的配置使电压RMSE和斜坡扰动误差分别降低了15.8%和51.0%，同时行程减少了1.9%。实际焊接试验表明，在保持执行器活动性的同时电压调节性能得到改善：在13.0 V对比条件下，RMSE降低了19.7%，调整事件减少了8.3%；此外，在三种规定电压下的六组补充记录显示，在试验条件下均电压调节一致性良好。