采用TIG焊接方法焊接薄壁结构时，人们最关注的是焊接电源的引弧性能和电弧稳定性。然而，由于存在着各种因素的影响，如：电弧长度、工作平面不平、气体介质的压力、气体流量的变化、焊枪相对焊缝表面距离的变化及供电网电压波动等，都会使系统偏离平衡点。如果系统具有快速自动返回平衡点的能力，则电弧可维持稳定燃烧，这里，控制系统是弧焊逆变电源的核心，是影响其工作稳定性和可靠性的重要方面。
　　针对焊接过程具有非线性、时变形和不确定性，电弧稳定控制存在一系列模糊特征。故使用应用前景十分广泛的模糊控制理论，再配以单片微机控制系统对TIG焊接的电弧电流实行稳定控制，结果表明：具有控制精度高，电弧燃烧稳定，对焊接参数变化适应性强的特点。
1 电弧电流的模糊控制系统组成
　　TIG焊机的模糊控制系统的设计思想是：实现逆变电源的恒流外特性，即用于检测电弧电流的霍尔传感器实时地把电流转化为对应的电压，该电压经A/D转换后送微机，与事先给定的电流值进行比较。CPU根据其偏差和偏差率，运行固化在EPROM中的模糊控制程序，由D/A输出控制信号给移相式PWM，移相控制电路不断地调整逆变电源中两桥臂功率开关器件IGBT移相角的大小，确定功率开关器件的导通脉冲宽度，改变输出电压的大小，从而实现对输出电流的控制。

　　系统的总体结构框图如图1所示。以高速单片机80C51FA作为系统的核心，外配81C55作扩展接口，实现与键盘的通讯，通过键盘设定焊接方式、焊接功能及各种焊接参数指标，采用DS80C320作D/A片，其输出经UA741放大器，放大器的功效是用来调整电压以满足PWM输入(1.7～5.2V)的范围，移相式PWM采用UC3875，用来调整IGBT的导通脉宽，PWM控制器内部设有电路保护措施，为保证PWM高频(20kHz)开关控制信号可靠地传输，采用高速光耦合器TLP559，其开关速度可达1MHz，这样有利于将强电与弱电隔离，同时，为保证信号有足够大的驱动能力，采用74CH4050作同相驱动器，由于霍尔元件本身已经实现强电和弱电的隔离，故在信号输入时不必加隔离器，A/D片采用AD574A，具有高速转换速度，AT24C01作E²PROM，用以记忆键盘输入的各种参数，内存由单片机和81C55的内存协调解决，LCD液晶显示器采用菜单和图形两种方式，显示系统工作状态和焊接顺序、指标参数等，用ACM－24064A芯片来完成，采用32K的EPROM27C256和IMP815L作μp电源监视及运行管理，动作开关服务于起弧和收弧。
2 模糊控制器设计
　　本系统采用典型的两输入单输出的模糊控制器，其结构如图2所示，主要由三部分组成：精确量的模糊化；模糊推理规则的构成；输出信息的模糊决策。

2.1 语言变量的确定
2.1.1 模糊控制器的输入输出定义
　　模糊控制器输入定义为：e＝I_g－I_f,ec＝(e(n)－e(n－1))/T；式中e为电弧电流的偏差；ec为其偏差的变化率；I_g为电弧电流给定值；I_f为电弧电流采样值；e(n)为nT时刻误差；e(n－1)为(n－1)T时刻误差；T为采样周期。
　　模糊控制器的输出定义为：调节移相式PWM的脉冲宽度所对应的电压校正量Δu。
　　有了上述的定义，则输入语言变量定为E和EC，输出语言变量为U。
2.1.2 量化因子K_e、K_ec和比例因子K_u的选择
　　根据本系统的特点和实际操作经验，语言变量E、EC和U的基本论域选择为：
　　e＝[－3,3],ec＝[－3,3],Δu＝[－1.5,1.5]
　　三个语言变量E、EC和U的论域均设为[－6，6]，由此可得到对应的量化因子和比例因子：
　　K_e＝6/3＝2,K_ec＝6/3＝2,K_u＝6/1.5＝4
　　量化因子和比例因子大小的确定，取决于基本论域的选择，它决定了最终控制的效果，如：超调量、响应时间、稳定性等，故基本论域一般事先初步地选取，在实际调试过程中需不断修正，最终确定一个较满意的结果。
2.1.3 语言变量的隶属函数
　　三个语言变量分别对应三个模糊集、和。鉴于计算上的方便，把、和划分为7个模糊子集，它们分别是NL、NM、NS、O、PS、PM、PL，每个模糊子集的论域为[－6，6]，语言变量的隶属函数形状对控制性能影响不大，故取三角形的分布函数，则E、EC和U从属于每个模糊子集的隶属函数如表1和表2所示。

2.2 模糊推理
　　模糊控制器依据的模糊推理规则是模糊控制器的核心，模糊推理规则主要以人的控制经验和控制思想为依据，本系统采用的电流推理规则为：当误差为正大时，选择控制量以尽快消除误差为主，而当误差较小时，以系统稳定为主要出发点，选择控制量尽量防止超调；反之亦然，根据这一推理规则，便可获得相应的控制策略，即对于每一对输入量和就可得到一个相应的输出量，见表3。

2.3 模糊判决
　　从上述模糊推理规则的输出可以看出，仍是一个模糊量，必须将该模糊量经过模糊判决转换成相应的精确控制量U。模糊判决的方法有很多，这里采用重心法解模糊量为精确量，其计算公式如下：
　　
　　应用模糊推理的合成算法可以算出最终的控制作用表，见表4所列，这样，在模糊控制过程中，由一组实际的输入量e和ec，经过量化后，便可得出一个控制量，因此本系统根据13个E和13个EC相应得到一个13*13的控制表。

2.4 离线控制表
　　由于总控制表的计算工作量较大，且计算时间较长，为加快系统的响应速度，先将上述控制表采用离线计算形式，即转换为表5，八位数字量的最高位设为符号位，把离线表先写入微机的存储器中，在实时控制中，只需通过查表的形式，便可获得实时的控制量。
3 系统软件设计
　　系统软件设计可分四个部分：焊前准备，引弧控制、焊接阶段控制、收弧控制，焊接阶段控制主要是模糊控制，其程序流程见图3，为了加快控制过程，缩短过渡时间，在程序中分两个环节进行，当电流偏差大于A门限值时，系统进入加速控制过程，让信号迅速逼近给定值；当偏差小于等于A门限值时，系统进入模糊控制环节，根据偏差和偏差变化率，量化后查询模糊离线总控制表，取出控制量的增量，然后进行控制，A的大小由经验得出。