逆变焊接电源的数字化是全面提高焊接质量的有效途径。焊接电源是一个典型的弱电控制强电的设备,工作在高电压、大电流、强干扰的恶劣环境中,这为数字控制系统的信号获取和稳定运行带来了巨大的困难,尤其是脉冲焊接方式对控制系统的实时性和可靠性要求较高,迫切需要相关理论和控制策略的深入研究。本文在对国内外焊接电源发展现状调研的基础上,针对其数字化过程中的关键问题和难点,进行了深入、系统的研究。本文分析了脉冲焊接电源主变压器原边电流和副边电流的特点,讨论了基于这两种电流反馈模式的焊接电源数字化的优缺点,提出了以副边电流为脉冲宽度调制(PWM)控制器和焊接电流闭环的反馈信号,并与原边电流共同产生PWM调节脉冲的双闭环数字化思想,解决了数字控制系统难以满足原边电流反馈模式的高速要求和副边电流反馈模式不具备抑制偏磁能力的难题。提出了以现场可编程门阵列(FPGA)为主控制器的焊接电源主回路和控制回路的全数字化设计方案,阐述了整个焊接电源的设计思路和研究主线。根据各元器件的实际参数,构建了包含输入、输出整流滤波和逆变、降压等电路的物理模型,通过非线性接口模型,研究了主回路和数字控制系统的混合建模与仿真；建立了动态焊接过程的系统数学模型,定量分析了各物理量变化机理和各参数对系统动态响应过程的影响,指出了焊接电流和电弧电压控制的意义,有效预测了脉冲MIG焊接电源的工作过程,为进一步研究指明了方向。在分析了脉冲电流信号特点和噪声形成机理的基础上,提出了一种新的滤波思想,即对微秒级的焊接电流信号去噪,进而获得整个波形的有用信息。先后研究并提出了改进的IIR Butterworth滤波器、改进的小波去噪方法和基于Kalman预测的信号处理方法。焊接试验表明尽管IIR Butterworth滤波器运算简单,在小电流下能够保证正常焊接,但随着电流增大,干扰变大,滤波性能变差；而基于阈值和模极大值的小波去噪方法,能够很好地提取有用信号特征,但实时性差,仅可应用在焊接电源工艺评判等场合。根据信号和噪声的特点,首次将基于Kalman预测的信号处理方法在数字焊接电源中应用,解决了高速数字PWM控制器对反馈电流精度和信号实时处理速度要求均较高的问题；焊接试验表明该方法能够最大程度的降低过程噪声和测量噪声,产生精确的PWM信号,保证全数字脉冲焊接电源稳定、可靠地工作。针对焊接电源中现有控制策略参数调节麻烦和控制性能不高的问题,提出了采用高速并行智能算法在线调整PID参数的焊接电流自适应控制策略。从参数的编、译码操作和适应度函数等角度,对标准遗传算法(GA)进行了改进,研究了混沌自适应GA-PID算法；方波焊接试验表明尽管它比目前焊接电源中常用的试凑法更加简便和快捷,但由于模型参数等方面的误差,离线得到的参数组合并非最优。进而对BP神经网络(ANN)进行了全面优化和改进,研究了适于逆变焊接电源的专家自适应神经网络(EAANN) PID控制策略,解决了非线性焊接系统和复杂焊接工艺的自适应控制难点；焊接试验表明基于该算法的焊接电流闭环控制器,能够实现熔滴过渡的脉冲焊接电流的精细控制,为达到较高的焊接质量奠定了基础。在对弧长调节和熔滴过渡理论研究的基础上,结合仿真章节的部分结论,提出了弧长和熔滴过渡的多维脉冲波形参数模糊调整的控制策略,解决了焊接过程易受各种扰动影响的问题,保证了弧长的快速稳定、熔滴的均匀过渡和稳定的引、收弧。提出了短路双环控制方法,完善了焊接系统控制策略,有效解决了焊缝熔合不佳(弯曲、咬边等)、焊接飞溅较大等难题。试验表明焊接过程稳定,熔滴过渡一致性好,焊缝成形美观,焊接质量较高。根据脉冲焊接工艺和系统设计方案,研究并设计了基于硬开关的主回路系统、基于FPGA的主控系统和基于32位MCU的上位机系统。针对研究的控制策略的特点,提出了基于流水线技术和优化时序逻辑的VHDL设计理念,解决了高速、并行的控制策略运算问题；并验证了所提出的全数字焊接电源设计方案。利用研究成果,研制了符合国家焊接电源标准的全数字智能脉冲MIG逆变焊接电源,进行了焊接试验和焊接质量检测,并在天然气管道集输工程和铝合金游艇建造工程中应用。相比模拟驱动的焊接电源,它在焊缝质量、飞溅量、电弧性能和系统抗干扰性等各方面都有很大的改进,取得了高质量的焊接效果。