海底输油管道的使用量日益增大,对质量的要求也不断提高。海底输油管道铺设要求高质量高效率的焊接作业,是海底管道安全运行的重要保证。管道的椭圆度、焊车轨道的形变以及焊道多层填充时填充层不够平滑等,都会造成焊接过程电弧长度的波动,电弧长度的波动造成焊接质量下降。在实际焊接过程中,焊枪高低位置的波动导致焊接电流的不稳定,且存在较大滞后,使控制难度加大。通过分析恒压缓降特性焊接电源电弧的静态特性和动态特性,得出焊接电流与电弧长度之间呈线性关系；通过平板焊接实验,将采集的电流和弧长数据进行拟合处理,得到电流和弧长线性关系比例系数；根据弧长数学模型的结构,采用滞后时间削弱器进行滞后控制；通过对电机本体和伺服驱动系统进行理论分析,推导出焊枪高低伺服运动系统模型；建立管道焊机弧长控制系统的整体模型,并进行数字仿真实验；搭建了由焊枪、焊接小车、主控系统、焊接电源系统和高低伺服运动系统等子系统构成的基于CAN总线的管道焊机弧长控制系统平台,将控制算法应用于实际系统实验。系统仿真实验表明,通过选择合适的滞后因子,减弱了滞后产生的影响,使管道焊机弧长控制过程焊接电流的超调量小于10%,调节时间小于2s。焊接电流闭环控制进行分段调节,分别采用根据反馈值进行分段和根据输入偏差进行分段的调节策略,与传统PID调节进行比较,其中根据反馈值进行分段的PID控制方法能够进一步减小焊接电流的超调量、加快调节时间。X-Y平台系统实验表明,采用实测焊接电流驱动焊枪高低装置,焊枪位置波动范围小于±0.5mm,证明管道焊机弧长控制系统具有良好的动态特性和稳态特性。