穿孔等离子弧焊是一种自动化程度高、焊接质量好、低成本的焊接工艺，在航空、航天、船舶、汽车等领域有十分广阔的应用前景。通常采用尾焰电压、传感小孔状态和声音传感等方法检测穿孔等离子弧焊过程，但是这些方法都不足以充分描述焊接过程中的焊缝成型。研究发现，焊接过程中尾焰形态与焊接质量之间存在一定联系，所以本文设计了基于FPGA的图像与多模拟参数同步采集系统。分析焊接参数与尾焰特征参数的关系以及尾焰特征参数与焊缝质量的关系，建立基于偏最小二乘回归数学模型进行系统辨识，得到焊接参数与尾焰特征参数的映射关系。将尾焰特征参数作为反馈加入焊接控制系统，可构成从焊接参数到焊接质量的闭环系统，对焊接过程具有重要的实际应用价值。　　为实现等离子弧焊工艺参数与尾焰图像特征参数建立数学模型进行系统辨识，本文研究主要以下几个方面的工作:　　(1)针对穿孔等离子弧焊特点，设计基于FPGA的图像与多模拟参数同步采集系统，用于同步采集穿孔等离子弧焊过程中的尾焰图像与焊接工艺参数的同步数据。　　(2)针对尾焰图像特点，获取尾焰长度、尾焰根部高度和尾焰末端夹角等图像特征。　　(3)通过设计焊接实验，运用统计学的方法分析焊接电流、离子气流量、焊接速度和送丝速度对尾焰图像特征的影响。并采用偏最小二乘回归建模对焊接工艺参数和尾焰图像特征参数进行系统辨识，最终找出它们之间的映射关系。　　(4)观察分析尾焰特征参数与焊缝质量的关系，最后给出合格焊缝所对应的尾焰特征参数范围。　　实验表明，所设计图像与多模拟信号同步采集系统具有较高的可靠性与稳定性;基于亮度特征的特征提取算法能够准确获取尾焰特征参数信息;建立基于偏最小二乘回归的辨识模型，得到焊接工艺参数与尾焰图像特征参数的映射关系，给出合格焊缝对应的尾焰特征参数的合理区间，对实际应用具有一定的参考价值。