针对海底石油管道管壁较厚的特点,在焊接过程中采用全自动连续多层焊,包括打底焊、填充焊以及盖面焊。管道焊机通过控制行走机构与摆动机构的协调运动来完成各层的焊接,如果焊枪机构行走速度与摆动速度不同步,会导致各层敷焊不均匀,影响焊缝成形质量；在管道圆周的不同空间位置上,具有平焊、立焊以及仰焊的工艺特点,一种工艺方案是保持焊接电流恒定,改变行走速度,另一种工艺方案是行走速度不变,改变焊接电流,以期达到均匀敷焊的目的,两种工艺过程均需要保持摆动速度与行走速度的同步。为达到同步性要求,对管道焊机行走与摆动的同步运动控制技术进行研究,分别采用并行方式、主从方式与交叉耦合方式进行实验,比较了这几种控制方式下系统的动态性能与静态性能,交叉耦合控制方式具有更好的同步性能；在此基础上,设计了交叉耦合多轴同步控制器,对两运动机构的速度进行补偿,为提高同步控制器的性能,应用模糊算法对多轴同步控制器的PID参数进行整定。同时,建立了并行方式、主从方式、常规PID交叉耦合方式以及模糊PID交叉耦合方式下的系统仿真模型,结果表明模糊PID交叉耦合控制方式具有更好的同步性。为了各子系统的协同工作,采用控制网络连接主控系统、各运动子系统以及相关的辅助设备,采集管道焊机运动过程中的实时数据,根据焊接工艺确定两机构的运动参数,并通过伺服系统实现行走与摆动的精确控制。仿真结果表明,模糊PID交叉耦合方式相比于其他两种方式具有更小的动态速降与恢复时间；X-Y平台实验表明,交叉耦合模糊PID控制方式下两电机同步误差的均方差为54.67pulse/s,小于其他几种方式,证明模糊PID交叉耦合控制方式具有更好的同步性能。