農機控制工程技術發展分析

王愛民

(東營市墾利區農業農村局，山東 東營 257500)

0 引言

隨著自動控制技術的發展，其在各個行業得到了廣泛的應用，在農業機械生產中，控制技術的應用可以極大地提高農業機械智能化發展，對于實現農業信息化、智能化發展具有重要意義，控制技術的研究水平逐漸引領著世界農業的發展方向。控制工程與農業機械技術相結合能夠有效增強作業效率，使農業機械技術在現代化農業發展中得到更大的利用，兩者可以相互促進發展。控制工程可以為農業機械化技術的研究提供多樣化的技術支撐，從而實現互相促進的目的，在當前農業現代化發展的高潮中，農業機械化技術水平的高低將直接影響到農業現代化的發展，因此，農機控制技術的發展對于當前農業現代化的發展起著不可或缺的作用[1-2]。

我國農機控制技術起步相對較晚，但是發展速度較快，目前基本實現農機各個方面的控制[3]。但是我國農機控制技術仍然存在農業信息化基礎設施薄弱、控制精度差、智能化水平較低等問題，導致農業物聯網、大數據、云平臺等技術還處于初級階段，農業智能化發展較為落后。未來我國應該積極引進國外先進經驗和技術措施，基于我國農業生產實際國情，不斷進行技術改革與創新，逐步完善適合我國現代農機控制技術與發展體系，逐步建立完善的農機控制工程相關技術體系，推動控制工程技術在我國現代農業生產的高效運用[4-6]。

1 農機控制工程系統核心技術

控制工程的存在主要是根據工程理論與先進的計算機技術相配合而形成的，如控制數據參數的改進等，從而完成對農業機械的控制。該技術首先被提出在18世紀到19世紀之間，主要被用于當時的蒸汽機中，為了提高機械的作業效率，從而控制工程這一新技術為順應當時背景發展被提出，慢慢隨著時間的推移，更多的專業技術人員提出了更加完善的控制工程技術。21世紀后，科學技術得到了空前的發展，與信息技術相結合的控制技術變得越來越成熟了，同樣，也被更多人所使用接受，形成了更廣闊的推廣發展。目前，關于農機控制工程系統的核心技術主要包括機械電子工程技術、集成控制技術、預測控制技術、模糊控制技術、神經網絡控制技術及魯棒控制技術[7]。

1.1 機械電子工程技術

機械電子工程技術是農業機械技術的基礎技術之一，主要包括自動控制技術、電子信息技術、機械制造技術及傳感器技術等。其中，機械技術是機械電子工程技術的核心，支撐著其他技術的應用與發展，其機械技術的發展效率直接影響后續技術的發展及工作效率。自動控制技術主要是對機械設備及相關零部件的工作軌跡、運行狀態中的各項參數及最終要達到的目標進行控制；傳感器技術主要是對機械設備及各個關鍵零部件的工作參數及工作狀態進行精確的檢測與控制，其傳感器檢測精度直接對設備運轉產生一定的影響；電子信息技術主要是結合電路及電子學等基礎理論知識選取相應的電子產品或電器元件。

1.2 集成控制技術

集成控制技術是一種常見的農機控制工程技術之一，主要是通過相關信息收集、處理系統，實現對相關農業機械產品各個零部件的數據信息進行有效的集成、融合與處理，從而實現農業機械的自動操作與決策，可以極大地提高農業生產效率，實現自動化及智能化生產。集成控制技術是目前農業生產中應用最為廣泛的控制工程技術之一[8]。

1.3 預測控制技術

預測控制技術是近幾年逐漸發展起來的新型農機控制工程技術之一，可以處理相關機械設備運行中的滯后過程，屬于一種閉環控制算法，可以根據對象的歷史信息和未來輸入預測其未來輸出，具有良好的跟蹤性能和較強的抗干擾能力。預測控制技術可以對農業生產中相關設備的運行誤差及變化率進行有效控制，結合相關數據及時進行機械運行狀態的調整，對于提高農機工作效率具有重要意義。

1.4 模糊控制技術

模糊控制技術主要是以模糊數學理論為基礎形成的一種控制技術，是通過模擬人的近似推理和綜合決策過程(又被稱為經驗方法)。在設計中不需要建立被控對象的精確數學模型，使控制算法的可控性、適應性和合理性提高，成為農機控制工程技術的一個重要分支，對于農業生產中難以獲取、動態特性不易掌握或變化非常顯著的過程非常適用，其魯棒性及抗干擾能力較強，因此特別適用于非線性的過程變化及滯后系統的控制。模糊控制系統的主要系統框架圖如圖1所示。

圖1 模糊控制技術系統框架圖

1.5 神經網絡控制技術

神經網絡控制技術是指在被控制系統中可以進行系統工作優化、推理、故障診斷等功能。神經網絡具有很強的適應能力及學習能力，農業生產環境較為復雜，利用神經網絡技術可以對控制系統的不確定性、時變的環境等進行合理、精確的決策、控制及學習，是推動農機智能化發展的重要技術之一，代表了當前社會科技水平的進步，它是依托于生物學理論將控制工程與其相結合而形成的一項控制技術。該項技術的工作使用主要是將控制系統中的各連接點看作人體中的神經元，通過節點連接從而形成一個網格框架，形成一個動態的系統，通過后續操作完成信息的傳遞。在農業機械技術發展中使用該項技術，能夠對其控制數據信息完成函數賦值，利用計算得出結果，從而使得神經網絡技術能夠更加智能化地使用在農業機械作業當中，有效提高其作業效率。

1.6 魯棒控制技術

通過對于魯棒控制技術的使用不會因外部的影響改變正確數據的使用，正是因為該類技術的優點，其得到了人們的認可，獲得了更加廣闊的推廣發展。例如，農業機械中的采摘機械臂，該類機械由于其參數系統的獨特存在，受到外界因素影響后容易產生變化，從而影響到其正常工作，會形成較為嚴重的作業誤差，使其操作控制變得非常困難。魯棒控制技術能夠更加良好地解決此類問題，該項技術將模態法融入其中，控制系統被分成慢速和快速系統，利用控制調節器改善系控制統的加、減速度。該類控制技術可以有效降低外部影響因素對于控制系統的影響，顯著增強了農機作業效率和工作性能[9]。

2 農機控制工程技術在實際中的應用

2.1 遙感技術

遙感技術自從被提出后，就被廣泛應用于現代化農業生產中，對于農業機械的發展起到了不可或缺的作用。在農作物的種植生產過程中，利用該項技術可以有效對農作物的生長狀態起到良好的監測作用，從而獲得人們通過肉眼無法發現的細節，根據所得的數據進行統計分析，對于農作物的生長開展有效的后續工作；通過對農作物的病蟲草害監控及防治，可以有效避免病蟲草害的出現，利用該項技術發現源頭所在，完成防治處理；最后，對于自然災害也可以起到一定程度的監測作用。

2.2 農業無線通信技術

傳統農田作物的生長狀況監測，不但要耗費大量的人力，而且不能夠做到實時監控，如采用有線測控系統，則需要鋪設光纖或者電纜，增加了農業生產成本，降低了系統的靈活性和可擴展性。隨著傳感器技術、無線通信技術及嵌入式控制技術的發展，無線傳感器網絡可以實時監測、感知和采集監控區域的信息，并將采集到的數據處理后發送給終端用戶，降低農業生產成本，有效提高了農業實際作業效率。

3 農機控制工程技術的未來發展前景

我國對于控制工程的研究與國外發達國家相比進程較慢，在該領域的技術研究中與國外相比還需繼續努力，伴隨我國經濟水平和科技水平的不斷提高，以及對于控制技術的深入研究，其得到了巨大的提升和良好的改善，控制工程應用于機械電子工程中，能夠更好地推進農業機械化的推廣發展。為了能夠使該項技術得到更好的發展，需要加大科研創新，走向全新的發展道路，從而推進農機控制工程技術更好的發展。

在發展農機控制工程技術的前提下，要牢記綠色農業及農業可持續發展理念。農機控制工程技術的發展不僅僅局限在經濟效益上，還需要將其與綠色發展相結合。在發展該類技術時，需要注意其對生態環境的影響，一定要保障其綠色發展,從而做到技術環保，能夠良好的完成綠色農業的可持續發展。

政府及高校教育部門應該加大科研資金投入，積極引進相關的設備與人才，進而促進農機控制工程技術在農業生產的快速應用與發展，加大科研資金的投入，促進相關農機控制技術的創新與發展，提高我國農機整體裝備水平，加快推進農業現代化進程。

4 結論

控制工程技術已經在現代化農業發展中得到了更廣泛的應用，使農業機械化技術面向更加智能化、自動化的發展方向邁進，在當今農業領域快速發展的背景下，需要加強對控制工程的應用，在加快農機控制技術發展的同時加強綠色控制技術的應用，提高相關科研資金的投入，加快控制技術的創新與發展，從而推動我國農業現代化進程。