農(nóng)機控制工程技術發(fā)展淺議

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摘要:農(nóng)機控制工程技術是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械自動化及智能化發(fā)展的基礎條件，是加快我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的重要技術之一，是引領世界農(nóng)業(yè)領先水平的重要指標。農(nóng)機控制工程技術依托機械制造技術及控制工程的發(fā)展，隨著農(nóng)業(yè)機械技術、傳感器技術、電子信息化技術等的不斷進步，農(nóng)業(yè)機械控制工程得到了很大的提升與發(fā)展，相關農(nóng)業(yè)機械逐漸向智能化方向發(fā)展。對控制工程技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用研究現(xiàn)狀進行系統(tǒng)闡述說明，對農(nóng)機控制工程系統(tǒng)的核心技術進行分析，指出目前農(nóng)機控制工程的主要應用范圍及發(fā)展限制，提出未來我國農(nóng)機控制工程技術的主要研究重點與發(fā)展方向，為提升我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化水平提供技術參考，對于推動我國農(nóng)業(yè)自動化、智能化、信息化發(fā)展具有重要意義。

關鍵詞:農(nóng)業(yè)機械;控制工程;技術;發(fā)展

0引言

隨著自動控制技術的發(fā)展，其在各個行業(yè)得到了廣泛的應用，在農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)中，控制技術的應用可以極大地提高農(nóng)業(yè)機械智能化發(fā)展，對于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息化、智能化發(fā)展具有重要意義，控制技術的研究水平逐漸引領著世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。控制工程與農(nóng)業(yè)機械技術相結合能夠有效增強作業(yè)效率，使農(nóng)業(yè)機械技術在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展中得到更大的利用，兩者可以相互促進發(fā)展。控制工程可以為農(nóng)業(yè)機械化技術的研究提供多樣化的技術支撐，從而實現(xiàn)互相促進的目的，在當前農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的高潮中，農(nóng)業(yè)機械化技術水平的高低將直接影響到農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，因此，農(nóng)機控制技術的發(fā)展對于當前農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展起著不可或缺的作用［1－2］。我國農(nóng)機控制技術起步相對較晚，但是發(fā)展速度較快，目前基本實現(xiàn)農(nóng)機各個方面的控制［3］。但是我國農(nóng)機控制技術仍然存在農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺等技術還處于初級階段，農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展較為落后。未來我國應該積極引進國外先進經(jīng)驗和技術措施，基于我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際國情，不斷進行技術改革與創(chuàng)新，逐步完善適合我國現(xiàn)代農(nóng)機控制技術與發(fā)展體系，逐步建立完善的農(nóng)機控制工程相關技術體系，推動控制工程技術在我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效運用［4－6］。

1農(nóng)機控制工程系統(tǒng)核心技術

控制工程的存在主要是根據(jù)工程理論與先進的計算機技術相配合而形成的，如控制數(shù)據(jù)參數(shù)的改進等，從而完成對農(nóng)業(yè)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(yè)效率，從而控制工程這一新技術為順應當時背景發(fā)展被提出，慢慢隨著時間的推移，更多的專業(yè)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(fā)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(fā)展。目前，關于農(nóng)機控制工程系統(tǒng)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(jīng)網(wǎng)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(nóng)業(yè)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(fā)展，其機械技術的發(fā)展效率直接影響后續(xù)技術的發(fā)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(tài)中的各項參數(shù)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(shù)及工作狀態(tài)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(zhuǎn)產(chǎn)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(chǎn)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(nóng)機控制工程技術之一，主要是通過相關信息收集、處理系統(tǒng)，實現(xiàn)對相關農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品各個零部件的數(shù)據(jù)信息進行有效的集成、融合與處理，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的自動操作與決策，可以極大地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，實現(xiàn)自動化及智能化生產(chǎn)。集成控制技術是目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(fā)展起來的新型農(nóng)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(huán)控制算法，可以根據(jù)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(shù)據(jù)及時進行機械運行狀態(tài)的調(diào)整，對于提高農(nóng)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(shù)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(jīng)驗方法)。在設計中不需要建立被控對象的精確數(shù)學模型，使控制算法的可控性、適應性和合理性提高，成為農(nóng)機控制工程技術的一個重要分支，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中難以獲取、動態(tài)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(tǒng)的控制。模糊控制系統(tǒng)的主要系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

1.5神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術

神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術是指在被控制系統(tǒng)中可以進行系統(tǒng)工作優(yōu)化、推理、故障診斷等功能。神經(jīng)網(wǎng)絡具有很強的適應能力及學習能力，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境較為復雜，利用神經(jīng)網(wǎng)絡技術可以對控制系統(tǒng)的不確定性、時變的環(huán)境等進行合理、精確的決策、控制及學習，是推動農(nóng)機智能化發(fā)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(tǒng)中的各連接點看作人體中的神經(jīng)元，通過節(jié)點連接從而形成一個網(wǎng)格框架，形成一個動態(tài)的系統(tǒng)，通過后續(xù)操作完成信息的傳遞。在農(nóng)業(yè)機械技術發(fā)展中使用該項技術，能夠?qū)ζ淇刂茢?shù)據(jù)信息完成函數(shù)賦值，利用計算得出結果，從而使得神經(jīng)網(wǎng)絡技術能夠更加智能化地使用在農(nóng)業(yè)機械作業(yè)當中，有效提高其作業(yè)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(shù)據(jù)的使用，正是因為該類技術的優(yōu)點，其得到了人們的認可，獲得了更加廣闊的推廣發(fā)展。例如，農(nóng)業(yè)機械中的采摘機械臂，該類機械由于其參數(shù)系統(tǒng)的獨特存在，受到外界因素影響后容易產(chǎn)生變化，從而影響到其正常工作，會形成較為嚴重的作業(yè)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(tài)法融入其中，控制系統(tǒng)被分成慢速和快速系統(tǒng)，利用控制調(diào)節(jié)器改善系控制統(tǒng)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(tǒng)的影響，顯著增強了農(nóng)機作業(yè)效率和工作性能［9］。

2農(nóng)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(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對于農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展起到了不可或缺的作用。在農(nóng)作物的種植生產(chǎn)過程中，利用該項技術可以有效對農(nóng)作物的生長狀態(tài)起到良好的監(jiān)測作用，從而獲得人們通過肉眼無法發(fā)現(xiàn)的細節(jié)，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對于農(nóng)作物的生長開展有效的后續(xù)工作;通過對農(nóng)作物的病蟲草害監(jiān)控及防治，可以有效避免病蟲草害的出現(xiàn)，利用該項技術發(fā)現(xiàn)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(jiān)測作用。

2.2農(nóng)業(yè)無線通信技術

傳統(tǒng)農(nóng)田作物的生長狀況監(jiān)測，不但要耗費大量的人力，而且不能夠做到實時監(jiān)控，如采用有線測控系統(tǒng)，則需要鋪設光纖或者電纜，增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，降低了系統(tǒng)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(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡可以實時監(jiān)測、感知和采集監(jiān)控區(qū)域的信息，并將采集到的數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給終端用戶，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，有效提高了農(nóng)業(yè)實際作業(yè)效率。

3農(nóng)機控制工程技術的未來發(fā)展前景

我國對于控制工程的研究與國外發(fā)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(xù)努力，伴隨我國經(jīng)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(nóng)業(yè)機械化的推廣發(fā)展。為了能夠使該項技術得到更好的發(fā)展，需要加大科研創(chuàng)新，走向全新的發(fā)展道路，從而推進農(nóng)機控制工程技術更好的發(fā)展。在發(fā)展農(nóng)機控制工程技術的前提下，要牢記綠色農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展理念。農(nóng)機控制工程技術的發(fā)展不僅僅局限在經(jīng)濟效益上，還需要將其與綠色發(fā)展相結合。在發(fā)展該類技術時，需要注意其對生態(tài)環(huán)境的影響，一定要保障其綠色發(fā)展，從而做到技術環(huán)保，能夠良好的完成綠色農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)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(nóng)機控制工程技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速應用與發(fā)展，加大科研資金的投入，促進相關農(nóng)機控制技術的創(chuàng)新與發(fā)展，提高我國農(nóng)機整體裝備水平，加快推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程。

4結論

控制工程技術已經(jīng)在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展中得到了更廣泛的應用，使農(nóng)業(yè)機械化技術面向更加智能化、自動化的發(fā)展方向邁進，在當今農(nóng)業(yè)領域快速發(fā)展的背景下，需要加強對控制工程的應用，在加快農(nóng)機控制技術發(fā)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(chuàng)新與發(fā)展，從而推動我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程。

作者:王愛民 單位:東營市墾利區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局