農(nóng)機控制工程技術(shù)發(fā)展淺議

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摘要:農(nóng)機控制工程技術(shù)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械自動化及智能化發(fā)展的基礎(chǔ)條件，是加快我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的重要技術(shù)之一，是引領(lǐng)世界農(nóng)業(yè)領(lǐng)先水平的重要指標。農(nóng)機控制工程技術(shù)依托機械制造技術(shù)及控制工程的發(fā)展，隨著農(nóng)業(yè)機械技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子信息化技術(shù)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(guān)農(nóng)業(yè)機械逐漸向智能化方向發(fā)展。對控制工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)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(shù)進行分析，指出目前農(nóng)機控制工程的主要應(yīng)用范圍及發(fā)展限制，提出未來我國農(nóng)機控制工程技術(shù)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(shù)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(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)機械;控制工程;技術(shù);發(fā)展

0引言

隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展，其在各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，在農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)中，控制技術(shù)的應(yīng)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(shù)的研究水平逐漸引領(lǐng)著世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向?？刂乒こ膛c農(nóng)業(yè)機械技術(shù)相結(jié)合能夠有效增強作業(yè)效率，使農(nóng)業(yè)機械技術(shù)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?？刂乒こ炭梢詾檗r(nóng)業(yè)機械化技術(shù)的研究提供多樣化的技術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)仍然存在農(nóng)業(yè)信息化基礎(chǔ)設(shè)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(shù)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(yīng)該積極引進國外先進經(jīng)驗和技術(shù)措施，基于我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際國情，不斷進行技術(shù)改革與創(chuàng)新，逐步完善適合我國現(xiàn)代農(nóng)機控制技術(shù)與發(fā)展體系，逐步建立完善的農(nóng)機控制工程相關(guān)技術(shù)體系，推動控制工程技術(shù)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(shù)

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(shù)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(shù)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(shù)為順應(yīng)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(shù)人員提出了更加完善的控制工程技術(shù)。21世紀后，科學技術(shù)得到了空前的發(fā)展，與信息技術(shù)相結(jié)合的控制技術(shù)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(guān)于農(nóng)機控制工程系統(tǒng)的核心技術(shù)主要包括機械電子工程技術(shù)、集成控制技術(shù)、預測控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及魯棒控制技術(shù)［7］。

1.1機械電子工程技術(shù)

機械電子工程技術(shù)是農(nóng)業(yè)機械技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，主要包括自動控制技術(shù)、電子信息技術(shù)、機械制造技術(shù)及傳感器技術(shù)等。其中，機械技術(shù)是機械電子工程技術(shù)的核心，支撐著其他技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，其機械技術(shù)的發(fā)展效率直接影響后續(xù)技術(shù)的發(fā)展及工作效率。自動控制技術(shù)主要是對機械設(shè)備及相關(guān)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(shù)主要是對機械設(shè)備及各個關(guān)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(shè)備運轉(zhuǎn)產(chǎn)生一定的影響;電子信息技術(shù)主要是結(jié)合電路及電子學等基礎(chǔ)理論知識選取相應(yīng)的電子產(chǎn)品或電器元件。

1.2集成控制技術(shù)

集成控制技術(shù)是一種常見的農(nóng)機控制工程技術(shù)之一，主要是通過相關(guān)信息收集、處理系統(tǒng)，實現(xiàn)對相關(guān)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(shù)是目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的控制工程技術(shù)之一［8］。

1.3預測控制技術(shù)

預測控制技術(shù)是近幾年逐漸發(fā)展起來的新型農(nóng)機控制工程技術(shù)之一，可以處理相關(guān)機械設(shè)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(shù)可以對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中相關(guān)設(shè)備的運行誤差及變化率進行有效控制，結(jié)合相關(guān)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(shù)

模糊控制技術(shù)主要是以模糊數(shù)學理論為基礎(chǔ)形成的一種控制技術(shù)，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(shè)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(yīng)性和合理性提高，成為農(nóng)機控制工程技術(shù)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(luò)控制技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)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(luò)具有很強的適應(yīng)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(luò)技術(shù)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(shù)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(jié)合而形成的一項控制技術(shù)。該項技術(shù)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(shù)發(fā)展中使用該項技術(shù)，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(jié)果，從而使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(shù)

通過對于魯棒控制技術(shù)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(shù)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(shù)能夠更加良好地解決此類問題，該項技術(shù)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(shù)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(shù)在實際中的應(yīng)用

2.1遙感技術(shù)

遙感技術(shù)自從被提出后，就被廣泛應(yīng)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(shù)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(shù)發(fā)現(xiàn)源頭所在，完成防治處理;最后，對于自然災(zāi)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(shù)

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(shè)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(shù)、無線通信技術(shù)及嵌入式控制技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(lǐng)域的技術(shù)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(shù)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(yīng)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(shù)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(shù)更好的發(fā)展。在發(fā)展農(nóng)機控制工程技術(shù)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(shù)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(jié)合。在發(fā)展該類技術(shù)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(shù)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(yīng)該加大科研資金投入，積極引進相關(guān)的設(shè)備與人才，進而促進農(nóng)機控制工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速應(yīng)用與發(fā)展，加大科研資金的投入，促進相關(guān)農(nóng)機控制技術(shù)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(jié)論

控制工程技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展中得到了更廣泛的應(yīng)用，使農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)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(lǐng)域快速發(fā)展的背景下，需要加強對控制工程的應(yīng)用，在加快農(nóng)機控制技術(shù)發(fā)展的同時加強綠色控制技術(shù)的應(yīng)用，提高相關(guān)科研資金的投入，加快控制技術(shù)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