农机控制工程技术发展思考探讨

2022-09-21 16:45:21 来源:写作指导

摘要:农机控制工程技术是实现农业机械自动化及智能化发展的基础条件,是加快我国农业现代化进程的重要技术之一,是引领世界农业领先水平的重要指标。农机控制工程技术依托机械制造技术及控制工程的发展,随着农业机械技术、传感器技术、电子信息化技术等的不断进步,农业机械控制工程得到了很大的提升与发展,相关农业机械逐渐向智能化方向发展。对控制工程技术在农业生产中的应用研究现状进行系统阐述说明,对农机控制工程系统的核心技术进行分析,指出目前农机控制工程的主要应用范围及发展限制,提出未来我国农机控制工程技术的主要研究重点与发展方向,为提升我国农业生产现代化水平提供技术参考,对于推动我国农业自动化、智能化、信息化发展具有重要意义。

关键词:农业机械;控制工程;技术;发展

0引言

随着自动控制技术的发展,其在各个行业得到了广泛的应用,在农业机械生产中,控制技术的应用可以极大地提高农业机械智能化发展,对于实现农业信息化、智能化发展具有重要意义,控制技术的研究水平逐渐引领着世界农业的发展方向。控制工程与农业机械技术相结合能够有效增强作业效率,使农业机械技术在现代化农业发展中得到更大的利用,两者可以相互促进发展。控制工程可以为农业机械化技术的研究提供多样化的技术支撑,从而实现互相促进的目的,在当前农业现代化发展的高潮中,农业机械化技术水平的高低将直接影响到农业现代化的发展,因此,农机控制技术的发展对于当前农业现代化的发展起着不可或缺的作用[1-2]。我国农机控制技术起步相对较晚,但是发展速度较快,目前基本实现农机各个方面的控制[3]。但是我国农机控制技术仍然存在农业信息化基础设施薄弱、控制精度差、智能化水平较低等问题,导致农业物联网、大数据、云平台等技术还处于初级阶段,农业智能化发展较为落后。未来我国应该积极引进国外先进经验和技术措施,基于我国农业生产实际国情,不断进行技术改革与创新,逐步完善适合我国现代农机控制技术与发展体系,逐步建立完善的农机控制工程相关技术体系,推动控制工程技术在我国现代农业生产的高效运用[4-6]。

1农机控制工程系统核心技术

控制工程的存在主要是根据工程理论与先进的计算机技术相配合而形成的,如控制数据参数的改进等,从而完成对农业机械的控制。该技术首先被提出在18世纪到19世纪之间,主要被用于当时的蒸汽机中,为了提高机械的作业效率,从而控制工程这一新技术为顺应当时背景发展被提出,慢慢随着时间的推移,更多的专业技术人员提出了更加完善的控制工程技术。21世纪后,科学技术得到了空前的发展,与信息技术相结合的控制技术变得越来越成熟了,同样,也被更多人所使用接受,形成了更广阔的推广发展。目前,关于农机控制工程系统的核心技术主要包括机械电子工程技术、集成控制技术、预测控制技术、模糊控制技术、神经网络控制技术及鲁棒控制技术[7]。

1.1机械电子工程技术

机械电子工程技术是农业机械技术的基础技术之一,主要包括自动控制技术、电子信息技术、机械制造技术及传感器技术等。其中,机械技术是机械电子工程技术的核心,支撑着其他技术的应用与发展,其机械技术的发展效率直接影响后续技术的发展及工作效率。自动控制技术主要是对机械设备及相关零部件的工作轨迹、运行状态中的各项参数及最终要达到的目标进行控制;传感器技术主要是对机械设备及各个关键零部件的工作参数及工作状态进行精确的检测与控制,其传感器检测精度直接对设备运转产生一定的影响;电子信息技术主要是结合电路及电子学等基础理论知识选取相应的电子产品或电器元件。

1.2集成控制技术

集成控制技术是一种常见的农机控制工程技术之一,主要是通过相关信息收集、处理系统,实现对相关农业机械产品各个零部件的数据信息进行有效的集成、融合与处理,从而实现农业机械的自动操作与决策,可以极大地提高农业生产效率,实现自动化及智能化生产。集成控制技术是目前农业生产中应用最为广泛的控制工程技术之一[8]。

1.3预测控制技术

预测控制技术是近几年逐渐发展起来的新型农机控制工程技术之一,可以处理相关机械设备运行中的滞后过程,属于一种闭环控制算法,可以根据对象的历史信息和未来输入预测其未来输出,具有良好的跟踪性能和较强的抗干扰能力。预测控制技术可以对农业生产中相关设备的运行误差及变化率进行有效控制,结合相关数据及时进行机械运行状态的调整,对于提高农机工作效率具有重要意义。

1.4模糊控制技术

模糊控制技术主要是以模糊数学理论为基础形成的一种控制技术,是通过模拟人的近似推理和综合决策过程(又被称为经验方法)。在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型,使控制算法的可控性、适应性和合理性提高,成为农机控制工程技术的一个重要分支,对于农业生产中难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的过程非常适用,其鲁棒性及抗干扰能力较强,因此特别适用于非线性的过程变化及滞后系统的控制。模糊控制系统的主要系统框架图如图1所示。

1.5神经网络控制技术

神经网络控制技术是指在被控制系统中可以进行系统工作优化、推理、故障诊断等功能。神经网络具有很强的适应能力及学习能力,农业生产环境较为复杂,利用神经网络技术可以对控制系统的不确定性、时变的环境等进行合理、精确的决策、控制及学习,是推动农机智能化发展的重要技术之一,代表了当前社会科技水平的进步,它是依托于生物学理论将控制工程与其相结合而形成的一项控制技术。该项技术的工作使用主要是将控制系统中的各连接点看作人体中的神经元,通过节点连接从而形成一个网格框架,形成一个动态的系统,通过后续操作完成信息的传递。在农业机械技术发展中使用该项技术,能够对其控制数据信息完成函数赋值,利用计算得出结果,从而使得神经网络技术能够更加智能化地使用在农业机械作业当中,有效提高其作业效率。

1.6鲁棒控制技术

通过对于鲁棒控制技术的使用不会因外部的影响改变正确数据的使用,正是因为该类技术的优点,其得到了人们的认可,获得了更加广阔的推广发展。例如,农业机械中的采摘机械臂,该类机械由于其参数系统的独特存在,受到外界因素影响后容易产生变化,从而影响到其正常工作,会形成较为严重的作业误差,使其操作控制变得非常困难。鲁棒控制技术能够更加良好地解决此类问题,该项技术将模态法融入其中,控制系统被分成慢速和快速系统,利用控制调节器改善系控制统的加、减速度。该类控制技术可以有效降低外部影响因素对于控制系统的影响,显著增强了农机作业效率和工作性能[9]。

2农机控制工程技术在实际中的应用

2.1遥感技术

遥感技术自从被提出后,就被广泛应用于现代化农业生产中,对于农业机械的发展起到了不可或缺的作用。在农作物的种植生产过程中,利用该项技术可以有效对农作物的生长状态起到良好的监测作用,从而获得人们通过肉眼无法发现的细节,根据所得的数据进行统计分析,对于农作物的生长开展有效的后续工作;通过对农作物的病虫草害监控及防治,可以有效避免病虫草害的出现,利用该项技术发现源头所在,完成防治处理;最后,对于自然灾害也可以起到一定程度的监测作用。

2.2农业无线通信技术

传统农田作物的生长状况监测,不但要耗费大量的人力,而且不能够做到实时监控,如采用有线测控系统,则需要铺设光纤或者电缆,增加了农业生产成本,降低了系统的灵活性和可扩展性。随着传感器技术、无线通信技术及嵌入式控制技术的发展,无线传感器网络可以实时监测、感知和采集监控区域的信息,并将采集到的数据处理后发送给终端用户,降低农业生产成本,有效提高了农业实际作业效率。

3农机控制工程技术的未来发展前景

我国对于控制工程的研究与国外发达国家相比进程较慢,在该领域的技术研究中与国外相比还需继续努力,伴随我国经济水平和科技水平的不断提高,以及对于控制技术的深入研究,其得到了巨大的提升和良好的改善,控制工程应用于机械电子工程中,能够更好地推进农业机械化的推广发展。为了能够使该项技术得到更好的发展,需要加大科研创新,走向全新的发展道路,从而推进农机控制工程技术更好的发展。在发展农机控制工程技术的前提下,要牢记绿色农业及农业可持续发展理念。农机控制工程技术的发展不仅仅局限在经济效益上,还需要将其与绿色发展相结合。在发展该类技术时,需要注意其对生态环境的影响,一定要保障其绿色发展,从而做到技术环保,能够良好的完成绿色农业的可持续发展。政府及高校教育部门应该加大科研资金投入,积极引进相关的设备与人才,进而促进农机控制工程技术在农业生产的快速应用与发展,加大科研资金的投入,促进相关农机控制技术的创新与发展,提高我国农机整体装备水平,加快推进农业现代化进程。

4结论

控制工程技术已经在现代化农业发展中得到了更广泛的应用,使农业机械化技术面向更加智能化、自动化的发展方向迈进,在当今农业领域快速发展的背景下,需要加强对控制工程的应用,在加快农机控制技术发展的同时加强绿色控制技术的应用,提高相关科研资金的投入,加快控制技术的创新与发展,从而推动我国农业现代化进程。

作者:王爱民 单位:东营市垦利区农业农村局