農業機械控制工程技術發展分析

張祥寧，張婷婷 （.山東省青島市即墨區通濟街道辦事處，山東 青島 6600；.山東省青島市即墨區龍山街道辦事處，山東 青島 6600）

1 工程控制的三個階段

從農機控制工程技術的發展歷史看，古代的工程控制領域中當屬中國、古埃及、巴比倫的創造最為突出，比如庫太西比奧斯水鐘、都江堰、地動儀，以及18世紀的蒸汽機控制器等；而在近代人們則一直致力于控制系統不穩定、不確定這方面問題的解決，并提出了線性常微分方程，解決瓦特蒸汽機存在的問題；進入20世紀，為進一步改善因不穩定帶來的問題，人們提出了負反饋概念，且隨著推移控制工程技術的逐漸展現，使得控制系統得到了迅猛的發展，像《控制論》、衛星的發射等。

1.1 古代控制

控制系統的起源可以追溯到古埃及的漏壺設備，但是這個設備的缺點是會浪費大量的水。經過一段時間的發展，古希臘人為了解決浪費水的問題，又提出了庫太西比奧斯水鐘，這也是被公認為最早的控制系統，這個系統的神奇之處在于漏壺的設置是一個開環系統，可以有效地解決浪費水的現象發生[1]。

1.2 近代控制

近代的控制始于反饋系統，主要在提煉金子時所發明的，該裝置是利用水銀進行的。到了工業革命階段，瓦特蒸汽機便是開端，所發明的飛球調速器對蒸汽機的不穩定有所改善。在工業革命時期，控制機器的使用逐漸增加，但其存在的弊端也在漸漸暴露，例如控制系統在工作運行過程中會產生晃動，從而使系統變得不穩定。在那個時期，艾里教授曾用數學的方式試探性解決問題，但由于非線性方程的原因失敗了。而在后期，麥克斯韋又提出了用數學解決問題，以此線性常微分方式問世，最終幫助瓦特蒸汽機解決了不穩定性帶來的負面現象。

1.3 現代控制

到了現代，反饋控制的應用也逐漸普及，同時也讓控制系統引進現代化。而且在這個階段，控制技術系統在農業上的使用逐漸突出，而實時控制可保證對農機的實時觀察，幫助其安全防護。其主要特點有三，即：控制系統可靠性高，若田地的環境較為惡劣，屏蔽措施便可以幫助機械消除外界的干擾；高效、高性能的傳感器，當機械出現故障時會實現對故障的診斷，從而為專業人員的維修提供了便利；因為農機控制技術是自動化的，且覆蓋的范圍較大，提高了田間工作的效率，尤為其節省了人力物力。

2 農機控制工程系統中導航技術應用

2.1 北斗導航系統

北斗衛星系統簡稱“BDS”，現階段利用在無人駕駛拖拉機方面已經有了很大成就，具體來說就是將BDS安裝在拖拉機上，然后屏幕終端便有了田地中的畫面，專業人員可通過畫面導航。就算沒有人進入到耕地中，也可以根據不規則的駕駛，來順利完成各種作業，既減輕了駕駛員的負擔，又提高了作業效率，更是突出了該項技術在夜間工作的優點。

2.2 自動化控制系統

根據現在導航機械的環境來說，自動控制（下稱：自控）系統也在進一步提升，而且自控系統在農機方面的要求也在與時俱進，而對于嚴苛的要求，盡快實現控制系統的完備便是上策。自動控制系統大體可以分為兩種類型，即：縱向控制、橫向控制。其中，橫向控制所控制的目標是農機工作方式，所涉及的多為技術性問題，關于導航技術方面很少使用；而縱向控制涉及導航技術的問題則較多，人們主要是研究通過導航技術在農機路徑規劃一類問題的解決，從而實現自控的進展。主要可以在下面幾個方面進行：工作范圍、作業量、位置信息等。另外，導航科研技術的高低也直接影響著縱向控制技術的發展，因為此項控制技術的發展是依托在整體的科技水平上的。就目前的情況來看，農機導航技術在控制系統中一直以良好的勢頭發展，其中的神經網絡控制也在整體的融合中起不可小覷的作用，并且能夠在保障線驅動偏差率上實現機械制動的全面發展。

2.3 遙感技術

遙感技術在中國農業生產中發揮了巨大效應，其重要性不言而喻。首先是在農作物生長期間，可通過此項技術實時監控作物的狀態，畢竟人為進行觀察，很難全方位掌握各種情況，而利用遙感技術則比較直觀，并可以及時采取合理的彌補措施；其次是農作物蟲害監測與防治，農作物出現蟲類災害屬于常見現象，是影響農作物的生長，造成農業損失的重要因素，如果配以現代化遙感技術，就可以及時發現源頭，并及時給予處理。另外，在自然災害的檢測方面，現代化遙感技術的作用也得到了廣泛認可。

3 結語

綜上，該文主要以古代、近代、現代三個方面闡述了控制系統的發展并給出簡要的分析，并引出目前使用最廣的農機控制工程系統中機械導航技術應用，先后介紹了：環境感知技術、智控系統、地圖構建技術、障礙物探測與避障技術，并特別指出中國目前對障礙物探測與避障技術的研究比較匱乏，需要引起人們的重視。