自動控制技術對農業機械的優化作用及應用特征

0 引言

《中華人民共和國農業機械化促進法》實施以來的近18年，我國的農業機械化生產覆蓋率得到了顯著提升，機械化作業已經成為農業生產的主流模式，農機市場也得到了空前發展。在農機需求量增加的同時，農業機械的技術也得到了快速提升，農機產品從機械結構、原理、動力、配套技術等方面都得到了長足發展，使農機化作業質量得到了更好保障。從現階段我國農機技術來看，其機械功能已經較為成熟，但是農機產品的自動化程度還有較大提升空間，農機產品中應用自動控制技術能夠顯著提高農機的使用便捷性，并在一定程度提高農機作業質量和效率，為我國農業生產勞動力水平提升創造更好條件。

對數據應用SPSS 23.0統計學軟件進行統計學研究分析。以均數±標準差（±s）表示計量資料，組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料以[n（%）]表示，組間比較采用χ2檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

1 農機技術的應用情況

截至2020年底，我國農作物耕種收的綜合機械化程度達到71.25%，相對于2019年提升1.23%，其中機耕率達到85.49%，機播率達到58.98%，機收率達到64.56%，各主要農作物機械化程度見圖1。隨著我國農業機械總動力超過10.56億kW，我國農業機械的配套動力和保有量得到持續提升，其中拖拉機保有量達到2 204.88萬臺，拖拉機配套農機具達到4 024.08萬臺，且58.84 kW(80馬力)以上拖拉機數量超過143.66萬臺，水稻插秧機、免耕播種機、精量播種機、機動植保機、稻麥聯合收割機、玉米聯合收割機、植保無人機等產品的使用量也得到明顯提升。

“互聯網+教育”的概念目前還沒有統一定論，不同學者有不同的看法。筆者認為，“互聯網+教育”是互聯網平臺和現有教育的深度融合，其可以利用移動互聯網技術建立各種教育平臺，設計更多方便、多樣的教育工具，更好地幫助教學者、受教育者以及教學機構達到預期教學效果，最終實現“多贏”局面。

在農機應用量持續增加的同時，我國自主研發的農機產品在技術先進性方面與進口農機仍存在一定的差距，主要表現在以下幾個方面：1)現代化技術的應用不足，我國自主研發的很多農機產品沒有充分結合電氣控制、自動化、計算機、傳感器等技術，導致設備的使用過分依賴人工實現；2)機械結構相對復雜，由于沒有有效利用電控、液壓等技術實現傳統機械傳動、控制等技術優化，導致現階段自主農機產品的機械結構仍比較復雜；3)精確性不足，一方面由于生產制造能力有限，農機產品在加工、裝配等環節的工藝無法達到國際一線水平，導致農機工作過程的精確性降低，另一方面，由于缺少環境感知、智能系統等技術應用，導致農業機械作業模式單一，不能有效結合環境變化調整作業方案，導致生產過程中的資源消耗和實際作業質量達不到預期

。

隨著我國東北、華北、長江中下游等農業主產區生產模式優化調整，農業生產中有更多耕地適合中大型先進農機設備開展高效率作業，為農機技術的快速升級奠定了基礎，我國近年來的科研重點也從傳統的產品開發向全程自動化生產轉變，電氣自動化技術的應用得到重視和提升。

將自動控制技術與植保技術相結合，能有效促進變量噴藥理念的實現。通過自動控制技術與農業遙感技術、視覺識別技術相結合，能實現農田作業過程中的按需噴藥，有效降低農藥用量，并提高植保質量。部分植保機械配備了對靶噴藥技術，能夠實現針對病蟲害的定向噴施，進一步改善農藥使用量。此外，利用自動控制技術結合衛星定位設備，能夠對航空植保無人機進行精確自動化控制，實現對指定區域范圍內的高效率自動化植保。

2 自動控制技術的應用形式

2.1 節水灌溉技術應用

水田平地機在水稻生產中應用量持續提升，傳統的水田平地機受田間地勢影響較大，平地質量往往難以保證。利用電氣控制技術結合模糊PID算法，能實現水田平地機作業傾斜度、高度偏差的實時調整，通過與RTK-GPS差分定位技術結合，能夠實現作業精度達到厘米級作業，再結合電控元件對平地機設備的實時調整，能保證平地后水田平整度偏差在5 cm范圍內。

自動控制技術在20世紀以來發展迅速，經過長期發展，已成為現階段科學技術發展的重要組成部分。自動控制技術將傳統的機械技術、電氣技術、計算機技術進行整合，并結合先進的傳感器技術、電機技術、網絡通訊技術、電控開關技術等實現對機械功能的精確控制。自動控制技術面向各個行業開展應用，其與傳統的機械技術行業發展關系密切。近年來自動控制技術進一步向農業機械領域延伸，力爭提升農業機械產品的自動化與智能化程度。

2.2 變量施肥技術應用

職業技能大賽是檢驗職業院校教學質量和教學成果，展現院校教師隊伍風采的重要活動。通過參加各級各類的技能競賽，教師可以了解本專業發展方向，認識到自己本身知識結構的不足，更好的提高自身的專業水平和教學水平，達到以賽促學、以賽促練、以賽促教，促進“雙師型”教師隊伍建設。

2.3 水田平地技術應用

合理灌溉是農業生產的重要工作，也是農作物健康生長的核心和基礎。隨著農業技術發展，自動控制技術與傳統灌溉技術實現了有效結合，在灌溉管路等基礎設施進一步普及的前提下，自動控制技術對于灌溉過程合理性的提升起到了至關重要的作用。自動控制技術促進了節水灌溉理念的實現，通過在農田分布土壤含水率檢測的傳感器，能夠精確獲取不同區域的土壤水分情況，并利用自動控制技術實現不同用水量分區域灌溉的合理模式。

2.4 智能植保技術應用

蘭德研究生院（現為帕蒂蘭德研究生院）是美國最大的公共政策博士學位項目，也是為培養未來公共政策領袖而設立的8個研究生項目之一。

2.5 智慧大棚技術應用

自動控制技術能夠將眾多電控原件、電控技術引入農業機械系統中，利用電控原件能實現傳統農業機械功能調整與控制，使很多功能不再通過復雜的機械結構、傳動機構等實現，而通過控制線路、電控開關、電控驅動器等設備實現。使農業機械的結構得到有效簡化，同時農業機械的設計、生產、裝配等過程難度也隨之降低。

3 自動控制技術特征

如果說對“史例”的探討更多集中了當時學人的理性訴求，“史筆”本身則滲透了各種各樣不足為外人道的微妙心思，是很好的無意識史料，記載了特定時代人們的心態、審美與價值觀。“華亭鶴唳”這一故事的流變與定型，本身也是很好的故事，讓我們看見人們內心深處的脆弱、回避、抗拒，以及恐懼。這是那些曾各懷心事講過這一故事的人無法逆料的。

自動控制技術體系較為龐大，主要技術包括控制系統、自動控制設備、通訊設備、執行器等。控制系統是自動控制技術實施的邏輯主體，是控制過程的“大腦”，控制系統是計算機控制程序的集成體，能夠實現邏輯判斷與決策、數據分析存儲、人機交互等眾多功能，控制系統常利用PID控制技術和復合型控制軟件實現控制功能，可按照機械設備的使用需求進行有針對性的設置。自動控制設備是控制系統執行的硬件，包括電控開關、電控液壓閥、可編程控制器、變頻驅動器、工控機器人等；通訊設備是用于數據傳輸的設備總稱，例如無線通訊模組、光纖模組、電訊號模組等，能夠實現安全、低干擾通訊。執行器是用于最終執行動作的元件，如氣缸、液壓缸、電機等

。

變量施肥技術與節水灌溉技術類似，能根據不同區域農業耕地土壤肥力需求有針對性地進行施肥量調整。要求施肥設備在進行施肥作業過程中能夠結合農田土壤信息，對不同區域選擇合理的施肥量。現階段，很多研究致力于通過控制電機轉速改變排肥量，從而實現施肥機械與衛星定位系統結合，對不同區域實施變量施肥，部分地區的施肥方式為灌溉與施肥同步進行，可通過自動控制技術同時控制灌溉量實現變量施肥的目的

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4 自動控制技術的優化作用

4.1 簡化農業機械結構

近年來，我國智慧大棚的建設量持續提升，自動控制技術在智慧大棚建設中發揮了重要作用。一方面大棚內部的溫度、濕度、光照等環境信息，能夠通過傳感器設備實時獲取并傳輸到控制系統，進而實現對溫濕度等環境的自動調節；另一方面利用自動控制技術對大棚內的作物實現自動灌溉、自動施肥、病蟲害監測，有效降低管理工作量，提升大棚生產的合理性

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4.2 提升農機可控性

電控技術的應用能夠通過控制電控元件便捷實現對農業機械各個部位的控制，通過信號傳輸技術對農機功能進行控制，與傳統機械結構控制相比，在反應時間上具有明顯優勢。同時利用ECU技術，農機工作過程一些常規操作可通過ECU自主判斷并執行控制，不僅提升控制的合理性，還簡化了人員操作控制的過程。此外，自動控制設備的安裝更為便捷，通常僅需較小的空間布置電控硬件，利用合理布線即可實現很多控制功能，有效提升農業機械的控制范圍，使傳統農機難以控制的部位通過電控系統簡單實現控制。

4.3 提升農機可靠性

一方面，自動控制技術的應用，使農業機械的內部增設了大量傳感器設備，這些設備能夠針對農業機械的發動機、變速箱、傳動軸、液壓系統等進行實時監測，并自動判斷農機的關鍵部位是否運轉正常，做到對于故障問題及時預警，避免嚴重故障的發生。另一方面，自動控制技術能夠在農業機械的外部增設環境感知設備，包括視覺識別、雷達感知、衛星定位導航等，能對農田環境實現更好地掌握，輔助進行農業機械的駕駛，避免農機使用過程出現損壞或安全事故。

4.4 提升農機作業效率

自動控制技術應用后，農業機械能夠利用自動控制功能進行快捷調整，例如在耕整地過程中，自動控制技術能夠根據駕駛員的需求快速調整耕作深度，先進的自動化設備還能在駕駛室實時顯示耕作深度，駕駛員不需停車調整便可完成耕深修正，有效縮短人工調整農機的時間消耗。同時，自動控制技術降低了農業機械故障率，農機化生產能夠更連續高效地實施

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4.5 優化農機維修流程

自動控制技術在農業機械中應用有效提高了農業機械的故障自檢能力，當出現較大故障問題時，農機維修人員在傳統的維修過程很難快速對故障進行定位，往往造成維修效率低下、工作量大等問題，而針對自動控制技術應用的農業機械，農機維修人員能利用專用設備聯接農業機械，從而獲取農機故障發生前后時期的相關監測信息，用以輔助判斷故障原因及故障位置。部分先進的自動化農機能在故障發生時產生故障碼，直接顯示故障位置與故障信息，有效提升農機故障的維修效率，簡化農機檢測、故障判斷等流程。

4.6 降低農機售后成本

自動控制技術有效規范了農業機械的駕駛行為，使農機使用過程的不規范操作得到有效控制，因不規范使用而造成農機損壞等故障明顯減少。智能監測系統能夠及時提醒使用者進行農機保養與維護，使各個零部件的使用壽命相應延長，降低了農業機械使用過程出現故障的概率，有效控制了農機售后服務成本

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5 結語

隨著我國農業機械化生產的廣泛普及，農機設備的先進性已經成為影響生產質量和農業經濟效益的關鍵因素，農機設備的技術升級已成為農機行業的迫切需求。我國農機企業在產品研發與生產的過程中應重視與國際先進農業企業之間的差距，重視將現代化電氣控制技術、計算機技術、傳感器技術等融入農機產品的研發過程中，實現農機設備自動化程度的有效提升，為我國農機化生產效率、質量提升創造有利條件。

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