自动控制技术对农业机械的优化作用及应用特征

0 引言

《中华人民共和国农业机械化促进法》实施以来的近18年，我国的农业机械化生产覆盖率得到了显著提升，机械化作业已经成为农业生产的主流模式，农机市场也得到了空前发展。在农机需求量增加的同时，农业机械的技术也得到了快速提升，农机产品从机械结构、原理、动力、配套技术等方面都得到了长足发展，使农机化作业质量得到了更好保障。从现阶段我国农机技术来看，其机械功能已经较为成熟，但是农机产品的自动化程度还有较大提升空间，农机产品中应用自动控制技术能够显著提高农机的使用便捷性，并在一定程度提高农机作业质量和效率，为我国农业生产劳动力水平提升创造更好条件。

对数据应用SPSS 23.0统计学软件进行统计学研究分析。以均数±标准差（±s）表示计量资料，组间比较采用独立样本t检验；计数资料以[n（%）]表示，组间比较采用χ2检验。P<0.05为差异有统计学意义。

1 农机技术的应用情况

截至2020年底，我国农作物耕种收的综合机械化程度达到71.25%，相对于2019年提升1.23%，其中机耕率达到85.49%，机播率达到58.98%，机收率达到64.56%，各主要农作物机械化程度见图1。随着我国农业机械总动力超过10.56亿kW，我国农业机械的配套动力和保有量得到持续提升，其中拖拉机保有量达到2 204.88万台，拖拉机配套农机具达到4 024.08万台，且58.84 kW(80马力)以上拖拉机数量超过143.66万台，水稻插秧机、免耕播种机、精量播种机、机动植保机、稻麦联合收割机、玉米联合收割机、植保无人机等产品的使用量也得到明显提升。

“互联网+教育”的概念目前还没有统一定论，不同学者有不同的看法。笔者认为，“互联网+教育”是互联网平台和现有教育的深度融合，其可以利用移动互联网技术建立各种教育平台，设计更多方便、多样的教育工具，更好地帮助教学者、受教育者以及教学机构达到预期教学效果，最终实现“多赢”局面。

在农机应用量持续增加的同时，我国自主研发的农机产品在技术先进性方面与进口农机仍存在一定的差距，主要表现在以下几个方面：1)现代化技术的应用不足，我国自主研发的很多农机产品没有充分结合电气控制、自动化、计算机、传感器等技术，导致设备的使用过分依赖人工实现；2)机械结构相对复杂，由于没有有效利用电控、液压等技术实现传统机械传动、控制等技术优化，导致现阶段自主农机产品的机械结构仍比较复杂；3)精确性不足，一方面由于生产制造能力有限，农机产品在加工、装配等环节的工艺无法达到国际一线水平，导致农机工作过程的精确性降低，另一方面，由于缺少环境感知、智能系统等技术应用，导致农业机械作业模式单一，不能有效结合环境变化调整作业方案，导致生产过程中的资源消耗和实际作业质量达不到预期

。

随着我国东北、华北、长江中下游等农业主产区生产模式优化调整，农业生产中有更多耕地适合中大型先进农机设备开展高效率作业，为农机技术的快速升级奠定了基础，我国近年来的科研重点也从传统的产品开发向全程自动化生产转变，电气自动化技术的应用得到重视和提升。

将自动控制技术与植保技术相结合，能有效促进变量喷药理念的实现。通过自动控制技术与农业遥感技术、视觉识别技术相结合，能实现农田作业过程中的按需喷药，有效降低农药用量，并提高植保质量。部分植保机械配备了对靶喷药技术，能够实现针对病虫害的定向喷施，进一步改善农药使用量。此外，利用自动控制技术结合卫星定位设备，能够对航空植保无人机进行精确自动化控制，实现对指定区域范围内的高效率自动化植保。

2 自动控制技术的应用形式

2.1 节水灌溉技术应用

水田平地机在水稻生产中应用量持续提升，传统的水田平地机受田间地势影响较大，平地质量往往难以保证。利用电气控制技术结合模糊PID算法，能实现水田平地机作业倾斜度、高度偏差的实时调整，通过与RTK-GPS差分定位技术结合，能够实现作业精度达到厘米级作业，再结合电控元件对平地机设备的实时调整，能保证平地后水田平整度偏差在5 cm范围内。

自动控制技术在20世纪以来发展迅速，经过长期发展，已成为现阶段科学技术发展的重要组成部分。自动控制技术将传统的机械技术、电气技术、计算机技术进行整合，并结合先进的传感器技术、电机技术、网络通讯技术、电控开关技术等实现对机械功能的精确控制。自动控制技术面向各个行业开展应用，其与传统的机械技术行业发展关系密切。近年来自动控制技术进一步向农业机械领域延伸，力争提升农业机械产品的自动化与智能化程度。

2.2 变量施肥技术应用

职业技能大赛是检验职业院校教学质量和教学成果，展现院校教师队伍风采的重要活动。通过参加各级各类的技能竞赛，教师可以了解本专业发展方向，认识到自己本身知识结构的不足，更好的提高自身的专业水平和教学水平，达到以赛促学、以赛促练、以赛促教，促进“双师型”教师队伍建设。

2.3 水田平地技术应用

合理灌溉是农业生产的重要工作，也是农作物健康生长的核心和基础。随着农业技术发展，自动控制技术与传统灌溉技术实现了有效结合，在灌溉管路等基础设施进一步普及的前提下，自动控制技术对于灌溉过程合理性的提升起到了至关重要的作用。自动控制技术促进了节水灌溉理念的实现，通过在农田分布土壤含水率检测的传感器，能够精确获取不同区域的土壤水分情况，并利用自动控制技术实现不同用水量分区域灌溉的合理模式。

2.4 智能植保技术应用

兰德研究生院（现为帕蒂兰德研究生院）是美国最大的公共政策博士学位项目，也是为培养未来公共政策领袖而设立的8个研究生项目之一。

2.5 智慧大棚技术应用

自动控制技术能够将众多电控原件、电控技术引入农业机械系统中，利用电控原件能实现传统农业机械功能调整与控制，使很多功能不再通过复杂的机械结构、传动机构等实现，而通过控制线路、电控开关、电控驱动器等设备实现。使农业机械的结构得到有效简化，同时农业机械的设计、生产、装配等过程难度也随之降低。

3 自动控制技术特征

如果说对“史例”的探讨更多集中了当时学人的理性诉求，“史笔”本身则渗透了各种各样不足为外人道的微妙心思，是很好的无意识史料，记载了特定时代人们的心态、审美与价值观。“华亭鹤唳”这一故事的流变与定型，本身也是很好的故事，让我们看见人们内心深处的脆弱、回避、抗拒，以及恐惧。这是那些曾各怀心事讲过这一故事的人无法逆料的。

自动控制技术体系较为庞大，主要技术包括控制系统、自动控制设备、通讯设备、执行器等。控制系统是自动控制技术实施的逻辑主体，是控制过程的“大脑”，控制系统是计算机控制程序的集成体，能够实现逻辑判断与决策、数据分析存储、人机交互等众多功能，控制系统常利用PID控制技术和复合型控制软件实现控制功能，可按照机械设备的使用需求进行有针对性的设置。自动控制设备是控制系统执行的硬件，包括电控开关、电控液压阀、可编程控制器、变频驱动器、工控机器人等；通讯设备是用于数据传输的设备总称，例如无线通讯模组、光纤模组、电讯号模组等，能够实现安全、低干扰通讯。执行器是用于最终执行动作的元件，如气缸、液压缸、电机等

。

变量施肥技术与节水灌溉技术类似，能根据不同区域农业耕地土壤肥力需求有针对性地进行施肥量调整。要求施肥设备在进行施肥作业过程中能够结合农田土壤信息，对不同区域选择合理的施肥量。现阶段，很多研究致力于通过控制电机转速改变排肥量，从而实现施肥机械与卫星定位系统结合，对不同区域实施变量施肥，部分地区的施肥方式为灌溉与施肥同步进行，可通过自动控制技术同时控制灌溉量实现变量施肥的目的

。

4 自动控制技术的优化作用

4.1 简化农业机械结构

近年来，我国智慧大棚的建设量持续提升，自动控制技术在智慧大棚建设中发挥了重要作用。一方面大棚内部的温度、湿度、光照等环境信息，能够通过传感器设备实时获取并传输到控制系统，进而实现对温湿度等环境的自动调节；另一方面利用自动控制技术对大棚内的作物实现自动灌溉、自动施肥、病虫害监测，有效降低管理工作量，提升大棚生产的合理性

。

4.2 提升农机可控性

电控技术的应用能够通过控制电控元件便捷实现对农业机械各个部位的控制，通过信号传输技术对农机功能进行控制，与传统机械结构控制相比，在反应时间上具有明显优势。同时利用ECU技术，农机工作过程一些常规操作可通过ECU自主判断并执行控制，不仅提升控制的合理性，还简化了人员操作控制的过程。此外，自动控制设备的安装更为便捷，通常仅需较小的空间布置电控硬件，利用合理布线即可实现很多控制功能，有效提升农业机械的控制范围，使传统农机难以控制的部位通过电控系统简单实现控制。

4.3 提升农机可靠性

一方面，自动控制技术的应用，使农业机械的内部增设了大量传感器设备，这些设备能够针对农业机械的发动机、变速箱、传动轴、液压系统等进行实时监测，并自动判断农机的关键部位是否运转正常，做到对于故障问题及时预警，避免严重故障的发生。另一方面，自动控制技术能够在农业机械的外部增设环境感知设备，包括视觉识别、雷达感知、卫星定位导航等，能对农田环境实现更好地掌握，辅助进行农业机械的驾驶，避免农机使用过程出现损坏或安全事故。

4.4 提升农机作业效率

自动控制技术应用后，农业机械能够利用自动控制功能进行快捷调整，例如在耕整地过程中，自动控制技术能够根据驾驶员的需求快速调整耕作深度，先进的自动化设备还能在驾驶室实时显示耕作深度，驾驶员不需停车调整便可完成耕深修正，有效缩短人工调整农机的时间消耗。同时，自动控制技术降低了农业机械故障率，农机化生产能够更连续高效地实施

。

4.5 优化农机维修流程

自动控制技术在农业机械中应用有效提高了农业机械的故障自检能力，当出现较大故障问题时，农机维修人员在传统的维修过程很难快速对故障进行定位，往往造成维修效率低下、工作量大等问题，而针对自动控制技术应用的农业机械，农机维修人员能利用专用设备联接农业机械，从而获取农机故障发生前后时期的相关监测信息，用以辅助判断故障原因及故障位置。部分先进的自动化农机能在故障发生时产生故障码，直接显示故障位置与故障信息，有效提升农机故障的维修效率，简化农机检测、故障判断等流程。

4.6 降低农机售后成本

自动控制技术有效规范了农业机械的驾驶行为，使农机使用过程的不规范操作得到有效控制，因不规范使用而造成农机损坏等故障明显减少。智能监测系统能够及时提醒使用者进行农机保养与维护，使各个零部件的使用寿命相应延长，降低了农业机械使用过程出现故障的概率，有效控制了农机售后服务成本

。

5 结语

随着我国农业机械化生产的广泛普及，农机设备的先进性已经成为影响生产质量和农业经济效益的关键因素，农机设备的技术升级已成为农机行业的迫切需求。我国农机企业在产品研发与生产的过程中应重视与国际先进农业企业之间的差距，重视将现代化电气控制技术、计算机技术、传感器技术等融入农机产品的研发过程中，实现农机设备自动化程度的有效提升，为我国农机化生产效率、质量提升创造有利条件。

[1] 张衍,李云斌.农业机械自动控制方法及关键技术[J].农业工程技术,2020,40(33):53-54.

[2] 韩康乐,韩卓然,徐俊.农业机械自动控制技术应用方式及关键技术特点分析[J].农机使用与维修,2021(7):33-34.

[3] 王兴朝.PLC技术在农业机械电气自动控制中的应用[J].南方农机,2021,52(22):195-196.

[4] 黎鹏.农业机械新技术的发展与应用研究[J].南方农机,2021,52(1):66-67.

[5] 李铁英.现阶段农业机械新技术的应用与发展探究[J].现代经济信息,2017(16):363.

[6] 张友朋.自动控制技术在农业机械中的应用探讨[J].农业开发与装备,2021(6):11-12.