农业机械控制工程技术发展分析

张祥宁 张婷婷

近年来，农业机械控制工程技术经历了从手工操作到机械化，再到自动化、智能化的演进过程。这一领域的技术发展日新月异，为我国农业提供了强大的技术支撑。

一、农业机械控制工程技术的历史沿革

随着工业革命的到来，蒸汽机、内燃机等动力机械逐渐进入农田，标志着农业机械化开始起步。20世纪中期，随着电子技术、自动化技术的逐渐成熟，农业机械控制工程技术迎来了新的发展机遇。各类传感器开始广泛应用于农业机械，为农机提供了精确的数据支撑。此外，液压控制系统、电子控制单元（ECU）、全球定位系统（GPS）等先进技术也纷纷应用于农业机械中，提高了农机的操作精确性和自动化程度。智能化农业机械开始走入农田，如自动导航拖拉机、无人驾驶收割机等。物联网技术使得农业机械能够实时与后台数据中心通信，为农机操作提供了实时的数据支持。同时，遥感技术和无人机技术也在农业中得到了广泛应用，为农机提供了空中的视角，实现了对农田的全面监控。此外，人工智能技术在农业机械控制工程技术中的应用也呈现出爆发式的增长。智能识别算法可以帮助农机实时识别作物与杂草，实现精准施药和施肥。深度学习技术则通过大量的数据训练，使农机能够自动学习、优化操作策略，提高农机的工作效率。

农业机械控制工程技术从简单的手工操作，经历了机械化、自动化到现今的智能化，不断地为农业生产带来效率的提升和生产成本的降低，为现代农业的发展提供了强大的技术支撑。

二、农业机械控制工程技术的发展

（一）计算机技术的应用

农业机械控制工程技术在近年来得益于计算机技术的高速发展，显著提升了其性能和应用范围。首先，嵌入式系统在农业机械中的应用，提高了设备的智能化水平。嵌入式系统具有低功耗、高效率和小型化的特点，能够为农业机械提供强大的数据处理能力。通过集成多种传感器，如土壤湿度传感器、光照强度传感器和作物生长状态传感器，农业机械可以实时获取田间的各种数据，再通过嵌入式系统进行数据的处理和分析，为农机操作提供精确的控制策略，从而实现精准施肥、灌溉和收割。其次，计算机模拟技术为农业机械设计提供了强大的工具。通过有限元分析、动力学模拟和流体动力学模拟等高级计算机模拟技术，工程师可以在计算机上对农业机械的性能进行预测和优化，缩短产品的研发周期。例如，在农业机械的结构设计中，有限元分析可以帮助工程师预测结构在不同工况下的应力和变形情况，确保机械的结构强度和使用寿命。而在农业机械的动力系统设计中，动力学模拟可以帮助工程师优化动力系统的参数，提高机械的工作效率和节能性。最后，人机交互技术在农业机械控制中也起到了至关重要的作用。通过触摸屏、语音识别和增强现实（AR）等前沿的人机交互技术，农机操作者可以更加直观、方便地与机械进行交互，提高操作的效率和准确性。例如，通过触摸屏，操作者可以直接在屏幕上进行各种设置和调整，无需复杂的按键操作。而通过语音识别技术，操作者可以通过简单的语音指令控制农业机械，无需手动操作。此外，增强现实技术可以为操作者提供实时的作物生长信息、土壤状态等数据，帮助其更好地理解田间的实际情况，做出更加合理的决策。

计算机技术在农业机械控制工程技术中的应用，不仅提高了农机的性能和智能化水平，也为农业生产带来了更高的效率和更好的质量。

（二）传感器技术的发展

农业机械控制工程技术在近几十年中得益于传感器技术的进步，从而实现了高精度、高效率的农作物生产。首先，土壤传感器的广泛应用已经变革了传统农业灌溉、施肥策略。土壤湿度传感器、土壤温度传感器以及土壤电导率传感器等，通过实时监测土壤的水分、温度及营养状况，为农机提供了关键数据，从而确保精准灌溉和施肥，最大化农作物的产量并优化资源利用率。其次，作物生长监测传感器已经成为农业机械不可或缺的一部分。通过植物光合作用率传感器、叶面温度传感器及叶绿素含量传感器等，农业机械现在能够对作物的生长状况进行实时、细致地监测。这不仅有助于及时发现作物生长中的问题，还可以在收获时刻为机械提供准确的数据，确保最佳的收获时间和最大化的作物质量。与此同时，这些传感器还支持对农药和肥料的精确施用，保证作物健康生长，同时减少对环境的影响。最后，近距离遥感传感器在农业机械中的应用也呈现出日益增长的趋势。这些传感器，包括多光谱相机、热红外相机和激光雷达等，被集成在无人机或农业机械上，从空中对农田进行高分辨率的监测。与此同时，这些遥感传感器可以为农机提供大面积的、连续的田间数据，为农机控制策略的优化提供了宝贵的信息源。例如，通过多光谱相机可以检测到作物受到的病虫害或缺水情况，进而农机可以在必要的区域进行精准喷药或灌溉。

从土壤状况的实时监测，到作物生长状况的精细管理，再到空中的高分辨率遥感监测，传感器技术确保了农业生产的高效率、高质量，同时对资源的合理利用和环境保护也作出了重要贡献。

（三）自动控制系统的应用

农机自动控制技术近年来取得了显著进展，为农业生产带来了革命性的改变。首先，基于PID控制原理的闭环控制系统已广泛应用于各种农业机械，如拖拉机、收割机和喷雾机等。这些控制系统能够实时采集机械的工作状态，如速度、位置和负荷等参数，然后通过PID控制算法对机械的动作进行调节，确保其稳定、准确地完成预定任务。例如，当收割机在不平整的地形上工作时，闭环控制系统可以自动调节刀片的高度，确保与地面的恒定距离，从而保证收割的均匀性和效率。其次，模糊控制和神经网络控制技术也在农业机械中得到了广泛应用。与传统的PID控制相比，这些高级控制策略能够更好地处理农业生产中的非线性、不确定和复杂的情况。例如，农田的土壤状况、作物生长状态和气候条件等因素都可能影响农机的工作效果，而模糊控制和神经网络控制可以根据这些因素的实时变化，自动调整农机的控制策略，确保最佳的工作效果。在施肥或喷药时，这些控制技术可以实现对肥料或农药量的精确控制，既保证作物的生长需求，又减少了对环境的影响。最后，机器视觉技术与自动控制系统的结合，为农业机械带来了前所未有的智能化水平。通过装载在农机上的摄像头和图像处理算法，农机可以实时识别田间的作物、杂草和病虫等目标，并根据这些信息调整自己的工作策略。例如，当农机进行机械除草时，机器视觉系统可以帮助它识别并避开作物，只对杂草进行精确施药或机械操作，提高工作的准确性和效率。

自动控制系统在农业机械控制工程技术中的应用，为农业生产带来了高效、精确和环保的新模式。从基于PID原理的闭环控制，到模糊控制和神经网络控制的高级策略，再到机器视觉技术的智能化应用，农业机械在自动控制系統的支持下，正朝着更高的智能化、自动化方向迈进。

三、结语

随着科学技术的飞速发展，农业机械控制工程技术已经从简单的机械操作转化为高度自动化、智能化的系统集成。现代农业机械不仅能够准确响应各种环境条件，还能通过先进的控制系统、传感器技术和机器视觉等技术，进行自我调整，以最大化生产效率和资源利用率。这种技术变革不仅提高了农业生产的经济效益，还降低了对环境的负面影响。未来，随着物联网、大数据和人工智能等技术在农业领域的进一步应用，农业机械控制工程技术将进入一个全新的创新高峰，为全球农业持续、可持续的发展提供强大的技术支持。

（作者单位：青岛市即墨区龙山街道办事处）