農(nóng)業(yè)機(jī)械控制工程技術(shù)發(fā)展分析

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

1 工程控制的三個(gè)階段

從農(nóng)機(jī)控制工程技術(shù)的發(fā)展歷史看，古代的工程控制領(lǐng)域中當(dāng)屬中國(guó)、古埃及、巴比倫的創(chuàng)造最為突出，比如庫(kù)太西比奧斯水鐘、都江堰、地動(dòng)儀，以及18世紀(jì)的蒸汽機(jī)控制器等；而在近代人們則一直致力于控制系統(tǒng)不穩(wěn)定、不確定這方面問(wèn)題的解決，并提出了線(xiàn)性常微分方程，解決瓦特蒸汽機(jī)存在的問(wèn)題；進(jìn)入20世紀(jì)，為進(jìn)一步改善因不穩(wěn)定帶來(lái)的問(wèn)題，人們提出了負(fù)反饋概念，且隨著推移控制工程技術(shù)的逐漸展現(xiàn)，使得控制系統(tǒng)得到了迅猛的發(fā)展，像《控制論》、衛(wèi)星的發(fā)射等。

1.1 古代控制

控制系統(tǒng)的起源可以追溯到古埃及的漏壺設(shè)備，但是這個(gè)設(shè)備的缺點(diǎn)是會(huì)浪費(fèi)大量的水。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)展，古希臘人為了解決浪費(fèi)水的問(wèn)題，又提出了庫(kù)太西比奧斯水鐘，這也是被公認(rèn)為最早的控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的神奇之處在于漏壺的設(shè)置是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，可以有效地解決浪費(fèi)水的現(xiàn)象發(fā)生[1]。

1.2 近代控制

近代的控制始于反饋系統(tǒng)，主要在提煉金子時(shí)所發(fā)明的，該裝置是利用水銀進(jìn)行的。到了工業(yè)革命階段，瓦特蒸汽機(jī)便是開(kāi)端，所發(fā)明的飛球調(diào)速器對(duì)蒸汽機(jī)的不穩(wěn)定有所改善。在工業(yè)革命時(shí)期，控制機(jī)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(tǒng)在工作運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，從而使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。在那個(gè)時(shí)期，艾里教授曾用數(shù)學(xué)的方式試探性解決問(wèn)題，但由于非線(xiàn)性方程的原因失敗了。而在后期，麥克斯韋又提出了用數(shù)學(xué)解決問(wèn)題，以此線(xiàn)性常微分方式問(wèn)世，最終幫助瓦特蒸汽機(jī)解決了不穩(wěn)定性帶來(lái)的負(fù)面現(xiàn)象。

1.3 現(xiàn)代控制

到了現(xiàn)代，反饋控制的應(yīng)用也逐漸普及，同時(shí)也讓控制系統(tǒng)引進(jìn)現(xiàn)代化。而且在這個(gè)階段，控制技術(shù)系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)上的使用逐漸突出，而實(shí)時(shí)控制可保證對(duì)農(nóng)機(jī)的實(shí)時(shí)觀(guān)察，幫助其安全防護(hù)。其主要特點(diǎn)有三，即：控制系統(tǒng)可靠性高，若田地的環(huán)境較為惡劣，屏蔽措施便可以幫助機(jī)械消除外界的干擾；高效、高性能的傳感器，當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的診斷，從而為專(zhuān)業(yè)人員的維修提供了便利；因?yàn)檗r(nóng)機(jī)控制技術(shù)是自動(dòng)化的，且覆蓋的范圍較大，提高了田間工作的效率，尤為其節(jié)省了人力物力。

2 農(nóng)機(jī)控制工程系統(tǒng)中導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用

2.1 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)“BDS”，現(xiàn)階段利用在無(wú)人駕駛拖拉機(jī)方面已經(jīng)有了很大成就，具體來(lái)說(shuō)就是將BDS安裝在拖拉機(jī)上，然后屏幕終端便有了田地中的畫(huà)面，專(zhuān)業(yè)人員可通過(guò)畫(huà)面導(dǎo)航。就算沒(méi)有人進(jìn)入到耕地中，也可以根據(jù)不規(guī)則的駕駛，來(lái)順利完成各種作業(yè)，既減輕了駕駛員的負(fù)擔(dān)，又提高了作業(yè)效率，更是突出了該項(xiàng)技術(shù)在夜間工作的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)在導(dǎo)航機(jī)械的環(huán)境來(lái)說(shuō)，自動(dòng)控制（下稱(chēng)：自控）系統(tǒng)也在進(jìn)一步提升，而且自控系統(tǒng)在農(nóng)機(jī)方面的要求也在與時(shí)俱進(jìn)，而對(duì)于嚴(yán)苛的要求，盡快實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的完備便是上策。自動(dòng)控制系統(tǒng)大體可以分為兩種類(lèi)型，即：縱向控制、橫向控制。其中，橫向控制所控制的目標(biāo)是農(nóng)機(jī)工作方式，所涉及的多為技術(shù)性問(wèn)題，關(guān)于導(dǎo)航技術(shù)方面很少使用；而縱向控制涉及導(dǎo)航技術(shù)的問(wèn)題則較多，人們主要是研究通過(guò)導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)機(jī)路徑規(guī)劃一類(lèi)問(wèn)題的解決，從而實(shí)現(xiàn)自控的進(jìn)展。主要可以在下面幾個(gè)方面進(jìn)行：工作范圍、作業(yè)量、位置信息等。另外，導(dǎo)航科研技術(shù)的高低也直接影響著縱向控制技術(shù)的發(fā)展，因?yàn)榇隧?xiàng)控制技術(shù)的發(fā)展是依托在整體的科技水平上的。就目前的情況來(lái)看，農(nóng)機(jī)導(dǎo)航技術(shù)在控制系統(tǒng)中一直以良好的勢(shì)頭發(fā)展，其中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)驅(qū)動(dòng)偏差率上實(shí)現(xiàn)機(jī)械制動(dòng)的全面發(fā)展。

2.3 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)在中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大效應(yīng)，其重要性不言而喻。首先是在農(nóng)作物生長(zhǎng)期間，可通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控作物的狀態(tài)，畢竟人為進(jìn)行觀(guān)察，很難全方位掌握各種情況，而利用遙感技術(shù)則比較直觀(guān)，并可以及時(shí)采取合理的彌補(bǔ)措施；其次是農(nóng)作物蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)與防治，農(nóng)作物出現(xiàn)蟲(chóng)類(lèi)災(zāi)害屬于常見(jiàn)現(xiàn)象，是影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)，造成農(nóng)業(yè)損失的重要因素，如果配以現(xiàn)代化遙感技術(shù)，就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)源頭，并及時(shí)給予處理。另外，在自然災(zāi)害的檢測(cè)方面，現(xiàn)代化遙感技術(shù)的作用也得到了廣泛認(rèn)可。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，該文主要以古代、近代、現(xiàn)代三個(gè)方面闡述了控制系統(tǒng)的發(fā)展并給出簡(jiǎn)要的分析，并引出目前使用最廣的農(nóng)機(jī)控制工程系統(tǒng)中機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用，先后介紹了：環(huán)境感知技術(shù)、智控系統(tǒng)、地圖構(gòu)建技術(shù)、障礙物探測(cè)與避障技術(shù)，并特別指出中國(guó)目前對(duì)障礙物探測(cè)與避障技術(shù)的研究比較匱乏，需要引起人們的重視。