保護性耕作機具作業控制技術是指在監測機具作業參數的基礎上，通過電子信息技術、自動控制技術、機電一體化技術和液壓與氣壓傳動技術等對機具的關鍵部件實現一定的主動控制，以滿足作業要求(如播種深度一致性、深松深度一致性等)，提高機具的作業質量(如減小漏播率)。免少耕播種機漏播補償控制技術及機具作業深度控制技術是近年來在保護性耕作機具作業控制技術方向的研究熱點。

　　一、免少耕播種機漏播補償控制技術

減少播種機漏播率的傳統方法是在作物出苗后進行人工補種，這種方式不僅會增大農民勞動強度，也會增加種植成本。而播種參數監測技術雖然能在一定程度上減少漏播率，但仍需駕駛員收到報警信號后下車進行調整，效率低。因此，免少耕播種機漏播補償控制技術的研究對減少漏播率，提高播種質量，減少農民勞動強度和種植成本具有重要意義。

近年來，研究人員對漏播補償控制技術進行了一定的研究。其中，加裝補種裝置是實現漏播補償的有效途徑之一，如丁幼春等針對油菜籽等小粒徑種子漏播補種問題，研發了一套螺管式補種系統，漏播補種率達到100%;吳南等針對玉米免耕播種時存在漏播問題，采用加裝補播器和補種導種管設計了一種漏播補償系統，補種成功率達96.5%。除加裝補種裝置外，朱瑞祥等根據超越離合器的單向鎖合原理設計了一種漏播補償系統，當發生漏播時，啟動超越離合器，由步進電機驅動排種器使其加速旋轉實現補種，平均成功補種率為92.98%。

當前，國內外雖對漏播補償控制技術有一定研究，但還存在以下問題：①大多補種裝置都是加裝在正常播種裝置外，兩套排種裝置之間相互獨立，結構比較復雜;②由于正常排種與補種排種時的種子運動路徑不同，補種位置存在一定的滯后性，導致補種位置準確性較差。

　　二、保護性耕作機具作業深度控制技術

作業深度控制技術是保障保護性耕作機具作業深度一致性的必要手段，主要涉及免少耕播種深度、深松深度及表土耕作深度等。其基本原理是利用傳感器實時監測機具的作業深度，將當前作業深度與預先設定的目標深度進行對比，若超過或未達到預先設定的閾值，則啟動控制系統進行調控，具體是通過調節液壓缸的伸縮或氣壓裝置的壓力來實現作業深度控制。

　　1、免少耕播種機播種深度控制技術

適宜的播種深度可以為種子提供較為充足的水分和養分條件，有利于縮短種子出苗時間，提高種子出苗率，同時可以減小機具作業阻力，減小能耗。國內外學者經過大量研究發現播種深度在3~4 cm且一直是最有利于出苗。Karayel和Zmerzi研究發現，即使在實驗室條件下，播種深度都不一致，而在免少耕播種作業時，作業環境更加惡劣，如土壤未翻耕，地表有秸稈覆蓋等更容易造成開溝器振動，導致播種深度不一致。傳統的免少耕播種機多通過安裝仿形機構并加裝機械彈簧保持播深一致，但這種方式都是作業之前將仿形機構、彈簧預緊力等調整好，無法根據作業環境的變化在作業過程中進行播種深度實時調節。因此，能夠在播種作業時對播種深度進行實時控制的技術與裝備得到國內外研究人員的關注與研究。

目前，國外知名農機公司大多都在其播種機上安裝播深控制系統，工作原理如圖1所示，采用液壓或氣壓裝置代替傳統播種機上的機械彈簧，通過壓力傳感器實時監測限深輪下壓力，并與預先設置的壓力值進行比較，自動調節播種下壓力，保證播種深度一致。如Ag Leader公司的SureForce?下壓力控制系統，Maschino的Maximetro系列播種機，Horsch的Maestro SW系列播種機，John Deere公司的exactEmerge播種單體，Precision Planting公司的Deltaforce和AirForce下壓力控制系統及Kinze公司的TrueDepth?播深控制系統。

此外，國內外學者也對播種深度的精確控制開展了一系列研究。根據調節裝置的不同將其分為兩大類，即液壓調節和氣壓調節。其中，液壓調節因具有響應速度快、產生推力大、便于安裝等優點在保護性耕作機具作業深度智能化調控上應用更為廣泛。除通過安裝液壓或氣壓裝置實現播深調節外，李玉環等設計了一種覆土-鎮壓聯動監控裝置，采用電推桿實時調節覆土量實現播深一致性控制。由于播深調節裝置類型比較明確，因此播深控制系統的研研究重點主要在波深檢測上。為實現波深準確實時的檢測，學者們研發了多種波深檢測法，均取得較好的檢測效果，根據采用傳感器的工作原理不同將其分為剖面傳感器檢測法、超聲波傳感器檢測法、角度傳感器檢測法、壓力傳感器檢測法、以及位移傳感器檢測法等。

　　2、松及表土耕作機具耕作深度控制技術

保護性耕作機具的耕深一致性是評價其作業質量的一項重要指標。美國John Deere公司經過多年試驗發現，耕作深度一致性對土壤保水保墑、構造良好的種床具有重要影響。目前，耕作深度控制主要利用角度或超聲波傳感器實時監測耕深，同時在深松鏟、圓盤耙和鎮壓輪等觸土部件上安裝液壓系統，通過調節液壓缸的伸縮實現耕作深度的一致性控制。

John Deere公司的TruSet耕整地裝備耕深控制系統(圖2)利用安裝在地輪與機架上的耕深檢測傳感器獲取機具的耕作深度，并將其與預先設定的耕作深度值進行對比，然后通過配套的液壓系統實現圓盤耙、深松鏟和鎮壓輥等耕作部件的耕深控制，作業情況會實時顯示在人機界面，用戶還可根據自己需要進行手動調節，該系統控制更深精度不超過2.5 mm。

Case公司研發的整地機械耕深智能控制系統(Advanced Farming Systems，AFS)(圖3)，能夠根據土壤條件(含水率、緊實度、秸稈覆蓋率等)，實現機具耕作深度的精準控制。作業前，將根據土壤條件預先設定好的耕深信息處方圖導入系統，拖拉機上配備基于GNSS的導航系統，當機具走到處方圖相應位置，液壓系統就會根據處方圖中更深信息自動調節機具關鍵部件使其達到預設更深，同時液壓缸內的行程檢測傳感器能夠實時反饋液壓缸活塞的長度變化，保證精準控制。

近年來，國內學者的研究多集中在懸掛式耕作機具的耕深控制。如王云霞設計了一種深松機耕深控制系統，該系統可實現對每個深松鏟作業深度的獨立控制，當耕深設定為25和30 cm時，耕深控制誤差分別為3.2%和1.9%。吳依行設計了一種基于超聲波傳感器與液壓傳動的深松機耕深控制系統，當深松深度在35~40 cm時，控制精度不超過3.3 cm，深松深度的穩定性系數為92.54%。

綜上，無論是播種深度還是耕作深度的實時控制，其最終目標都是實現作業深度的一致性。二者的控制原理基本相同，即利用傳感器實時監測開溝器、深松鏟、圓盤耙、鎮壓輥等觸土部件的作業深度，并與預設作業深度進行對比，通過液壓系統或氣壓系統調節作用在觸土部件上的壓力實現作業深度的控制。