1.一种基于操作意图识别的起重机控制系统，其特征在于，包括：塔吊实验平台、传感器、控制器和执行器，所述传感器安装在塔吊实验平台上，
所述塔吊实验平台包括支柱，所述支柱上端设有绕支柱旋转的旋臂，所述旋臂上设有沿旋臂移动的小车，所述小车底部连接吊绳的一端，吊绳的另一端连接分布式质量负载；
所述传感器包括角度传感器、位移传感器和视觉传感器，所述角度传感器分别安装于小车下方的吊绳上、吊绳靠近分布式质量负载处以及旋臂下方，所述位移传感器安装在小车上，所述视觉传感器安装在小车底部；
所述控制器，包括第一MPC控制器和第二MPC控制器，所述第一MPC控制器，用于对接收的操作指令进行处理，结合传感器采集的数据，输出控制小车/旋臂运动的控制指令；所述第二MPC控制器用于对接收的操作指令进行处理，结合小车/旋臂的当前位置，生成目标位置参考轨迹，以成本函数最小为目标，输出控制小车/旋臂定位的控制指令，并将控制小车/旋臂运动的控制指令和控制小车/旋臂定位的控制指令发送到执行器，以完成相应指令的执行；
所述成本函数为：

其中，表示输入矩阵，为系数矩阵，、为权重矩阵，为参考轨迹矩阵，为k时刻系统状态矩阵；
所述控制器还包括切换模块，所述切换模块用于根据接收的操作指令，将由第一MPC控制器控制切换为由第二MPC控制器控制；切换模块实现方式如下：

其中，为时刻第一MPC控制器的控制量，为时刻第一MPC控制器的控制量，为预设参数，为时刻后第二MPC控制器的控制量；在时刻，系统由第一MPC控制器切换到第二MPC控制器；当转移条件函数的值等于0时，定义该时刻为，然后将第一MPC控制器切换到第一MPC控制器；
在第一MPC控制器和第二MPC控制器控制过程中，分布式质量负载摆动角度小于设定的阈值范围；具体的，将负载摆动角度的限制转换为控制输入的限制：

其中，为小车质量，为负载质量，为允许的小车最大加速度，为允许的负载最大摆角。
2.根据权利要求1所述的基于操作意图识别的起重机控制系统，其特征在于，所述角度传感器用于获取分布式质量负载的旋转角度和旋臂的旋转角度，所述位移传感器用于获取小车沿旋臂的位移，所述视觉传感器用于测量障碍物与分布式质量负载的中心距离。
3.根据权利要求1所述的基于操作意图识别的起重机控制系统，其特征在于，还包括避障模块，用于根据视觉传感器采集的测量障碍物与分布式质量负载的中心距离，在判定需要紧急避障时，避障优先级高于操作指令，控制器由速度控制模式切换为位移控制模式，小车/旋臂减速或停止。
4.根据权利要求1所述的基于操作意图识别的起重机控制系统，其特征在于，所述起重机控制系统还包括信号转换器，用于将输入的操作意图转换为操作指令，并发送至控制器。
5.根据权利要求1所述的基于操作意图识别的起重机控制系统，其特征在于，所述吊绳的另一端连接分布式质量负载，具体包括：吊绳的另一端连接吊钩，所述吊钩通过斜拉绳连接分布式质量负载。
6.一种基于操作意图识别的起重机控制方法，基于如权利要求1所述的基于操作意图识别的起重机控制系统，其特征在于，包括：
第一MPC控制器根据输入的小车运动开始指令，控制执行器动作，以使小车/分布式质量负载运动到目标位置；
切换模块根据输入的小车运动停止指令，将由第一MPC控制器控制切换为由第二MPC控制器控制；
第二MPC控制器控制小车/负载在目标位置进行定位；
第一MPC控制器根据输入的旋臂旋转开始指令，控制执行器动作，以使旋臂旋转到目标位置；
切换模块根据输入的旋臂旋转停止指令，将由第一MPC控制器控制切换为由第二MPC控制器控制；
第二MPC控制器控制旋臂在目标位置进行定位。

技术领域
[0001]本发明涉及智能塔式吊车领域，尤其涉及一种基于操作意图识别的起重机控制方法与系统。
背景技术
[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
[0003]吊车是一种起重设备，其机身采用塔架式结构，通过绳索将负载与旋臂上的小车相连，利用旋臂绕支柱旋转、小车沿旋臂平移，可以将负载送到预定的地点。由于其作业空间广阔，因此在建筑工地、船舶港口等工业场景中常见。
[0004]近年来，国内外自动化领域的许多专家学者针对塔式吊车系统的自动控制与消摆等问题开展了大量研究，提出了多种控制方法，希望实现塔式吊车的安全、高效运行。然而，这些方法只适用于全自动控制吊车，而在实际应用中，几乎所有吊车都是由操作人员控制的，这主要是因为全自动控制吊车的初始投资相对较大，而且在某些特殊情况下，人工操作可能会更加灵活和可靠，操作人员可以根据实际情况做出即时的判断和决策，这在某些情况下是全自动控制系统无法做到的。
[0005]然而，手动控制吊车存在诸多难以解决的问题：操作人员需要根据实际情况和经验来判断负载的目标位置，这种方式不仅需要操作人员具有丰富的经验和专业知识，而且在复杂的施工环境中，可能会出现误判的情况；由于吊车的机械结构和工作原理，其动态响应通常较慢，这意味着即使操作人员已经做出了控制指令，吊车也需要一段时间才能做出响应，这种延迟可能会影响操作的精度和效率；在操作人员操作吊车时，其视野通常受到吊车本身和施工环境的限制，可能会导致其无法清楚地看到吊车的工作状态和施工环境的实际情况，从而影响操作的精度和安全性；并且由于操作人员的手动控制引起的有效负载振荡也限制了操纵的效率，实际应用中操作人员通常通过缓慢移动小车/旋臂并等待不需要的运动衰减来解决振荡问题。
[0006]以上四个问题使得手动控制吊车对操作人员来说极具挑战性，因此研究在有操作人员参与的情况下的吊车自动控制是非常重要的。
[0007]为了研究吊车自动控制问题，研究者们针对塔式吊车建立了多个简化的动力学模型，包括点质量负载单摆模型、点质量负载双摆模型、分布式质量负载单摆模型、分布式质量负载双摆模型，由于在塔式吊车实际应用场景中负载通常具有特定的尺寸，在设计过程中不能被简化为质点，否则会导致最终负载振荡抑制效果鲁棒性不好，难以满足实际需要。现有针对塔式吊车点质量负载单摆系统和点质量负载双摆系统的控制研究较多，但无法直接转移到实际工业应用中，因此，研究带有分布式质量负载的塔式吊车的控制问题对塔式吊车的工业应用具有实际意义。
[0008]目前，带有分布式质量负载的塔式吊车系统的控制问题主要集中在两个方面：一方面需要实现小车的快速准确定位，以满足准确运送负载的要求；另一方面，需要有效地抑制负载的摆动。
发明内容
[0009]为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于操作意图识别的起重机控制方法与系统，面向有操作人员参与的工作场景，能够提高塔式吊车的工作效率和性能，同时设计了相应的实验系统，可以模拟有操作人员参与的吊车运行过程。
[0010]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0011]本发明的第一个方面提供一种基于操作意图识别的起重机控制系统。
[0012]一种基于操作意图识别的起重机控制系统，包括：塔吊实验平台、传感器、控制器和执行器，所述传感器安装在塔吊实验平台上，
[0013]所述塔吊实验平台包括支柱，所述支柱上端设有绕支柱旋转的旋臂，所述旋臂上设有沿旋臂移动的小车，所述小车底部连接吊绳的一端，另一端连接分布式质量负载；
[0014]所述控制器，包括第一MPC控制器和第二MPC控制器，所述第一MPC控制器，用于对接收的操作指令进行处理，结合传感器采集的数据，输出控制小车/旋臂运动的控制指令；所述第二MPC控制器用于对接收的操作指令进行处理，结合小车/旋臂的当前位置，生成目标位置参考轨迹，以成本函数最小为目标，输出控制小车/旋臂定位的控制指令，并将控制小车/旋臂运动的控制指令和控制小车/旋臂定位的控制指令发送到执行器，以完成相应指令的执行。
[0015]进一步地，所述传感器包括角度传感器、位移传感器和视觉传感器，所述角度传感器分别安装于小车下方的吊绳上、吊绳靠近分布式质量负载处以及旋臂下方，所述位移传感器安装在小车上，所述视觉传感器安装在小车底部。
[0016]更进一步地，所述角度传感器用于获取分布式质量负载的旋转角度和旋臂的旋转角度，所述位移传感器用于获取小车沿旋臂的位移，所述视觉传感器用于测量障碍物与分布式质量负载的中心距离。
[0017]更进一步地，所述避障模块，用于根据视觉传感器采集的测量障碍物与分布式质量负载的中心距离，在判定需要紧急避障时，避障优先级高于操作指令，控制器由速度控制模式切换为位移控制模式，小车/旋臂减速或停止。
[0018]进一步地，所述控制器还包括切换模块，所述切换模块用于根据接收的操作指令，将由第一MPC控制器控制切换为由第二MPC控制器控制。
[0019]进一步地，所述起重机控制系统还包括信号转换器，用于将输入的操作意图转换为操作指令，并发送至控制器。
[0020]进一步地，所述另一端连接分布式质量负载，具体包括：吊绳的另一端连接吊钩，所述吊钩通过斜拉绳连接分布式质量负载。
[0021]更进一步地，所述成本函数为：
[0022]
[0023]其中，ΔU表示输入矩阵，F、Φ为系数矩阵，为权重矩阵，R为参考轨迹矩阵，x(k)为k时刻系统状态矩阵。
[0024]本发明的第二个方面提供一种基于操作意图识别的起重机控制方法。
[0025]一种基于操作意图识别的起重机控制方法，采用第一个方面所述的基于操作意图识别的起重机控制系统，包括：
[0026]第一MPC控制器根据输入的小车运动开始指令，控制执行器动作，以使小车/分布式质量负载运动到目标位置；
[0027]切换模块根据输入的小车运动停止指令，将由第一MPC控制器控制切换为由第二MPC控制器控制；
[0028]第二MPC控制器控制小车/负载在目标位置进行定位；
[0029]第一MPC控制器根据输入的旋臂旋转开始指令，控制执行器动作，以使旋臂旋转到目标位置；
[0030]切换模块根据输入的旋臂旋转停止指令，将由第一MPC控制器控制切换为由第二MPC控制器控制；
[0031]第二MPC控制器控制旋臂在目标位置进行定位。
[0032]进一步地，在第一MPC控制器和第二MPC控制器控制过程中，分布式质量负载摆动角度小于设定的阈值范围。
[0033]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0034]本发明根据实际塔式吊车运行或模拟实际塔式吊车运行，基于操作人员意图进行塔式吊车自动化控制，采用基于人工操作命令的跟随控制方法、基于意图识别的精确定位控制方法、人机共融平滑切换策略、紧急避障与人工操作融合控制策略，实现小车/旋臂速度控制、位置控制以及负载的消摆控制，有助于塔式吊车系统的自动控制研究；
[0035]本发明的研究对象为带有分布式质量负载的塔吊实验平台，这是一个相对复杂的系统，解决了现有对塔式吊车点质量负载单摆系统和点质量负载双摆系统控制研究无法转移到实际工业应用的问题，本发明不仅在理论上有重要的贡献，而且在实际应用中也具有很高的价值。
附图说明
[0036]构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0037]图1是本发明示出的基于操作意图识别的起重机控制系统的控制策略图；
[0038]图2是本发明示出的塔式吊车系统结构示意图；
[0039]图3是本发明示出的基于操作意图识别的起重机控制系统的结构图；
[0040]图4是本发明示出的基于操作意图识别的起重机控制方法的流程图；
[0041]图5是本发明示出的紧急避障与人工操作融合控制方法的流程图。
[0042]其中，1、支柱，2、旋臂，3、小车，4、吊绳，5、吊钩，6、斜拉绳，7、分布式质量负载，8、9和10均为角度传感器，11、位移传感器，12、视觉传感器，13、上位机、14、PLC，15、小车，16、旋臂变频器，17、小车的交流异步电机，18、旋臂的交流异步电机，19、小车的减速器，20、旋臂的减速器。
具体实施方式
[0043]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0044]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0045]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0046]需要注意的是，附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的方法和系统的可能实现的体系架构、功能和操作。应当注意，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分可以包括一个或多个用于实现各个实施例中所规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以按照不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，或者它们有时也可以按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。同样应当注意的是，流程图和/或框图中的每个方框、以及流程图和/或框图中的方框的组合，可以使用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以使用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0047]实施例一
[0048]如图1所示，本实施例提供了一种基于操作意图识别的起重机控制系统，包括带有分布式质量负载的塔吊实验平台、传感器、信号转换器、控制器和执行器，其中带有分布式质量负载的塔吊实验平台根据真实塔式吊车系统结构设计，是整个实验平台的核心，结构如图2所示，所述包括支柱1、旋臂2、小车3、吊绳4、吊钩5、斜拉绳6以及分布式质量负载7，所述小车3可以沿旋臂2平移，所述旋臂2可以绕支柱1旋转，所述吊绳4的一端连接小车3，吊绳4的另一端连接吊钩5，吊钩5与分布式质量负载7通过两段长度相等的斜拉绳6连接；
[0049]所述传感器至少包括角度传感器、位移传感器和视觉传感器，角度传感器8安装于塔式吊车小车下方绳索处，角度传感器9安装于塔式吊车吊钩下方绳索处，角度传感器10安装于旋臂下方，位移传感器11安装于驱动小车运动的交流异步电机17上，用于采集带有分布式质量负载的塔吊实验平台的状态信息，所述的状态信息包括塔吊小车沿旋臂的位移x，小车3下方吊绳4的摆动角度θ1、θ2，分布式质量负载7的旋转角度θ3、θ4，旋臂2旋转角度α，视觉传感器12安装于小车下方，用于测量障碍物与负载中心距离S；
[0050]所述信号转换器用于远程接收操作人员指令，并将其转换为控制器可以接收到的信号类型；
[0051]所述控制器包括MPC控制器1、MPC控制器2、切换模块、避障模块，用于接收传感器采集到的状态信息，并在控制器内部对所述状态信息进行处理，利用本发明所设计的控制方法计算得到可以使系统达到目标状态的控制信号，并将所述控制信号传输到执行器，从而达到驱动执行器工作的效果；
[0052]所述执行器包括小车变频器15、旋臂变频器16、驱动小车运动的电机17、驱动旋臂旋转的电机18、减速器19、减速器20，所述执行器接收控制器的输出控制信号，并作用于带有分布式质量负载的塔吊实验平台，为小车3和旋臂2提供动力，通过同步轮和同步带使小车3沿旋臂2运动，旋臂2绕支柱1旋转，实现对小车3、旋臂2速度和位置的控制、对负载7摆动的抑制。
[0053]整个系统的硬件控制框图如图3所示，角度传感器8、角度传感器9角度传感器10、位移传感器11、视觉传感器12将采集到的信号发送到PLC 14，PLC 14与上位机13之间可以互相传输信号，PLC 14将动作信号发送到小车变频器15、旋臂变频器16，小车变频器15将处理好的动作信号发送到交流异步电机17，旋臂变频器16将处理好的动作信号发送到交流异步电机18，交流异步电机17经过减速器19驱动小车3，交流异步电机18经过减速器20驱动旋臂2。
[0054]实施例二
[0055]本实施例提供了一种基于操作意图识别的起重机控制方法，包括：
[0056]第一步：针对带有分布式质量负载的塔式吊车系统进行动力学建模。
[0057]塔式吊车通过控制小车沿旋臂的运动和旋臂绕支柱的回转运动将负载送往目标位置，在此过程中既要使负载运动到准确的目标位置，还要实现运动过程中负载的消摆。图2塔式吊车的模型中，α、x、θ1、θ2、θ3、θ4为旋臂绕支柱旋转角度、小车位移、吊绳绕小车旋转角度、分布式质量负载绕小车和吊钩之间的吊绳旋转的角度，根据图2所示塔式吊车的模型所建立的系统动力学方程如下：
[0058]
[0059]q＝[αxθ1θ2θ3θ4]T,
[0060]
[0061]
[0062]G(q)＝[g1 g2 g3 g4 g5 g6]T,
[0063]U＝[Uα Ux 0 0 0 0]T,
[0064]其中，α、x、θ1、θ2、θ3、θ4为旋臂绕支柱旋转角度、小车位移、吊绳绕小车旋转角度、分布式质量负载绕小车和吊钩之间的吊绳旋转的角度，U为控制量矩阵。
[0065]将系统在平衡点处线性化后，把系统写成状态空间形式：
[0066]
[0067]y＝xm.
[0068]其中，新的状态向量系统输入为u，系统输出为y。
[0069]将系统离散化，通过欧拉方法可以计算得到离散状态空间模型的系统参数矩阵Ap、Bp、Cp：
[0070]Ap＝I2n×2n+TA,
[0071]Bp＝TB,
[0072]Cp＝I2n×2n,
[0073]其中，I为单位矩阵，T为采样时间。
[0074]离散的状态空间模型如下：
[0075]Δxm(k+1)＝ApΔxm(k)+BpΔu(k),
[0076]Δy(k+1)＝CpΔxm(k+1)
[0077]＝CpApΔxm(k)+CpBpΔu(k),
[0078]其中，Δxm(k+1)为k+1时刻系统状态向量的变化量，Δxm(k)为k时刻系统状态向量的变化量，Δu(k)为k时刻系统输入量的变化量，Δy(k+1)为k+1时刻系统输出量的变化量。
[0079]定义广义系统状态向量为：
[0080]xg(k)＝[Δxm(k)T y(k)T]T.
[0081]用广义系统状态向量构造系统广义离散状态空间模型为：
[0082]xg(k+1)＝Aexg(k)+BeΔu(k),
[0083]y(k)＝Cexg(k).
[0084]其中，Ae、Be、Ce为新的系统参数矩阵。
[0085]基于离散状态空间模型进行预测，可以推出：
[0086]y(k+1)＝Cexg(k+1)
[0087]＝CeAexg(k)+CeBeΔu(k),
[0088]以此迭代计算，可得系统预测模型：
[0089]Yp＝Fxg(k)+ΦΔU,
[0090]
[0091]
[0092]其中，Yp为输出预测向量，ΔU为未来的控制向量增量，Np为预测序列长度，Nc为控制序列长度。
[0093]第二步：设计参考轨迹和成本函数。
[0094]本发明中参考轨迹由操作人员通过按钮给出，操作人员按下/松开小车/旋臂运动按钮，通过信号转换器将此信号转换成控制器可以接收的目标状态信号，进而由控制器生成一个带有柔化因子的参考轨迹，如下式：
[0095]τ(k)＝cy(k-1)+(1-c)yd,
[0096]其中，τ(k)为k时刻柔化后的目标轨迹，c为柔化因子，y(k-1)为上一时刻系统的输出值，yd为当前时刻的目标轨迹，由操作人员给出。
[0097]定义ki时刻的参考轨迹矩阵R(ki)：
[0098]
[0099]成本函数定义为：
[0100]
[0101]
[0102]
[0103]其中，Yp为系统预测输出矩阵，为权重矩阵，为权重系数。
[0104]然后需要找到最优的输入矩阵ΔU使成本函数J最小，化简可得：
[0105]
[0106]第三步：根据实际情况设置约束进而进行滚动优化。
[0107]对于本发明涉及到的情况来说，需要限制负载摆动，即约束为负载摆动角度不能超过一个定值：
[0108]|θ3(k)|≤θ3max,
[0109]|θ4(k)|≤θ4max,
[0110]其中，θ3max、θ4max为θ3、θ4允许的最大角度。
[0111]通过一系列数学运算，将负载摆动角度的限制转换为控制输入u的限制：
[0112]|u(k)|≤Mamax-mgθmax,
[0113]其中，M为小车质量，m为负载质量，amax为允许的小车最大加速度，θmax为允许的负载最大摆角。
[0114]然后以控制输入u的限制为约束在线求解使成本函数J最小的有限时域开环优化问题，并将得到的控制序列的第一个元素作用于被控对象，在下一时刻重复上述过程，即可将系统的所有变量控制到目标位置。
[0115]因此，所述MPC控制器1用于实现基于人工操作命令的跟随控制方法，执行小车/旋臂的速度控制、负载的消摆控制，具体形式如下：
[0116]Yp1＝F1x1(k1)+Φ1ΔU1,
[0117]
[0118]
[0119]
[0120]s.t.|u1(k1)|≤Mamax-mgθmax,
[0121]其中，Yp1为系统预测输出的矩阵,ΔU1表示控制量的变化量矩阵，Np1为预测序列长度，Nc1控制序列长度，为权重矩阵，R1为由期望速度vd积分构成的参考轨迹，x1(k1)为k1时刻系统状态矩阵，u1(k1)为k1时刻系统控制量。
[0122]所述MPC控制器2用于实现基于意图识别的精确定位控制方法，执行小车/旋臂的位置控制、负载的消摆控制，具体形式如下：
[0123]Yp2＝F2x2(k2)+Φ2ΔU2,
[0124]
[0125]
[0126]
[0127]s.t.|u2(k2)|≤Mamax-mgθmax,
[0128]其中，Yp2为系统预测输出的矩阵，ΔU2表示控制量的变化量矩阵，Np2为预测序列长度，Nc2控制序列长度，为权重矩阵，R2为由期望位置xd构成的参考轨迹，x2(k)为k2时刻系统状态矩阵，u2(k2)为k2时刻系统的控制量。
[0129]所述切换模块用于实现人机共融平滑切换策略，执行MPC控制器1与MPC控制器2之间的平滑切换，减轻负载的震荡，提高系统的安全性，切换模块实现方式如下：
[0130]
[0131]V(k)＝u(ks)+a(ke-ks)-u(MPC 2),
[0132]其中，u(MPC 1)为0-ks时刻MPC1的控制量，u(ks)为ks时刻MPC1的控制量，a为预设参数，u(MPC 2)为ke时刻后MPC2的控制量。在ks时刻，系统由MPC控制器1切换到MPC控制器2。当转移条件函数V(k)的值等于0时，定义该时刻为ke，然后将MPC控制器1切换到MPC控制器2。
[0133]所述避障模块用于实现紧急避障与人工操作融合控制策略，能够根据负载与障碍物之间距离选择避障策略，当障碍物与负载中心的水平距离小于减速距离，小车/旋臂进行减速运动，若障碍物远离，负载与障碍物之间的距离大于减速距离，则小车/旋臂恢复原速度继续运动，若障碍物与负载中心的水平距离持续减小直到小于极限安全距离，小车/旋臂紧急制动。
[0134]基于人工操作命令的跟随控制方法、基于意图识别的精确定位控制方法和人机共融平滑切换策略整体流程图如图4所示。
[0135]首先，由操作人员利用操作按钮远程下达指令。当操作人员按下小车运动/旋臂运动按钮，控制器接收到一个目标状态信号，进而生成参考轨迹；
[0136]由传感器实时采集塔吊小车沿旋臂的位移x，小车下方绳索的摆动角度θ1、θ2，分布式质量负载的旋转角度θ3、θ4，旋臂旋转角度α，传感器将采集到的信号反馈给控制器；
[0137]控制器利用塔吊小车沿旋臂的位移状态信号与操作人员给定的目标状态信号之差，采用MPC控制器1计算得到下一时刻的控制信号，并作用于塔吊的的执行器电机，电机转动带动小车/旋臂运动，同时实现摆动抑制和对目标状态的跟踪；
[0138]当操作人员松开按钮时，传感器记录小车/旋臂的当前位置，控制器接收到一个定位目标状态信号xd，进而生成目标位置参考轨迹，过渡模块将控制系统从MPC控制器1切换到MPC控制器2，MPC控制器2求解使成本函数J最小的有限时域开环优化问题作为当前时刻控制量输出，实现摆动抑制和对目标状态的跟踪；
[0139]当传感器采集到的塔吊小车沿旋臂的位移x达到目标状态xd，控制器和电机停止工作，小车停止运动，流程终止。
[0140]紧急避障与人工操作融合控制策略实现流程图如图5所示。
[0141]在前述控制方法作用过程当中，若视觉传感器检测到障碍物，避障优先级高于人工操作指令，测量障碍物与负载中心的距离S，当障碍物与负载中心的水平距离小于减速距离S2，台车/旋臂进行减速运动，以恒定时间间隔进行监测，若障碍物远离，负载与障碍物之间的距离大于S2，则台车/旋臂恢复原速度继续运动，若障碍物与负载中心的水平距离持续减小直到小于极限安全距离S1，台车/旋臂紧急制动。
[0142]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。