一种塔吊的控制系统及方法与流程

1.本发明涉及智慧建造领域，尤其涉及一种塔吊的控制系统及方法。


背景技术：

2.行业内大部分的塔吊都是靠人在塔吊上就地手动操作，考虑到塔吊上高空作业的工人稀缺的问题，目前有部分厂家已经实现远程控制，与其说是远程控制，实际是远程操作，将塔机顶端的驾驶室操纵台通过通信手段移植到远端，然后在远端进行手动操作控制。但是这种远程操作方式都存在一定的弊端，也并没有改变原来的作业方式，还是需要塔司和信号工两种人员配合。
3.对于建筑施工方来说，当前最主要的矛盾是塔司工人稀缺，因此，在保障安全的条件下实现塔吊的自动控制，减少对塔司人员的需求，同时提高塔吊的作业效率，是各建筑施工方的核心诉求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种塔吊的控制系统及方法，该控制系统包括参数训练模块和轨迹控制模块；参数训练模块用于根据塔吊吊钩的预运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹拟合度，自动调整初始pid参数，获得所述控制系统的调整后的pid参数，所述预运动轨迹为根据初始pid参数和规划轨迹控制塔吊吊钩向目标点运动时获取的运动轨迹；轨迹控制模块用于根据所述调整后的pid参数与所述规划轨迹，控制所述吊钩向目标点运动。本发明实施例的技术方案实现塔吊的高精度运动控制，降低安全隐患，避免人工参与吊装作业，真正实现无人吊装。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种塔吊的控制系统，包括：参数训练模块和轨迹控制模块；所述参数训练模块用于根据塔吊吊钩的预运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹拟合度，自动调整初始pid参数，获得所述控制系统的调整后的pid参数，所述预运动轨迹为根据所述初始pid参数和所述规划轨迹控制所述吊钩向目标点运动时获取的运动轨迹；所述轨迹控制模块用于根据所述调整后的pid参数与所述规划轨迹，控制所述吊钩向目标点运动。
6.由上，根据所述吊钩的预运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹拟合度，自动调整初始pid参数，获得所述控制系统的调整后的pid参数，以及据所述初始pid参数或所述调整后的pid参数与所述规划轨迹，控制所述吊钩向目标点运动。本发明实施例的技术方案实现塔吊的高精度运动控制，降低安全隐患，避免人工参与吊装作业，真正实现无人吊装。
7.在第一方面的一种可能实施方式中，所述调整后的pid参数包括过程pid参数和减速pid参数；所述过程pid参数用于控制所述吊钩从第一规划轨迹点运动到倒数第n个规划轨迹点，所述减速pid参数用于控制所述吊钩从倒数第n个规划轨迹点运动到目标点且使所述吊钩到达目标点时的速度为0。在一些实施例中，第n个规划轨迹点为倒数第二个轨迹点。
8.由上，通过过程pid参数和减速pid参数控制塔吊吊钩运动到目标点且到达目标点时的速度为0。本发明实施例的技术方案实现塔吊的更高精度的运动控制，进一步降低安全
隐患。
9.在第一方面的一种可能实施方式中，所述轨迹拟合度为所述规划轨迹与所述预运动轨迹在塔吊轴空间的坐标拟合度。
10.由上，轨迹拟合度为塔吊轴空间的坐标拟合度，使基于其生成的pid参数以更好控制塔吊各个轴的运动，从而更加精准控制吊钩运动。
11.在第一方面的一种可能实施方式中，获得所述坐标拟合度的流程包括：以塔吊一个轴的轴空间坐标为自变量，塔吊的其他轴的轴空间坐标为因变量，计算所述预运动轨迹与规划轨迹的因变量之间的拟合度。
12.由上，通过设定自变量和因变量解决了由离散数据组成的轨迹的轨迹拟合度问题。
13.在第一方面的一种可能实施方式中，所述参数训练模块在根据所述轨迹拟合度自动调整所述初始pid参数时，设置调整的收敛目标至少包括：位置偏差的均值低于第一阈值，位置偏差的振幅低于第二阈值，位置偏差收敛到第三阈值的时间小于第四阈值，其中，第二阈值大于第一阈值，第一阈值大于第三阈值，所述位置偏差为所述自动调整过程中所述吊钩的模拟轨迹与规划轨迹之间在塔吊轴空间的偏差。
14.由上，基于各种收敛目标进行pid参数训练，从而使调制后的pid参数能够准确、收敛快和反应快调整运动轨迹。
15.在第一方面的一种可能实施方式中，一种塔吊的控制系统还包括：位置采集模块，用于通过塔吊的编码器采集在所述吊钩运动过程中所述塔吊的各轴的实际位置。
16.由上，通过采集吊钩运动过程中所述塔吊的各轴的实际位置，不仅为参数训练提供样本，还便于监控实际轨迹与规划轨迹的差距。
17.在第一方面的一种可能实施方式中，一种塔吊的控制系统还包括：人机界面模块和轨迹规划模块，所述人机界面模块用于设置所述初始pid参数和显示所述实际位置，所述轨迹规划模块用于生成所述规划轨迹；在生成所述预运动轨迹时，所述人机界面模块向所述轨迹控制模块传递所述初始pid参数，所述轨迹规划模块向所述轨迹控制模块传递所述规划轨迹，所述位置采集模块向所述参数训练模块传递所述实际位置；在调整所述初始pid参数时，所述人机界面模块向所述参数训练模块传递所述初始pid参数，所述轨迹规划模块向所述轨迹控制模块传递所述规划轨迹；在对所述吊钩进行轨迹控制时，所述参数训练模块向所述轨迹控制模块传递所述调整后的pid参数，所述轨迹规划模块向所述轨迹控制模块传递所述规划轨迹，所述位置采集模块向所述人机界面模块传递所述实际位置。
18.由上，通过增加轨迹规划模块和人机界面模块对塔吊吊扣的运动轨迹进行全流程控制，包括轨迹规划、预运动、pid参数调整】轨迹控制和轨迹显示。
19.在第一方面的一种可能实施方式中，一种塔吊的控制系统还包括：实时系统、非实时系统和虚拟plc控制器；所述参数训练模块、所述轨迹规划模块和所述人机界面模块部署在非实时系统上，所述轨迹控制模块和所述位置采集模块部署在所述虚拟plc控制器上，所述虚拟plc控制器运行在实时系统上；所述实时系统和所述非实时系统之间通过虚拟总线交互数据，所述虚拟总线包括基于共享内存地址抽象的总线。
20.由上，通过非实时系统实现大计算量的轨迹规划和参数训练，通过实时系统和虚拟pcl控制器实时生成控制指令，控制塔吊运动，并实时获取各轴的位置，在提高塔吊控制
的准确性基础上提高轨迹控制的实时性。
21.第二方面，本发明实施例提供了一种塔吊的控制方法，包括：
22.设定塔吊的控制系统的初始pid参数，根据所述初始pid参数和塔吊吊钩的规划轨迹控制所述吊钩向目标点运动，并通过编码器采集塔吊各轴的轴空间坐标，获得吊钩的预运动轨迹。根据所述预运动轨迹与所述规划轨迹之间的轨迹拟合度，自动调整所述初始pid参数，获得所述控制系统的调整后的pid参数；根据所述调整后的pid参数与所述规划轨迹，控制所述吊钩向目标点运动。
23.由上，根据所述吊钩的预运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹拟合度，自动调整初始pid参数，获得所述控制系统的调整后的pid参数，以及据所述初始pid参数或所述调整后的pid参数与所述规划轨迹，控制所述吊钩向目标点运动。本发明实施例的技术方案实现塔吊的高精度运动控制，降低安全隐患，避免人工参与吊装作业，真正实现无人吊装。
24.在第二方面的一种可能实施方式中，所述调整后的pid参数包括过程pid参数和减速pid参数；所述过程pid参数用于控制所述吊钩从第一规划轨迹点运动到倒数第n个规划轨迹点，所述减速pid参数用于控制所述吊钩从倒数第n个规划轨迹点运动到目标点且使所述吊钩到达目标点时的速度为0。在一些实施例中，第n个规划轨迹点为倒数第二个轨迹点。
25.由上，通过过程pid参数和减速pid参数控制塔吊吊钩运动到目标点且到达目标点时的速度为0。本发明实施例的技术方案实现塔吊的更高精度的运动控制，进一步降低安全隐患。
26.在第二方面的一种可能实施方式中，所述轨迹拟合度为所述规划轨迹与所述预运动轨迹在塔吊轴空间的坐标拟合度。
27.由上，轨迹拟合度为塔吊轴空间的坐标拟合度，使基于其生成的pid参数以更好控制塔吊各个轴的运动，从而更加精准控制吊钩运动。
28.在第二方面的一种可能实施方式中，获得所述坐标拟合度的流程包括：以塔吊一个轴的轴空间坐标为自变量，塔吊的其他轴的轴空间坐标为因变量，计算所述预运动轨迹与规划轨迹的因变量之间的拟合度。
29.由上，通过设定自变量和因变量解决了由离散数据组成的轨迹的轨迹拟合度问题。
30.在第二方面的一种可能实施方式中，在根据所述轨迹拟合度自动调整所述初始pid参数时，设置调整的收敛目标至少包括：位置偏差的均值低于第一阈值，位置偏差的振幅低于第二阈值，位置偏差收敛到第三阈值的时间小于第四阈值，其中，第二阈值大于第一阈值，第一阈值大于第三阈值，所述位置偏差为所述自动调整过程中所述吊钩的模拟轨迹与规划轨迹之间在塔吊轴空间的偏差。
31.由上，基于各种收敛目标进行pid参数训练，从而使调制后的pid参数能够准确、收敛快和反应快调整运动轨迹。
32.在第二方面的一种可能实施方式中，一种塔吊的控制方法还包括：通过塔吊的编码器采集在所述吊钩运动过程中所述塔吊的各轴的实际位置。
33.由上，通过采集吊钩运动过程中所述塔吊的各轴的实际位置，不仅为参数训练提供样本，还便于监控实际轨迹与规划轨迹的差距。
34.在第二方面的一种可能实施方式中，一种塔吊的控制方法还包括：获得所述吊钩
的规划轨迹，包括各规划轨迹点在塔吊轴空间的位置。
35.由上，规划轨迹相对于若干离散的路径点，更适合进行轨迹控制。
36.在第二方面的一种可能实施方式中，一种塔吊的控制方法还包括：通过非实时系统进行所述参数训练，获得调整后的pid参数，通过实时系统和虚拟plc控制器进行轨迹控制，虚拟plc控制器运行在实时系统；实时系统和非实时系统之间通过虚拟总线交互数据，所述虚拟总线包括基于共享内存地址抽象的总线。
37.由上，通过非实时系统实现大计算量的轨迹规划和参数训练，通过实时系统和虚拟pcl控制器实时生成控制指令，控制塔吊运动，并实时获取各轴的位置，在提高塔吊控制的准确性基础上提高轨迹控制的实时性。
38.第三方面，本发明实施例提供了一种计算设备，包括：总线；通信接口，其与所述总线连接；至少一个处理器，其与所述总线连接；以及至少一个存储器，其与所述总线连接并存储有程序指令，所述程序指令当被所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器执行本发明第一方面任一所述实施方式。
39.第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，所述程序指令当被计算机执行时使得所述计算机执行申请第一方面任一所述实施方式。
附图说明
40.图1a为本发明各实施例的应用场景的结构示意图；
41.图1b为本发明各实施例的应用的一种塔吊示意图
42.图2为本发明的一种塔吊的控制系统实施例一的结构示意图；
43.图3a为本发明的一种塔吊的控制系统实施例一的参数训练模块自动调整pid参数时的轨迹差别的示意；
44.图3b为本发明的一种塔吊的控制系统实施例一的参数训练模块自动调整pid参数时的轨迹差别的示意；
45.图3c为本发明的一种塔吊的控制系统实施例一的参数训练模块自动调整pid参数时的轨迹差别的示意；
46.图4为本发明的一种塔吊的控制系统实施例一的工作过程示意图；
47.图5为本发明的一种塔吊的控制系统实施例二的结构示意图；
48.图6为本发明的一种塔吊的控制系统实施例二的一种实时系统与非实时系统之间的数据交互过程示意图；
49.图7为本发明的一种塔吊的控制方法实施例的流程示意图；
50.图8为本发明各实施例的一种计算设备的结构示意图。
具体实施方式
51.在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
52.在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三等”或模块a、模块b、模块c等，仅用于区别类似的对象，或用于区别不同的实施例，不代表针对对象的特定排序，可以理解
地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
53.在以下的描述中，所涉及的表示步骤的标号，如s110、s120
……
等，并不表示一定会按此步骤执行，在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序，或同时执行。
54.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本发明实施例的目的，不是旨在限制本发明。
55.本发明实施例提供了一种塔吊的控制系统及方法，该控制系统包括参数训练模块和轨迹控制模块；参数训练模块用于根据塔吊吊钩的预运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹拟合度，自动调整初始pid参数，获得所述控制系统的调整后的pid参数，所述预运动轨迹为根据初始pid参数和规划轨迹控制塔吊吊钩向目标点运动时获取的运动轨迹；轨迹控制模块用于根据所述调整后的pid参数与所述规划轨迹，控制所述吊钩向目标点运动。本发明实施例的技术方案实现塔吊的高精度运动控制，降低安全隐患，避免人工参与吊装作业，真正实现无人吊装。
56.下面根据图1a至图8介绍本发明的各实施例。
57.首先结合图1a和图1b介绍本发明各实施例的使用场景和塔吊。
58.图1a示出了本发明各实施例的应用场景，其包括：控制系统、变频器、电机和编码器。
59.控制系统基于pid参数和规划轨迹生成变频器的控制指令，控制指令通过变频器控制电机的运动来实现最终塔吊吊钩在一个三维空间的运动。
60.变频器接收控制系统的控制指令，控制电机的转速。电机控制塔吊各个轴的运动，从而驱动吊钩末端在三维空间的运动。
61.编码器，用于在塔吊运动过程中采集塔吊的各轴的实际位置的坐标。
62.图1b示出了本发明各实施例的应用的一种塔吊，示例地，其包括回转轴、变幅轴和高度轴，分别通过回转电机、变幅电机和高度起升电机的驱动，实现吊钩末端在一个三维空间的运动。
63.下面结合图2介绍本发明一种塔吊的控制系统实施例一。
64.一种塔吊的控制系统实施例一为图1a中控制系统，包括参数训练模块和轨迹控制模块；参数训练模块用于根据塔吊吊钩的预运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹拟合度，自动调整初始pid参数，获得所述控制系统的调整后的pid参数，所述预运动轨迹为根据初始pid参数和规划轨迹控制塔吊吊钩向目标点运动时获取的运动轨迹；轨迹控制模块用于根据所所述调整后的pid参数与所述规划轨迹，控制所述吊钩向目标点运动。本发明实施例的技术方案实现塔吊的高精度运动控制，降低安全隐患，避免人工参与吊装作业，真正实现无人吊装。
65.图2示出了一种塔吊的控制系统实施例一的结构，其包括：轨迹规划模块110、位置采集模块120、参数训练模块130、轨迹控制模块140。
66.轨迹规划模块110用于获得塔吊吊钩的规划轨迹，包括各规划轨迹点的塔吊轴空间中的坐标。
67.在一些实施例中，轨迹规划模块110的工作过程包括：
68.1)根据塔吊吊钩运动的规划路径中已知关键点，通过轨迹插值方法获得塔吊吊钩在笛卡尔空间的规划轨迹，其中，关键点包括塔吊吊钩运动过程中障碍物前方通过点；
69.2)按照运动学逆解过程获得塔吊吊钩在塔吊轴空间的坐标，即每个轴的轴空间做成一个塔吊电机的规划轨迹。
70.位置采集模块120用于通过编码器采集在塔吊运动过程中塔吊各轴的实际位置的坐标。
71.其中，塔吊的各轴的实际位置的坐标组成了塔吊吊钩在塔吊轴空间的运动轨迹。
72.参数训练模块130用于根据塔吊吊钩的预运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹拟合度，自动调整初始pid参数，获得所述控制系统的调整后的pid参数。
73.其中，预运动轨迹为根据初始pid参数和规划轨迹控制塔吊吊钩向目标点运动时获取的运动轨迹。本发明先根据初始的pid参数控制塔吊获得吊钩的运动轨迹，称为预运行轨迹。后续再根据预运动轨迹调整pid参数，在后面的控制过程中不再根据位置差进行调整。
74.其中，pid参数包括比例参数p、积分参数i和微分参数d，初始pid参数为塔吊控制系统的应用工程师从经验值库中获取推荐的比例参数p、积分参数i和微分参数d的数值。
75.其中，轨迹拟合度为塔吊吊钩的规划轨迹与预运动轨迹在塔吊轴空间的坐标拟合度。因为规划轨迹点和预运动轨迹点都是离散点，难以一一对应上，在一些实施例中，以塔吊一个轴的轴空间坐标为自变量，塔吊的其他轴的轴空间坐标为因变量，计算所述预运动轨迹与规划轨迹的因变量之间在塔吊轴空间的坐标拟合度。具体方法如下：
76.1)以塔吊轴x1的坐标为自变量，其他两轴x2和x3的坐标为因变量，轴x1为塔吊的任一轴；
77.2)利用各规划轨迹点在塔吊轴空间坐标拟合两轴x2和x3的坐标关于轴x1的坐标的拟合解析式f1和f2；
78.3)把预运动轨迹中轴x1的坐标输入到利用f1和f2分别计算轴x2和x3的拟合坐标；
79.4)利用轴x2和x3的拟合坐标及各规划轨迹点的两轴x2和x3的坐标根据拟合度公式计算规划轨迹与预运动轨迹在塔吊轴空间的坐标拟合度。
80.通常控制系统通过调整pid参数提高实控制的稳定性、准确性和快速性，具体如下：
81.1)稳定性，即在平衡状态下系统受到某个干扰后，其被控量要快速回到稳定状态，通过调整微分参数d提高系统稳定性；
82.2)准确性，即系统处于稳态时，其稳态误差要尽可能小，调整比例参数p和积分参数i来提高稳态精度；
83.3)快速性，即系统对动态响应的时间要短，一般用过渡时间的长短来衡量，一般通过调整比例参数p和微分参数d提高响应速度，i降低响应速度。
84.其中，参数训练模块130自动调整初始pid参数时，按照先比例参数p再积分参数i最后微分参数d的顺序调整。在输出不振荡时，调整比例参数p，使最终运动轨迹接近规划轨迹，减小积分时间常数i，加快收敛速度，增大微分时间常数d，减少调节时间。
85.其中，参数训练模块130在自动调整初始pid参数时，设置调整的收敛目标至少包括：位置偏差的均值低于第一阈值，位置偏差的振幅低于第二阈值，位置偏差收敛到第三阈
值的时间小于第四阈值，其中，第二阈值大于第一阈值，第一阈值大于第三阈值，位置偏差为自动调整过程中计算的塔吊吊钩的模拟轨迹与规划轨迹之间的偏差。
86.图3a至图3c为参数训练模块的自动调整pid参数的三个示例。
87.图3a表示模拟轨迹与规划轨迹始终没有追随上，其位置偏差值始终不会收敛，表示比例参数p太小，需要调大。
88.图3b表示模拟轨迹与规划轨迹始终处于超调状态，其位置偏差值始终在上下抖动，无法收敛，表示比例参数p过调了，需要调小。
89.图3c中模拟轨迹与规划轨迹最终会取得一致，但是位置偏差值收敛得太慢，表示比例参数p已经设定合格，需要将积分参数i调小。
90.轨迹控制模块140用于根据pid参数与规划轨迹，控制塔吊吊钩向目标点运动。
91.其中，当pid参数为初始pid参数时，轨迹控制模块140用于根据初始pid参数与规划轨迹，控制塔吊吊钩进行所述预运动，为参数训练模块提供样本。
92.其中，当pid参数为调整后的pid参数时，轨迹控制模块140用于根据调整后的pid参数与规划轨迹，控制塔吊吊钩的运动轨迹进行控制，使其准确到达目标点，且在运动过程中保持塔吊各轴的速度、加速度和加加速度连续以及满足塔吊各轴的运动学约束条件。
93.下面结合图4，把本实施例的工作过程进行总结，其包括：
94.1)轨迹规划模块110和位置采集模块120分别输出塔吊吊钩的规划轨迹和预运动轨迹至参数训练模块130。
95.2)参数训练模块130根据塔吊吊钩的规划轨迹和预运动轨迹获得轨迹拟合度，并据此调整初始pid参数，获得调整后的pid参数。
96.3)轨迹控制模块140根据塔吊吊钩的规划轨迹和调整后的pid参数生成电机指令，控制电机向目标点运动。
97.综上，一种塔吊的控制系统实施例一通过参数训练模块用于根据塔吊吊钩的预运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹拟合度，自动调整初始pid参数，获得所述控制系统的调整后的pid参数，还通过轨迹控制模块用于根据所述调整后的pid参数与所述规划轨迹，控制所述吊钩向目标点运动。本实施例的技术方案实现塔吊的高精度运动控制，降低安全隐患，避免人工参与吊装作业，真正实现无人吊装。
98.一种塔吊的控制系统实施例二在一种塔吊的控制系统实施例一的基础上，基于实时系统与非实时系统组成的异构系统实现各功能模块，非实时系统提高算力完成轨迹规划和参数训练模块，实时系统为轨迹控制模块提供实时资源，实现轨迹控制的实时性，并把参数训练模块输出的pid参数划分为过程pid参数和减速pid参数，不仅把塔吊吊钩驱动到目标位置且使到达目标位置的速度为0，实现塔吊的更高精度的运动控制。
99.图5示出了一种塔吊的控制系统实施例二的结构，其包括：轨迹规划模块210、位置采集模块220、参数训练模块230、轨迹控制模块240、人机界面模块250、非实时系统(non rtos)310、实时系统(rtos)320、虚拟plc控制器330、控制器内核340、控制器硬件350。
100.非实时系统310具有高算力，可以完成大计算量的轨迹规划和参数训练。示例地，非实时系统310为windows系统。轨迹规划模块210、参数训练模块230和人机界面模块250在非实时系统310上，
101.实时系统320具有独立的专属资源，为虚拟plc控制器330提供实时运行环境，使虚
拟plc控制器330可以进行实时控制。虚拟plc控制器330运行在实时系统320上。
102.虚拟plc控制器330通过轨迹控制模块240对塔吊的变频器进行实时控制，从而实现控制塔吊吊钩的三维运动控制，还通过位置采集模块220采集塔吊各轴的位置，为参数训练模块230提供预运动轨迹。轨迹控制模块240和位置采集模块220在虚拟plc控制器330上，虚拟plc控制器330运行在实时系统320上。
103.控制器内核340对控制器硬件350进行虚拟化，为实时系统320和非实时系统310提供内核资源，实时系统320和非实时系统310运行在控制器内核340上，且在虚拟内核上构建虚总线交互数据，示例地，控制器内核340为hypervisor，虚总线为共享内存抽象出来的总线。
104.参数训练模块230在一种塔吊的控制系统实施例一的参数训练模块130的基础上，调整后的pid参数包括过程pid参数和减速pid参数；过程pid参数用于控制吊钩从第一规划轨迹点运动到倒数第n个规划轨迹点；减速pid参数用于控制吊钩从倒数第n个规划轨迹点运动到目标点且使吊钩到达目标点时的速度为0。
105.其中，第n个点的位置使塔吊吊钩在满足安全的情况下，吊钩的整体运动时间最短。
106.轨迹控制模块240把一种塔吊的控制系统实施例一的轨迹控制模块140的控制过程划分成两个部分：
107.1)使用过程pid参数控制吊钩从第一规划轨迹点运动到倒数第n个规划轨迹点；
108.2)使用减速pid参数用于控制吊钩从倒数第n个规划轨迹点运动到目标点且使吊钩到达目标点时的速度为0。
109.轨迹规划模块210和位置采集模块220与一种塔吊的控制系统实施例一的轨迹规划模块110和位置采集模块120相同，这里不再详述。
110.人机界面模块250用于输入规划节点的位置和设置初始pid参数，还用于显示在笛卡尔空间的规划轨迹与实际轨迹及二者之间的差别。
111.图6示出了一种实时系统320与非实时系统310之间的数据交互过程。
112.1)非实时系统310的参数训练模块230向实时系统320的轨迹控制模块240发送初始pid参数，非实时系统310的轨迹规划模块210向实时系统320的轨迹控制模块240发送规划轨迹，实时系统320的轨迹控制模块240根据初始pid参数和规划轨迹控制塔吊运动，并通过位置采集模块220获得塔吊各轴的运动位置即预运动轨迹，向非实时系统310的参数训练模块230上传。
113.2)非实时系统310的参数训练模块230向实时系统320的轨迹控制模块240发送过程pid参数，非实时系统310的轨迹规划模块210向实时系统320的轨迹控制模块240发送规划轨迹，实时系统320的轨迹控制模块240根据过程pid参数和规划轨迹控制塔吊向倒数第n个规划轨迹点运动，并通过位置采集模块220获得塔吊各轴的运动位置即从第一个规划轨迹点到倒数第n个规划轨迹点的实际轨迹，向非实时系统310的人机界面模块250上传。
114.3)非实时系统310的参数训练模块230向实时系统320的轨迹控制模块240发送减速pid参数，非实时系统310的轨迹规划模块210向实时系统320的轨迹控制模块240发送规划轨迹，实时系统320的轨迹控制模块240根据减速pid参数和规划轨迹控制塔吊从倒数第n个规划轨迹点向目标点运动，并通过位置采集模块220获得塔吊各轴的运动位置即从倒数
第n个规划轨迹点向目标点的实际轨迹，向非实时系统310的人机界面模块250上传。
115.需要强调的是：在上述过程中，实时系统320向非实时系统310上传当前的pid参数，便于非实时系统检查。
116.综上，一种塔吊的控制系统实施例二基于实时系统与非实时系统组成的异构系统实现各功能模块，非实时系统提高算力完成轨迹规划和参数训练模块，实时系统为轨迹控制模块提供实时资源，实现轨迹控制的实时性，并把参数训练模块输出的pid参数划分为过程pid参数和减速pid参数，不仅把塔吊吊钩驱动到目标位置且使到达目标位置的速度为0，实现塔吊的更高精度的运动控制。
117.下面结合图7介绍一种塔吊的控制方法实施例。
118.一种塔吊的控制方法实施例使用一种塔吊的控制系统实施例二的装置进行塔吊控制。图7示出了一种塔吊的控制方法实施例的流程，其包括步骤s710至s750。
119.s710：通过规划模块210根据输入的路径关键点获得塔吊吊钩的规划轨迹。
120.其中，在一些实施例中，本步骤的一种具体实施方式包括：
121.1)根据塔吊吊钩运动中关键点通过轨迹插值获得塔吊吊钩在笛卡尔空间的规划轨迹；
122.2)按照运动学逆解过程获得塔吊吊钩在塔吊轴空间的坐标，即每个轴的轴空间做成一个塔吊电机的规划轨迹。
123.s720：设置初始pid参数，通过轨迹控制模块240驱动塔吊吊钩向目标点运动，并通过位置采集模块220获得预运动轨迹。
124.其中，初始pid参数根据过去的经验设置。预运动轨迹为塔吊轴空间各个轴的轨迹。
125.s730：通过参数训练模块230利用规划轨迹和预运动轨迹调整pid参数，获得调整后的pid参数。
126.其中，调整后的pid参数包括过程pid参数和减速pid参数；过程pid参数用于控制吊钩从第一规划轨迹点运动到倒数第n个规划轨迹点，减速pid参数用于控制所述吊钩从倒数第n个规划轨迹点运动到目标点且使所述吊钩到达目标点时的速度为0。
127.其中，根据塔吊吊钩的预运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹拟合度，自动调整初始pid参数，获得所述控制系统的调整后的pid参数。
128.其中，轨迹拟合度为塔吊吊钩的规划轨迹与预运动轨迹在塔吊轴空间的坐标拟合度。因为规划轨迹点和预运动轨迹点都是离散点，难以一一对应上，在一些实施例中，以塔吊一个轴的轴空间坐标为自变量，塔吊的其他轴的轴空间坐标为因变量，计算所述预运动轨迹与规划轨迹的因变量之间在塔吊轴空间的坐标拟合度。具体方法如下：
129.1)以塔吊轴x1的坐标为自变量，其他两轴x2和x3的坐标为因变量，轴x1为塔吊的任一轴；
130.2)利用各规划轨迹点在塔吊轴空间坐标拟合两轴x2和x3的坐标关于轴x1的坐标的拟合解析式f1和f2；
131.3)把预运动轨迹中轴x1的坐标输入到利用f1和f2分别计算轴x2和x3的拟合坐标；
132.4)利用轴x2和x3的拟合坐标及各规划轨迹点的两轴x2和x3的坐标根据拟合度公式计算规划轨迹与预运动轨迹在塔吊轴空间的坐标拟合度。
133.其中，在自动调整初始pid参数时，设置调整的收敛目标至少包括：位置偏差的均值低于第一阈值，位置偏差的振幅低于第二阈值，位置偏差收敛到第三阈值的时间小于第四阈值，其中，第二阈值大于第一阈值，第一阈值大于第三阈值，位置偏差为自动调整过程中计算的塔吊吊钩的模拟轨迹与规划轨迹之间的偏差。
134.s740：通过轨迹控制模块240利用规划轨迹和过程pid参数控制吊钩从第一规划轨迹点运动到倒数第n个规划轨迹点。
135.其中，在本步骤的运动过程中，通过位置采集模块220实时获取塔吊各轴的位置，以据此获得塔吊吊钩的三维运动轨迹。
136.s750：通过轨迹控制模块240利用规划轨迹和减速pid参数控制吊钩从倒数第n个规划轨迹点运动到目标点且使所述吊钩到达目标点时的速度为0。
137.其中，在本步骤的运动过程中，同样通过位置采集模块220实时获取塔吊各轴的位置，以据此获得塔吊吊钩的三维运动轨迹。
138.本发明实施例还提供了一种计算设备，下面结合图8详细介绍。
139.该计算设备800包括，处理器810、存储器820、通信接口830、总线840。
140.应理解，该图所示的计算设备800中的通信接口830可以用于与其他设备之间进行通信。
141.其中，该处理器810可以与存储器820连接。该存储器820可以用于存储该程序代码和数据。因此，该存储器820可以是处理器810内部的存储单元，也可以是与处理器810独立的外部存储单元，还可以是包括处理器810内部的存储单元和与处理器810独立的外部存储单元的部件。
142.可选的，计算设备800还可以包括总线840。其中，存储器820、通信接口830可以通过总线840与处理器810连接。总线840可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，pci)总线或扩展工业标准结构(efstended industry standard architecture，eisa)总线等。所述总线840可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，该图中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
143.应理解，在本发明实施例中，该处理器810可以采用中央处理单元(central processing unit，cpu)。该处理器还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。或者该处理器810采用一个或多个集成电路，用于执行相关程序，以实现本发明各控制器实施例所提供的技术方案。
144.该存储器820可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器810提供指令和数据。处理器810的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，处理器810还可以存储设备类型的信息。
145.在计算设备800运行时，所述处理器810执行所述存储器820中的计算机执行指令实现本发明各控制器实施例所提供的技术方案。
146.应理解，根据本发明实施例的计算设备800可以对应于执行根据本发明各实施例的方法中的相应主体，并且计算设备800中的各个模块的上述和其它操作和/或功能分别为
了实现本实施例各方法的相应流程，为了简洁，在此不再赘述。
147.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
148.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
149.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
150.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
151.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
152.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括，u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
153.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时用于实现本发明各控制器实施例所提供的技术方案。
154.本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是，但不限于，电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括，具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
155.计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，
其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
156.计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括、但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
157.可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
158.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本发明保护范畴。