本发明涉及起重机，具体的说，是涉及一种起重机控制方法、系统、介质、设备及产品。
背景技术：
1、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。
2、起重机作为一种运输货物的工具，已经在工业建筑等领域发挥出了巨大作用。塔式起重机与其他类型的起重机一样，其系统自由度数目大于独立控制输入数目，因此它们被认为是典型的欠驱动非线性系统。目前，起重机几乎全部采用人工操作，存在工作效率低、抗摆动能力差、人身伤害事故风险高、熟练操作人员培训时间长等缺点。因此，迫切需要提出起重机的自动控制方法。
3、在过去的几十年里，研究人员已经开发了各种起重机系统控制方法。然而，现有大多数控制方法完全忽略了吊钩质量，也忽略了吊钩重心到负载重心的距离。如果忽略掉这些因素，负载摆动可以看作是一个单摆模型。然而，在实际应用中，吊钩质量不能简单地忽略，而且负载尺寸通常很大。因此，除了吊钩的摆动，又由于负载围绕吊钩旋转，起重机上极易发生双摆效应。与单摆模型相比，双摆模型更接近起重机的实际工作情况。因此，双摆起重机系统比单摆起重机系统具有更复杂的动力行为，对其控制问题进行研究仍是十分必要的。
4、此外，对于工业双摆塔式起重机，目前实际可应用的控制算法仍以比例积分微分（proportion integral differential, pid）控制为代表的传统方法，该控制器虽可以保证旋臂和台车的准确定位，但由于缺乏摆角反馈，极易导致吊钩和负载的大范围摆动，危及作业安全。
技术实现思路
1、本发明为了解决上述问题，本发明提供一种起重机控制方法、系统、介质、设备及产品，对控制器输出的控制量进行安全滤波操作，由于是在保证双摆塔式起重机系统作业安全性的基础上对基础控制器所提供的期望控制输入进行的尽可能小的修正，其可以继承基础控制器的一些优势，而且可以保证吊钩和负载摆动抑制，有效提高了双摆塔式起重机系统的作业效率和安全性。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、本发明的第一个方面提供一种起重机控制方法，其包括：
4、获取当前时刻的双摆塔式起重机系统状态；
5、基于所述双摆塔式起重机系统状态，通过控制器，得到当前时刻的期望控制输入；
6、基于双摆塔式起重机系统状态和期望控制输入，通过预测安全滤波器，得到当前时刻的控制输入，并将所述控制输入作用于双摆塔式起重机系统，得到下一时刻的双摆塔式起重机系统状态；
7、其中，预测安全滤波器在终端约束、状态约束和控制输入约束下，通过规划安全前向轨迹，优化控制输入。
8、进一步地，所述预测安全滤波器的约束条件包括：其中， k表示当前时刻，表示双摆塔式起重机系统状态，表示开环控制序列的第i个控制输入，表示作用下的预测轨迹， n表示预测步长，表示终端集合，和分别是状态约束集合和控制输入约束集合， f（）表示双摆塔式起重机系统的非线性预测模型。
9、进一步地，所述双摆塔式起重机系统的非线性预测模型，通过拉格朗日建模得到塔式起重机的动力学方程，并对动力学方程利用欧拉法进行离散化得到。
10、进一步地，所述预测安全滤波器的目标函数为：，其中， k表示当前时刻，表示开环控制序列中的第一个控制输入，表示期望控制输入，是正定对角加权矩阵。
11、进一步地，所述预测安全滤波器的目标函数为：，其中， k表示当前时刻，表示开环控制序列的第i个控制输入，是正定对角加权矩阵，表示未来期望控制输入。
12、进一步地，所述安全滤波器的启动条件为控制器瞬态性能不满足约束条件。
13、本发明的第二个方面提供一种起重机控制系统，其包括：
14、数据获取模块，其被配置为：获取当前时刻的双摆塔式起重机系统状态；
15、基础控制模块，其被配置为：基于所述双摆塔式起重机系统状态，通过控制器，得到当前时刻的期望控制输入；
16、安全滤波模块，其被配置为：基于双摆塔式起重机系统状态和期望控制输入，通过预测安全滤波器，得到当前时刻的控制输入，并将所述控制输入作用于双摆塔式起重机系统，得到下一时刻的双摆塔式起重机系统状态；
17、其中，预测安全滤波器在终端约束、状态约束和控制输入约束下，通过规划安全前向轨迹，优化控制输入。
18、本发明的第三个方面提供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，该程序被处理器执行时实现如上述所述的一种起重机控制方法中的步骤。
19、本发明的第四个方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的一种起重机控制方法中的步骤。
20、本发明的第四个方面提供一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述所述的一种起重机控制方法中的步骤。
21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
22、本发明对控制器输出的控制量进行安全滤波操作，可以验证期望控制输入是否安全，是否可以应用于双摆塔式起重机，以及是否可以提供替代控制输入以使双摆塔式起重机保持在安全的状态约束和控制输入约束内。
23、本发明在双摆塔式起重机系统基础上建立起双摆塔式起重机系统的非线性预测模型，并结合控制器控制输入和预测控制框架设计预测安全滤波器，对控制器输出的控制量进行安全滤波操作，由于是在保证双摆塔式起重机系统作业安全性的基础上对基础控制器（pid）所提供的期望控制输入进行的尽可能小的修正，其可以继承基础控制器的一些优势，例如实现旋臂、台车的准确定位以及对干扰的鲁棒性，而且其可以保证吊钩和负载摆动抑制，有效提高了双摆塔式起重机系统的作业效率和安全性。
1.一种起重机控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种起重机控制方法，其特征在于，所述预测安全滤波器的约束条件包括：其中，k表示当前时刻，表示双摆塔式起重机系统状态，表示开环控制序列的第i个控制输入，表示作用下的预测轨迹，n表示预测步长，表示终端集合，和分别是状态约束集合和控制输入约束集合，f（）表示双摆塔式起重机系统的非线性预测模型。
3.如权利要求2所述的一种起重机控制方法，其特征在于，所述双摆塔式起重机系统的非线性预测模型，通过拉格朗日建模得到塔式起重机的动力学方程，并对动力学方程利用欧拉法进行离散化得到。
4.如权利要求1所述的一种起重机控制方法，其特征在于，所述预测安全滤波器的目标函数为：，其中，k表示当前时刻，表示开环控制序列中的第一个控制输入，表示期望控制输入，是正定对角加权矩阵。
5.如权利要求1所述的一种起重机控制方法，其特征在于，所述预测安全滤波器的目标函数为：，其中，k表示当前时刻，表示开环控制序列的第i个控制输入，是正定对角加权矩阵，表示未来期望控制输入。
6.如权利要求1所述的一种起重机控制方法，其特征在于，所述安全滤波器的启动条件为控制器瞬态性能不满足约束条件。
7.一种起重机控制系统，其特征在于，包括：
8.一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，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的一种起重机控制方法中的步骤。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的一种起重机控制方法中的步骤。
10.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6中任一项所述的一种起重机控制方法中的步骤。
