随着现代工业以及国际航运贸易的发展,港口集装箱门式起重机作为一种大型工程机械在相关领域发挥着重要的作用。目前对其使用主要是将负载快速、准确地运送到指定位置同时尽可能减小负载残余摆动。当前自动化港口轨道吊车(ARMG)主要采用的是电子防摇方案,进一步细分又可分为基于轨迹规划的开环防摇以及基于PID模块的闭环控制。前者常常依赖于建立的数学模型精度,后者难以实现对系统动态性能的实时控制。门式起重机系统的自由度小于可输入的控制量的维数,是一个典型的欠驱动系统,无法通过外部输入直接控制负载的运动,并且负载的实际运动轨迹也容易受到风力等环境因素的影响。另一方面各个状态变量之间相互耦合,系统具有较强的非线性,这也为控制系统的设计带来了巨大挑战。近些年,控制领域的研究人员对桥门式起重机的防摇控制进行了深入的研究,但是现有的研究成果还存在这一些不足。本文针对某型号门式起重机高性能防摇定位的需求,从工程使用角度出发,设计了一种具有较高效率的、能够充分考虑系统性能的且具有较强鲁棒性的控制系统。具体来说,本次课题的主要研究内容有以下几个方面。基于拉格朗日方程法建立了门式起重机三维动力学模型,可以较为准确的描述理想工况下系统的动态特性,也为后续基于此模型设计控制方案打下基础,同时对控制系统的稳定性、能控性等特性进行分析。后续针对本次研究的门式起重机系统运动学方程投影到相平面进行分析,提出一种具体的、有解析形式的加速度控制策略,可以确保系统的动态指标始终符合要求。论文通过数值仿真和算例对比验证了该方案在理论上具有较好的控制性能。在前述提出的控制策略基础上进一步考虑结构变形以及系统振动对吊重定位的影响。首先建立了计及绳索变形以及吊重尺寸的动力学模型,通过数值仿真说明了吊具系统对基于相平面法提出的防摇控制策略的影响较小。随后考虑惯性力等的影响对起重机结构进行了弹性机构静力学分析,基于结构变形对小车运动轨迹进行了修正,通过建立柔性梁模型进行动力学仿真说明了对采用柔性支腿的门式起重机进行轨迹修正是有必要的。最后在Ansys中建立了所研究型号门式起重机的有限元模型,并在Adams中对导入的模型进行完善,完成了动力学仿真,仿真结果充分说明了加速度轨迹规划的正确性以及门架变形及震荡对负载定位精度的影响在允许范围内。针对起重机实际工作过程中可能出现的工况和问题进行了分析。首先是对紧急制动条件下的运动分析和防摇设计,通过计算发现在给定制动参数的模型,负载在制动过程中存在一个最大冲击距离;同时设计了一种基于阻尼耗能的控制器来抑制负载的摆动。最后为了克服系统受干扰时负载运动的不确定性,设计了一套可以实现跟踪系统运动状态的常规PID控制系统,在此基础上设计出了可以适用于多种工况的模糊自适应PID控制器。最后通过Adams-MATLAB联合仿真说明了该控制器可以极大提高系统的鲁棒性,具有较强的实用潜力。