随着被吊运物体的大型化,重载化以及吊运环境需求的多样化,人们对起重机装备提出了更高的要求。单个起重机工作能力有限,难以满足在复杂的工作环境下,吊装重载化大型化载荷的工程需要。多起重机协同作业成为一种可行的解决方案。然而依赖人工经验不能满足安全可靠的要求,易发生重大连锁事故。所以,对多起重机协同作业控制问题的研究有非常重要的理论和工程实际意义。动力学模型是研究多起重机协同作业控制问题的基础。本文针对起重机协同作业的特点,将多起重机系统的力学分析解耦成两个部分。首先,针对系统中的有效载荷采用拉格朗日法建立了其六自由度动力学模型。然后,针对系统中单个起重机,在已知有效载荷运动方式和吊绳拉力的情况下,使用逆动力学分析了单个起重机运动规律及驱动。然后根据有效载荷的动力学模型应用保辛最优控制算法,以最小能耗为性能指标,考虑了起重机钢丝绳极限拉力,有效载荷移动速度,姿态变化幅度,躲避障碍等与起重机安全性紧密相关的约束条件,求解有效载荷从指定起点静止状态到指定终点静止状态且可以躲避障碍的最优运动方式及所需控制力。根据最优控制解结合逆动力学求解了多起重机系统的运动规律以及需要提供的动力。使用ADAMS软件建立多起重机协同吊运的仿真模型,以此验证动力学方程以及保辛最优控制算法的正确性。人为设定了一条满足初始末端状态以及避障要求的轨迹,并设计了不同运动速度。使用最小二乘法求得在人为设定运动规律下有效载荷的动力,将其与最优控制动力进行比较,验证了此种方法的节能有效性。最后,应用保辛伪谱模型预测控制算法进行闭环控制。使用前面得到的开环最优控制轨迹作为期望轨迹,研究了在有多种初始状态干扰以及多种过程干扰的情况下,多起重机的轨迹跟踪控制问题。通过改进状态变量权值矩阵的参数设计,提高了模型预测控制算法在有初始条件变化和外界干扰情况下的鲁棒性。