中文摘要：

起重机大量用于制造业、港口运输业和建筑业，但目前是以人工操作为主，自动化程度低。这主要是由于起重机含有钢丝绳这一挠性的机械结构，使其动力学特性表现为非线性低频摆振特性，以及操作环境存在着不确定性，加大了起重机实现自动化的难度。本项目拟以消除起重机载荷摆振为目标，借助于理论分析、仿真技术、实验研究等手段，系统深入地研究在各种工况下桥式起重机动力学参数和操作环境对载荷摆振特性的作用规律，以及运行机构运动与载荷摆振之间的内在关系，揭示载荷摆振产生机理。根据基本时滞滤波理论抑制柔性系统振动的基本原理，探索时滞滤波理论消除起重机载荷摆振的机理，建立具有不同优化性能有效消除起重机载荷摆振的最优鲁棒时滞滤波控制策略及其设计理论和方法。这一研究为系统解决起重机载荷摆振问题提供一套完整的理论和方法体系，为开发具有我国自主知识产权的起重机自动化控制系统，独立自主地发展全自动起重机技术具有重要的意义和价值。

结论摘要：

课题综合运用动力学、控制理论、优化理论及时滞滤波等相关理论，结合试验研究、数值模拟、虚拟仿真等手段，研究有效消除起重机载荷摆动的理论和方法，研究结果如下（1）起重机是通过钢丝绳这个挠性机械结构拉动载荷运动，运行机构的频繁起、制动引起载荷的摆动，载荷在随着悬挂点运动的同时做摆长不断变化的空间摆运动；塔式起重机随着变幅运动和回转运动产生的离心力、科氏力的不断增大，摆动角度逐渐偏离平衡位置，摆动中心线发生倾斜，不再沿着铅垂方向；起升运动使系统成为弱阻尼系统，载荷摆动角度和角速度是幅值和频率缓慢变化的周期函数，幅值是以指数函数衰减或增加，频率是随着起升钢丝绳的变化而变化；当风载荷Fw>πmg/18时，载荷摆动角度大于10°，不再满足工程要求，特别是迎风作业对载荷摆动的影响更大；对于低、中速起重机，空气阻力对载荷摆动的影响较小，可忽略不计；对于高速、大型起重机，在载荷密度较小，且大提升高度的情况下，必须考虑空气阻力的影响。（2）对于大提升高度的起重机，提出了采用最优鲁棒EI时滞滤波优化幅频特性零点频率的方法，提高了对起重机提升高度和提升速度变化的鲁棒性，有效解决了大提升高度起重机载荷摆动问题。（3）对于高速、大型起重机，提出了采用有限冲击最优时滞滤波抑制控制信号的高频成份，降低未建模动态激励的方法，显著降低了运行机构运动冲击，在有效消除载荷摆动的同时保证了起重机运行速度。 （4）PD结合时滞滤波控制使起重机系统获得了合理的振动频率和阻尼，改善了系统的动力学特性，在一个振动周期内有效抑制由于风载荷、非零初始状态、空气阻力等操作环境不确定性引起的载荷摆动；在控制空载起重机和带载起重机机构运行时产生较小的超调量，改善了起重机结构的受力情况，降低了起重机的驱动力和能耗。 （5）通过采用时滞滤波控制技术，在有效抑制起重机载荷摆动的同时下降低了起重机的驱动力以及起重机所承受的弯矩、扭矩，有效地改善了起重机的受力特性；通过可靠性稳健优化设计减小了起重机起重臂下弦的截面面积，降低了起重机的自重，节约了起重机制造成本。（6）建立了起重机虚拟仿真分析系统，通过仿真分析可获得不同型号的起重机在不同工况、不同档位下三大运行机构的运动特性和载荷摆动特性，揭示载荷摆动幅值和频率与起重机动力学参数的关系，进一步获得时滞滤波参数与载荷摆动幅值、频率以及起重机动力学参数的关系，完善了时滞滤波理