基于能量耦合的船舶起重机消摆控制

张 珂，张海峰，佟圣皓，石怀涛，张义星

(沈阳建筑大学机械工程学院，沈阳 110168)

船舶起重机是在海上环境中执行运输作业的一种特殊起重机，主要用于舰船间货物的运输转移、海上补给、水下作业设备的投放与回收等重要任务。实际工作过程中在海浪横摇与船低沉降的影响下，船舶起重机系统的控制目标是准确高效地定位有效载荷并减小负载摆动。然而，在恶劣海况下船舶起重机在运转过程中由于惯性和外界干扰会产生较大的有效载荷摆动，可能会对周围的人或货物造成严重的影响。因此，从理论价值和实际应用两方面来看，研究船舶起重机的有效控制方法具有重要意义。

通过对传统(陆地固定式)起重机[1-5]研究，发现传统起重机的支撑底座是固定的，它们是在惯性(地球)坐标系内工作的，通过在惯性坐标系内对其动力学建模，并在此基础上应用运动轨迹规划、部分反馈线性化、能量(无源)法、智能控制等方法设计起重机欠驱动防摆控制器，从而使负载精确吊运并且能够有效抑制负载摆动。而船舶起重机底座是装在船上的，其运动受海浪和海流干扰，因此在非惯性坐标系中工作。除了船舶起重机具有复杂的动力学特性外，由船舶运动引起的海浪和洋流可能包含接近起重机系统固有频率的能量，这很容易引起货物摆动，甚至导致意外的共振效应[6]。由此可见，采用现有的针对陆地式起重机的控制方法来解决船舶起重机系统的控制问题是有一定局限的。……