船用起重机是重吊船的核心吊装设备,按照变幅机构的不同可分为绳索变幅式和液压缸变幅式。目前大多数重吊船装备的起重机采用绳索变幅式,又称回转悬臂式起重机。这类起重机在港口码头建设、船舶制造、桥梁建设、水下机器人布放等领域有着广泛的用途。重吊船配备的起重机一般由人来进行操控,在无风浪或者风浪较小时尚且可以完成任务。然而,一旦有义波高增大,或者海况超过三级,在海浪的诱导下,船体的运动开始产生剧烈摇晃,吊物在空中摆动幅度增大,给吊装作业带来极大的风险,此时一般会停止吊装作业。为了更准确评估复杂海况下海上安装作业窗口期,扩展重吊船船用起重机在高海况下的适用范围。需要对风浪中的重吊船船用起重机进行动力学建模,并设计防摆控制器,抑制起重机作业时吊物的摆动。因此研究重吊船船用起重机作业时的防摆控制有重要的理论意义和实际应用价值。本文主要研究重吊船吊装作业过程中,载荷的动态响应,风、浪干扰下的起重机吊物系统的动态响应和多指令操作过程中的载荷防摆控制器设计问题,此外本文针对重吊船双起重机作业难以建模的问题,采用拉格朗日乘子法建立了双起重机二维平面动力学模型。主要研究工作总结为以下几个方面:(1)起重机动力学模型的建立:利用保守型拉格朗日方程和非保守型拉格朗日方程,建立了起重机操纵激励下的动力学模型和坐标点激励下的起重机吊物系统动力学模型。(2)运用牛顿第二定律,建立了起重机吊索张力模型,对多指令操作下的船用起重机进行了仿真试验,得到了起重机作业过程中吊索张力变化规律,为工程实践评估及起重机防摆控制器设计提供理论依据。(3)通过数值仿真,对起重机在四级、五级、六级海况下进行仿真,得到了系泊状态下的船用起重机面内角面外角幅值、绳索张力和载荷运动轨迹规律,为重吊船作业提供了有益的策略及建议。(4)双起重机联合作业动力学模型:创新性的将拉格朗日乘子法应用到双起重机联合作业建模中,建立了双起重机二维平面动力学模型,并对双起重机联合作业过程中载荷的摆角和位移进行了分析。(5)防摆控制器设计:本文根据所建立的起重机操纵激励模型的仿真特点,通过对回转机构和变幅机构进行联合控制,设计了 L-S联合反馈控制器(Slewing and luffing feedback controller,其中L代表Luffing,S代表Slewing),并通过数值仿真验证了该控制方法较前人的依赖于回转机构控制的方法具有更好的收敛性。