随着工业的快速发展,桥式起重机作为一种量大面广的起重运输设备在现代化生产过程中扮演越来越重要的角色,其运输效率很大程度上决定了工厂的生产效率,而运输效率又受到负载摆动的影响。所以桥式起重机系统的防摇摆控制具有十分重要的研究意义。此外,在工人和桥式起重机共存的动态环境中,突然出现的工人、其他障碍物和桥式起重机之间存在碰撞的风险。这些因素给桥式起重机自动控制方法的设计带来了巨大的挑战。迄今为止,针对桥式起重机自动控制的研究已取得了丰硕成果,但从实际应用的角度来看,仍存在一些不足:（1）传统周期性加速度输入控制方法限制了小车的最大速度,以至于桥式起重机无法达到最大运输效率;（2）桥式起重机控制器缺失运动规划过程,难以保证实际运行过程的角度约束;（3）起重机工厂为节约成本,使用的变频器无法实现力矩控制,因此以力矩为输入控制量来分析得到的桥式起重机防摇摆控制方法无法很好的应用到实际工厂;（4）在设计与分析桥式起重机防摇摆控制控制器时,未充分考虑桥式起重机自动控制过程中的安全问题。围绕已有方法存在的上述问题与不足,本文从实际应用出发,针对桥式起重机防摇摆方法以及自动控制过程中的安全制动控制算法进行了深入研究。本文主要工作内容可以分为三大部分:1.针对如何提高无角度反馈装置的桥式起重机运输效率的问题。本文设计了分段式周期性加速度输入开环控制,实现了未安装角度采集装置的桥式起重机防摇摆控制。首先,该方法采用拉格朗日法建立了起重机三维单摆模型和二维单摆模型,并证明了忽略高阶项和三角函数值近似后的三维模型在X轴和Y轴的运动过程可以完全解耦成两个具有相同控制律的二维模型。然后,基于所得二维模型设计了三段式周期性加速度输入开环控制方法,解决了基于相平面几何分析的轨迹规划方法速度受到限制的问题。该方法极大提高了桥式起重机远距离运输的效率且易于实现,但是仍存在加速度受到限制的问题。为此,本文在此基础上设计了五段式周期性加速度输入开环控制方法,解决了加速度受到限制的问题,但是实现过程相较前者更加复杂。上述两种分段式控制方法计算得到的桥式起重机加速度输入轨迹,均能够保证负载摆动角度以及小车速度、加速度约束在系统允许的范围之内,同时能精准到达目标位置,且无残余摆动,因此可以根据实际需求选择最优控制方法。2.针对如何提高存在角度反馈装置的桥式起重机运输效率的问题。本文设计了一种基于能力守恒的五段周期性加速度输入闭环控制,提高了系统对系统不确定参数的鲁棒性。该方法根据能量守恒原理,利用实时采集的负载摆动角度在线计算加速度输入切换时间,可以在线规划加速度输入轨迹,具有较好的消摆定位性能。通过在MATLAB仿真软件和桥式起重机实验平台上与五段式周期性加速度输入开环控制方法以及已有的模型预测控制方法对比,证明基于能力守恒的五段周期性加速度输入闭环控制方法在防摇性能方面和运输效率方面的优越性。3.针对桥式起重机自动控制过程中的安全问题,本文提出一种可以广泛地适用于不同控制系统的自适应安全距离预测及安全制动控制算法,使桥式起重机具备了危险预测及安全制动的能力,提升了自动控制过程中的安全性。该算法主要包括两部分:（1）基于非零初始状态下具有角度约束的安全制动方法,保证系统可以安全稳定停止。（2）基于多层感知机网络的安全距离预测模型,可以使桥式起重机系统感知周围危险情况,并执行有效的安全策略。最后,通过仿真和平台实验测试,验证了本文所提的自适应安全距离预测及制动控制方法能够保证负载在整个制动过程的摆动和剩余摆动被约束在系统设定的最小摆动范围之内,并且在障碍物之前安全停止。