在施工工地、港口和码头等地,为了降低人工搬运成本,起重机的需求量逐渐增大。起重机运行过程中的评价因素包括作业安全性和作业效率。因起重机起吊货物的质量较大,故其作业安全性能要求比较高。起重机作业效率对企业的生产效率有直接的影响。起重机在作业过程中,吊重导致的摆动是影响起重机运行安全性和作业效率最重要的因素。首先,本论文建立了具有三自由度运动特征的门式起重机起升机构的动力学数学模型。在门式起重机的垂直起升和小车运行两个方向的运动平面内,将起升机构的数学模型视为2自由度欠驱动系统,即吊重摆动和小车直线运行自由度,其中吊重视为质点。2自由度欠驱动系统主要由起重小车、吊重质点和钢丝绳构成。针对门式起重机工作过程中的整个起重机和吊重质点构成的系统的动能和势能的变化,基于平面内的摆动自由度和直线运动自由度,运用动力学分析方法构建系统的拉格朗日方程。其次,本论文基于自适应模糊PID控制原理构建了两个控制器,即起重小车直线运行的位移模糊PID控制器和吊重质点摆动的摆角模糊PID控制器。起重小车直线运行的驱动力由基于模糊算法的位移控制器的输出提供;位移模糊PID控制器能确保起重小车能精确停在目标位置。吊重质点摆动的动态状态由基于模糊算法的摆角控制器的输出抑制。控制器以起重小车的位移偏差及偏差变化率和吊重质点摆角的偏差及偏差变化率为输入信号。本论文以高斯隶属函数作为输入信号的隶属函数,基于专家经验和试验结果建立模糊控制规则库。运用重心法对模糊控制算法输出的模糊集合作模糊判决并将精确信号输入到位移-摆角PID控制器。再次,运用数值分析方法研究了起重机各自由度机构在不同控制器的输出驱动下起重小车的位移和吊重质点的摆角动态响应。分析过程分为以下3种工况:第一,分析了起重机不同摆长下,自由和受控停摆的结果。第二,分析了不同吊重质量下运用位移控制器时,起重机系统的仿真结果;第三,分析了不同吊重质量下运用位移-摆角控制器时,起重机系统的仿真结果。对比分析上述控制方式,当起重小车的位移控制器和吊重质点的摆角控制器均运用模糊PID控制器时,小车运动状态最平稳。此时的最大摆动角度为2.7°,且不同工况下小车的位移曲线和吊重摆角曲线的跟踪性能最好。最后,基于起重机运行小车和吊重质点系统的2自由度驱动数学模型,本论文研究构建了2自由度驱动控制系统试验台。起重机嵌入式控制系统以STM32F103为微处理器的控制核心。以Lab VIEW为编程环境,建立了起重机小车和吊重质点防摇控制的动态响应和实时状态监测系统。基于2自由度驱动控制系统试验台,研究了起重机系统在不同控制器驱动下,起重小车的位移和吊重质点的摆角的变化。试验结果表明,起重机的控制系统运用位移-摆角模糊PID控制器时,在小车直线运行时间为25s,吊重质点最大摆角为1°的状态下,由小车加速度和外部激励导致的吊重摆动能快速地抑制。