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船头吊 船尾吊 船用吊车 船用固定吊

  船用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。海上特殊的应用环境给船用起重机的控制带来了很大的挑战性。一方面，类似陆上各种欠驱动吊车设备，需要控制负载运输过程中产生的摆动，保证其定位精度与运输效率;另一方面，由于这种起重机固定于船舶等运动平台上，平台本身的运动会对负 载运动产生强烈的影响，且很多情况下，负载起吊 与降落点处的运动情况与吊车本身的运动不一致。具体而言，在工作过程中，吊车船与接收船会随海浪纵摇、横摇与升沉，这些运动将导致负载发生摆 动;特别是在升降过程中，船舶的此类运动易导致已吊起的负载再次与甲板相撞，或使已放下但尚未 脱离吊钩的负载再次悬空，这些都会威胁作业的安全。尤其在进行舰船间弹药补给时，这种耦合运动可能造成非常严重的后果。

  近年来，船用起重机的 控制得到各国军用、民用海洋工程的普遍关注，而研究此类非线性、强耦合的欠驱动系统在特殊扰动下的控制亦有重要的理论价值与普遍意义。

  船用起重机的控制主要分为降低船体运动影响的垂向控制与抑制负载摆动的横向防摆两个方面。 对垂向控制而言，常用的方法是通过吊车船上的机 械结构连接接收船，并感知其相对运动，使吊绳长 度变化与接收船升沉运动同步，从而对两船的相对运动进行补偿，在此基础上完成负载的起降运输。 这种方法对起重机的机械结构有特殊要求，对起吊 质量也有较大限制。Kuchler等学者对水下设 备升降过程进行了动力学建模，他们考虑了吊绳弹 性与水动力等因素，并基于反馈线性化方法分别设计了轨迹跟踪与扰动抑制控制器。Johansen等人 采用基于前馈的波浪同步技术来补偿升沉运动的影响，最终对负载的入水过程实现精确控制。近年来，横向防摆控制也得到了很多关注。为了加强对 吊绳和负载的摆动控制，部分起重机上加装了马里 兰索具机构( Maryland Rigging System)，即在吊绳中段加入绳索进行牵引，以减小负载的摆动。针对 这种带有特殊机构的船用起重机，近年来连续提出 了多种建模与控制方法。但是，此类机构对起重机系统的工作空间限制较大，降低了原系统的灵 活性。基于这个原因，很多研究在不改变起重机机 械结构的基础上，利用各种传感器获得船体、起重 机、负载的运动信息，然后通过设计合理的旋臂运动控制器来抑制运输过程中负载的摆动。其中， Parker等人采用指令整形技术，对吊车旋臂的俯仰回转进行控制，并在小规模实验平台上进行了验证。McKenna等人对旋臂的俯仰与船身运动进行 建模，并通过将前馈补偿环节与反馈控制策略相结 合来抑制单方向上的负载摆动。Masoud 等人采 用时间滞后位置反馈控制方法，通过操纵旋臂的俯 仰与回转来减小负载的两维摆角。Sandia 国家 实验室设计了一种基于多传感器信息融合的控制方 案，它通过控制吊车的运动来补偿船体运动，较好地抑制了负载的摆动。这种方法在美国海军 T­ACS系统上进行了实验，得到了较好的控制效果。随后， Schaub 等人对这种控制方案做了进一步改进。