第17卷第4期 智能系统学报 Vol.17 No.4 2022年7月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Jul.2022 D0:10.11992/tis.202201055 网络出版地址：https:/kns.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20220708.1609.006.html 面向大尺寸货物运送的吊车控制方法综述 陈鹤'，吴庆祥，孙宁3，杨桐，方勇纯 (1.河北工业大学人工智能与数据科学学院，天津300401：2.南开大学，天津300350：3.南开大学天津市智能 机器人技术重点实验室，天津300350) 摘要：随着现代化工业和基础设施建设的飞速发展，面向大尺寸货物运送的吊车系统以其高负载能力、低成 本的显著优势广泛应用于集装箱搬运、风机安装、飞机机翼机身移动、水轮发电机转子安装、海上钻井平台搭 建等诸多重要领域。然而，相对于传统的点质量单摆吊车系统，面向大尺寸货物运送的吊车系统具有更高的欠 驱动程度、更强的状态耦合性和更加复杂的非线性，给大尺寸货物高效、安全的运送控制带来严峻挑战。本文 首先简单阐述了面向大尺寸货物运送吊车系统不同吊装形式的建模、优势和缺点：然后，详细介绍了点质量双 摆吊车系统、分布式质量双摆吊车系统和多吊车协同运送系统控制的研究现状：最后，对面向大尺寸货物运送 吊车系统控制的研究现状进行概括，并对可能存在的关键问题和未来的研究方向进行了讨论和展望。 关键词：吊车；大尺寸货物；双摆；多吊车协同；欠驱动系统；摆动抑制：动力学建模；运动控制 中图分类号：TP273文献标志码：A 文章编号：1673-4785(2022)04-0824-15 中文引用格式：陈鹤，吴庆样，孙宁，等.面向大尺寸货物运送的吊车控制方法综述.智能系统学报，2022,17(4)：824838. 英文引用格式：CHEN He,.WU Qingxiang.,SUN Ning,.etal.Overview of crane control methods for large-size cargo transportation[J].CAAI transactions on intelligent systems,2022,17(4):824-838. Overview of crane control methods for large-size cargo transportation CHEN He',WU Qingxiang2,SUN Ning2,YANG Tong2,FANG Yongchun23 (1.School of Artificial Intelligence,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China;2.College of Artificial Intelligence, Nankai University,Tianjin 300350,China;3.Key Laboratory of Intelligent Robotics of Tianjin,Nankai University,Tianjin 300350, China) Abstract:With the rapid development of modern industry and infrastructure construction,crane systems for large-size cargo transportation are widely used in container handling,wind turbine installation,aircraft wing and fuselage move- ment,rotor installation of water turbogenerator,offshore drilling platform construction,and many other important fields due to their high carrying capacity and low costs.However,compared with the traditional point mass single pendulum crane system,the crane systems for large-size cargo transportation have a higher degree of underactuation,stronger state couplings,and more complex nonlinearity,which bring severe challenges to the high-efficiency and safe transportation control of large-size cargos.In this paper,the modeling,advantages and disadvantages of different hoisting forms of crane systems for large-size cargo transportation are briefly described.Then,the research status of point mass double pendulum crane systems,distributed mass double pendulum crane systems,and multi-crane cooperative transportation systems are introduced in detail.Finally,the research status of crane control systems for large-size cargo transportation is summarized,and the possible key problems and future research directions are discussed and prospected. Keywords:crane;large-size cargo;double pendulum;multi-crane collaboration;underactuated system;swing suppres- sion;dynamics modeling;motion control 吊车(crane),又名起重机、行车，利用起吊机 收稿日期：2022-01-30.网络出版日期：2022-07-11. 构控制货物升降，并通过平移、旋转或变幅等机 基金项目：国家自然科学基金项目(U20A20198,61873134, 61903I20):天津市自然科学基金项目(20 JCYBJC 构运送货物至目标位置，具有负载能力强、操作方 01360):河北省自然科学基金项日(F2020202006):中 便、灵活性高、占用空间小、能耗低等显著优势。 国博士后科学基金项目(2021M701779). 通信作者：孙宁.E-mail:sunn@nankai..edu.cn. 与此同时，吊车又是一种典型的欠驱动系统，控DOI: 10.11992/tis.202201055 网络出版地址: https://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20220708.1609.006.html 面向大尺寸货物运送的吊车控制方法综述 陈鹤1 ，吴庆祥2,3，孙宁2,3，杨桐2,3，方勇纯2,3 （1. 河北工业大学 人工智能与数据科学学院，天津 300401; 2. 南开大学，天津 300350; 3. 南开大学 天津市智能 机器人技术重点实验室，天津 300350） 摘 要：随着现代化工业和基础设施建设的飞速发展，面向大尺寸货物运送的吊车系统以其高负载能力、低成 本的显著优势广泛应用于集装箱搬运、风机安装、飞机机翼机身移动、水轮发电机转子安装、海上钻井平台搭 建等诸多重要领域。然而，相对于传统的点质量单摆吊车系统，面向大尺寸货物运送的吊车系统具有更高的欠 驱动程度、更强的状态耦合性和更加复杂的非线性，给大尺寸货物高效、安全的运送控制带来严峻挑战。本文 首先简单阐述了面向大尺寸货物运送吊车系统不同吊装形式的建模、优势和缺点；然后，详细介绍了点质量双 摆吊车系统、分布式质量双摆吊车系统和多吊车协同运送系统控制的研究现状；最后，对面向大尺寸货物运送 吊车系统控制的研究现状进行概括，并对可能存在的关键问题和未来的研究方向进行了讨论和展望。 关键词：吊车；大尺寸货物；双摆；多吊车协同；欠驱动系统；摆动抑制；动力学建模；运动控制 中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：1673−4785(2022)04−0824−15 中文引用格式：陈鹤, 吴庆祥, 孙宁, 等. 面向大尺寸货物运送的吊车控制方法综述 [J]. 智能系统学报, 2022, 17(4): 824–838. 英文引用格式：CHEN He, WU Qingxiang, SUN Ning, et al. Overview of crane control methods for large-size cargo transportation[J]. CAAI transactions on intelligent systems, 2022, 17(4): 824–838. Overview of crane control methods for large-size cargo transportation CHEN He1 ，WU Qingxiang2,3 ，SUN Ning2,3 ，YANG Tong2,3 ，FANG Yongchun2,3 (1. School of Artificial Intelligence, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China; 2. College of Artificial Intelligence, Nankai University, Tianjin 300350, China; 3. Key Laboratory of Intelligent Robotics of Tianjin, Nankai University, Tianjin 300350, China) Abstract: With the rapid development of modern industry and infrastructure construction, crane systems for large-size cargo transportation are widely used in container handling, wind turbine installation, aircraft wing and fuselage move￾ment, rotor installation of water turbogenerator, offshore drilling platform construction, and many other important fields due to their high carrying capacity and low costs. However, compared with the traditional point mass single pendulum crane system, the crane systems for large-size cargo transportation have a higher degree of underactuation, stronger state couplings, and more complex nonlinearity, which bring severe challenges to the high-efficiency and safe transportation control of large-size cargos. In this paper, the modeling, advantages and disadvantages of different hoisting forms of crane systems for large-size cargo transportation are briefly described. Then, the research status of point mass double pendulum crane systems, distributed mass double pendulum crane systems, and multi-crane cooperative transportation systems are introduced in detail. Finally, the research status of crane control systems for large-size cargo transportation is summarized, and the possible key problems and future research directions are discussed and prospected. Keywords: crane; large-size cargo; double pendulum; multi-crane collaboration; underactuated system; swing suppres￾sion; dynamics modeling; motion control 吊车（crane），又名起重机、行车，利用起吊机 构控制货物升降，并通过平移、旋转或变幅等机 构运送货物至目标位置，具有负载能力强、操作方 便、灵活性高、占用空间小、能耗低等显著优势[1-3]。 与此同时，吊车又是一种典型的欠驱动系统，控 收稿日期：2022−01−30. 网络出版日期：2022−07−11. 基金项目：国家自然科学基金项目 (U20A20198， 61873134， 61903120)；天津市自然科学基金项目 (20JCYBJC 01360)；河北省自然科学基金项目 (F2020202006)；中 国博士后科学基金项目 (2021M701779). 通信作者：孙宁. E-mail: sunn@nankai.edu.cn. 第 17 卷第 4 期 智 能 系 统 学 报 Vol.17 No.4 2022 年 7 月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Jul. 2022