门式起重机是一种广泛用于生产制造、仓储物流、建筑施工等领域的吊运工程装备。迄今为止,在门式起重机系统的实际应用仍依赖于人工手动操作,由于作业技能、工作经验和疲劳作业等人为因素影响,门式起重机作业中存在工作低效、定位不准、防摆不佳等问题易发生生产安全事故。因此,作为强耦合、非线性的欠驱动机电系统的典型代表,十分有必要研究门式起重机适用于工业作业现场的自动控制方法改善其控制性能。本文以欠驱动门式起重机为研究对象,研究其自动定位与防摆控制方法,主要工作如下:第一、针对门式起重机系统缺少定位检测需要被动式输入目标位移从而产生定位误差的问题,本文设计了一种基于机器视觉的门式起重机目标位移定位方法,使用Quick Response(QR)码作为定位识别信标建立门式起重机作业面参考坐标系,识别确定门式起重机目标位移。不仅如此,在吊运过程中若人员侵入门式起重机作业危险区域,为避免生产安全事故需要预警停车。为此本文设计了一种基于机器视觉的门式起重机安全预警停车位移定位方法,通过改进目标识别的经典YOLOV3网络结构,结合相机坐标转换测距方法,建立了一种人形目标侵入门式起重机作业危险工作面的视觉检测定位模型。第二、现有文献中大多研究二维单摆型欠驱动门式起重机模型的轨迹规划和非线性防摆控制问题,然而门式起重机实际使用过程中常常为了提高作业效率出现门架和台车同时联动的三维动力学特性,此时三维欠驱动门式起重机状态量更多,系统耦合性、非线性更强,研究更具挑战性。为此,本文使用Euler-Lagrange方程建立了三维模型中单摆型欠驱动门式起重机动力学模型,设计了一条满足台车和门架平稳启动并准确到达目标位移的S型轨迹;通过整形单摆型欠驱动门式起重机机械能模型构建的标量函数设计了精确定位和防摆动非线性控制器,不仅使台车和门架准确到达目标位移,而且有效抑制和消除了负载在三维空间中的摆动。第三、考虑吊钩和负载同时二级摆动的欠驱动门式起重机的控制问题,本文建立了双摆型欠驱动门式起重机动力学模型,通过定义一种包含负载摆角、吊钩摆角与台车位移的耦合信号,改进了双摆型门式起重机的能量函数,基于此研究了一种双摆型欠驱动门式起重机不依赖于系统参数的非线性精确定位防摆控制方法。应用Lyapunov第二定理和La Salle不变形原理有效的证明了闭环系统的稳定性。通过门式起重机实验平台和数值仿真验证上述自动定位与防摆控制方法,实验仿真结果表明,本文所提出的控制方法表现了良好的定位与防摆控制效果,为门式起重机的工程实际应用提供了理论参考。