桥式起重机作为一种重要的物料搬运机械,广泛应用于物流、建筑、冶金等诸多领域。然而,桥式起重机系统自身的欠驱动特性给其控制问题带来了诸多难点。同时,台车运动与负载摆动间存在强耦合关系,台车的快速定位会不可避免地引起负载的空间摆动,这不但会降低台车的运输效率,而且存在安全隐患。目前,大部分起重机工作仍依赖于人工手动操作,为保证起重机平稳安全运行,不仅要求操作人员经验丰富,还应准确估计出负载质量,避免起重机在超重情况下发生制动失效、钢丝绳断裂、台车侧翻等恶性事故。因此,如何设计出高性能的控制策略保证台车运行的安全性与经济性,具有重要意义。基于上述背景,本文主要研究内容如下:1.桥式起重机系统动力学建模与实验平台设计。利用拉格朗日方程为桥式起重机系统建立了动力学模型,为后续章节中控制算法的设计与分析奠定了基础。同时,根据起重机的运行原理搭建了实验平台,该平台不仅能准确实时反映系统各个状态的变化,还能检验所提控制算法的控制性能,为验证后续章节中所提算法的控制性能提供了重要的平台依据。2.桥式起重机系统自适应有限时间控制。研究了负载质量未知情形下桥式起重机的有限时间控制问题。首先,对系统状态做近似处理,通过选取合适的状态变量得到下三角形式的系统,提出了一种基于反步法的自适应有限时间收敛控制器。其次,利用Lyapunov稳定性理论和Barbalat’s引理证明了闭环系统的有界性与收敛性,并成功推广至三维桥式起重机系统。然后,基于数值仿真验证了所提控制算法针对不同负载质量、不同吊绳长度、不同目标位置的良好控制性能。最后,在本文搭建的实验平台上验证了所提控制算法能够使得台车更快地到达目标位置并有效消除负载摆动,提高桥式起重机的运输效率。3.桥式起重机系统自适应非线性耦合控制。研究了负载质量未知情形下桥式起重机的非线性耦合控制问题。一方面,为了增强台车与负载摆动之间的耦合关系,引入广义负载水平位移信号。另一方面,利用系统自身的无源特性,重新构造储能函数。然后,将台车精确定位和消除负载摆动的任务转化为广义负载位移信号的调节问题,从而实现定位与消摆的双重目标。所设计的自适应非线性耦合控制算法既能反映可驱动状态（台车位置）的变化,又能反映不可驱动状态（负载摆角）的变化。最后,对所提控制算法的有效性与鲁棒性进行了仿真与实验测试,验证了所提算法的良好性能。最后对全文的工作进行了总结,并对该课题未来发展方向进行了展望。