随着我国船舶工业和深海油气开采事业的发展,传统船舶与海洋工程定位系统显然已经不能满足深海平台正常作业的需求,而先进的动力定位技术具有很多优点,已经被广范应用于多种海洋平台作业中,尤其是近年来得到了快速发展。因此,对动力定位系统的研究与分析对海洋工程的发展具有重大的现实和指导意义。本文以一座深水半潜式钻井平台为研究对象,主要围绕其环境载荷和动力定位系统理论分析的相关方面展开研究。首先,简单分析了半潜式钻井平台动力定位系统的基本设计要求,并介绍了应用于半潜平台动力定位的推力系统,给出了具体的配置方案,这些都为后续工作包括数学建模以及数值研究奠定了基础。为获取准确的环境载荷数据以供动力定位系统分析所用,本文对半潜平台的环境载荷进行了理论计算,重点讨论了二阶波浪漂移力的计算,引入了一种远场理论与经验公式相结合的漂移力计算方法,并对数值计算结果进行了分析和评价,形成适用于半潜式平台环境载荷计算的技术手段。依据规范指导意见,结合推力系统和环境载荷的数学模型,编制动力定位能力计算程序,并绘制半潜平台设计工况下的定位能力曲线,对完整模式和各种失效模式下动力定位能力进行分析,检验了动力定位系统的安全可靠性。此外,本文根据PID控制理论、Kalman滤波技术和最小功率消耗推力分配逻辑建立了半潜平台整个动力定位系统的数学模型,并编写了相应的仿真程序,对半潜平台动力定位系统在设计工况下的定位性能进行时域动态模拟,并考虑了推力器的完整模式和失效模式。通过分析平台运动、定位精度、功率消耗、推力器工作状态等模拟结果,验证了该动力定位系统符合设计要求,并有着良好安全性和经济性。通过本课题的研究,可以掌握深水半潜式钻井平台动力定位系统的基本研究方法,为实际工程设计提供了极具价值的参考,也为开发国内自主知识产权的动力定位分析系统打下了较好的基础。