起重船作为一种特种作业动力定位船舶,在海洋资源开发、海洋工程设施搭设中发挥重大的作用。起重船在承担起重作业任务时,起重机、起重物、压载系统会影响到起重船的模型参数;平台会对起重船安全作业产生影响;海洋环境干扰也会为起重船控制系统带来未知扰动。设计鲁棒性强、抗扰动能力强的动力定位控制器才能够保障起重作业过程的安全性;与此同时,考虑起重船与平台的避碰,也将极大地提高起重船作业过程的安全性,保障人身财产安全。本文以“海洋石油201”深水铺管起重船作为研究载体。首先,建立了起重船运动数学模型,结合起重船的特点,分别对起重机、起重物、压载系统进行建模。然后分析起重作业时,他们对于起重船模型参数的影响。针对起重船模型参数不确定性和未知环境扰动特点,设计动态面自抗扰控制器。本文结合动态面控制算法和自抗扰控制技术,设计动态面自抗扰动力定位控制器。仿真实验显示,在该控制器作用下,起重船能够无超调实现定位目标,在作业过程中能够抵抗模型参数的不确定性和未知环境扰动的影响,保证了定位精度,提高了起重船作业过程的安全性。针对起重船负载定位过程中,起重船与平台近距离接触的特点,设计基于改进人工势场法的避碰控制器。本文首先考虑起重船靠平台作业过程中,起重船和平台形状对避碰的影响,为更接近实际工程情况,特别将起重船和平台近似等效为椭圆和圆形。然后利用数学工具,推导出起重船与平台最近距离公式。最后基于人工势场理论,通过p次可微阶跃函数改进人工斥力场势函数,实现负载定位过程中起重船与平台的避碰。仿真结果表明,在该避碰算法作用下,起重船与平台实现了避碰,保障了起重船负载定位过程的安全。