随着陆地与近海资源的日益紧缺,人类越来越注重深海资源的开发和探索,而船舶在深海环境下作业,动力定位系统是必要的支持系统。动力定位系统可以仅借助自身推力器来抵消外界环境干扰力,以维持一定姿态定位于预设的期望位置,或者沿预定轨迹运动的闭环控制系统。但作业中的船舶所处的深海环境十分复杂,船舶动态及所遭受到的环境扰动存在明显的不确定性。此外,船舶测量信号存在噪声、船舶速度难以精确测量。因此,针对船舶定位控制系统的问题进行研究,旨在延长推进设备的使用寿命及减少船舶能量损耗,增强动力定位控制系统的性能,从而提高船舶定位控制精度,主要研究工作如下:1、针对船舶动力定位系统测量信号附有高频信号以及船舶运动速度难以精确测量等问题,结合动力定位系统模型,设计了一个非线性无源观测器,并利用Lyapunov定理给出了全局稳定性证明。同时引入粒子群算法寻优观测器增益参数,解决了整定观测器未知增益参数的问题。该观测器既能有效的滤除高频运动成分,从附有测量噪声的输出中重建低频信号,又能够估计船舶运动速度及环境扰动力。2、针对动力定位船舶受到未知时变扰动作用的控制问题,在非线性无源观测器设计基础上,利用Lyapunov函数设计了一个非线性比例微分型控制律。通过非线性观测器的估计值反馈作用于比例微分型控制律,实现整个系统的闭环控制。所设计控制律的稳定性由Lyapunov理论和级联非线性系统得到证明。随后,为了进一步提高船舶控制系统的速度响应和控制精度,利用非线性无源观测器,积分环节和矢量Backstepping控制方法,设计了一个动力定位非线性鲁棒控制律。并应用Lyapunov定理证明了系统的全局稳定性。最后在Matlab/Simulink环境下,以一艘动力定位供给船为数值仿真实验对象,仿真结果表明:所设计的动力定位控制系统能够有效解决船舶测量值附有高频噪声、速度难以精确测量以及未知时变扰动估计等问题,使船舶在不同海况下能够准确定位于期望位置上,实现船舶精确定位。