船舶动力定位系统因其在保持航迹和保持位置上较传统的锚泊系统有突出优势,被广泛的应用在商用船舶、科考船、海上石油钻井平台、水下机器人以及军舰中。随着对深水和超深水海洋的勘探开发不断深入,对船舶动力定位精度的要求也日益提高。论文结合PID控制、模糊控制、粒子群优化算法等对船舶的动力定位控制问题展开研究。研究了固定坐标系和船体坐标系之间的转换问题,根据刚体运动理论推导了船舶6自由度运动数学模型,并在此基础上简化得到船舶3自由度运动数学模型,最后建立了风、浪、流干扰力模型。根据得到的船舶3自由度运动数学模型和船舶对象参数,推导了船舶对象传递函数。针对船舶对象的运动特性设计了双闭环的定位控制系统,内环采用常规PID控制器或模糊PID控制器对速度进行控制,外环采用带限幅的比例控制器对位移进行控制。设计了模糊PID控制器,分析了模糊PID控制器的工作原理,确定了模糊论域与隶属度函数,制定了模糊控制规则。在MATLAB环境下对基于模糊PID控制器的船舶动力定位系统和基于常规PID控制器的船舶动力定位系统进行仿真对比,验证了模糊PID控制器在系统定点定位和抗干扰方面的有效性。针对模糊控制器参数整定困难的问题,论文采用改进粒子群算法对船舶动力定位系统的模糊PID控制器的模糊参数进行寻优。在标准粒子群算法的基础上提出一种改进的粒子群算法,该算法的主要策略是对粒子进行进化状态估计以改变种群规模大小;根据粒子的适应度值自适应更新惯性权重、学习因子,并通过局部最优适应度值和全体最优适应度值的更新状态来判断粒子进化状态是否正常,对粒子重新初始化,增加群体的多样性和收敛速度。论文对基于改进粒子群算法优化的模糊PID控制器的船舶动力定位系统进行仿真。仿真结果表明,优化后的模糊PID控制器比常规PID控制器和未优化的模糊PID控制器在定位过程中具有更强的抗扰动能力。