动力定位控制的研究热点一直围绕着船舶如何能够在复杂海况下保持良好的控制效果而展开。动力定位控制首先需要准确的船舶运动数学模型,而水动力导数是船舶运动数学模型的重要组成部分。目前,求取水动力导数的方法主要有船模物理水试验法、经验公式估算法和基于CFD的数值模拟方法。物理水池实验获得水动力参数的方法,试验周期长、费用高,且具有尺度效应,而经验公式估算方法受船型制约,误差较大。基于CFD的数值模拟试验方法,由于其试验周期短、成本低、能够获得全面精确的流场信息等优点得到了迅猛的发展。因此,本文采用CFD方法来进行约束船模试验的数值模拟,围绕船舶运动数学模型的建立和动力定位控制问题,主要开展了以下几个方面的工作:首先,建立动力定位船舶三自由度运动数学模型。基于Fossen建模的思想,并结合动力定位船舶低速作业的特点,在一般船舶动力学模型的基础上进行进一步的简化,最后得到了一种可供本文使用的相对简单却又不失合理性的船舶动力学模型,并在此基础上得到了动力定位船舶三自由度数学模型。其次,为了求取船舶水动力参数,进行了基于CFD的约束船模试验的数值模拟。针对目标船舶建立了三维几何模型,并按1:20对船模进行缩尺。为了便于数值模拟计算,本文采用了 ICEM CFD前处理软件对船模及其流体域进行网格划分。在此基础上,以FLUENT软件为仿真平台,对某水面船进行了直航试验、斜拖试验以及旋臂试验的数值模拟计算,得到水动力及力矩值,并采用最小二乘法将计算结果进行线性回归,得到相关的水动力系数,通过与试验数值对比分析和船模仿真验证,验证了数值方法的有效性和模型的正确性。最后,设计了动力定位控制器。针对CFD数值模拟计算得到的船模参数存在一定的误差和外界环境干扰未知的动力定位问题,本文将反步法控制原理与RBF神经网络相结合,设计出一种不依赖船模参数的自适应动力定位控制器,逼近船模中的非线性部分并对外界环境干扰进行自适应估计。