随着人们对海洋资源开发需求的增加,动力定位系统受到越来越多的关注。控制技术是动力定位系统的核心,其性能的好坏直接影响到船舶或平台海上定位的精确性、稳定性和操纵性以及能耗问题。随着时代的发展,人们对节能环保意识的提高,绿色控制日益受到重视。本文主要针对动力定位系统能耗问题,结合环境最优艏向和自动区域控制两种绿色控制思想,设计了基于环境最优的自动区域控制器。整个自动区域控制过程包含两个步骤,首先从较远的初始点运动到安全区域的中心点,然后在安全操作区域进行自动区域控制,实现节能环保的目标。针对这两个步骤,本文设计了完整的自动区域控制器。本文的主要工作内容包括:(1)针对从较远距离初始点到达自动区域控制中心点阶段,采用传统PID控制存在控制输出易出现快速饱和且控制参数较难调整至最优问题,设计出三种不同的参考轨迹PID控制器。通过仿真和实验对三种控制器效果进行比较,验证了基于参考轨迹PID控制器的有效性。(2)针对自动区域控制需要提前对未来状态进行预测问题,设计了基于增量式状态空间模型预测控制器,并结合无源观测器使当前状态可观测并估计当前环境力,在模型预测控制中考虑各种推力约束,引入二次规划方法求解最优的控制输出。通过仿真表明了模型预测控制器与PID控制器对比的优势,并验证了无源观测器的观测能力和估计环境力能力以及模型预测控制器在缓变环境力情况下的有效性。(3)针对长期定点定位能源消耗问题,基于Green DP的思想,设计了基于环境最优的自动区域控制器,结合环境最优艏向和自动区域控制两种绿色控制思想,将区域划分为安全工作区、环境最优补偿区和模型预测控制区。分别在海况缓变和剧变时进行了定点定位和自动区域控制的仿真实验,通过四组仿真实验对比验证了该自动区域控制器在不同海况都能保证船舶的安全作业,且具有节能减排的优点。