从“十六大”开始,国家对于海上装备技术给予了大量支持和持续关注,以及随着我国周边矛盾日益突出,使得建设海洋强国的理念在不断加强。建设海洋强国就必须发展海洋装备,DP系统作为海洋船舶、作业平台等海洋装备的重要技术之一,一直被研究人员重视和持续关注,也是本文研究的重要课题。本课题研究的重点是利用FOSSEN建模理论建立了船舶的完整数学模型,之后结合反馈线性化和MPC算法,设计了船舶动力定位控制器,最后通过仿真进行了验证,仿真结果表明该控制系统有效的完成了船舶的动力定位。本论文的整体框架是首先介绍了DP系统研究的现实意义、发展历程以及研究现状。通过这些介绍,我们能对于DP系统的整体布局以及相关技术有一个整体的把握,同时对于DP系统的工作流程以及原理方法有一定的了解。之后,本文通过对FOSSEN建模方法的研究,建立了完整的船舶非线性数学模型,包括运动学、动力学以及扰动力数学模型。在本文的第三章中,本文为DP系统设计了非线性估计滤波器,主要是为了解决船舶建模时出现的一些不可测状态以及处理扰动中的高频信号对于控制器的影响,同时本文对于各种形式的滤波器进行了优缺点的分析,并对本文设计的非线性估计滤波器进行了稳定性分析和证明。在第四章中我们对于本文所设计的DP控制器应用的理论进行了阐述,主要是反馈线性化方法以及MPC理论,分别介绍了针对于非线性系统控制的两种处理思路,并选择了反馈线性化的控制方法,同时对反馈线性化的原理和发展以及MPC的原理和特点都进行了详细的说明。最后本文基于上述建立的数学模型,设计了控制器,并进行了仿真证明,通过结果显示,本文所设计的DP控制系统满足设计要求。通过上述的一系列方法应用和理论研究,以及最后的控制器和估计滤波器的良好仿真结果,证明了设计的控制器能够实现对于船舶运动的动力定位,并具有良好的稳定性。通过对DP控制器的理论分析和仿真验证可以为后续实物实验节省大量的时间,同时对于后来的研究者对于DP系统控制方法的研究具有参考价值以及对于船舶DP控制系统的应用具有一定的应用前景。