海上航行补给是对船舶或在远海作业的平台所消耗的物质,如燃油、食物、淡水等进行补给。在现代化的战争中,海上补给作为海军后勤保障的重要组成部分,已经越来越受到世界各国海军的重视。海上补给要求在复杂的海洋环境以及补给装置等干扰的情况下,补给船与接收船保持同向、同速的同时还要保持一定的安全补给距离,并进行补给作业。本文以具有动力定位系统的补给船为研究对象。首先基于分离型建模的思想,建立了补给船水平面三自由度操纵运动的数学模型以及风、浪、流等的环境干扰力数学模型,并基于弹性力学的相关理论,建立了高架索补给装置的干扰力数学模型,计算了在补给点和接收点处的索道拉力,分析了索道的最大挠度,对货物在索道上的运动特性进行了初步的研究。其次,由补给船的操纵运动方程推导得到简化合理的补给船低频运动模型和高频运动模型,并采用卡尔曼滤波的方法将补给船的低频信号与高频信号进行分离,得到便于控制的低频信号。然后再根据补给船低频运动的数学模型推导出广义预测控制所需要的预测模型。最后,对补给船与接收船在补给过程中的船位情况进行分析：在补给船从远处航行靠近接收船阶段主要采用广义预测自适应控制的方法控制补给船的艏向,使补给船快速靠近接收船；在补给船与接收船并行阶段和货物补给阶段采取多变量广义预测控制的方法控制补给船的船位。通过VC++和MATLAB仿真实验,验证了航向广义预测自适应控制算法比自适应PID航向控制算法的跟踪控制效果好,同时验证了基于多变量广义预测控制方法所设计的控制器可以在补给过程中对补给船的船位进行有效的控制,保证补给作业安全顺利地进行。