推进系统和控制系统均是动力定位系统(Dynamic Positioning System，DPS)的核心子系统，推进系统主要包含全回转推进器、变螺距推进器、侧向推进器和舵等，运动控制系统主要包含运动规划、导引、控制器和推力分配模块等。推力分配模块是连接高级控制系统和执行机构的关键环节，不但要考虑作业海况和作业任务要求，还要考虑到各种约束条件，如推进器回转禁止域、回转速率、推力极值、动力总线功率分配等，推力分配模块设计的是否合理，会直接影响动力定位系统的作业性能。本文以海洋石油286船为研究对象，搭建了一套完整的动力定位控制仿真系统，并设计DPS仿真模拟器，完成的主要内容如下:
　　1)首先，结合动量守恒原理、几何原理和经验公式法搭建船舶水动力学、运动学和环境载荷模型，并根据DPS分析报告修正相关系数;其次，以286船安装的FS3510全回转主推进器为研究对象，搭建了一种全回转推进器回转动力学系统异步控制频率仿真模型，提出了一种快速跟踪目标方位角的控制方法;通过仿真分析不同目标方位角时，推进器的回转方位角、角速度、液压系统的动态响应特性。然后，以286船主推进器的鼠笼式异步电机驱动螺旋桨旋转系统为研究对象，建立了一种变频器控制异步交流电机驱动螺旋桨动力学系统的数学模型;通过仿真分析了螺旋桨进速不变和变化时电机及螺旋桨负载的动态响应特点。最后，通过仿真分析得出推力分配数学模型中的推进器物理响应约束条件。
　　2)针对DPS的Joystick/自动混合控制模式，提出了一种PID控制技术和跟踪导引相结合的三种典型模式的控制方法，解决了Joystick/自动混合控制模式的三种路径导引律，设计了三种典型混合控制模式的运动控制器，搭建了Joystick/自动控制模式的动力定位仿真系统。通过数值仿真分析三种模式下的控制规律和船舶位姿，证明了手动与自动混合路径导引算法和控制方法的有效性。
　　3)建立在动力定位系统研究基础上，首先，设计一种时效性强的直接推力分配方法和一种伪逆推力分配方法，其次，提出了一种改善局部搜索能力的推力分配优化方法一起作用集法，考虑了推进器回转禁止域约束、最大/最小推力约束和回转速率约束;然后，针对286船用推进器的布置特点搭建一套完整的动力定位控制系统仿真模型;最后，在混合控制模式下，通过仿真对比分析基于三种推力分配算法的DPS的定位功能和推进器动态响应，并重点分析了起作用集法中惩罚项对分配偏差的影响，总结三种方法的优缺点。结果表明:直接分配法计算量小、稳定，但不适用于解决不等式约束条件;伪逆算法实时性强，针对角度固定的推进器分配效率好，但不适用于多目标优化;起作用集法可以充分考虑推进器物理响应约束条件，减少推进器的损耗，实时性也较强，是一种实用的推力分配方法。
　　4)运用Qtcreator软件设计UI，首先，运用动态链接库的模式搭建船舶动力定位系统框架，其次，将DPS各子系统模型编程为C/C++代码，根据DP操作手册设置API接口并调用相关动态链接库，最后，通过仿真验证DPS模拟器的控制性能和操纵性能，为动力定位模拟器的设计和工程应用提供了重要研究基础。