我国是海洋大国,拥有广泛的海洋战略利益。随着我国经济的快速发展和对外开放的不断扩大,国家战略利益和战略空间不断向海洋拓展和延伸,海洋事业逐渐成为国家发展的重要组成部分。在此背景下,各类海洋工程装备得到快速发展。动力定位船舶具有定位精度高、灵活性好和定位不受海洋深度限制的优点,因此,在海洋工程作业中得到了广泛应用。然而,船舶系统在信号传输和舵的执行过程中存在时滞现象。同时,船舶推进系统由于物理限制,其为船舶提供的控制力和力矩会受到饱和约束。此外,动力定位船舶还需要满足即时控制需求。介于上述原因,研究动力定位船舶在时滞和饱和约束下的有限时间问题尤为重要。本文以船舶动力定位系统为研究对象,使用滑模和有限时间等控制方法,进行船舶动力定位系统控制器设计,给出了符合实际、更为有效的有限时间控制策略。主要研究内容分为如下4个方面:(1)针对船舶系统中存在的推进器输入延时问题,建立了船舶时滞系统等效模型。考虑外界干扰及参数估计的不确定性,采用双环积分滑模控制,并结合有限时间方法提高了系统的鲁棒性和抗干扰性能,减少了系统稳定所需要的时间。基于Lyapunov-Krasovskii(L-K)泛函方法设计了船舶时滞系统有限时间控制器,并给出系统稳定时控制增益选取条件。(2)为了提高系统的稳定性,通过幂次积分方法设计了等效模型。然后,基于Lyapunov函数方法,得到了系统的有限时间稳定结果,并给出了控制器设计过程。同时,为了使得到的结果具有更广泛的应用,还提出了一种自适应控制方案。(3)研究了一类具有干扰、时滞和执行器饱和的船舶动力定位系统有限时间稳定和有限时间鲁棒控制问题。通过对角线矩阵方法对执行器饱和项进行替换,减少执行机构物理限制对输出的影响。基于构造的几种特定形式的L-K泛函,获得了船舶时滞系统镇定结果。此外,还给出了几种鲁棒控制结果。(4)为了验证控制算法在实际系统中的有效性,进行了船舶模型实验设计及验证工作。首先选择合适的船舶模型,针对推进器的选用及布局进行了部分改造工作。然后设计了定位系统,重点是定位模块的数据读取及配套软件的调试。最后,对系统进行了软件部分的设计,其主要功能是接收船上发送的观测数据,将得到的数据使用合理的算法计算出控制量,再向船发送控制命令。综上所述,本文以实际海洋工程为背景,考虑系统非线性特点以及船舶航行时所遇到的实际问题,针对船舶动力定位海上生产的即时控制需求,研究符合真实海洋工程下的船舶系统有限时间控制器,提高了系统的定位精度,抗干扰能力和收敛速度,具有重要的理论意义和实际应用价值。