随着对海洋资源的不断开发和利用,现已逐渐从浅海域向深海域跃进,伴随而来的是对海上作业的效率和对海洋资源开发的自动化程度提出了更高的要求。尽管船舶动力定位技术发展迅速,然而单艘船舶的作业能力毕竟有限,并且由于能源的限制,单艘船舶可作业的时间比较短。在实际应用中往往需要多艘船舶相互协调,共同完成某复杂任务。另外相对于单艘船舶,多艘船舶相互协调作业有着许多潜在的优势:可以提高作业的效率,具有容错性强和适应性强等优点。因此对多动力定位船舶的协调编队控制的研究具有重要的实际应用价值。本文围绕此热点性问题,针对多动力定位船舶的协调编队控制方法和船舶受扰动时的鲁棒协调编队控制方法展开深入地研究,其主要研究内容包括以下几个方面:首先,针对多艘动力定位船舶在无外界扰动下的协调编队控制,基于虚拟领航者的协调策略,应用无源同步控制理论,提出了一种基于虚拟领航者的无源协调编队控制方法。该方法是基于制导-控制的结构进行设计,其中制导系统是通过仿真虚拟船并设计相应任务的控制器,从而得到船舶协调作业时期望的位置和速度信息,控制系统则是应用无源同步控制理论设计船舶对不同作业模式通用的协调编队控制器,根据制导系统给出的期望信号得到相应作业模式下船舶的控制力输入,来驱动船舶形成期望的队形协同执行某作业,同时应用嵌套Matrosov定理来分析整个控制系统的渐近稳定性。最后通过仿真验证了所提的协调算法可以不需要全局通信仍能使船舶实现不同作业模式下的协调编队作业。其次,针对多艘动力定位船舶在更一般的有向非平衡通信拓扑图下的协调编队控制,应用无源性理论,提出了一种有向通信拓扑下的无源协调编队控制方法。该方法是在前面提出的基于虚拟领航者的无源协调编队控制方法基础上,将船舶的控制力输入分为镇定力和协调控制力两部分进行设计的,且该控制力要保证系统的无源性。同时结合有向强连通图的性质,基于李亚普诺夫稳定性理论对整个系统的渐近稳定性进行了分析和证明。进一步,在有向通信拓扑下分别设计了船舶协调定位、协调循迹和编队等常用的作业模式对应的协调控制器,并基于混杂系统理论实现了船舶在不同作业模式间的平滑切换,以满足船舶实际作业的需求。最后通过仿真验证了所提的协调编队控制算法和多作业模式下的混杂协调编队算法的有效性。再次,针对动力定位船舶受到未知定常海流干扰下的协调编队控制,基于虚拟领航者的协调策略,应用自适应反步法,提出了一种基于虚拟领航者的鲁棒协调编队控制算法。为了使所有船舶能够实现抗扰动的协调编队控制,通过仿真虚拟船作为领航者来确定每艘船舶的期望位置信息,并应用反步法对每艘船舶设计相应的非线性控制器,来保证船舶形成期望的队形协调作业。同时针对未知定常扰动,应用自适应控制技术对基于反步法设计的控制器进行再设计,实现对未知扰动的估计,最终保证船舶在海流干扰下仍能实现协调编队控制,整个系统的渐近稳定性是应用李亚普诺夫稳定性理论进行分析。最后通过仿真验证了所提的鲁棒协调编队算法的有效性。最后,针对动力定位船舶受到时变海洋环境扰动下的协调编队控制,将交叉耦合同步控制技术和反步滑模控制方法相结合,提出了一种基于交叉耦合同步的鲁棒协调编队控制算法。该算法应用交叉耦合同步控制技术来设计协调编队控制器,主要是使得船舶受到时变扰动仍能保持很好的协调性能。将交叉耦合控制进行改进,使其能够和反步滑模控制相融合,得到鲁棒的协调编队控制算法来实现对时变扰动的抵抗或补偿。由于该协调算法主要是通过定义相互之间的交叉耦合误差来消除其同步误差,从而实现协调控制,所以该方法可以推广到更一般的无领航者的协调编队控制,即所有个体的地位平等,而不需要强调谁起的作用比较重要。另外应用李亚普诺夫稳定性理论和图论的有关知识对整个系统的渐近稳定性进行了分析,并通过仿真验证了所提的鲁棒协调编队控制算法的有效性。