中国各海域油气项目的开发,需要大量海上工程配套设施的供应。我国海洋工业开始于上世纪60年代,目前很多设备的使用寿命已经到期。以上两种因素导致起重船的需求量大增。起重船是装有动力定位系统的特种作业船舶,主要负责海上建筑的安装和建造,是海上工程设施建造过程中不可或缺的重要部分。起重作业时需要大量的人力资源,并且在起重操作过程中可能发生人员伤害问题,安全问题是起重操作的重中之重。由于风、浪、流等海洋环境的干扰及起重作业过程中吊物系统、驳船等的影响,起重作业船会产生一定的位置及姿态的偏移,影响作业的正常进行,甚至会威胁工作人员的安全。良好的动力定位系统可以协同起重作业过程来控制起重船,使其保持在期望的位置和姿态上进行安全作业。本文以“海洋石油201”深水铺管起重船为研究对象,在建立船舶运动所需的坐标系的基础下,建立了起重作业船的六自由度数学模型,并建立海洋环境模型,来模拟海风、海浪和海流对船舶六自由度的影响。同时,为了研究起重作业过程中起重船的横倾表现,建立了吊物系统模型及压载水舱模型。使用DIFFRAC与aNySIM软件对起重作业船的水动力系数进行辨识,与经验公式估算水动力系数进行对比,对建立的船舶模型进行验证与仿真,两种模型验证方法均验证了船模的正确性。并针对DIFFRAC与aNySIM的关键技术进行了具体研究,包括DIFFRAC软件输入参数及文件的获取与运行技术,aNySIM软件应用与仿真运行技术;aNySIM软件外部接口与二次开发技术;频域水动力系数转换为时域水动力系数的技术等。将起重船进行作业的过程大致分为起重船从驳船起吊负载,与起重船下放负载至一固定平台两个过程,其中重点研究起吊重物过程,并对整个作业过程的起重船、驳船、吊钩及吊物进行了六自由度运动响应仿真。进而分析作业过程对起重作业船的影响,为使仿真更具有实际意义,考虑了海洋环境干扰下起重作业的影响。最后对起重作业船进行动力定位控制器设计,使在有环境干扰下,起重作业船仍然可以自动达到目标位置并保持稳定的位置及姿态,以保证可以进行安全起重作业。