动力定位控制是实现船舶高精度海洋作业的一项关键技术。在动力定位船控制系统中，由物理特性限制所造成的约束问题往往会导致动力定位船的控制性能下降，是影响高性能海洋作业的核心问题，也是制约动力定位船控制方法应用于实际工程中的瓶颈。本课题针对动力定位船控制系统中物理特性限制所带来的时滞约束、输入饱和约束、速度不可测约束以及不确定性约束问题，在考虑各类约束问题对动力定位船控制性能影响的前提下，设计出一系列控制方法，从而实现动力定位船高性能的定位或者轨迹跟踪控制。本文的主要研究内容如下:
　　(1)针对动力定位船推进系统推力生成速度限制造成的时滞约束问题，提出了一种有限时间暂态H∞定位控制方法，保证动力定位船在时滞约束的影响下，能够在包含初始时刻的预设作业时间内定位于期望定位点附近，并且在定位过程中满足预设的作业状态要求。所设计的控制方法弥补了Lyapunov方法无法定量分析在包含初始时刻的预设作业时间内动力定位船运动状态的局限性，消除了传统H∞控制对于初始状态为零的假设条件，减弱了作业时间内动力定位船的振荡;此外，对于有限时间稳定理论进行了研究，提出了一种改进的有限时间稳定分析方法，缩小了被控对象预设时问内运动状态的范围，降低了传统方法的保守性。
　　(2)针对动力定位船推进系统所提供推力限制造成的输入饱和约束问题，提出了一种基于干扰观测器的鲁棒自适应双回路超前抗饱和轨迹跟踪控制方法，保证动力定位船在输入饱和约束的影响下，以较小的计算负担，稳定精确地跟踪到期望轨迹，并且超调量较小。首次研究了六自由度动力定位船运动模型化简为三自由度运动模型过程中产生的非匹配干扰问题，提升了动力定位船的轨迹跟踪精度;同时，通过集成不同性能的抗饱和补偿器，提出了一种改进的双回路超前抗饱和控制方法来处理动力定位船的输入饱和问题，相对于传统抗饱和控制，进一步降低了动力定位船在初始跟踪阶段的超调;此外，应用动态面技术有效解决了复合跟踪控制方法计算负担过重的问题，使得所设计的控制方法易于工程应用。
　　(3)针对动力定位船传感器成本和精度限制造成的速度不可测约束问题，提出了一种基于有限时间收敛状态观测器的自适应滑模输出反馈轨迹跟踪控制方法，保证动力定位船在速度不可测约束与输入饱和约束的影响下，能够快速跟踪到期望轨迹。提出了一种连续有限时间收敛状态观测器来解决动力定位船速度不可测的问题，提高了传统动力定位船状态观测器的收敛速度，避免了滑模观测器的抖振问题;同时，为动力定位船设计了自适应滑模输出反馈轨迹跟踪控制器，减弱了动力定位船在轨迹跟踪初始阶段中的振荡，并使其具有更快的收敛速度;此外，所设计的标称自适应滑模输出反馈轨迹跟踪控制器避免了传统滑模控制器的抖振问题，保证了未触发输入饱和约束情况下动力定位船的跟踪精度。
　　(4)针对动力定位船物理特性信息限制造成的不确定性约束问题，在此基础上考虑时滞、未知输入饱和以及计算负担等多重约束下动力定位船沿预设轨迹跟踪至定位点的跟踪控制问题，提出了一种基于最小参数学习的动力定位船鲁棒自适应神经网络跟踪控制方法，保证动力定位船在时滞约束、未知输入饱和约束以及不确定性约束的多重约束影响下，能够以较小的计算负担，沿着期望轨迹跟踪至期望位置。通过基于最小参数学习的径向基神经网络逼近动力定位船中的未知参数，解决了“维数灾难”和“计算爆炸”问题，使得控制方法结构简单、计算负担小、易于工程实现;同时，通过选择合适的Lyapunov-Krasovskii函数补偿了动力定位船状态延迟对于跟踪性能的影响;此外，通过鲁棒自适应技术对未知海洋环境干扰、未知输入饱和约束以及神经网络的逼近误差进行估计补偿，不仅弥补了抗饱和控制无法处理未知输入饱和约束问题的局限性，减弱了跟踪初始阶段由于饱和约束所引起的动力定位船的振荡，也降低了由于神经网络估计所引起的动力定位船跟踪误差，提高了动力定位船的跟踪精度。