随着世界人口的增加、经济的迅速发展,人类对陆地资源的消耗日益加剧,陆地能源短缺问题越来越突出,开发和利用丰富的海洋资源具有越来越重要的现实意义。随着海洋开发不断向深海远海进军,传统的锚泊定位系统已经不能满足定位作业的要求,这促使了动力定位系统的产生。70年代后期,在工业过程领域内出现了一种新的控制算法,即预测控制算法。预测控制算法的飞速发展为动力定位控制器的设计提供了新的途径。船舶动力定位系统是一个多输入多输出的闭环控制系统。动力定位船舶会受到不确定海洋环境扰动的影响,无法建立精确的船舶运动数学模型。预测控制具有对模型精度要求不高、响应速度快和鲁棒性好等优点。本文首先推导出船舶水面三自由度运动数学模型,并建立了海洋扰动力模型。然后,在考虑海洋扰动未知的条件下,针对动力定位船舶艏摇角度变化较小情况,应用动态矩阵预测控制算法设计船舶动力定位控制器。进一步,针对动力定位船舶艏摇角度变化任意大情况下的动力定位问题,引入自校正技术,应用广义预测控制设计船舶动力定位控制器。以一艘供给船为例在Matlab/Simulink环境下分别对上述控制器进行仿真,通过仿真结果分析验证了所提出的控制方案的有效性。最后,本文应用Creator软件创建动力定位船舶和钻井平台三维模型,利用Vega构建虚拟仿真海洋环境,基于此,通过VC与Matlab混合编程实现动力定位三维仿真平台的开发,并以基于广义预测控制的船舶动力定位控制器为例在该平台上进行了三维仿真。