随着海洋开发的作业水深逐渐增加,动力定位系统对深海船舶和平台来说具有十分重要的工程价值。针对深海作业的浮式平台,一种新概念深海沙漏型浮式平台近期被提出用以解决传统船型和圆筒型FPSO/FDPSO的性能局限。前人已经从结构优化、强度校核和系泊方式等方面对该平台进行了详细的研究,但尚没有人研究该平台的动力定位系统。因此,结合国内外已有的动力定位系统研究成果以及沙漏型浮体模型的水动力特性,本文将主要对沙漏型浮式平台的动力定位系统进行研究及设计。(1)对沙漏型浮式平台动力定位系统中的监测系统进行了研究。基于卡尔曼滤波技术和沙漏型浮体模型的水动力参数,建立适用于沙漏型浮式海洋平台的动力学模型。在此基础上,重点讨论过程噪声和观测噪声对卡尔曼增益值的影响,通过分析验证了本文滤波器模型在噪声过滤和高低频运动分离方面具有较好的效果。(2)结合沙漏型平台的外形特点和定位指标要求进行了推力系统的方案设计,其中主要讨论了推力系统的型式、传动策略和布置方案,基于CFD数值模型和算法模拟螺旋桨流场和敞水性能,进而根据品质系数优选螺距比1.0。在基础上,对推力系统的干扰进行了分析讨论,包括推进器和传动装置、以及浮体及推进器之间的干扰。通过数值模拟发现,传动装置对螺旋桨运行性能的影响不大,此外两推进器在同一直线时产生明显的干扰,随着螺旋桨距离的增加,推力损失率逐渐降低。(3)基于新型推进器的敞水性能和干扰效果,结合沙漏型浮体的水动力特性进行推进器动力定位时域模拟。在沙漏型浮式平台的动力定位模拟流程中,在PID控制模型的基础上,在推力系统分配方案中将推进器与浮体之间的干扰进行了曲线拟合,并得出以最低能耗为标准的目标函数以及相应的约束条件,最后通过罚函数法对总推力进行分配,进而实现沙漏型浮式平台动力定位系统特性的时域数值模拟。(4)在上述沙漏型浮式平台动力定位策略和算法研究的基础上,对动力定位系统的硬件搭建进行了研究。首先,研究了电机结构、工作原理、驱动技术以及RapidECU控制系统的软硬件系统。然后,在此基础上,分别对步进电机、伺服电机和传感器进行了实时控制研究,根据传感器输入和电机输出提出了一种完整的控制思路,从而为实际工程中沙漏型浮式平台的动力定位系统设计和搭建提供参考。