本文以动力定位船舶为研究对象,运用迭代滑模方法、非奇异快速终端滑模方法、Backstepping技术、观测器技术和最小二乘支持向量机（Least Squares-Support Vector Machines,LS-SVM）非线性函数逼近理论等工具,开展船舶动力定位控制的深入研究,致力于解决船舶模型不确定、未知环境干扰、推进器故障、船舶速度未知以及环境最优艏向5个问题。主要研究工作包括以下几个方面:1.针对船舶动力定位滑模控制律存在严重抖振、较大系统静差的问题,提出一种基于迭代滑模的状态反馈控制律,该策略的表达式包含跟踪误差的比例项及微分项、滑模的积分项、已知的船舶状态以及滑模切换项的积分项,较好地解决了上述滑模控制律存在的问题。进一步考虑动力定位船舶速度不易测量的问题,设计一种不依赖于船舶数学模型的有限时间状态观测器,对船舶速度精确测量,保证观测误差在有限时间内收敛到零值附近。基于该状态观测器与迭代滑模面,设计船舶动力定位输出反馈控制律,利用Lyapunov理论证明了系统的稳定性。最后的仿真结果验证了有限时间观测器的观测能力以及输出反馈控制律的有效性。2.针对船舶动力定位滑模控制律的表达形式复杂,设计参数较多,以及严重依赖船舶数学模型的问题,基于迭代滑模面,提出一种简捷的、不依赖于船舶数学模型、考虑推进器模型的增量反馈控制律。仿真结果表明,该策略具有稳定性好、鲁棒性及适应性强的优势。其次,为防止推进器饱和甚至过载,以及减小推进器磨损和能量消耗,提出一种基于环境最优的增量反馈控制律。设计一种非线性迭代滑模面,通过滑模面参数的改变调整控制策略的输出,达到防止推进器饱和的目的。在“零功耗风标控制”（Zero Power Control-Weathervane,ZPC-W）艏向寻优算法基础上进行改进,增加横向控制力的微分项,保证在不增加系统超调的基础上,提高最优艏向的收敛速度。仿真结果验证了提出的控制策略及艏向寻优算法的优越性。3.针对滑模控制律和Backstepping控制律只能保证系统渐近收敛的问题,基于有限时间理论,将Backstepping技术与非奇异快速终端滑模面结合,设计一种基于Backstepping非奇异快速终端滑模控制律,提高系统的收敛速度,增强系统的稳定性。考虑未知环境干扰,利用自适应方法进行补偿控制,进一步减小系统的稳定误差,增强稳定性。4.针对模型不确定的船舶动力定位问题,基于非奇异快速终端滑模面,设计一种基于LS-SVM的非奇异快速终端滑模控制律。利用LS-SVM的逼近能力对模型的不确定项进行自适应估计,引入“最小参数”技术,将自适应参数的个数减少到一个,简化算法的复杂程度。仿真结果表明,与滑模控制律相比,提出的控制策略具有收敛速度快、稳定误差小及鲁棒性强的特点。5.针对未知环境干扰及推进器故障的问题,基于改进的非奇异快速终端滑模面,设计一种基于干扰观测器的船舶动力定位非奇异快速终端滑模容错控制律。与非奇异快速终端滑模控制律相比,该控制律增加了滑模的积分项,有助于提高系统的暂态响应能力及稳态性能。考虑未知环境干扰和推进器故障,设计一种有限时间干扰观测器,对环境干扰及推进器故障进行估计补偿,保证估计误差在有限时间内收敛。然后,将该观测器融入到控制律的设计中,利用Lyapunov理论证明系统的稳定性。仿真实验证明,与滑模控制律和非奇异快速终端滑模控制律相比,提出的控制策略具有收敛速度快、稳定误差小及鲁棒性强的优势。综上所述,本文主要对滑模控制律及非奇异快速终端滑模控制律进行改进,设计船舶动力定位非线性滑模控制律。将提出的控制律与观测器技术、LS-SVM逼近理论及艏向寻优算法等结合,解决了船舶速度不易测量、未知环境干扰以及环境最优艏向等问题,对推动船舶动力定位非线性控制的理论研究以及工程应用具有一定的参考价值。