随着我国“海洋强国”战略的提出和南海油气田的发现,我国海洋工程逐渐向深海远海延伸,建设海洋强国必须发展海洋装备。LNG船是运输液化天然气的海洋装备,液舱在没有充满时,船舶的运动会引起液舱内液体的晃荡,晃荡力较大时能够破坏舱壁结构,甚至影响船舶的运动。海洋中的环境力也会对船舶的运动产生干扰,为了抵消这些扰动,动力定位系统作为海洋工程中的关键技术及核心装备就应运而生了,它的研究和发展也显得极为迫切和必要。本文以LNG船作为研究对象,围绕着其液舱晃荡问题和动力定位控制系统开展研究。首先,构造了LNG液舱晃荡的等效单摆力学模型。利用流体力学理论推导了LNG液舱中液体晃荡产生的力和力矩,建立等效单摆模型,利用等效原则和数值解法求解等效单摆模型参数。通过对比有限元分析结果和等效单摆模型结果,证明了所提出的等效单摆模型的有效性。其次,建立了考虑液舱晃荡的动力定位系统的数学模型。首先根据动力定位仿真系统的需求,建立了水面上船舶三自由度的船舶运动学方程,并将液体晃动等效单摆力学模型整合入船体动力学模型中,整理为整船动力学模型。将液舱晃荡考虑入动力定位仿真系统中,同时建立了仿真所需要的海洋环境数学模型。接着,构建了神经网络前馈控制器,并将其应用在船舶动力定位控制系统。利用船舶动力学模型生成训练数据,训练神经网络控制器。在Simulink中搭建仿真模块,在不同环境工况下验证神经网络控制器性能。最后,构造基于子空间辨识的模型预测控制器,将其引入到船舶动力定位系统。利用子空间辨识的手段对船舶运动学状态空间方程中的参数进行了辨识。根据状态空间方程构造性能指标函数,搭建模型预测控制器。在不同工况下对控制器性能进行仿真,分析了其结果,并将子空间模型预测控制与神经网络控制器的性能进行对比。本文将液舱晃荡问题引入到船舶动力定位系统的设计中,构建了LNG液舱晃荡的等效力学单摆模型,将其整合入船舶动力学方程,考虑了液舱晃荡对船舶运动的影响。设计了基于子空间辨识的模型预测控制器,在不同工况下仿真,提出了考虑液舱晃荡影响的动力定位系统仿真方法,通过与神经网络控制器对比证明了子空间模型预测控制器控制性能的优越性。