随着水上航行器在海上作业的要求不断提高，传统的控制算法已经无法满足水上航行器动力定位(Dynamic Positioning—DP)系统在复杂海况下的工作要求，本文以水上航行器的动力定位系统为研究对象，主要设计一种比较通用的算法能够解决它在多种海况条件下的应用问题。本课题依托江苏省科技厅高新技术研究项目—“海洋工程船舶动力定位系统关键技术研究与应用”，以某大型耙吸挖泥船为参考模型，针对设计的算法进行了操作测试，并取得了比较理想的效果。本文具有明确的研究方向和使用价值，其主要内容包括如下几个方面：鉴于水面船舶与水上其他浮式结构的动力定位系统具有基本相同的模型，本文从宏观的角度对水上航行器的动力定位系统进行数学建模，分别分析了其低频运动模型和高频运动模型，还对环境干扰作用的三个主要因素—风、浪、流的模型方程进行了构造，列出了它们的干扰力和力矩的常用计算公式。针对观测器部分，分别基于三种典型海况设计了三种滤波算法。采用二阶低通滤波器可以滤除平静海况下船舶的高频干扰和噪声；采用卡尔曼滤波器可以有效估计出船舶的航速，避免了信号振荡频繁的问题，为船舶其他未知参数的计算提供了参考作用；采用非线性观测器则可以准确估计出船舶三个自由度方向的位置。针对控制器部分，也分别在三种典型海况的环境条件下设计了三种控制算法。其中积分分离PID控制器能够实现船舶的低速航迹保持功能；模糊自整定PID控制器对自动舵系统的舵角能够实现良好的控制；加速度反馈控制器可以解决恶劣海况下船舶的精确定位问题。最后对动力定位系统混合控制进行了算法设计与仿真，使得船舶可以在三种典型海况下保持正常作业状态。首先建立起动力定位系统混合控制的结构框图，接着研究了基于观测器和控制器的切换方法，然后采用时滞开关逻辑算法既可以保证切换系统的稳定性，又可以防止系统预测误差变大的问题发生，最后利用某工程船舶进行测试，基本能够实现船舶在多种海况下的DT航迹跟踪功能。本文对今后海洋工程船舶的动力定位系统研究具有一定的参考价值。