中国各海域油气项目的开发，需要大量的海上工程配套设施的供应。我国海洋工业开始于上世纪60年代，目前，很多设备的使用寿命已经到期。以上提出的两种因素导致了起重船的需求量大增。起重船是装有动力定位系统的特种作业船舶，主要负责海上建筑的安装和建造，是海上工程设施建造过程中不可或缺的重要部分。起重作业时需要大量的人力资源，并且在起重操作过程中可能发生人员伤害问题，安全问题是起重操作的重中之重。良好的动力定位控制系统能够提高定位精度，保证起重船作业时船舶的平稳性和安全性，提高作业效率。本文以海洋环境（海风、海浪和海流）扰动模型为基础，建立起重船运动数学模型。分析了起重作业对船舶运动的影响，将起重船作业分为四部分，分别为起重船空载定位、起重船负载起吊、起重船负载旋转、起重船负载下放。针对起重船作业的特点，在起重船水平面三自由度模型的基础上，研究了起重船作业时纵摇运动和垂荡运动的数学模型。给出无源非线性状态估计器设计的前提条件，应用无源非线性状态估计器，估计了起重作业时船舶运动低频位置、艏向和速度量，并对其稳定性进行分析。无源非线性状态估计器所得出的低频估计值作为控制器的输入，以减少控制输出的高频振荡。大负载起重作业会对船舶运动产生较大影响，导致船舶数学模型中的部分参数发生变化，影响了动力定位控制精度，针对这一问题，本文基于李雅普诺夫稳定性理论，采用自校正控制在线修改参数的能力，设计了基于时变模型的最小方差自校正起重船定位控制器，采用前馈方式抑制垂荡运动减少其引起的船舶水平面震荡，将纵摇运动作为外界扰动量通过反馈回路进行补偿，实现了高精度动力定位控制。本文用MATLAB软件编制起重船作业时动力定位控制方法仿真程序。通过仿真试验，验证了起重船运动数学模型，通过对三自由度模型和五自由度模型自校正控制方法的比较，分析研究了起重作业对船舶动力定位的影响，并验证了带有无源估计器的自校正控制器在起重船定位系统中能较好的控制船舶位置和艏向，控制效果显著。