随着人类对海洋探索的不断深入,探索范围逐渐向深海迈进,人们对深海作业船舶的定位系统研究也逐渐加深。传统的锚泊定位已不能满足深海作业的需要,因此新的动力系统逐渐广泛地应用于各种船舶及平台,其中船舶动力定位问题研究具有重要的理论意义和应用价值。控制系统是动力定位系统的核心,本文主要对动力定位控制系统中的控制算法进行研究,并完成了以下几个方面工作:(1)讨论了分数阶控制与自抗扰控制原理,这是本文控制算法的理论基础。(2)建立了分离型船舶运动数学模型及船舶动力定位数学模型,考虑风浪流等扰动建立船舶所受干扰力模型。(3)结合分数阶微积分理论,设计分数阶PID控制器,并将其应用于船舶动力定位系统。通过与整数阶PID控制器对比分析可知分数阶PID控制器具有响应速度快,鲁棒性强,控制精度高等优点:在船舶动力定位系统中,理想海况下分数阶PID控制器能够更快的使船舶到达期望位置。(4)针对船舶动力定位系统中分数阶控制器参数多、调节复杂的问题,本文提出将混合粒子群算法引入到控制器设计中,对分数阶PID控制器的参数进行在线整定。仿真结果表明该算法在一定程度上避免了传统粒子群算法的缺陷,收敛速度更快;优化得到的控制器参数能够使控制效果稳定,控制品质提高。(5)为了更好的解决船舶动力定位系统中应对外界扰动问题,本文以分数阶微积分理论和自抗扰控制在理论为基础,将分数阶控制和自抗扰控制相结合,设计了分数阶自抗扰控制器,同时引入混合粒子群算法进行参数整定以求控制效果达到最优。分别以“海洋石油681”和“北海救115”两艘动力定位船舶被控对象进行仿真实验,仿真结果表明,优化后的控制器可使系统达到良好的稳定状态,控制精度高,响应速度快,抗扰性能增加。更换船舶模型后进行测试,控制效果依然良好。体现出本文设计的分数阶自抗扰控制器具有普遍适用性。