随着陆地石油及天然气资源的逐年减少，海洋所蕴含的丰富能源逐渐成为世界各国利益竞争的焦点。然而，我国深海平台在恶劣海况下进行作业时，平台的安全性往往得不到有效保障，这导致我国的深海开发能力受到严重制约。浮式生产储油卸油船(Floating Production Storage and Offioading，FPSO)是目前深海油气开发的主流平台。因此，本课题以深海FPSO为研究对象，针对FPSO的浮筒系泊系统理论建模和鲁棒安全定位控制展开深入研究，主要研究内容如下:
　　(1)考虑为后续定位控制理论的研究奠定基础，分别建立FPSO船体运动学和动力学模型、海洋环境载荷模型及浮筒系泊系统数学模型。首先，根据运动学和动力学原理，以北东坐标系和船体坐标系为基础，建立内转塔式FPSO的运动学和动力学模型;其次，给出一阶马尔科夫过程描述的海洋环境载荷模型;然后，采用悬链线法对系泊缆线微元进行受力分析，建立浮筒系泊系统数学模型;最后，通过仿真验证所建立的模型的合理性及引入后续动力定位系统对FPSO系泊定位进行辅助的必要性。
　　(2)考虑在恶劣海况下系泊缆线的安全性问题，分别设计出基于结构可靠性的反步定位控制器和动态面定位控制器。首先，为了便于后续考虑系泊系统安全性的定位控制器的设计，给出用来量化系泊缆线安全程度的结构可靠性因子;其次，提出一种基于结构可靠性导数的矩阵，并以该结构可靠性矩阵为基础，分别设计基于结构可靠性的反步定位控制器和动态面定位控制器;然后，根据李雅普诺夫稳定性理论，分别证明所设计的两种定位控制器作用下的闭环系统的稳定性;最后，通过仿真试验验证两种基于系泊缆线结构可靠性的定位控制器的有效性:不仅可以实现恶劣海况下定位控制器对FPSO自身系泊系统的有效辅助，而且还可以在保证系泊缆线安全的情况下充分发挥系泊系统的作用，但结构可靠性动态面定位控制器的安全性能更好。
　　(3)考虑FPSO运动时的系统不确定性问题，分别提出基于干扰观测器和在线构造模糊估计器的鲁棒结构可靠性定位控制器。首先，通过分析可知FPSO系统不确定性主要包含系统的内部参数不确定性和外界未知时变的海洋环境干扰;然后，采用一种非线性干扰观测器估计未知干扰，并结合之前设计的结构可靠性动态面定位控制器，设计一种基于干扰观测器的鲁棒结构可靠性定位控制器，运用李雅普诺夫稳定性理论证明整个闭环系统的稳定性，并通过仿真验证所设计的基于干扰观测器的鲁棒结构可靠性定位控制器的有效性;最后，设计一种可以根据当前FPSO的位置和速度信息实时调整模糊系统结构的在线构造模糊估计器对系统的不确定性进行估计，基于此设计一种鲁棒结构可靠性在线构造模糊(Robust Structural Reliability-based Online Constructive Fuzzy,RSROCF)定位控制器，并根据李雅普诺夫稳定性理论证明整个系统的稳定性，同时也通过仿真验证所设计的RSROCF定位控制器的有效性。
　　(4)考虑FPSO执行机构的输入饱和特性，设计一种可以量化输入饱和对系统影响的动态辅助系统，基于此系统设计出能够同时处理FPSO系统不确定性和输入饱和特性的RSROCF抗饱和定位控制器。首先，分析FPSO的执行机构输入饱和特性，并通过仿真验证在恶劣海况下输入饱和对FPSO定位的影响;然后，设计一种可以定量地表征输入饱和对系统影响的动态辅助系统，并在此基础上设计结构可靠性抗饱和定位控制器，运用李雅普诺夫稳定性理论证明整个闭环系统的稳定性，且通过仿真试验验证该结构可靠性抗饱和定位控制器的有效性;最后，结合RSROCF定位控制器，设计出能够同时处理系统不确定性和输入饱和特性的RSROCF抗饱和定位控制器，通过李雅普诺夫稳定性理论证明整个系统的稳定性，并通过仿真试验验证RSROCF抗饱和定位控制算法的有效性。