随着人们对海洋能源的开发探索向着深海海域迈进和深海空间技术的发展以及多种特定功能船舶、海洋工作平台的出现,对船舶保持设定位置以及以某种设定航迹航行的需求也就越来越大。考虑到可行性、成本以及精确度的关系,传统的船舶控制方法无法适应新时期海工作业的需要,而动力定位系统却可以满足这样的需求。动力定位系统由测量系统、控制系统以及推力系统组成,控制器是动力定位系统的核心,本文以设计基于预测控制的动力定位控制器为目标,主要研究了以下几部分内容:首先,建立了两种描述船舶运动的坐标系以及船舶运动的低频简化模型,并通过谐波振荡器模拟了船舶运动的高频模型。同时,通过经验公式,将风、二阶波浪力、流对船舶的干扰分解成船舶三个自由度方向所受的干扰力和力矩。其次,设计了一种基于UKF和PF融合算法的动力定位状态观测器,相比于传统观测器使用EKF和UKF,该融合算法在模型参数失配的情况下也具有良好的状态估计精度。再次,设计了一种自校正的模型预测控制器,该控制器可以在船舶模型失配的情况下仍有良好的控制效果。该控制器的设计,摒弃了传统控制器速度控制中直接给速度加上小的上限值以减少超调的设计模式,在滚动优化中加入了船舶位置变化项,使得受控船舶可以先快速接近,再缓慢到达设定位置,从而实现减小或者消除控制过程中超调的目的。最后,本文利用一条近海航标船模型在水池中对预测控制器的控制效果进行了验证。试验验证了滚动优化过程中位置偏差权值以及位置变化权值对船舶模型运动的影响,权值设置规律与设计一致;在静水下,分别验证了该控制器在船舶模型匹配以及模型失配下的控制效果,试验结果表明在这两种情况下,该算法的控制效果都能够满足设定要求。