海洋中蕴藏着丰富的资源,伴随着人类对海洋资源开发和探索的热情越来越高、步伐越来越快,使得海洋装备和海洋工程技术的应用日益发展,动力定位系统作为高科技含量的海洋装备对人类探索开发海洋起了重要作用。动力定位系统已逐渐成为船舶海上作业所必备的支撑系统,它主要应用于船舶的定位作业、海底管道及电缆铺设、海上救援等工程领域。动力定位系统可以给执行机构发送控制指令,进而能够使船舶保持在固定位置或航向上。测量传感器作为动力定位系统的一个重要的组成部分,其性能将直接影响系统的控制精度与可靠性。本文围绕传感器的可靠性这个课题,对传感器的故障诊断方法和容错控制方法展开深入研究,研究内容主要包括以下几个方面:首先,建立船舶三自由度运动学与动力学的模型以及风、浪、流干扰模型以便反映船舶在外界环境干扰下的运动特性。通过操纵性仿真试验给出船舶模型,并验证了船舶的模型的准确性。其次,针对动力定位系统的测量系统中可能出现的故障类型、故障表现以及故障的数学模型建立等问题。通过这部分的介绍能更好的对传感器故障诊断部分的故障类型设置以及分析提供依据。再次,本部分将讨论动力定位系统的传感器故障诊断方法,介绍基于数学模型的故障诊断方法的原理,为开展故障诊断提供理论依据。将基于有限脉冲响应滤波器理论的故障诊断方法引入船用罗经的故障诊断中,该方法稳定可靠,有效的提高了船用罗经的故障识别率和检测率。最后,针对动力定位系统的传感器容错控制问题,在标称控制回路中构造故障重构控制回路;通过设计重构装置的方式,使得故障传感器与重构模块共同的输出等同于正常传感器的输出,进而实现容错控制;基于虚拟传感器设计理论,设计虚拟传感器重构算法,在没有扰动的情况下满足强重构目标和弱重构目标;考虑一阶波浪力对传感器的影响,设计鲁棒滑模虚拟传感器实现传感器故障后的系统容错控制。增加了传感器容错控制的稳定性,通过仿真验证了该方法的有效性。