由于地上资源的紧张,人们把能源的探索与开发转向于海洋这个富有的宝库,因此二十一世纪被称作海洋的时代,在这样的大背景之下人类对海洋能源的探索与开采等海上作业越来越频繁,但是海洋对于人类来说也是非常危险的区域,如战争遗留下来的如水雷等危险物未得到有效的排除,给海上活动的人们的生命和财产带来巨大的安全隐患。在探索和扫除危险物时,在进行定位控制时若使用传统的锚泊方式,当水深逐渐增加时系统中使用的锚链长度增加,同时为了抵抗环境干扰力的作用其强度也要相应的增加,从而使得成本变高;在抛锚时操作起来也会变得比较困难,使海上作业更加复杂,大大的限制了船舶的定位能力从而不能满足其在深海区域作业时定位所需的要求。因此面对这种海上作业时更多的是采用动力定位(Dynamic Positioning,DP)船来解决锚泊系统所带来的种种问题,由于动力定位船拥有优异的机动性能、良好的灵活性和不被海洋深度所限制的特点。因此对危险目标进行探索和排除时更多选用的是动力定位船,这样对带有危险工作区域的动力定位船定位控制的研究就具有重要的意义。由于定位点处于圆形危险工作区域的边界,因此本文设计了从起始位置到定位点的路径规划来避免船舶进行定位作业时进入到危险区域;为了减少到达定位点的时间,本文划分区域使动力定位船能够分别以高速或低速跟踪路径,而考虑到动力定位船在低/高速情况下所表现的全/欠驱动特性本文设计了相应的路径跟踪控制器从而实现良好的跟踪效果;由于船舶携带的能源有限,为了减少能源的消耗以及污染物的排放设计出环境最优艏向定位控制器。主要完成了以下几个方面的研究:首先分析课题的任务,给出控制目标来突出本文研究的目的,再结合任务的环境给出研究的思路;同时针对动力定位船在水平面上运动建立数学模型,并通过直航和回转试验验证其正确性。其次,通过采用路径规划的方法来设计避开危险工作区域到达目标定位点的路径,基于前面的任务描述建立环境模型,在提出的切换圆两侧采用不同的措施来规划路径从而得到一条快速且安全的到达目标定位点的路径。在切换圆外由于危险区域对船舶的运动影响较小,因此通过设计圆形危险区域边界的切线段来到达切换圆上得到切换点;达到切换圆之后基于离散蚁群算法来对从切换点到目标定位点之间的路径进行规划,最终得到满足控制目标的一条安全路径。然后,基于前面设计好的安全路径,动力定位船可以高速运动到切换圆上,再低速运动至目标定位点处,而动力定位船在低/高速会表现出全/欠驱动的控制特性,因此在低速情况下设计了基于虚拟导引算法和干扰观测器的终端滑模控制器,在高速时设计了CB导引算法下基于BLF和滑模的控制器。为了使低/高速切换时控制力平滑设计了切换控制函数。最后通过了仿真试验验证设计的算法都具有良好的路径跟踪效果。最后,针对路径规划中的线段夹角处的路径进行了圆弧平滑化处理,为了使动力定位船在最终定位时能够尽量少提供推力即只用纵向推力来抵抗环境合力,设计了基于环境艏向最优的控制器以及悬链点的更新函数并通过稳定性证明以及仿真试验验证。最后对非环境最优和环境最优的动力定位船定位控制分别进行了仿真试验,结果表明都能很好的完成任务。