对于海洋管道的铺设作业,尤其是在深水区和海况较恶劣的区域,对动力定位铺管船的路径规划、导引、位置控制和姿态保持能力以及路径跟踪控制能力具有更高的要求。同时,为适应各种海洋管道的铺设要求,动力定位铺管船的运动控制点灵活多变(也可称为旋转中心可变),可以在船中月池、船尾部或者管道下放点等位置,当船舶运动控制点发生改变时,船舶推进系统布置矩阵和推力分配的约束矩阵也随之改变。因此,研究能根据海洋管道铺设作业要求,完成期望铺管路径的自主分析、规划、导引和运动控制的一体化动力定位控制系统是非常有必要的。同时,研究适应于变旋转中心的推力分配算法具有重要的工程价值和理论意义。首先,建立一般水面船舶的三自由度操纵数学模型和海洋环境力数学模型,并采用悬链线理论对铺管的管道张力进行近似求解。在常规船舶的三自由度运动数学模型的基础上,推导并建立了船舶三自由度变旋转中心运动学和动力学模型,并设计验证方法对所推导的船舶三自由变旋转中心运动数学模型进行验证,通过仿真表明所建立模型的准确性。其次,为了设计适用于变旋转中心运动控制的推力分配方法,首先根据目标船舶的推进器布置特点,建立目标船舶推进器各自产生的推力在选择的旋转中心点形成的合力和合力矩的相关数学模型。然后根据推进器之间的布置特点和桨-桨干扰规律确定各推进器的推力禁区。为适应二次规划算法的求解,将全部推进器的推力可行域进行线性化处理。最后建立了以功率最优和分配误差最小的推力分配数学模型,并采用起作用集法进行求解,其中为便于构造全回转推进器局部可行域的凸约束方程,设计了一种实用的约束方程构造方法。通过仿真表明所设计的变旋转推力分配方法能够满足动力定位系统变旋转中心运动控制的要求。然后,针对铺管船铺管作业的路径特点,设计了船舶的路径规划导引系统。提出一种基于路径编码和滑动矩阵的路径跟踪控制方法。滑动矩阵是一个包含船舶局部路径和控制信息的矩阵,能够随着船舶运动顺着航点表向下滑动。为适应全驱动船舶圆弧路径的导引控制,提出一种适用于圆弧路径的LOS导引算法,最后设计一种船舶速度和艏向角运动控制器。对于速度控制是采用速度分配的方式将合速度分解到随体坐标系下进行的。通过相关的仿真验证了设计的铺管船路径规划、导引和运动控制系统的有效性。最后,运用Qt creator平台进行DP铺管作业模拟器的开发,针对动力定位系统的组成特点和本文所研究的相关推力分配算法和路径规划导引算法等,首先建立与每个功能模块对应的功能函数,结合每个模块的输入输出信息,创建相应的输入输出结构体,作为函数的输入和输出参数类型。另外,还设计了模拟器窗口界面设计函数和窗口信息获取和动态信息显示函数。根据动力定位系统具有不同的功能模式特点,还创建了不同的功能模式函数。最后,运用所开发的DP铺管作业仿真模拟器进行铺管运动的综合仿真分析。