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深海资源的不断开发，给动力定位船舶带来了越来越广阔的应用前景，同时也对动力定位船舶运行的安全性和稳定性提出了更高的要求。由于船舶推进系统的结构复杂，尤其是长期处于恶劣的作业环境，使得动力定位船舶的推进系统不可避免会产生故障。其次，由于动力定位船舶需要在不同操纵状态下进行作业，且受海洋环境扰动的影响，导致船舶动力定位非线性运动数学模型具有较高的不确定性。此外，受推进器物理特性的约束，船舶推进系统存在饱和问题。可见，为保证动力定位船舶运行的安全性与稳定性，考虑存在船舶模型参数不确定、未知时变扰动、输入饱和的情况，研究推进系统故障下的船舶动力定位容错控制问题具有重要的理论意义和应用价值。因此，本文将对船舶动力定位容错控制问题展开深入的研究，论文的主要工作如下:
1.针对动力定位船舶推进系统故障问题，分别设计了基于迭代观测器和自适应观测器的船舶动力定位容错控制策略。在不考虑推进器具体配置情况下，根据前一时刻的估计值以及状态估计误差构造迭代观测器，对外界扰动和推进系统故障组成的广义故障进行估计，利用反步法设计基于迭代观测器的船舶动力定位容错控制策略。进一步，考虑推进器冗余配置的动力定位船舶，首先引入推进器效率因子建立了推进系统部分失效的故障模型，构造自适应观测器对每个推进器的效率因子进行在线估计，并结合动态面技术，设计了基于自适应观测器的船舶动力定位容错控制律。为获得每个推进器期望的推力，根据效率因子的估计值及控制律得到的控制力和力矩进行分配，通过把推力分配非线性问题转化为带有线性等式约束的最小化问题，避免了由于方位角实时变化所带来的计算复杂性。该策略提高了推进系统故障下每个推进器的利用效率。
2.针对动力定位船舶同时存在模型参数不确定、外界扰动以及推进系统故障的问题，首先对推进器效率因子的形式进行变换，引入了一个新的参数变量，利用自适应技术对其进行估计，采用神经网络技术逼近控制系统中不确定项，结合动态面技术，提出了一种船舶动力定位鲁棒自适应容错控制策略，最后通过推力分配得到每个推进器期望的推力。进一步，利用自适应技术、神经网络技术、有限时间控制技术、二阶滑模微分器与反步法，提出了一种船舶动力定位鲁棒自适应有限时间容错控制策略，提高了推进系统故障下船舶动力定位容错控制策略的定位精度及快速响应能力。
3.针对推进系统故障和输入饱和的问题，预设一个指定的船舶位置误差性能约束条件，通过引入误差变换函数将船舶位置误差约束转化成一个不受约束的误差函数，在此基础上提出了一种输入饱和下具有指定性能的船舶动力定位容错控制策略。进一步，针对推进器冗余配置的动力定位船舶，在推进系统故障下，考虑存在模型参数不确定性、外界扰动以及输入饱和问题，提出了一种基于高增益观测器、辅助动态系统、神经网络技术和反步法的鲁棒自适应输出反馈容错控制策略。首先，构造了高增益观测器获得船舶速度信息;其次，通过构造辅助动态系统来补偿推进系统故障和输入饱和的影响;最后，利用神经网络技术和反步法，设计一种仅依赖于船舶位置和艏摇角信息的船舶动力定位鲁棒自适应输出反馈容错控制策略。
4.对所提出的船舶动力定位容错控制策略分别进行了数值仿真研究，仿真结果表明，在船舶推进系统故障下，考虑存在模型参数不确定性、外界扰动及输入饱和的问题，所设计的容错控制策略能够使动力定位船舶达到并保持在期望位置，为船舶动力定位容错控制研究提供理论支持。
1.针对动力定位船舶推进系统故障问题，分别设计了基于迭代观测器和自适应观测器的船舶动力定位容错控制策略。在不考虑推进器具体配置情况下，根据前一时刻的估计值以及状态估计误差构造迭代观测器，对外界扰动和推进系统故障组成的广义故障进行估计，利用反步法设计基于迭代观测器的船舶动力定位容错控制策略。进一步，考虑推进器冗余配置的动力定位船舶，首先引入推进器效率因子建立了推进系统部分失效的故障模型，构造自适应观测器对每个推进器的效率因子进行在线估计，并结合动态面技术，设计了基于自适应观测器的船舶动力定位容错控制律。为获得每个推进器期望的推力，根据效率因子的估计值及控制律得到的控制力和力矩进行分配，通过把推力分配非线性问题转化为带有线性等式约束的最小化问题，避免了由于方位角实时变化所带来的计算复杂性。该策略提高了推进系统故障下每个推进器的利用效率。
2.针对动力定位船舶同时存在模型参数不确定、外界扰动以及推进系统故障的问题，首先对推进器效率因子的形式进行变换，引入了一个新的参数变量，利用自适应技术对其进行估计，采用神经网络技术逼近控制系统中不确定项，结合动态面技术，提出了一种船舶动力定位鲁棒自适应容错控制策略，最后通过推力分配得到每个推进器期望的推力。进一步，利用自适应技术、神经网络技术、有限时间控制技术、二阶滑模微分器与反步法，提出了一种船舶动力定位鲁棒自适应有限时间容错控制策略，提高了推进系统故障下船舶动力定位容错控制策略的定位精度及快速响应能力。
3.针对推进系统故障和输入饱和的问题，预设一个指定的船舶位置误差性能约束条件，通过引入误差变换函数将船舶位置误差约束转化成一个不受约束的误差函数，在此基础上提出了一种输入饱和下具有指定性能的船舶动力定位容错控制策略。进一步，针对推进器冗余配置的动力定位船舶，在推进系统故障下，考虑存在模型参数不确定性、外界扰动以及输入饱和问题，提出了一种基于高增益观测器、辅助动态系统、神经网络技术和反步法的鲁棒自适应输出反馈容错控制策略。首先，构造了高增益观测器获得船舶速度信息;其次，通过构造辅助动态系统来补偿推进系统故障和输入饱和的影响;最后，利用神经网络技术和反步法，设计一种仅依赖于船舶位置和艏摇角信息的船舶动力定位鲁棒自适应输出反馈容错控制策略。
4.对所提出的船舶动力定位容错控制策略分别进行了数值仿真研究，仿真结果表明，在船舶推进系统故障下，考虑存在模型参数不确定性、外界扰动及输入饱和的问题，所设计的容错控制策略能够使动力定位船舶达到并保持在期望位置，为船舶动力定位容错控制研究提供理论支持。