无人作业船在水质检测、水污染事故应急、监测执法等水质保护领域具有广泛应用前景,对其控制系统进行研究具有一定的实用意义。然而用于水质环境保护的无人作业船价格昂贵,不利于大范围推广,针对此问题设计了一款工作可靠、成本较低的无人作业船控制系统。另外,由于外界风浪流的作用,以及航速变化导致的模型参数摄动,会对航向控制过程产生干扰,为解决此问题将结合了改进蚁群算法的自适应模糊PID方法用于航向控制,以提高抗干扰性。通过上述方法实现无人作业船的操作可靠性和运动灵活性,并实现了降低成本的目的。本文主要通过以下方面展开研究。首先分析了无人作业船控制的功能需求并设计了控制系统总体方案。在此基础上完成了控制系统软硬件设计。其中系统硬件由船体移动模块、无线通信模块、岸上远程控制模块和外围设备模块组成。船体移动模块以STM32为核心控制器;无线通信模块以LORA模块为载体;岸上远程控制模块以X210为开发平台。系统软件包括运动控制软件、无线通信协议和岸上远程控制软件。运动控制软件是手动控制和自主航行模式的具体实现;岸上远程控制软件使用QT开发了人机交互界面,编写了导航运算处理方法,并实现了无线通信功能。然后依据无人作业船工作需求建立了无人作业船的二阶线性响应数学模型,同时给出了风浪流干扰模型。在此基础上,对航向控制问题进行研究,采用PID控制改进方法,解决航向控制中的局限性。针对PID控制初始参数整定的问题,提出一种具有变异特征的蚁群算法,提高了参数整定的快速性和准确性。为了将PID控制应用于具有非线性、不确定性的无人作业船控制系统,采用模糊控制和传统PID控制相结合的方式,在航行过程中自动调整PID参数,使得PID控制对于外界环境变化具有较优的适应能力,增强了系统的抗干扰性。最后进行了航向控制算法仿真和控制系统测试。仿真过程中以PID控制作为对比算法,进行了航向保持和航向改变两种工况的仿真实验,结果表明在模型参数摄动和外部风浪流干扰情况下,自适应模糊PID方法的抗干扰性更好。实船航行实验结果表明船体移动模块、无线通信模块和岸上远程控制模块均能正常工作,本文设计的航向控制算法能够满足航向保持和航向改变控制要求,且控制效果优于PID航向控制算法。