二十一世纪是海洋的世纪,无论从国家战略角度还是资源可持续发展角度来说海洋都是重要的战略空间和资源要地。随着海洋装备制造技术的发展,无人船作为一种新型海洋平台,可以通过搭载各种设备来帮助人类完成特定海上作业,已经成为人类认识海洋、探索海洋和保护海洋的重要工具。无人船的研究涉及到船体结构、通信导航、运动控制等关键技术领域,其中运动控制是实现自主航行的关键,不断探索有效的无人船运动控制技术具有重要的理论意义和应用价值。本文主要研究了含模型不确定性与未知海洋环境扰动的固定双螺旋桨推进欠驱动无人船前向速度、艏摇角速度、航向的控制问题,并在此基础上设计了一种平行接近制导(Constant Bearing)方法来实现目标跟踪控制。具体研究工作包括:概括了国内外无人船的发展和运动控制技术的研究现状;建立了固定双桨推进欠驱动无人船的运动学方程和动力学方程;在无人船前向速度、艏摇角速度、航向的控制问题中,针对模型不确定性与未知海洋环境扰动设计了基于扩张状态观测器的自抗扰控制算法,并采用输入状态稳定性(ISS)定理和级联系统稳定性定理分析了估计子系统、控制子系统和闭环系统的稳定性;针对目标跟踪问题,采用了一种平行接近制导方法来实现目标跟踪,并采用ISS定理和级联系统稳定性定理分析了运动学系统和动力学系统级联的稳定性。为了验证本文所设计的控制方法的有效性,分别进行了仿真和实验验证。首先在Matlab/Simulink平台搭建了固定双桨无人船的运动学和动力学数学模型进行仿真,仿真结果说明了所提控制方法对无人船前向速度、艏摇角速度、航向控制的有效性,验证了平行接近制导律在应用于目标跟踪时的有效性。然后采用本实验室自主研发设计的一艘小型固定双桨无人船为实验平台进行实验,分别进行了无人船的前向速度、艏摇角速度、航向控制和目标跟踪实验,实验结果进一步验证了所提控制方法的有效性。