无人水面艇是指运用遥控系统或依靠自主方式在水面航行的无人化、智能化作战平台,具有智能、高速、隐身等优点,被越来越多的应用于军事和民用领域。为了更好地完善海上作战体系,无人水面艇在某些危险领域正逐步成为有人平台的替代和补充。无人水面艇具有很高的自主性和巨大的市场潜力,而且特别适合作为执行军事任务、救援设施、信息收集的平台。本文在综合当前无人水面艇所用关键技术的基础上,开展了无人水面艇运动控制系统设计工作。首先,在无人水面艇功能架构的基础上对无人水面艇总体方案进行设计,接着进行了控制系统的硬件设计,其硬件包括执行单元(主要是喷水泵、柴油机)、导航定位单元(主要依靠GPS、惯性导航、数字罗盘、多普勒计速仪等模块来实现)、主控单元(基于PC104工业计算机总线标准架构)、信息采集单元(主要指CMOS摄像头、各传感器)等。其次,在无人水面艇PMI2主板上安装了基于Linux的Ubuntu平台,其上层软件架构采用ROS操作系统,该系统具有分布式工作的特点。通过ROS提供的消息传递机制完成软件模块的集成,并对远程运动控制平台的软件部分进行了总体设计。成功实现了基于无线网络的数据发送与接收、无人艇航行状态的实时监控、远程控制、提供导航信息等功能。最后,针对本文所研究的无人水面艇模型从运动学和动力学两个方面分析了无人水面艇的力学特性,并整理出运动方程。由于无人水面艇运动时惯性很大,可以将数学模型进行简化,使用Nomoto模型作为无人水面艇航向控制器的数学模型;由于本文使用喷水推进装置,根据这一特点,建立了无人水面艇航速数学模型;然后根据这些数学模型,结合实际对运动控制的研究,采用传统PID和模糊PID两种控制器设计无人水面艇航速和航向的控制律,通过Matlab对控制律进行仿真,还对其仿真结果进行分析和比较,分析结果表明模糊PID控制比传统PID控制更具优越性。