无人艇(unmanned surface vessel,USV)是一种无人操控的自主舰艇,具有航速快、操纵灵活、应急部署、零人员伤亡等应用优势,通过装载多种有效载荷可执行海洋环境监测、资源勘察、应急搜救、情报侦察、巡逻、反潜等多样化任务,对捍卫国家海洋权益和拓展海洋开发潜力具有重大意义。自主化程度是衡量无人艇技术水平的重要指标,其中,航迹控制是无人艇自主控制研究的重难点问题和关键技术之一。无人艇的非线性动力学模型具有通道耦合、参数摄动、不确定等特点,且易受外界扰动影响,为一类外界扰动下不确定非线性动力学系统的控制问题。论文主要研究无人艇的航迹跟踪问题,主要研究工作和成果如下:1、研究了无人艇的运动建模方法,基于合理假设推导了无人艇的运动方程,建立了其水面运动的非线性动力学模型。1)介绍了无人艇航行常用的参考坐标系和六自由度运动变量。2)根据不同参考坐标系之间的旋转变换关系推导了描述了运动变量之间函数关系的运动学方程。3)采用Newton-Euler方法推导了无人艇的动力学方程,建立了无人艇的非线性动力学模型。2、设计了无人艇的航迹跟踪控制律,解决了外界扰动下无人艇的航迹跟踪控制问题。1)将无人艇对指令航迹的跟踪问题表述为一类外界扰动下参数摄动系统的控制问题,给出了航迹控制结构框图。2)根据航迹跟踪误差设计滑模函数并选取采用指数趋近律,在此基础上设计无人艇的航迹控制律;设计Lyapunov函数,应用系统稳定性理论证明了无人艇航迹控制闭环系统的稳定性,给出了航迹跟踪误差渐近收敛的结论。3)仿真结果表明:在航迹滑模控制律的控制作用下,无人艇能够有效地跟踪给定的参数化指令航迹,但是存在较为明显的抖振现象。3、提出了一种基于模糊规则的增益自适应调节滑模控制方法,解决了滑无人艇的航迹滑模控制的抖振问题,提出了一种基于模糊规则的增益自适应调节滑模控制方法。1)分析了无人艇航迹滑模控制的抖振问题,提出了采用模糊逻辑系统在线调节符号项控制增益的抖振抑制策略,设计了模糊自适应增益调节滑模控制逻辑结构。2)基于模糊逻辑系统理论,设计了模糊自适应增益调节滑模控制律,模糊输入变量为滑模面及其变化率,模糊输出变量为符号项控制增益,通过预先设定模糊规则在线调整控制增益。通过预先设定模糊规则在线调整控制增益。3)仿真结果表明:该控制方法在给定的仿真条件下能够有效跟踪指令航迹,航迹控制误差渐近收敛至零;相比于第二章所提出的航迹滑模控制律,该方法克服了抖振问题,能够有效地抑制系统抖振。4、提出了一种基于神经网络逼近的滑模控制方法,解决了无人艇的模型不确定问题。1)描述了无人艇模型不确定问题,提出了采用神经网络在线逼近无人艇的不确定动力学模型的控制策略,给出了相应的控制结构框图。2)分析了无人艇的模型不确定项,设计了神经网络逼近滑模控制律,采用径向基神经网络在线估计无人艇的不确定动力学模型。3)仿真结果表明:在无人艇动力学模型不确定的条件下,神经网络逼近滑模控制能够高精度跟踪参数化指令航迹;同滑模控制相比,神经网络逼近滑模控制能够在模型未知或模型不确定条件下在线估计无人艇的非线性动力学模型,提高了控制方法的适应性和鲁棒性。论文研究无人艇的动力学模型和航迹跟踪控制方法,在载运工具理论研究领域具有较高的学术价值;论文所提出的无人艇航迹跟踪控制方法,为无人艇航迹控制的工程设计提供了技术支持,具有重要的应用价值;论文所发展控制方法不仅适用于无人艇,还可拓展至水下自主航行器、水下运载器、水下机器人等领域,对推动海洋无人作业平台的发展与应用、开发利用海洋资源具有重要意义。