无人艇作为一种新型的水上综合智能体,具有体积小、灵活性高和自主性强等特点,能够在水域中完成复杂的任务。世界各国都已加紧研究无人艇的步伐,用以进行战略打击、水域巡逻、水质检测和通信中继等。无人艇的自主性能在干扰颇多的水域环境中会受到巨大影响,因此提高无人艇的运动控制性能尤为关键。在这个背景下,本文针对无人艇航向优化控制进行了研究。首先,本文研究了无人艇及其航向控制技术发展历程,并根据无人艇运动状态下的特性,构建无人艇运动坐标系和运动学方程,构造了无人艇响应性船舶运动数学模型。研究无人艇舵机特性,建立无人艇舵机模型。并对环境中的风、浪、流进行分析,进而完成无人艇干扰模型的构建。其次,对无人艇航向控制原理进行了研究,针对传统PID调整参数过程中不精确的缺陷,本文提出了使用遗传算法整定传统PID参数,形成基于遗传算法的无人艇航向GA-PID控制策略。分析基本遗传算法存在的问题,针对其控制参数固定和局部搜索能力较差等问题进行了自适应遗传算法改进和坐标轮换法改进,并且为了消除控制干扰和测量噪声,融合了卡尔曼滤波算法,形成了本文给出的基于改进遗传算法的无人艇航向改进GA-PID控制策略。最后,本文采集无人艇实际航行中的航向角时序数据,作为仿真实验的预设航向角输入,利用无人艇航向控制仿真平台结合航向控制算法进行仿真实验研究。分别在有无干扰下两种工况下,对传统PID控制舵、GA-PID控制舵和改进GA-PID控制舵控制下的航向角和舵角进行了仿真对比,并分别进行了模拟转向下和航向跟踪下的多组仿真实验。分析仿真实验结果,验证本文提出算法的有效性和先进性。