在船舶的智能控制中,航迹跟踪控制是其中最基础的内容,只有在精确的航线下航行,才能实现自主决策等任务,该内容将船舶运动控制的各项研究都包含其中,例如航向保持、模型建立和船舶姿态等。本文以电力推进的双体双桨小型无人船为对象,研究航迹跟踪控制器的设计及其相关内容。为实现小型无人船的航迹跟踪控制设计,首先要建立岸上基站,与操控对象无人船形成互联,可以做到时刻观察其运动状态,随时调整控制算法。该上位机平台在VS2010(Microsoft Visual Studio)环境下进行设计,围绕航迹跟踪的目标主要可以完成实时运行数据接收、控制指令下发、手自动切换、航向保持和航迹跟踪控制算法的编程实现等;分析了航向保持系统中艏摇角偏差的准确获取方法。在实验平台建立完成的基础上,接下来的工作就是要建立合适的无人船模型。根据目前的实验环境特性,论文选择了具有仿射结构的ARX(AutoRegressivemodel with eXogenous variable)模型作为无人船模型,并以间接辨识的方法将其改进,减小了对建模数据的依赖性。通过东京海洋大学的船舶“汐路丸”的真实航行数据,从长期预测误差上说明其具有的优势。之后再应用于本课题的小型无人船上,并从挑选出最优模型进行控制器的设计及仿真模拟。在航迹跟踪控制器的研究中,首先要进行航迹规划,结合船载端获取的GPS信号,通过坐标系转换便可以监测到无人船的实时位置信息,据此再得到直线或曲线跟踪状态下的位置误差和艏摇角误差。然后,设计了 PID控制策略和LQR控制策略,同时解决了线上的离散型代数Riccati方程迭代求解,并在直线航线下检验两种控制方法的可行性。之后优化了 PID导航姿态,调整LQR状态变量权重系数,并观察对系统的影响,为实船实验提供有价值的参考。最终在实船中应用LQR和PID控制策略实现直线航迹跟踪任务,对比当前相同环境下两者的控制精度,表明控制策略具有实际意义,为之后的工作做好了基础性研究。