海洋风能作为一种广泛分布的清洁能源，可在一定程度上代替传统化石能源为船舶提供动力。作为对风能的最直接利用形式，风帆被广泛地应用在新能源船舶中。为解决现有常规动力船舶路径跟踪制导与控制算法不适用于风帆推进船舶且未考虑执行器饱和和动作频率限制等因素的问题，本文将风帆推进船舶分成风帆助航船舶、无人单体帆船和无人双体帆船3类开展研究，拟为3类研究对象设计具有良好工程应用背景的路径跟踪制导与控制方案。在制导层面，针对无人帆船(包含单体和双体的无人帆船)设计了基于航路点的直线LOS路径跟踪制导方法以及参数化曲线的平行路径跟踪制导方法。在控制层面，针对风帆助航船舶设计了展帆角的优化控制器和舵角的MLP自适应模糊控制器，针对无人帆船设计了展帆角和舵角的事件触发控制器。
　　首先，针对风帆助航船舶的路径跟踪控制问题，在参数化LOS制导算法的框架下设计了展帆角的并列式ES-FLS优化控制器，以及舵角的MLP自适应模糊控制器。该优化控制器融合了人工经验、ES算法、FLS学习以及饱和重置机制，在实现船速最大化的同时克服了ES算法的抖振问题。基于船舶的艏摇动力学模型，本文采用FLS逼近模型未知动态，并采用MLP技术和自适应反步法设计舵角的控制器。因为该控制器只有一个自适应参数，所以具备计算简捷的特性。
　　接下来，针对无人单体帆船基于航路点的直线路径跟踪问题，设计了无人单体帆船的参数化LOS制导算法以及舵角的MLP自适应模糊控制器。该制导算法考虑了帆船的抢风及顺风换舷操纵(即驾驶员应避免帆船的艏向处于逆风和顺风的“不可航行区”，并操纵帆船沿Z型路线航行)，采用符号函数描述帆船在抢风和顺风换舷时的艏向切换，便于编程实现，采用双RESO估计漂角，确保了对大漂角的估计精度。该控制器除具备计算简捷的特性外，通过构造tanh函数项解决了舵叶升力系数不确定的问题。通过双时变系统的方法，本文分析了路径跟踪误差的收敛性。
　　最后，针对无人双体帆船参数化光滑曲线的路径跟踪问题，设计了平行制导算法以及展帆角和舵角的事件触发鲁棒模糊控制器。该制导算法依据风向信息对参考路径进行分段化处理，融合了Serret-Frenet坐标系、常规LOS算法、抢风和顺风换舷的通道限制机制等，确保了制导算法对无人双体帆船的适用性。在控制器设计中，本文采用FLS逼近模型未知动态，采用S型函数逼近舵角和风帆推力的饱和非线性，分别设计舵角和展帆角的事件触发条件，并基于反步法分别构建舵角和展帆角的鲁棒模糊控制器，确保了在执行器饱和限制下，无人双体帆船对参考速度和参考航向的有效跟踪，以及较低的执行器动作频率。
　　综上所述，本文对3种风帆推进船舶基于航路点的直线和参数化光滑曲线的路径跟踪制导和控制展开了研究，在制导层面，调和了无人帆船抢风及顺风换舷操纵与路径跟踪的矛盾，在控制层面，解决了风帆推进船舶推力优化、执行器饱和和动作频率限制等问题，具有良好的工程应用前景和加速风帆推进船舶装备产业化的意义。