为了满足船舶控制系统的发展需要,各种智能终端和传感器大量应用于船舶中,如果使用有线网络连接这些设备,会制约设备的移动性和灵活性,并且船舶使用有线网络存在一些问题,为了解决上述问题,船舶无线传感器网络应运而生。船舶无线传感器网络能够实现船舶智能终端和传感器的按需部署,具有移动性、灵活性、可扩展性、低成本以及方便维护等特点,并且能够有效地解决船舶内布线空间狭窄而施工困难等问题。目前船舶无线传感器网络主要应用于船舶监控和定位等领域,本文尝试以无线传感器网络为船舶操舵系统的冗余网络,进行基于无线网络的船舶航向保持控制研究。本文开展的主要研究内容和方法如下:首先,针对船舶无线传感器网络的能量有限和实时性问题,本文设计了一种船舶无线传感器网络操作系统Mindows,并提出了一种基于Mindows的船舶无线传感器网络节点的功耗管理方案,主要从操作系统层面对节点进行了低功耗设计,分别从节点微处理器、外围设备以及电池能量方面进行了电源管理设计。通过测试结果验证,该方案能有效地降低船舶无线传感器网络节点功耗,延长无线传感器网络的生命周期,且系统运行稳定。其次,为了满足基于无线网络的船舶航向保持控制研究的需要,方便地开展所研究算法的仿真测试实验,本文利用VB设计一套基于实际的GPRS和ZigBee网络的近海或内河船舶航向保持控制仿真平台,弥补了单一软件仿真的局限性。实验结果验证了在该平台通过远程及近距无线网络进行船舶航向保持控制的可行性和该平台的实用性。再次,针对船舶在海上运动的大时滞和非线性等问题,本文提出了一种适用于船舶大时滞和非线性情况的灰色预测简捷鲁棒控制算法,采用改进的灰色模型对船舶航向偏差进行实时预测,并将预测值应用于船舶航向简捷鲁棒控制器。通过仿真验证,该算法具有形式简捷、参数易整定、鲁棒性强等优点。最后,针对需要安装冗余控制网络的船舶,本文提出以ZigBee无线传感器网络为船舶操舵系统冗余网络的方案;针对无线网络控制系统的诸多问题,本文从控制和通信的联合设计角度解决这些问题,从通信角度出发,设计基于并行不相交多路径路由的ZigBee网络,保证控制算法有效实施;从控制角度出发,设计的船舶航向保持控制器将灰色预测模型和基于非线性反馈的船舶航向保持积分Backstepping简捷鲁棒控制相结合进行时延和丢包补偿控制。通过仿真验证,该方案能优化无线网络控制的整体性能,能得到较好的控制效果,具有一定的实际参考价值。本文通过仿真验证,将无线网络控制应用于船舶航向保持控制中是可行的和有效的,并且是一种有益的尝试。随着无线网络技术不断成熟完善,船舶控制系统采用无线网络代替有线网络将成为未来发展的趋势。