无人艇的自主环境感知、自主巡航等功能使其具有自主完成任务的能力。无人艇在民用、商用与军用方面都扮演了非常重要的角色。无人艇包括有着自主环境感知、智能决策、巡航探测等功能的全自主无人艇,事先内置程序控制执行任务的半自主无人艇,与受远程控制的非自主无人艇,涉及到了动力增强、系统辨识、智能决策、最优控制、新材料等方面的技术。研究内容主要包括船模建立、航向控制、位点跟踪、动态避障、路径规划、无人艇通信等各个方面,而无人艇最主要的特性便是欠驱动性,利用两个输入端控制三个自由度的运动。在综合考虑了无人艇的运动特点后,将船身运动简化为三自由度的运动模型。建立无人艇动力方程与运动方程后,搭建无人艇仿真模型。在此模型基础上,进行了无人艇的直线测试、回转力矩轨迹测试与干扰力矩试验。设计基于模糊理论的欠驱动航向控制器,将航向控制器分为航速控制与转向控制两个方面进行。船速控制方面采用了主流的PID算法提供前进力;转向控制方面,采用模糊转向控制器提供无人艇的控制输入转矩,之后对海上欠驱动向控制器进行仿真验证。针对位点追踪问题,在直线轨迹追踪与位点轨迹追踪两个层面进行研究分析。在直线追踪层面,设计比较了传统串级PID(比例、微分、积分)欠驱动无人艇直线追踪控制器与LQR(Linear-Quadratic-regulator)欠驱动无人艇直线追踪控制器的优劣,之后进行仿真对比验证。在位点跟踪问题上,设计出全局非线性时变滑模控制器,添加了过渡边界保护层与积分补偿项快速消除跟踪误差,在静点追踪与动点追踪方面进行了验证。从动态障碍物、静态障碍物两个避障方面进行路径规划方面的研究工作。在动态障碍物避障层次,在保证安全前提下,以无人艇快速避障为出发点,从碰撞危险度等角度分析,计算分析出无人艇最优避障策略,而后驶出危险距离外快速复航。在静态障碍物避障层次,从保证无人艇的可靠平稳性出发,采用VFH+算法进行静态障碍物的躲避。