自动舵是船舶操纵的关键设备之一,自动舵的性能直接关系到船舶航行的经济性和安全性.虽然国内外许多学者在自动舵的研究上作了大量的工作,取得了显著成效,但是由于船舶运动的复杂性,使得传统的控制方法很难取得好的控制效果.专家控制是智能控制的一个分支,专家控制特别适合于处理那些难以建立精确数学模型的复杂的控制问题.因此,将专家控制理论应用于船舶自动舵能够解决传统控制理论难以解决的问题.该文在这方面进行了深入系统地研究,取得了一些成果.1.研究了专家控制的基本理论,论述了专家控制器的设计方法,进行了专家控制器的稳定性分析.2.从控制技术的角度对船舶的操纵性和操纵过程进行了深入的分析和研究,对操纵系统的各个组成部分及它们在船舶操纵过程中的作用进行了探讨,为专家控制理论在船舶自动舵控制系统中的应用奠定了基础.3.概述了船舶操纵理论,推导出船舶水平面操纵运动的线性方程式、操纵响应方程和非线性方程式.4.提出了把船舶和航行环境作为一个整体,用神经网络直接辨识系统输入输出关系的辨识策略,避免了船舶运动过程和航行环境在数学描述方面的困难,以及传统系统辨识方法的困难和缺点.针对船舶操纵特点和实时控制的要求,采用线性网络进行实时辨识,避免了BP网络存在的不足之处,达到学习收敛速度快、预报精度高的辨识效果.5.综合考虑船舶航行的安全性和经济性要求,提出包含操舵次数在内的控制性能指标,并通过所提出的控制算法,避免了这种性能指标在数学处理上可能遇到的困难.6.通过分析船舶的人工操纵过程的特征,设计了一种新型的基于船舶运动预报的航向专家控制器.7.在研究航迹控制的基本原理、航迹控制类型、航迹计算的基础上,提出了一种新型的基于专家控制的间接航迹控制法.8.在剖析间接航迹专家控制器的优缺点后,提出一种直接航迹专家控制器,这种直接航迹专家控制器独立于航向控制器,它的基础是船舶船位预报,根据未来一段时间内的船舶运动趋势决定控制舵角大小,并直接输出控制舵角.9.在以上研究基础上,设计出数字式航迹控制-自动操舵仪原理样机,给出了该样机的技术要求、主要功能和总体结构框图,介绍了系统的输入输出信息,分析了系统的硬件结构,对各模块的任务进行了分配,阐述了系统的软件设计原则,给出了系统软件结构和工作流程.10.介绍了数字式航迹控制—自动操舵仪半实物仿真试验的设备组成、总体框图及各仿真设备所要完成的功能.该文所提出的控制策略不仅可用于船舶操纵,而且可应用于其它具有类似响应特性的单输入单输出系统.对于多输入多输出系统,虽然原理上也能应用这种控制策略,但在实际应用中会遇到一定的困难,需要解决运动趋势的在线预报等问题.