近年来,随着船舶与海洋工程的快速发展,为了更好地应对不同的任务需求,探索研究新的船舶控制方法已经吸引了众多研究学者的关注。在考虑到现实工况的要求下对欠驱动船舶进行研究,能够提高船舶行驶的安全性与准确性,有着重要的理论意义和实际应用价值。本课题主要以反步法为基础,结合动态面控制技术(Dynamic surface control,DSC)、自适应、最小参数(Minimal learning parameter,MLP)、预设性能以及观测器等非线性控制方法,探讨输入受限、外界环境干扰界未知、船舶模型参数已知和未知、船舶速度可测和不可测情况下的轨迹跟踪控制问题,通过设计相应的控制器完成目标船舶的轨迹跟踪控制仿真实验。首先,针对输入受限条件下欠驱动船舶的轨迹跟踪控制问题,考虑到系统具有模型动态不确定和未知外界干扰的情况,提出一种输入受限欠驱动船舶的轨迹跟踪自适应动态面控制方法。该控制方法引入辅助系统处理输入受限;反步法和DSC技术结合设计轨迹跟踪控制器能够有效解决“微分爆炸”的问题,降低算法复杂度。同时,设计自适应律估计外界扰动,利用最小参数神经网络逼近模型中不确定项。其次,针对输入受限条件下欠驱动船舶的预设性能轨迹跟踪控制问题,考虑系统具有模型动态不确定和未知外界干扰的情况,提出一种输入受限欠驱动船舶的预设性能自适应动态面控制方法。该方法引入预设性能函数,通过误差转换将不等式约束的受限系统转化为等效的非受限系统;进一步,将反步法、DSC技术、最小参数和自适应律相结合完成控制器的设计。同样,引入辅助方程解决控制输入受限的问题。然后,针对输入受限条件下的欠驱动船舶轨迹跟踪控制问题,考虑系统具有未知外界干扰和船舶速度不可测的情况,提出基于非线性观测器的输入受限欠驱动船舶的轨迹跟踪自适应动态面输出反馈控制方法。该方法设计非线性状态观测器和自适应律分别对欠驱动船舶的速度信息和外界环境扰动进行估测。反步法利用估测到的速度信息与DSC技术相结合设计控制器,避免了对虚拟控制量直接求导;并构造辅助系统降低饱和效应。最后,使用”BAY CLASS”单桨单舵巡逻船作为被控对象,分别选取圆形轨迹、梳形轨迹和正弦轨迹作为期望轨迹进行跟踪控制的仿真实验。本文各章节所设计的控制器可以较好的克服船舶控制输入受限、外界环境干扰以及模型动态不确定等因素所带来的影响,使得船舶能够完成鲁棒性好、精准度高的轨迹跟踪。