舰载机是航空母舰作战编队攻防体系的核心,其责任主要包括防空、反舰、袭岸、预警侦察和空中指示等,其调运工作主要是通过牵引车拖曳或驮负来完成的。舰载机在舰面上时,无论是在舰面甲板上挪动,或是进出机库都要依赖牵引车的牵引使舰载机到达指定位置。以往舰载机的调运位置主要是由指挥员根据甲板面上停机情况指挥驾驶员来确定,高强度的调运工作给驾驶员和指挥员带来极大的身体疲惫,因此考虑将无人驾驶技术引入到舰载机牵引系统。舰载机牵引系统的无人驾驶技术由感知、规划和控制三个部分组成,而路径跟踪控制是实现舰载机牵引系统能够实现自动驾驶的关键技术。综合以上原因,本文以舰载机牵引系统的路径跟踪控制为核心,推导受海浪运动影响下的牵引系统动力学模型,在此基础上设计牵引系统的横向路径跟踪控制器和纵向速度控制器。首先,对海浪运动进行描述,建立简化模型。根据右手笛卡尔法则建立惯性、船舶、牵引系统等坐标系,通过方向余弦矩阵,描述从惯性坐标系到牵引系统坐标系的变换过程以便于对牵引系统在甲板上的运动进行分析。其次,对不同结构的牵引系统进行运动学分析,建立了三种系统配置的运动学方程。最后,考虑海浪运动对牵引系统的受力影响,将系统所受的重力分解到不同方向;分析铰接点处的受力,并建立牵引车与舰载机在铰接点处的受力关系;对牵引系统所受的滚动阻力进行分析,确定牵引系统在不同车速下的滚动阻力;考虑空气阻力以及轮胎侧偏力,建立舰载机牵引系统的纵向、横向和横摆动力学模型。基于动力学模型对舰载机牵引系统路径跟踪控制系统进行设计。首先基于模型预测控制算法结合牵引系统横向和横摆动力学模型设计横向路径跟踪控制器;然后基于滑模控制算法结合牵引系统纵向动力学模型设计纵向速度控制器;最后,借助MATLAB/Simulink完成路径跟踪控制器与动力学模型的连接,在不同工况下对其进行仿真试验,分析影响路径跟踪控制器跟踪效果的因素。基于Qt creator设计舰载机牵引系统的路径跟踪控制系统,通过建立Qt creator和MATLAB/Simulink的接口槽,实时将两者的信息进行传输,并将仿真结果显示在创建的路径跟踪控制系统对应的窗口上。本文对舰载机牵引系统的运动及受力进行了分析并建立了相应的动力学模型。基于模型预测控制算法和滑模控制分别设计了横向路径跟踪控制器和纵向速度控制器,联合动力学模型进行了仿真分析,通过搭建的路径跟踪控制系统用户界面完成可视化。仿真结果验证了所设计的路径跟踪控制系统的控制效果,为在舰载机牵引系统中实现无人驾驶提供了参考。