无人艇(Unmanned surface vessel,USV)是一种体积小、机动性高、隐蔽性强、续航持久,可以实现自主控制的水面航行器。在海洋资源勘探活动中发挥了重要作用,但是无人艇在海上航行时会遇到风浪流等干扰,此时系统的不确定性会增大,从而降低了无人艇航向保持的精度。为了提高无人艇海上航行时航向控制的精度,本文结合自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)技术针对无人艇航向控制展开了研究。本文开展的主要研究内容如下:(1)在了解了无人艇航向控制系统组成的基础上,基于动量定理建立了无人艇前进、横漂、摇三自由度数学模型,分析了三自由度下无人艇运动状态。为了对无人艇运动分析更为准确,建立了相应的舵机伺服模型,考虑到无人艇海上航行时会遇到风浪流干扰,所以建立了风浪流干扰的数学模型。设计了基于PID控制的无人艇航向控制系统,分别在无环境干扰和有环境干扰即风浪流干扰下对所建立的仿真模型进行实验分析,所使用的仿真平台为Matlab/Simulink。(2)基于PID控制的无人艇航向控制系统在面对风浪流干扰时,系统鲁棒性不能满足实际需求,针对PID控制面对风浪流环境干扰的局限性,在无人艇航向控制系统中引入自抗扰控制。在无环境干扰和有环境干扰下对基于自抗扰控制的无人艇航向控制器进行仿真实验。针对自抗扰控制需要整定参数过多且整定难度较大的问题,将自抗扰控制线性化处理,用线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)替代自抗扰控制,线性自抗扰控制相比自抗扰控制大大减少了需要整定的控制器参数个数。仿真实验的结果表明了在无人艇航向控制系统中引入线性自抗扰控制是可行的,但是牺牲了一些系统品质。(3)为了进一步优化无人艇航向控制系统,将萤火虫算法(Firefly Algorithm,FA)与自抗扰控制结合,为了解决自抗扰控制需要整定参数过多的问题同时不以牺牲系统的性能作为前提条件,提出对自抗扰控制器部分模块进行参数优化处理。在无干扰和有干扰环境下对所建立无人艇航向控制系统分别做了仿真实验。分析了不同实验环境下无人艇输出航向和舵角输出曲线。将改进自抗扰控制实验结果与前面的实验结果对比分析,结果表明,经过改进后的自抗扰控制对风浪流环境干扰的鲁棒性很强,同时也说明了将FA用于参数优化上是有效且高效的,FA和自抗扰控制结合的可行性得到充分验证。基于改进后自抗扰控制算法的无人艇航向控制系统动态性能和静态性能良好,响应速度很快,超调量小,操舵所需要的次数少,系统适应能力强,经过参数优化后的自抗扰控制具有一定程度的实用性,系统整体架构清晰,设计难度不大。