大多数承担海上运输任务的船舶,现如今仍旧依赖螺旋桨作为主推进器及舵作为转向装置推进和操纵船舶,部分船舶虽然装有侧推器,但是仅在低速靠离泊情况下使用。因而,当需要对三自由度下的船舶运动进行控制时,只能依靠螺旋桨产生的纵向推进力和舵产生的转艏力矩,即此类运动控制问题属于欠驱动系统的研究范畴。众所周知,欠驱动水面船舶运动控制系统具有高度非线性、非完整性、模型不确定性、外界干扰等特性,如何利用非线性控制理论及相关智能控制算法来解决上述问题,已成为近年来船舶运动控制领域专家学者研究的热点。为此,在对国内外有关欠驱动水面船舶航迹跟踪和编队控制的研究成果进行深入研究与分析的基础之上,先后设计了航迹跟踪控制器和编队控制器,具体的工作内容如下:第一,采用终端滑模控制方法,引入辅助线性滑模面,设计了一种航迹跟踪控制器,该方法避免了控制器的奇异问题,且使船舶能够在有限时间内跟踪并维持期望的轨迹,利用有限时间李雅普诺夫稳定性理论证明了终端滑模控制方法的有限时间收敛性以及控制系统的稳定性。仿真结果表明了所提出控制算法的有效性。第二,基于领导-跟随船舶编队控制结构,运用代数图论、矩阵理论和终端滑模控制方法,设计了一种欠驱动船舶编队控制器,解除了外界干扰上界已知有界的限制,使船队按照预想的队形和轨迹航行,随后利用有限时间李雅普诺夫稳定性理论证明了该控制算法的有限时间收敛性及稳定性。通过MATLAB软件对控制算法的有效性进行了验证。第三,对本文的工作内容进行梳理、总结,归纳了几个欠驱动水面船舶航迹跟踪和编队控制中需要解决的问题及未来研究方向。