近年来,伴随着能源环境等危机的进一步凸显,无人帆船因降低航行成本和绿色环保航行等优点,日渐成为众多海上行业关注的焦点。无人帆船作为一种新型海上智能交通工具,在海洋数据采集和海上危险监测等方面已显现出独特的优势。充分利用风能使帆船处于最优速度航行状态,从而实现安全性和效益性最大化,合理的航速在线优化方案,对提升帆船的整体性能具有重要作用。因此,对无人帆船航速在线优化展开系统深入的研究,具有一定的理论意义和实际价值。本文针对无人帆船航速的在线优化问题,以一艘12m型无人帆船为研究对象,考虑传统航速优化方法的动态性差、存在建模误差和稳态振荡等问题,结合一个前馈项和极值搜索控制(Extremum Seeking Control,ESC)方法,设计了航速优化方案,实现无人帆船航速的极值搜索在线优化目标。首先,针对无人帆船的航速在线优化问题,结合帆船速度极坐标图知识和经典扰动极值搜索控制方法,设计出一种航速经典扰动极值搜索在线优化方案,该方案由前馈项和反馈控制两部分组成:通过前馈项可以预设一个初始帆攻角,这相当于根据专家经验给出的初始值,前馈项的功能是避免系统输出速度值较大偏离最优速度值;而反馈控制则利用ESC方法对输出速度进行微调优化,使其达到最优速度航行状态,但该方案中存在稳态振荡的问题。其次,针对经典扰动ESC航速优化方案中存在稳态振荡的问题,对其进行改进,设计出一种无稳态振荡扰动ESC航速在线优化方案。在不断优化过程中,构造一种激励信号幅值和极值估计偏差函数关系,随着航速ESC优化系统渐近收敛,激励信号幅值变小趋向零,因此消除稳态振荡且获得最大航速。然后,介绍了传统滑模ESC方法的基本原理,其性能取决事先设定的滑模面,在滑模面上方法性能不受参数非确定性与外部干扰影响,它将以预设的速度收敛于极值点。但与经典扰动ESC航速优化一样,传统滑模ESC航速优化方案中也存在稳态振荡的问题。针对此问题,设计了一个切换律将滑模ESC和无稳态振荡扰动ESC组合起来,提出无稳态振荡滑模ESC航速在线优化方案。在不断优化过程中,通过设计的切换律进行控制转换,使优化系统在收敛阶段执行滑模ESC,而在稳态阶段执行无稳态振荡扰动ESC,从而保持较快收敛速度到达最优值,并消除稳态振荡。最后,基于一艘12m型无人帆船模型进行仿真验证,结果表明无人帆船航速的极值搜索在线优化方案能够使航速达到理想最优值,并消除稳态振荡,且有较高控制精度与较强鲁棒性。