随着船舶高速化、大型化和智能化的快速发展,关于船舶航迹跟踪控制的方法日新月异,与此同时,对船舶安全性和经济性的要求越来越高。为解决欠驱动水面船舶系统内部和外界扰动的不确定性、控制输入饱和及横漂等问题,本文采用终端滑模和自抗扰控制技术相结合的方法对船舶航迹跟踪控制进行了研究,主要研究内容包括:1.船舶航迹跟踪控制设计的研究:通过构造期望船艏向角函数,得到确保船舶航迹偏差收敛于零时的期望船艏向,之后,将得到的期望船艏向作为航向控制器的输入进行航向控制,从而构成闭环系统,达到船舶航迹间接跟踪控制的目的。此方法在仿真结构上独立于自抗扰控制算法,并且将复杂的航迹跟踪控制问题简化为易于实现的航向镇定问题,从而达到船舶航迹跟踪控制的目的。2.终端滑模自抗扰控制算法的研究:主要对自抗扰控制器的非线性状态误差反馈控制律部分进行优化。针对模型内部和外界干扰的不确定性,利用自抗扰算法中的扩张状态观测器在线实时估计并补偿扰动;采用非奇异终端滑模面与指数趋近律相结合的方法设计控制律,确保系统进入滑动模态时稳定,减小系统抖振,提高系统的收敛速度和稳态跟踪精度,从而改善系统的控制效果。另外,在上述方法基础上重新引入响应效果更好的快速终端滑模切换面,其综合了非奇异终端滑模和普通滑模的优点,确保系统状态远离平衡点时能够快速响应;结合幂指数趋近律,保证系统全局渐进稳定,从而进一步优化了控制效果。3.以大连海事大学教学实习船"育龙"轮为仿真对象,利用Matlab中的Simulink环境进行仿真实验,跟踪直线和曲线航迹,仿真结果验证了所设计控制方法的有效性。