无人艇与常规的船舶相比,具有航行速度快、体积小、智能化程度高、活动范围广等优点,可搭载设备执行多种任务,要求其具有高性能的航向控制算法。本文依托导师承接的无人艇自动避碰模块开发项目,针对现有船舶智能操控(SIHC)仿真测试平台未能对无人艇自主避碰算法进行有效的模拟验证等问题,开展无人艇航向控制算法研究,应用于无人艇自主航行避碰算法研究的模拟验证。主要完成以下研究工作:(1)研究实现了无人艇变论域模糊自整定PID航向控制算法。针对原有模糊自整定PID航向控制算法对无人艇控制效果不良,研究实现变论域模糊自整定PID航向控制算法;针对基于船舶K、T操纵性指数确定PID初始值的方法对小型无人艇不适宜,采用遗传算法确定了PID初始值。(2)航向跟踪性能评判算法的优化。针对无人艇惯性小,航向跟踪性能重点关注响应速度与精度,将原有加权综合评判法性能指标中的航向跟踪延迟时间修改为首次达到计划航向时间,并采用极值化方法进行无量纲化处理,提高评判结果的合理性。(3)无人艇航向控制算法的仿真及评价。基于项目组建立的无人艇的船舶运动数学模型,利用MATLAB软件对传统PID航向控制算法、模糊自整定PID航向控制算法和变论域模糊自整定PID航向控制算法进行无人艇航向控制的仿真分析比较,采用(2)优化的加权综合评判法,分析三种航向控制算法的航向控制性能,实验结果表明了变论域模糊自整定PID航向控制算法对无人艇的航向控制性能最佳。(4)无人艇航向控制算法在SIHC仿真平台上无人艇自动避碰和航迹自动控制的应用。利用Visual C++10实现无人艇的变论域模糊自整定PID航向控制算法编程,并集成到SIHC仿真平台上,通过对不同环境下的无人艇自动避碰和航迹自动控制仿真测试,结果表明:在一定环境(4级风浪条件)下取得满意的控制效果。