船舶在海上航行时很容易受到不确定参数摄动,模型误差和风浪流等外界干扰的影响,这使得设计一款鲁棒性强,控制效果好的控制器变得十分困难。且许多现有船舶航向保持控制器存在结构复杂,计算复杂度高的问题。为解决此问题本文采用闭环成形滤波方法和L2增益鲁棒控制器设计策略,对规划控制策略下的船舶航向系统进行控制器设计。本文在借鉴现代时域控制理论中的L2增益鲁棒控制器设计策略的基础上,引入频域控制理论中的闭环成形滤波概念,实现时域控制器设计策略与频域控制器设计理论的融合,提出一种结构简捷,控制器参数物理意义明确,鲁棒性强的船舶航向保持非线性控制器。其次本文为了使仿真更接近于船舶实际工程实践,在仿真验证阶段搭建了多向不规则波的仿真环境,以“育鲲轮”为仿真对象进行航向跟踪和航向保持的研究,并在航向保持试验中将本文所设计的控制器同几种常见的可应用于实际航海实践的控制器进行对比,并设计了更为客观的评价指标,从多个角度全面地分析了不同控制器的优劣。最后对本文所设计的控制器进行物理仿真试验,首先通过定常回转实验和Z形操纵实验确定小型智能船舶运动控制模型的参数,并对其进行了模型仿真验证。然后针对小型智能船舶运动控制模型进行仿真试验用以选定控制器参数。最后将所设计的控制器移植到小型智能船上进行航向保持试验验证。最终的数字仿真和场景物理试验结果均表明本文所设计的控制器结构简捷高效,控制器参数物理意义明确,可以在提高控制器精度的同时不过多增加控制器的计算复杂度,是船舶规划控制策略中底层航向反馈控制模块非常好的一种选择,具有很好的实际应用潜力。