第三章建立了无人水面舰艇运动的数学模型。根据物理学相关知识，分析了无人艇运动时所受的力和力矩，建立关于纵荡、横荡、艏摇以及横摇的无人艇运动方程。在此基础上，建立无人艇运动的非线性模型，并将非线性模型转化为线性模型，同时得到了无人艇运动的空间状态模型。最后建立海浪干扰的数学模型。

第四章为无人水面舰艇自动舵的设计，先介绍了PID自动舵并给出设计方案，再分析PID自动舵的不足，然后针对PID自动舵的缺点给出鲁棒PID控制和自适应鲁棒PID控制的设计方案和仿真图形，对比分析了后者的优越性。

第五章总结全文，展望未来发展前景。

第二章预备知识

2.1无人水面舰艇运动控制系统介绍

船舶的操作者利用车钟手柄来改变主机的功率或者螺旋桨的转速，借此来改变船舶的前进或后退的速率，这是一个船舶航行中运用手动控制的典型示例；舵角由操作者手动转动舵轮来设定，再通过液压操舵伺服系统从而驱动舵叶的转动，这样就可以保持或改变船舶航行的航向和航迹。如果不把操舵者纳入考虑的范围，那么可以将手动控制看成是一种开环的控制，但是事实上，手动控制属于闭环控制，因为操舵者也是控制系统不可忽略的重要组成元素。机器无法完全替代人的手动操作，任何自动化装置都没有办法达到人类的智能水平。在当前科学技术发展水平下，碰壁和离靠泊等是船舶航行中最为艰巨复杂的任务，在这些情况中，船舶的控制必须通过手动实现。长期积累的手动控制船舶的经验以及船舶的各项航行参数，为自动碰壁系统、自动离靠泊控制器、航向自动控制器装置提供了重要的基础。目前，人们已经研究出了一些航向控制器、航迹保持系统和航速控制系统，但要达到更加精确稳定控制船舶航行的目的，仍须进一步的拓展研究，从而改进控制水准，提高控制器的智能化程度，降低成本，提高经济效益。

可从三个方面概括无人舰艇运动自动控制的问题：1、无人舰艇在较为拥挤的水道航行或者大洋航行的自动碰壁情况时，须考虑碰壁的最佳幅度和时机、多目标的决策、多船会遇状况以及碰撞的危险系数估计等问题；2、以包括航向和航迹的保持、转向控制、航速即到港时间控制等大洋航行的自动导航问题；3、当无人舰艇在浅水以较低的速度航行时，风、浪、流的干扰会相对地增加，导致系统变得更加复杂，加大了控制的难度，这属于港区航行及自动离靠泊问题。

对于智能控制的角度而言，无人舰艇的运动控制可以被看成一个人机控制系统，结构图如图2-1所示。该系统采取分层递阶式，由人机界面、任务规划、协调调度、信息反馈、控制策略、环境影响、控制执行和被控对象构成，通过信息反馈形成多闭环系统，操作者可以通过人机界面观察到各部分的状态，对各项指标进行适当调控，从而控制无人舰艇的运动。