无人船相较于同级别有人船具备高度自主航行和决策能力,且航速高、搭载量大,能够完美适应新型海上系统的任务需求。多无人船集群系统相较于单无人船在执行任务时可覆盖海域更广、完成效率更高,是开展海洋资源勘测、海事防务等水上作业的利器。因此对复杂海洋环境下的无人船集群决策机制及集群控制系统设计研究具有实际意义与价值。本文着重考虑无人船的运动决策机制设计问题,提出了速度导引的无人船运动决策机制。针对复杂海洋环境、多障碍物,无人船推进器故障等问题,提出了观测器与滑模动态面相结合的控制系统设计方法。主要工作如下:首先,为实现含有未建模动态的全驱动无人船集群运动,设计了一种速度制导的运动决策方法。通过Lyapunov函数刻画无人船集群的聚集和艏向一致,利用人工势函数实现无人船内部避碰,建立了变系数无人船集群运动决策模型;然后在自适应控制技术框架下,结合模糊径向基函数构建了模糊自适应控制器,使无人船集群系统能够到达期望目标,实现全局渐进一致稳定。最后仿真验证了本文集群决策机制和控制手段的有效性。其次,针对外部环境扰动未知的欠驱动无人船集群系统避障与跟踪控制问题展开研究。具体地,通过构造人工势函数实现外部静态障碍物避障;设计有限时间集总观测器,对不确定信息进行跟踪和补偿,摆脱了对精确无人船数学模型的依赖;同时,结合不确定集总观测器和非奇异终端滑模技术设计出有限时间集群运动控制策略,该策略确保了集群的路径跟踪性能,无人船速度和艏向跟踪误差能够在有限时间内收敛至平衡点。仿真实验验证了本文设计方法的有效性和优越性。最后,针对无人船推进器故障下的欠驱动无人船集群系统跟踪控制问题,考虑海洋不确定扰动,设计了一种基于固定时间集总观测器的无人船集群容错跟踪控制策略。所设计的固定时间观测器可以在较小时间上界内实现对不确定信息的观测和补偿,结合积分滑模控制方法,有效提高了系统的控制精度和抗干扰能力,保证了故障约束下的集群系统稳定。通过稳定性理论分析,确保无人船跟踪误差有限时间内收敛到零。仿真结果表明了本文集群容错控制的稳定性以及集群跟踪路径的精确性。