水面船舶在实际的运动中,具有高度非线性、大时滞、大惯性、易受风浪流干扰和模型参数不确定性等特点。因此,提高船舶航迹跟踪控制的精度和稳定性是一项较难的任务。滑模控制具有不错的鲁棒性和抗干扰性,设计方法简单,易于实现等特点,已经被广泛应用于船舶运动问题的研究。分数阶微积分算子具有记忆性、遗传性和精确性等特点。本文将分数阶微积分理论和滑模控制理论相融合,提出将分数阶滑模控制应用于船舶直线航迹控制,可以在常规滑模控制的基础上进一步改善船舶直线航迹跟踪的控制性能。为达到船舶位置误差的收敛,本文针对是否要考虑模型参数的不确定性,分别设计了不同的分数阶滑模控制器。在运动学回路中,为了实现位置误差的收敛,设计了速度的虚拟控制律。在动力学回路中,分别对纵向速度跟踪误差和横向速度跟踪误差,设计了不同的分数阶滑模面。所设计的分数阶滑模控制器可以通过间接控制纵荡和横荡速度跟踪误差实现船舶位置误差的收敛。为验证所设计分数阶滑模控制器的效果,本文使用MATLAB的仿真组件Simlink对所设计的分数阶滑模控制器进行仿真实验。通过理论分析和实验表明,在无干扰和存在叠加干扰的情况下,所设计的分数阶滑模控制器能够保证航迹跟踪误差在有效时间内收敛,快速稳定的跟踪上期望航迹,表现出较好的稳态误差和动态控制性能,全程变化平稳,无抖振,稳定性好,抗干扰能力强。可见针对船舶模型参数不确定和时变的外界干扰,所设计的分数阶滑模控制器具有较强的鲁棒性。