随着航运的发展,船舶开始向智能化、大型化发展,因此对船舶航向控制的研究变得尤为重要。滑模变结构控制方法具有对对象参数及扰动无关特性,且设计过程简单、控制效率高,非常适合用于船舶航向控制器的设计。本文针对滑模变结构控制方法中趋近律的选择、抖振抑制、收敛速率的提高等问题进行了探究,提出了组合式双幂次趋近律,并结合迭代滑模方法,设计了一阶船舶航向控制器。考虑到船舶一阶数学模型存在对船舶运动特性描述不精确的问题,因此又选用船舶二阶非线性数学模型进行了航向控制器的设计。在设计控制器时引入自抗扰技术,解决了对外界未知扰动的估计问题。具体内容如下:(1)滑模变结构控制中,趋近律的选择对控制系统运动点的趋近速率影响很大,并在一定程度上影响着控制系统的抖振。因此,本文选择抖振较小的快速趋近律和双幂次趋近律进行比较,通过数学方法计算出两种趋近律的收敛时间,最终在比较两种趋近律收敛时间快慢的前提下,提出了组合式双幂次趋近律。经实验结果验证该趋近律在趋近阶段收敛速率更快,抖振更小。(2)选用船舶一阶K-T数学模型进行航向控制器的设计,但是数学模型中的未知项易使控制系统由稳定转为发散,所以设计控制器时一般会对未知项进行估计补偿,但势必增加难度。因此本文采用迭代滑模方法,避免对未知干扰项进行估计补偿,简化了控制系统的设计;控制律的设计中引入组合式双幂次趋近律,提高控制器控制效果,减弱了抖振。(3)船舶航向控制器的实验验证结果显示,趋近律的参数选择影响着控制系统的控制效果,特别是对控制对象的趋近速度影响较大。为此,本文选用径向基函数(RBF)神经网络来在线估计趋近律的参数,使趋近律的参数时刻保持在最佳状态,提高控制器趋近速度,优化效果。(4)考虑到船舶一阶K-T运动数学模型是简易模型,其对船舶的运动描述不够精确。为此,本文第四章选用更为精确的二阶K-T运动数学模型进行控制器的设计。在二阶非线性航向控制器设计中,引用自抗扰滑模控制方法,对系统外部干扰和未知扰动进行总体估计并进行补偿,使得航向控制器更符合实际应用的要求。