随着我国船舶工业的发展,对船舶性能的要求越来越高,这对推进器的性能提出了更高的要求。传统的螺旋桨推进器存在非常大的局限性,其在低速情况下,操纵及控制性能不足,而摆线推进器可以在不改变回转箱转速的条件下水平360°范围内快速改变推力的大小和方向,摆线推进器具有优异操控性能,然而在国内,摆线推进器的研究资料非常的有限。随着人们对于无人智能控制领域的关注度的提高,能够在水域上服役的无人船也受到了极大的关注。本文系统性的论述了摆线推进器及其无人船的结构、控制系统、运动模型和轨迹跟踪控制算法。首先,论述了摆线推进器的研究意义和在船舶领域的应用情况,以及在无人船领域的应用前景。建立了摆线推进器的理论叶片摆动规律的数学模型和论述了摆线推进器水动力计算方法,并分析了摆线推进器的水动力影响主要因素。其次,对摆线推进器的核心部件—平面六连杆机构和叶片结构进行了优化设计。分析了平面六连杆机构摆角规律的计算方法,采用patternsearch工具箱,根据方差最小原则,优化设计摆线推进器六连杆机构,通过比较计算优化前和优化后的主推力和侧推力,验证了六连杆结构的优化方法的有效性。并概述及分析了摆线推进器叶片结构的优化。再次,开发了摆线推进器的控制系统。根据控制需求选型了摆线推进器控制系统的硬件,并在此基础上研发了摆线推进器的船载控制系统和岸基控制系统。船载控制系统是基于嵌入式Linux的Qt程序,船载系统采用C#开发,能够实现摆线推进器驱动的无人船的遥控、GPS定位、实时显示运行状态等基本功能。最后,研究了摆线推进器在无人船领域的应用。分析了摆线推进器驱动的无人船的结构,该结构与普通船舶相比的不同之处在于包含了固定舵和一对摆线推进器。接着建立了摆线推进器驱动的无人船运动模型和轨迹跟踪控制算法,该算法分别采用了PID控制算法、模糊控制算法以及相关控制策略。利用Matlab数值仿真了这两种控制算法下船舶运动动态过程,并根据Matlab的仿真结果,分析比较了这两种控制算法各自的优点和缺点。本文系统性的论述了摆线推进器及其无人船的结构、控制系统、运动模型和轨迹跟踪控制算法,为后续研究者提供理论基础。