高速滑行艇与其他船舶种类相比,其突出的特点就是速度和灵活性,这使得高速滑行艇在某些特定的场合有着不可替代的作用,包括军事和民用两个方面。在高速航行时滑行艇仅艇底一小部分与水面接触,极大地减小了阻力,也正是其速度快和重量轻的缘故,控制难度相对来说更大一些。而且在其航行的海面环境中,外界干扰十分复杂且很难预测,也是需要去解决的问题。本文针对以上问题,对滑行艇设计航向控制器加以控制。对滑行艇的运动分析需要在惯性坐标系和附体坐标系下进行,本文给出了两个坐标系之间的关系,并在其中推导了滑行艇的运动学方程和动力学方程。设计准确的滑行艇模型是设计控制器的必要前提。CFD数值模拟软件的发展使得模型参数不再仅依赖于实物实验和经验公式估计,在计算机中设置参数进行模拟实验是一种即准确又方便的方法。本文通过模拟滑行艇的斜航、纯横荡和纯艏摇三种运动方式拟合出滑行艇所受力和力矩的曲线,并求得所需水动力导数。对滑行艇、螺旋桨和舵之间的相互作用进行描述,考虑补偿之后建立相关模型。对滑行艇所受的动升力、阻尼力和回复力进行介绍。考虑实际情况中的环境干扰,搭建风流干扰模型。考虑本文主要研究滑行艇的航向控制,忽略了其升沉和纵摇运动,确立了滑行艇四自由度运动数学模型。在MATLAB中编程实现模型,在无干扰和有干扰的情况下对模型进行验证。滑行艇航向控制器多种多样。经典的PID航向控制简单实用,在其基础上设计的基于RBF神经网络的PID控制也有良好的效果。从实践中发展起来的模型预测具有在线滚动优化的特点,基于此种算法设计的滑行艇航向控制器可以更快速地到达稳态,具有很高的研究价值。解析模型预测控制是连续时间上的预测控制,具有更好的全局性,对于非线性系统来说,通过高阶展开可以更准确地转化为线性系统。本文设计的基于解析模型预测的滑行艇航向控制器对航向指令反应更加迅速并且可以准确跟踪输出期望值。这种算法对于非线性系统具有非常好的控制效果,可以应用于众多实际工程实践中。干扰是控制研究中不可回避的问题。滑行艇在海面航行时所受到的干扰十分复杂,建立模型对其仿真非常困难。本文介绍并设计了针对滑行艇系统的干扰观测器,对艇所受的干扰进行估测,然后将其应用到基于解析模型预测的控制器中。通过添加随机干扰进行仿真,验证了其对随机干扰具有鲁棒性。这对所有需要抑制干扰的系统具有实际的借鉴意义。