水面无人艇作为一种智能化的水上无人运动平台,可应用于军事侦查、海岸巡逻、水纹勘测、海洋搜救等,在军事和民用领域具有广泛的应用前景。无人艇技术涉及到通信、导航、控制、传感器等多个方面,运动控制是无人艇实现其它应用的基础,也是无人艇技术领域的主要研究方向。运动控制主要包含远程遥控、点迹巡航、自主避障、航迹规划等。因此,设计一种能够适应复杂水面环境的无人艇运动控制系统是无人艇技术研究的重要内容。本文根据无人艇的运动控制需求,研究并开发一种适用于双桨单舵无人艇的运动控制系统。为提高运动控制系统的容错性,通过对单侧桨故障状态下无人艇的运动情况进行分析研究,提出了一种基于增量PID配合航向控制器的航向控制方案。论文内容主要分为以下几个部分。1.本文无人艇控制系统采用模块化设计方案,根据功能需求自主设计开发了一款艇载数据采集板卡,用于无人艇控制系统数据的交互及融合。分别完成了硬件和软件设计,并通过传感器数据采集测试及通信测试。2.采用整体建模思想,建立水面无人艇运动数学模型。在此基础上设计了基于PID和自抗扰(ADRC)控制算法的航向控制器,并通过仿真实验分析两者的控制性能。结果表明:在风浪干扰情况下,自抗扰控制器较PID控制器在航向保持方面具有较强的稳定性,航向变更超调量较小。最后根据双桨单舵驱动型无人艇运动控制系统的功能需求研发设计基于ARM的嵌入式运动控制板卡和岸基控制台PC客户端软件。3.通过设计水面航行实验对整个控制系统进行测试,实验部分主要包括:正常状态下基于PID和自抗扰航向控制器的航向控制、故障状态下基于增量PID配合航向控制器的航向控制实验。实验结果表明:单侧桨故障状态下采用增量式PID获取平衡舵角并配合航向控制器可以有效控制航向,对于双桨单舵驱动型无人艇具有较好的适用性和容错性。