随着越来越多高性能船舶的发展与工程应用,船舶运动控制对精度的要求进一步提高,大型船舶的节能减排也成为研究的热点。本文主要对船舶航迹/航向的控制算法进行研究,以高效率、低能耗的矢量舵作为控制对象,并将主舵与翼舵作为两个独立变量进行控制,充分发挥矢量舵的高效节能的优点;通过对船舶航迹/航向-矢量舵控制机理的研究,设计船舶航迹/航向控制器,设计完成船舶航迹/航向-矢量舵智能控制系统。首先,对船舶运动控制的各个环节建模。建立船舶平面运动的一般方程,在此基础上,讨论了船舶运动模型状态空间方程以及传递函数型船舶运动数学模型,并给出了船舶运动模型参数的计算公式;对船舶海上航行的随机环境干扰进行建模,推到出海浪、海风和海流对船舶产生的力和力矩;也讨论了在工程应用中,常用的舵机伺服系统的模型。其次,针对矢量舵的水动力特性进行数学建模。出动力学上分析了矢量舵水动力系数的定义式,船舶航迹航向针对控制中最重要的升力系数,采用神经网络进行建模,为了提高网络的收敛速度和模型的精确度,利用遗传算法对神经网络进行改进。同时,研究了矢量舵能量驱动模型,作为舵角/翼舵角分配原则的技术的基础。然后,研究了船舶航向-矢量舵智能控制算法。设计船舶航向H_∞鲁棒控制器,根据船舶运动野本模型(Nomoto模型)转化为状态空间形式,设计鲁棒控制器;研究并改进了舵角/翼舵角分配规则,最后采用遗传粒子群算实现舵角/翼舵角智能分配。进一步地,在船舶航向-矢量舵智能控制器的基础上,设计了船舶航迹模糊神经网络控制器,包括模糊逻辑系统的实现,神网络结构的确定以及学习算法的研究,形成完整的船舶航迹/航向-矢量舵智能控制系统。最后,针对设计出的控制系统,进行数字仿真,验证可行性和优越性。在不同海情,不同海浪遭遇角下进行多组仿真验证,得到系统变量航迹偏差、航向角舵角和翼舵角的曲线图和系统能量、均值以及标准差等统计数据表格。并且与普通舵传统PID控制系统和普通舵模糊神经网络控制系统进行了对比,充分说明系统的控制性能和节能性能的优越性。