1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1课题的研究背景及意义：进入21世纪后，随着现代社会的飞速发展，人们对资源的需求也迅速增长，而陆地资源在人类高速开发下已日益枯竭，现已不能满足人类发展的需求。在此矛盾下，世界各国无不将发展的目光投向海洋，纷纷提出了海洋强国的概念。可以说21世纪就是海洋的世纪，谁抢占了海洋科技的制高点，谁就掌握了发展的先机。我国在改革开放后，对海洋发展也越来越重视。党的十八大报告中也提出＂提高海洋资源开发能力，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国＂的方针。首次明确提出＂建设海洋强国＂，说明＂海洋强国＂的战略目标已被纳入国家大战略中，海洋上升至前所未有的战略高度。船舶是海上运输的主要载体，航迹保持控制作为船舶控制领域的主要研究内容越来越受到国内外研究学者的重视。
在通常的海洋运输中，船舶大都是通过设定一些航路点，船舶在人工操能或者是自动化的控制下沿着相应的航路点前行，最终达到目的地。为了减轻驾驶员的工作量，减少因为误操作等原因引起的船舶事故，大部分船舶会在大洋航行时选择自动舵操船。船舶在海上航行时经常会受到诸如风、海浪、流等外界干扰，在这些干扰的作用下船舶不可避免地会产生航向和航迹的偏差。这就要求船舶自动舵要不时地打出相应的舵角使船舶行驶在预定的航迹上。当船舶动舵时，船舶航向发生相应的改变，如若动舵过大过勤，船舶将摇摆剧烈，这样对船舶上的货物和人员都产生不利的影响，同时也影响船舶本身的安全。并且这种舵角和航向频繁的变化必将増加能源的消耗，増加船舶的运营成本。所以研究设计出控制性能好、动舵频度低、抗干扰能为强的航迹保持控制算法显得十分必要。
1.2国内外研究现状：（1）航向控制：船舶航向保持控制是船舶操纵运动控制领域中重要的研究课题，国内外很多研究人员一直为改善船舶操纵性能而不懈努力。2003年，hushr-shiung等人提出了一种h∞输入-输出反馈线性化控制策略，使用结构奇异值分析方法来设计控制器。2006年，tahounalihusin等人提出了一种模型参考鲁棒自适应控制方案，可在被控系统的不确定干扰上界和最高增益均不明确的情况下，根据lyapunov稳定性定理和零动态技术进行船舶航向保持自适应控制器设计。rigatos等人针对船舶航向保持控制，提出了一种自适应模糊h∞控制器。国内在h∞鲁棒控制理论研究方面取得了不少成果，推动了h∞鲁棒控制理论的快速发展。将h∞鲁棒控制应用于船舶运动控制研究领域，从1995年起至今，贾欣乐、张显库、王兴成、杨盐生等人做了有益的研究和尝试，并在国内首先给出一批实际应用成果。其中，张显库提出了“闭环增益成形”算法，并应用于船舶运动控制，取得了一系列成果。闭环增益成形控制算法不但避免了h∞鲁棒控制理论在设计过程中需要的艰深数学基础，也无须进行大量试验选取权函数，以物理理解取代烦琐的数学演绎。王兴成等人在将分布参数鲁棒自适应h∞控制理论研究应用于船舶运动控制方面取得了一批研究成果；杨盐生等提出的自适应鲁棒控制算法应用于船舶运动控制也取得了一批研究成果。（2）航迹控制：2003年，fossen等人基于导航原理中的视距(los)算法，把航迹保持控制系统转换为两个子系统的级联形式，并采用lyapunov直接法和反步法相结合，提出了欠驱动船舶直线路径跟踪控制算法，并在此方面作了比较深入的研究。2004年，do等人综合采用了los的非线性控制方案，该方案不需要在船上安装额外的硬件设备，并且可以在恶劣海况下提高船舶运行效率。2007年，李铁山等人给出了一种基于反步法设计的船舶直线航迹鲁棒自适应模糊控制算法，该方法不依赖于船舶的数学模型，并且在考虑外界干扰的情况下获得了良好的仿真控制结果。2010年，do综合应用了干扰观测器、坐标变换和反步法技术，设计了船舶航迹保持控制器，仿真结果证明了该方法的有效性。由于船舶航迹保持控制固有的欠驱动性、非线性、不确定性以及外部干扰等问题，因此船舶航迹保持控制系统还存在很多问题需要进一步深入研究。
2. 研究的基本内容与方案
船舶自动操舵仪作为船舶运动控制问题中具有特殊重要性的一个系统,其性能直接影响船舶航行的操纵性、经济性和安全性。随着全球卫星定位系统gps等定位服务的普及，使航迹保持自动舵的实现成为可能。本选题依托实际课题，以小型船舶为研究对象，在了解船舶航迹保持自动舵功能需求的基础上，完成航迹保持算法的仿真研究。具体设计内容包括：
1）广泛查阅相关文献，了解船舶自动舵的定义、基本功能与工作原理；
2）了解船舶运动操纵模型，以及船舶航迹保持算法设计方法，根据航迹保持功能需求，选择合适的航迹保持算法；
3. 研究计划与安排
第1-2周广泛查阅文献，明确选题，撰写开题报告
第3-4周修改完善开题报告，并完成英文文献翻译
第5-7周在matlab软件上搭建一个模糊控制系统
4. 参考文献（12篇以上）
[1]徐国平,张显库.船舶自动舵研究综述[j].中国造船,2013(2):191-200.
[2]吴恭兴，邹劲，孙寒冰，田守东.高速无人艇的运动建模及其视景仿真.大连海事大学学报,2010,36(1):9-13 18
[3]胡宴才.船舶航向自动舵自适应模糊设计[d].大连海事大学,2013.
