最近几年,由于海洋交通行业的快速发展,船舶的运动控制也备受关注。其中,船舶的轨迹跟踪控制也吸引了众多国内外学者对其展开研究。船舶的轨迹跟踪,在海洋资源的探索,船舶的无人驾驶等军事和商用领域逐渐扮演着越来越重要的角色。本文主要针对海洋船舶的轨迹跟踪控制系统,考虑船舶的全驱动和欠驱动两种情况,在存在未知的外部干扰的情况下,分别利用反步法和滑模控制设计相应的控制器,实现船舶的轨迹跟踪控制目标,并利用李雅普诺夫稳定性和matlab仿真证明控制算法的正确性。本文的主要研究内容如下:(1)针对全驱动船舶控制系统,首先基于超螺旋(Super Twisting)算法构造一个有限时间干扰观测器,然后利用反步法,设计一个有限时间反步控制器,但在反步法设计的过程中需要对虚拟控制进行较为复杂的求导计算,这将会导致控制器的奇异问题,为了避免这个问题,采用基于Levant微分器的有限时间滤波器,代替虚拟控制的求导,针对存在滤波误差的问题,引入滤波误差补偿机制对其进行补偿,可以提高船舶控制系统的稳态性能,最后设计出非奇异有限时间控制器,利用有限时间稳定理论和matlab仿真,证明提出算法的正确性。(2)针对欠驱动船舶控制系统,基于反步法,分别设计船舶的前进控制器和艏摇角控制器,在对前进控制器进行设计时,虚拟控制律的分母存在艏摇角跟踪误差的余弦值,为了避免奇异问题,所以在船舶艏摇角控制器设计过程中采用规定特性算法对艏摇角误差进行约束,使其满足控制器设计要求,然后在两个控制器设计过程中分别采用指令滤波器和滤波误差补偿机制,进而构造船舶的有限时间轨迹跟踪控制器,并且通过matlab仿真进行验证。(3)为了提高船舶控制系统的鲁棒性,采用滑模控制方法设计船舶运动控制器。首先构造一个新的PID非奇异快速滑模面,然后利用RBF神经网络(RBFNN)对未知干扰进行逼近,采用自适应律获得估计误差最大值,进而减小抖振。然后,为了进一步提高控制器鲁棒性,利用螺旋算法设计一个基于二阶滑模的船舶轨迹跟踪控制器,为了减小抖振现象,进而对其进行改进,提出一个基于连续螺旋算法的船舶轨迹跟踪控制器,经过理论分析和matlab仿真验证,证明该算法的有效性和优越性。