隨著物聯網、大數據、人工智能（AI）、5G通信技術等高新技術的迅速發展和廣泛應用，船舶正逐步引入智能航行要素，船舶自主航行技術應運而生，實現完全自主安全航行成為船舶智能化發展的終極目標。根據國際海事組織等權威機構對船舶智能航行的功能分級，智能航行最高級別為自主駕駛，即無人化系統自主駕駛。近年來，挪威、瑞典、芬蘭、荷蘭、美國、日本、韓國以及我國的科研人員都做了大量的相關研究，也實現了自主避碰、遠程遙控和部分自主航行，但在技術層面上，現今的船舶自主化水平不足以滿足理想狀態下的大規模完全自主商業化運營，因此需要在相關領域進行深入研究。

作者多年來在船舶自主航行控制領域從事科研工作，積累了一些經驗和成果。因此，本書針對智能船舶自主航行時航向保持、航跡保持和自動靠泊控制的一些關鍵性技術難題，采用“簡捷”+“魯棒”+“自適應”的技術路線，設計了一套船舶自主航行非線性魯棒自適應控制策略。該策略能夠在外界環境擾動和模型參數攝動下具有較強的魯棒性，在擾動和模型參數不確定下具有較好的適應性。

本書由山東交通學院張強和西安交通工程學院張美娟合著，共6章，第1章為緒論；第2章為船舶運動數學模型；第3章為船舶簡捷魯棒自適應航向保持控制；第4章為欠驅動船舶有限時間軌跡跟蹤控制；第5章為船舶簡捷非線性神經網絡自動靠泊控制；第6章為船舶運動控制物理測試平臺。

感謝武漢理工大學馬勇教授和浙江海洋大學祝貴兵副教授在百忙之中審閱了本書，并提出了寶貴的修改意見。研究生譚文軼、朱雅萍、王琪文、李昊洋、張思航、楊濤對本書的部分資料收集、改進及校對做出了貢獻。

本書獲得國家自然科學基金（51911540478）、山東省自然科學基金（ZR2022ME087）、山東省研究生教育教學改革研究項目（SDYJG19217）的資助。

由于作者時間和精力有限，書中不妥之處在所難免，歡迎讀者批評指正。

編 者

2023年2月

第1章 緒論 1
1.1 智能船舶自主航行概述 1
1.2 船舶航向保持控制 2
1.3 船舶航跡保持控制 4
1.4 船舶自動靠泊控制 10
參考文獻 13
第2章 船舶運動數學模型 23
2.1 欠驅動水面船舶運動數學模型 23
2.1.1 船舶運動坐標系的建立 23
2.1.2 船舶運動特性 25
2.1.3 三自由度欠驅動水面船舶運動數學模型 29
2.2 MMG船舶港內操縱運動數學模型 32
2.2.1 MMG分離型船舶運動數學模型 33
2.2.2 船舶港內操縱數學模型修正 39
2.2.3 仿真驗證 43
2.3 本章小結 47
參考文獻 48
第3章 船舶簡捷魯棒自適應航向保持控制 50
3.1 基于簡捷非線性技術的航向保持控制 50
3.1.1 非線性反饋backstepping控制器設計 50
3.1.2 非線性修飾backstepping線性弱化控制器設計 53
3.1.3 仿真分析 56
3.2 基于非線性控制技術的港內操縱船舶航向保持控制 65
3.2.1 問題的描述 65
3.2.2 控制器設計 65
3.2.3 仿真分析 69
3.3 自適應自調節PID跟蹤控制 76
3.3.1 數學模型 76
3.3.2 控制器設計 77
3.3.3 仿真分析 80
3.4 自適應徑向基函數神經網絡控制 85
3.4.1 問題描述 85
3.4.2 控制器設計 86
3.4.3 仿真分析 91
3.5 本章小結 95
參考文獻 95
第4章 欠驅動船舶有限時間軌跡跟蹤控制 98
4.1 欠驅動船舶自適應有限時間軌跡跟蹤控制 98
4.1.1 船舶運動數學模型 98
4.1.2 控制器設計 100
4.1.3 穩定性分析 103
4.1.4 仿真分析 106
4.2 欠驅動船舶魯棒自適應有限時間軌跡跟蹤控制 111
4.2.1 船舶運動數學模型 111
4.2.2 控制器設計 112
4.2.3 穩定性分析 115
4.2.4 仿真分析 118
4.3 欠驅動船舶自適應在線逼近器的有限時間控制 124
4.3.1 船舶運動數學模型 124
4.3.2 控制器設計 125
4.3.3 穩定性分析 127
4.3.4 仿真分析 131
4.4 基于最小學習參數的欠驅動船舶神經網絡有限時間控制 140
4.4.1 船舶運動數學模型 140
4.4.2 控制器設計 142
4.4.3 穩定性分析 144
4.4.4 仿真分析 147
4.5 考慮未知時變擾動事件觸發欠驅動船舶自適應有限時間軌跡跟蹤控制 157
4.5.1 船舶數學模型 157
4.5.2 控制器設計 159
4.5.3 穩定性分析 159
4.5.4 仿真分析 163
4.6 本章小結 176
參考文獻 176
第5章 船舶簡捷非線性神經網絡自動靠泊控制 178
5.1 船舶自動靠泊簡捷非線性神經網絡控制 178
5.1.1 問題描述 179
5.1.2 控制器設計 180
5.1.3 仿真分析 182
5.2 基于簡捷反步法的欠驅動船舶自動靠泊控制 190
5.2.1 問題描述 190
5.2.2 控制器設計 194
5.2.3 仿真分析 196
5.3 基于自適應神經網絡的欠驅動船舶自動靠泊控制 201
5.3.1 問題描述 201
5.3.2 控制器設計 204
5.3.3 仿真分析 210
5.4 欠驅動船舶自適應神經網絡自動靠泊控制 216
5.4.1 問題描述 216
5.4.2 控制器設計 221
5.4.3 仿真分析 226
5.5 考慮轉艏角速度約束的欠驅動船舶自動靠泊控制 233
5.5.1 問題描述 235
5.5.2 控制器設計 237
5.5.3 仿真分析 244
5.6 本章小結 249
參考文獻 250
第6章 船舶運動控制物理測試平臺 253
6.1 自航船模系統設計 253
6.1.1 船型選擇 253
6.1.2 硬件設計 257
6.1.3 遠程控制平臺 259
6.2 旋回性能測試 260
6.2.1 IMO旋回性能的標準及船舶GM的要求 260
6.2.2 船舶旋回試驗性能分析 263
6.3 運動控制試驗 270
6.3.1 船舶航向保持簡捷非線性魯棒控制 270
6.3.2 船舶自動靠泊非線性模糊控制 274
6.3.3 基于簡捷非線性反饋的航跡保持控制 276
6.4 本章小結 280
參考文獻 281

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2. 民用航空飛機標準線路施工 [主編　王志敏　陳明]
3. 不息的水脈—大運河講談錄 [趙珩　著]
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8. 電子技術（第二版） [主編 覃愛娜 李飛]
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10. 信息處理技術員考試32小時通關 [薛大龍]
11. 電子產品設計案例教程（微課版）—基于嘉立創EDA（專業版） [王靜 莫志宏 陳學昌 丁紅]
12. C程序設計實踐教程 [劉衛國]
13. C程序設計（慕課版） [劉衛國]
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15. 商務英語翻譯教程（筆譯）（第四版） [主編 王軍平]
16. 智慧零售技術與應用 [洪旭 著]
17. 建設工程法規實務 [主編 余瀅]
18. 商務秘書理論與實務（第三版） [主編 張同欽]
19. 程序設計基礎實踐教程（C/C++語言版） [張桂芬 葛麗娜]
20. C++案例項目精講 [主編 楊國興]
21. 勞動爭議處理實務 [主編 王秀卿 羅靜]
22. 工程數學 [主編 郭立娟 王海]
23. 語音識別理論與實踐 [主編　莫宏偉]
24. 信息系統項目管理師章節習題與考點特訓（第二版） [主編 薛大龍]
25. 武術基礎教程 [主編 李代勇 謝志民]
26. 計算機網絡實訓教程 [主編 張浩軍 趙玉娟]
27. 畫法幾何與機械制圖習題集（多學時） [主編 趙軍]
28. HCIA-Datacom認證題庫分類精講 [主 編 韓立剛]
29. SwiftUI完全開發 [李智威 著]
30. 網絡規劃設計師備考一本通 [夏杰 編著]