无人艇为强非线性的欠驱动系统,靠泊时面临的环境较为复杂,使得无人艇自主靠泊成为最困难、最复杂的难题之一;舵和桨一般是针对定常艏向和航速设计,但实际无人艇靠泊时航速需要逐渐收敛艏向需要不断变化,而且还要受到低速导致的舵效差、岸壁效应带来的大扰动等影响,使操纵更加复杂。据统计,70%的船舶靠泊事故与驾驶人员在港内的不良船艺有关,因此,研究欠驱动无人艇自主靠泊技术具有重要的实际意义。本文针对无人艇靠泊的轨迹规划问题,探讨基于靠泊约束分析的改进人工势场法,对自主靠泊轨迹规划技术进行研究;面向靠泊的轨迹跟踪问题,提出改进模糊PID控制方法,对码头末端大扰动下的轨迹跟踪问题进行研究;基于“海豚-Ⅰ”号小型无人艇完成了外场靠泊试验,对该方法在无人艇自主靠泊应用中进行深入分析。首先,建立了无人艇平面运动数学模型;依据无人艇外场Z型试验数据,利用最小二乘法辨识出无人艇艏向的操纵响应方程,分析推进器电压与航速之间的关系,通过辨识得到相关参数并建立数学模型。其次,欠驱动无人艇靠泊中包含诸多约束,如无人艇自身的运动约束、近障碍约束、码头末端的速度和艏向约束,本文将轨迹规划主要分为两部分:远码头轨迹规划、码头末端轨迹规划,分别考虑两阶段的主要影响因素,提出基于约束处理的改进人工势场法,完成面向靠泊的轨迹规划;结合轨迹规划中两阶段的实际问题,分析了无人艇艏向、航速控制的模糊规则确定方法,提出了一种分段式的改进模糊PID控制方法,并进行了仿真对比试验。最终,在松花江进行了无人艇自主靠泊的试验,通过对比不同规划轨迹的跟踪效果,验证了基于约束处理的改进人工势场法所规划的轨迹的可靠性,通过分析实验轨迹跟踪效果,验证了控制器具有良好的控制效果。