随着海洋勘探开发向深海和远海推进,动力定位(Dynamic Positioning,DP)船被越来越多地应用于海上作业。循迹作业作为DP船的主要任务功能分为低速循迹和高速循迹,要求船舶能够在海洋环境干扰影响下按照预先规划的航迹进行航行。本文主要研究DP船的高速循迹控制问题,在参考国内外研究成果的基础上,针对船舶的模型不确定和未知扰动的情况,设计了动态面线性自抗扰控制器和自适应神经反步控制器。本文主要完成以下工作:首先,针对动力定位船在水平面的运动特性,给出了船舶的三自由度水平面模型,同时对海上的风、浪和流等环境干扰进行建模,并给出了考虑海流干扰的水平面三自由度数学模型。通过数值仿真,验证了模型的有效性。然后,对动力定位船高速循迹控制器所需的导引系统进行研究。在对传统的视线(Line of Sight,LOS)导引方法分析之后,通过引入(Serret-Frenet,SF)框架,解决LOS导引方法只适用于直线路径的局限性,进而推导出不受路径几何形状限制的SFLOS导引方法。针对SFLOS导引方法易受到海流扰动影响的情况,设计了利用海流观测器抑制海流干扰的自适应视线(Adaptive Line of Sight,ALOS)导引方法。仿真实验表明本文给出的ALOS导引方法在有海流干扰的情况下具有较好的导引性能。接着,针对船舶的模型不确定和未知扰动的问题,提出了动态面线性自抗扰高速循迹控制器,包括艏向控制器和纵向速度控制器。动态面控制(DSC)技术在解决非线性控制问题时具有较好的控制效果,同时避免了传统的反步法出现的“微分爆炸”问题。引入线性自抗扰控制(LADRC)技术,解决DSC依赖精确的船舶数学模型的问题,LADRC解决了传统的自抗扰调参困难的问题。LADRC中的线性扩张观测器(LESO)对系统模型不确定和未知扰动进行估计,并通过补偿环节对模型不确定和未知扰动进行补偿,使系统具有较强的鲁棒性。引入SFLOS导引方法,对系统的稳定性进行了验证。通过仿真对比,本文给出的动态面线性自抗扰控制器具有较好的循迹性能。最后,针对具有不确定性和输入饱和的动力定位船高速循迹控制问题,以滤波反步法为控制方法,结合径向基神经网络(RBFNN)和辅助系统设计了自适应艏向控制器和纵向速度控制器,以解决动力定位船的艏向跟踪和速度控制问题。RBFNN补偿了船舶动力学中的不确定性。针对推进器饱和情况,设计了辅助系统。结合ALOS导引方法,在理论上证明了所设计的闭环系统的有界性。对比仿真试验表明,本文给出的自适应神经反步循迹控制器具有较高的循迹精度。