近年来,海洋工程装备逐渐往智能化、无人化的方向发展,其中水面无人艇以其优越的自主能力和灵活性,迅速成为国内外的研究热点。自主靠泊作为无人艇关键功能之一,对无人艇操纵的灵活性有较高要求,常规的舵桨系统难以很好地满足需求,而全向推进器具有360°全方位回转的能力,搭配侧向推进器可使无人艇操纵的灵活性得到显著提高,能够更好地适应复杂环境下自主靠泊需求,因此研究全向推进无人艇的自主靠泊测控技术具有重要意义。本文以“全向推进无人艇自主靠泊测控技术研究”为题,分析了全向推进无人艇的运动学、动力学特性和自主靠泊的特点,建立了全向推进无人艇自主靠泊数学模型,研究自主靠泊过程中的路径跟踪制导、局部路径规划和航向控制等方法,设计了无人艇自主靠泊测控系统软硬件,并通过仿真实验和实艇实验验证无人艇自主靠泊方法的可行性和自主靠泊测控系统的有效性,具有较高的学术价值和工程应用价值。论文的主要工作内容如下:(1)基于全向推进无人艇的运动学和动力学特性,建立全向推进无人艇的平面运动数学模型,分析基于全向推进器和艏侧推联动控制的推进结构,建立全向推进无人艇的推力模型,最后根据无人艇自主靠泊的特点,建立无人艇靠泊环境干扰力模型,并对全向推进无人艇数学模型进行低速域和浅水域的修正,建立全向推进无人艇自主靠泊数学模型,为后续的控制方法研究等提供支撑。(2)基于确定的全局靠泊路径,将无人艇的自主靠泊过程分为路径跟踪制导、局部路径规划和航向控制三部分。分析前视距离对LOS法的影响,引入模糊控制理论,提出一种基于模糊LOS的无人艇自主靠泊路径跟踪制导方法,同时针对自主靠泊时的避障问题,采用VFH+算法设计无人艇自主靠泊局部路径规划算法,最后结合基于双闭环串级PID的无人艇航向控制算法,实现具有避障功能的无人艇的自主靠泊控制。(3)基于无人艇自主靠泊控制方法的需求设计无人艇自主靠泊测控系统总体框架,将系统分为主控制器、传感器采集处理系统、推进系统、通信系统和电源系统,并对各子系统的硬件进行选型和设计;同时根据不同的功能开发系统软件,分为数据采集模块、自主靠泊路径跟踪制导模块、自主靠泊局部路径规划模块、无人艇航向控制模块和通信模块,并对各软件模块的参数和数据协议进行设计,实现无人艇自主靠泊测控系统。(4)基于全向推进无人艇自主靠泊数学模型进行自主靠泊仿真实验,通过对比双闭环串级PID算法和传统单环PID算法在无人艇定向控制的控制效果,验证双闭环串级PID算法的优越性,并分别在有、无障碍物的环境下进行无人艇的自主靠泊仿真实验,验证基于模糊LOS的无人艇自主靠泊路径跟踪制导算法和基于VFH+的无人艇自主靠泊局部路径规划算法的可行性;最后通过实艇实验配置无人艇航向控制器的参数,并验证了无人艇自主靠泊测控系统的有效性和安全性。