船舶在海上航行时,由于航速、装载状态等的不断变化以及外界环境干扰的影响,导致船舶航向控制系统模型中存在明显的不确定性,同时船舶具有复杂的非线性和非稳定性,因此,研制鲁棒自适应性能好、易于工程实现的非线性船舶航向控自动舵成为热门研究课题。因此,本文针对带有不确定性的船舶航向自动舵非线性控制系统,提出了带有未知参数、带有未知非线性函数以及带有未知控制增益符号等三种非线性船舶航向自动舵控制算法。首先,在不考虑舵机伺服系统的情况下,针对带有参数不确定的船舶航向自动舵控制系统,以后推(Backstepping)法为控制器设计的基本工具,提出了一种自适应船舶航向控制算法；其次,针对一种考虑舵机伺服系统及未知外界干扰的三阶不确定非线性航向控制系统,在后推法的基础上,提出了一种考虑舵角输入饱和非线性船舶航向动态面模糊控制算法,该算法采用模糊系统逼近光滑不确定性函数,通过采用动态面技术,避免了高阶系统易出现的“计算量膨胀”问题,明显地降低了控制器的复杂性,为控制系统在工程应用上提供了捷径；最后,针对含有完全未知的控制增益函数的非线性船舶航向控制系统,将Nussbaum增益函数技术融入后推法之中,考虑舵角输入饱和,提出了一个新的自适应船舶航向自适应模糊控制算法,在保证航向控制系统稳定的前提下,使系统达到良好的跟踪效果。本文所提出的航向控制算法都能够保证闭环系统的所有信号最终一致有界,并且使得航向跟踪误差足够小。最后,利用MATLAB进行计算机仿真实验,分别验证了上述三种非线性航向控制器的有效性。