集装箱船舶作为海上运输的主要船型之一,具有大型化,高速化的特点。海洋运输密度的增加,使船舶航行的安全性和经济性遇到很大的挑战,要求大型船舶具有良好的操纵性能和航向控制能力,以保证船舶安全航行和降低营运成本。本文从MMG模型出发,建立了一种响应型非线性船舶运动数学模型,这种模型相对简单,又能满足仿真对精度的要求。分析了海洋环境对船舶航行的影响,建立了风、浪、流等外界干扰的等效舵角数学模型。探讨了自抗扰控制器(Active disturbance rejection controller,ADRC)。分析了ADRC控制器的三个组成部分,并对各部分的参数整定进行分析,给出了一种通用的参数整定方法。以两艘大型集装箱船为研究对象,进行船舶航向控制的研究。分别讨论了一种优化参数的PID控制器和ADRC控制器对于船舶航向控制的性能,仿真结果表明在恶劣海况下ADRC自抗扰控制器具有良好的操纵性能和保持航向稳定的性能,并且通过对两艘不同船舶的仿真表明了ADRC控制器在一定范围内对于不同船舶具有良好的通用性。针对ADRC控制器参数众多,整定困难的缺点,设计了一种单神经元网络,利用单神经元的自学习、自适应功能实现ADRC控制器参数的在线自整定,仿真验证了其可行性。最后,尝试将一种多模态的控制方式引入到船舶航向控制中,期待得到一种响应速度足够快,又具有良好的鲁棒性和控制品质的航向控制器。将开关控制和单神经元ADRC控制器引入多模态控制策略,设计控制器,并对集装箱实船模型进行仿真验证,结果表明多模态控制器的有效性。