随着航运业的繁荣与商船的大型化,环境干扰力(流、风)对船舶操纵性能的影响愈加突出,船舶在近岸壁以及有风状态下的操纵控制逐渐成为研究热点。对此本文基于LQR控制分别从限宽水域操纵运动控制、风载下操纵预报与控制两个模块来研究船舶操纵运动的航线控制。限宽水域操纵运动控制模块,先利用Abkowitz模型得到线性船舶操纵运动方程,并采用模型叠加岸吸力、力矩的方式推导出超大型油轮KVLCC2船模在限宽水域中的线性状态空间方程,其中船模水动力导数通过循环水槽PMM试验获取。再以Matlab为仿真平台基于上述状态空间方程设计LQR控制器,并与极点配置控制法进行对比,验证LQR控制器在横移与操舵控制上的优越性。最后考察船模在不同岸壁距离下控制效果,结果显示LQR控制器通过摆舵与降速可以有效地矫正与控制船舶的运动轨迹,保持了船舶航线稳定性。风载下操纵预报与控制模块,先利用MMG模型叠加风载荷的方式推导出某大型集装箱船在风载下的操纵运动方程,其中船模的水动力导数通过循环水槽船模PMM试验获取,风载荷则利用藤原敏文成分分离风载荷推导法获取。再基于上述操纵运动方程对风载下船舶回转与Z型运动进行仿真,结果显示船舶的回转性和跟从性均在变差。最后考察船舶在不同风速下LQR控制效果,验证了LQR良好的控制性能。