独立手操杆系统在动力定位系统中占据着很重要的地位，它是计算机控制系统的辅助装置，同时可以辅助主控系统在不同的地方操控船舶。手操盒因为具有体积较小、移动方便、操控简单等优势，在船舶控制系统研用中正逐步受到重视。本文主要根据操作终端系统性能的需要，设计操作终端控制单元的电路结构，并完成硬件和软件的接口驱动；在Matlab平台上，建立基于船舶的三自由度模型，进行仿真实验，验证设计的操作终端性能。主要工作如下：首先以AVR单片机为中心，设计了操作终端信息采样电路、CAN总线网络电路、系统通讯电路、操控按键扫描电路、艏向轮信息采集电路、船舶航行信息显示电路和航行信息存储器扩展电路，在此基础上，完成系统的相应接口的程序设计，最后为多个手操盒和主机建立一个网络，完成各个手操盒之间、多个手操盒和主机之间的信息传递。其次，搭建仿真研究环境，为了验证设计的操作终端系统的性能，建立船舶的三自由度仿真模型，在外界环境干扰方面，选择风、浪、流作为干扰模型，并建立相应的数学模型。第三，研究模糊PID算法，制定控制器的规则，并把操作终端系统的输出按照制定的规则进行模糊化处理和模糊推理，然后对模糊推理产生的结果进行反模糊化处理；再依据PID控制器原理，设置模糊控制器。最后，完成操作终端系统半实物仿真研究平台。通过PC机和手操盒实物，在PC机上运行三自由度数学模型，把操作终端系统的输出作为仿真模型的输入，再把仿真平台的输出和手操盒输入进行对比，然后对PID参数进行调整，得出最好的PID参数。仿真结果证明，本文设计的操作终端控制系统性能十分稳定，超调量也比较小，并且系统反应时间快，符合系统设计的要求。