船舶是一个具有多自由度,非线性严重,并且航行环境复杂的系统,因此船舶操纵性能优化设计是迫切需要研究、解决的关键技术之一。本文针对船舶适航性与操纵性进行自航模系统设计,采用模糊自适应PID控制技术,并对其在自航模速度控制和航向控制的应用进行了深入的研究。首先,根据船舶设计的理论与方法,进行自航模型的型线设计和总布置设计。同时,依据船舶推进理论和船舶操纵性理论,设计了基于推进器、舵与舵机的电气控制系统,并针对MTI姿态传感器和ZigBee技术详细阐述了信息流以及控制流程。其次,依据流体力学理论和实际自航模型的外形分析了船体的各种水动力;建立了执行机构的数学模型;对干扰船体运动的浪流进行分析,基于MMG模型建立了自航模在浪流干扰下的四自由度运动模型。最后,采用模糊自适应PID控制算法设计了航向控制器和速度控制器,采用模糊推理对PID的参数进行在线调整,以实现控制系统的最优控制。在VC6.0的环境下建立了模糊PID控制器的运动控制仿真环境,并基于串口通信模拟控制指令下达和信息反馈,对自航模进行了操纵性仿真实验。仿真结果表明,本文设计的模糊自适应PID控制器具有较好的控制效果,回转仿真试验、Z形操纵仿真试验、正弦操舵仿真试验和紧急停船仿真试验均满足设计要求,为下一阶段的实物操纵性试验做了准备,并提供了理论依据。