万吨级舰船在海面上航行时，受到海浪、海风和海流等海洋环境扰动的作用，船上设备、舰载飞机的起降、适居性、适航性及安全性等都会产生不利的影响，因此研究万吨级舰船在风浪流中的操纵性显得尤其重要。船舶运动控制问题的两个重点研究领域是船舶动态模型建立和船舶运动控制器设计，本文根据万吨级舰船的运动特点和风、浪、流的干扰特性建立了万吨级舰船三个自由度运动数学模型，并在模型建立的基础上，选择合适的控制器进行万吨舰船航向的控制仿真。本文首先基于MMG分离式数学建模思想建立万吨级舰船三个自由度的运动数学模型，该模型对流体动力和力矩、流体动力和力矩之间的相互耦合、万吨级舰船的螺旋桨推力、风浪流所产生的作用力和力矩进行了讨论分析。然后利用VC++语言编写程序，运用标准的四阶龙格—库塔法对建模所得出的一阶常系数微分方程组进行数值求解，对万吨级舰船在静水的直航运动和回转运动进行模型仿真验证，同时对万吨级舰船在风浪流干扰下的回转进行了仿真。最后在较为精确的操纵运动方程的基础上设计了船舶航向PID控制器，并且应用这种控制方法对万吨级舰船的航向进行控制仿真。仿真结果分析表明，建立的万吨级舰船三个自由度运动数学模型基本正确实用，设计的常规PID控制器具有良好的控制能力。