近代计算机技术的飞速发展，给采用先进控制方法对复杂系统建模和控制提供了契机。尤其是以模糊逻辑为基础的各种智能控制方法飞速发展，已经成为控制理论中应用最为广泛、成果最为丰富的领域。本文将多模型方法与模糊控制理论相结合，提出了一种多模型模糊切换控制方法，并将其用于基于参考模型的船舶运动控制器设计中，取得了良好的效果。　　多模型模糊切换系统采用多个子系统逼近复杂动态过程，子系统之间以模糊切换方式构成全局模型。本文首先深入研究了基于模糊工作域的多模型建模方法，它采用模糊集把系统论域分解为模糊工作域。在每个模糊工作域内构建形式一致的局部模型，并应用并行分布式补偿方法设计基于局部模型的局部状态反馈控制器。局部控制器同局部模型享有相同的工作域空间，全局控制器由所有局部控制器的加权模糊合成构成。通过采用非一致分划方法和多级分解原则能够在不损失系统非线性逼近能力的前提下有效地减少系统维数。　　稳定性和平滑性是多模型切换系统中的重要研究课题。通过构建多模型模糊切换系统的模糊Lyapunov函数，并采用Matlab中的LMI工具箱寻找一系列满足Lyapunov稳定性定理的正定矩阵方法证明所提出的自由输入多模型模糊切换系统稳定性。闭环系统稳定性由四个线性矩阵不等式描述的稳定性充分条件保证。如果系统参数矩阵中存在一个满足所有条件的公共正定矩阵，则可以根据Lyapunov定理证明所设计的多模型模糊切换系统的闭环稳定性。多模型模糊切换方法放宽了常规多模型切换中为了保证平滑切换的约束条件，同时降低了局部模型和局部控制器的设计难度。　　以工作域分解中的“基于目标分解”法为基础，提出了一种模糊切换型PID控制系统。按照被控对象的动态特性把其论域分解为瞬态工作域和稳态工作域，分别采用TS-PID模糊控制器和传统PID控制器满足不同工作域内的控制要求。模糊切换PID控制方法把模糊控制器良好的动态特性与传统PID控制器稳态精度高的优点相结合，不仅弥补了单一控制方式中振荡时间长、超调量大或稳态精度低等缺点，而且模糊切换方式有利于二种控制器之间的平滑切换。应用钝性定理证明了闭环系统稳定的充分条件，并通过遗传算法优化控制器参数。　　船舶运动过程属于典型的不确定、非线性系统，目前其主要控制方式仍然以PID控制为主，对船舶运动控制的研究大多是基于参考模型的仿真研究。本文首先应用模糊切换型PID控制方法处理船舶运动线性化模型。根据控制目标把船舶转向过程分划为两个模糊工作域，当偏差较大时采用TS-PD模糊控制器提高船舶响应速度，偏差接近设定的切换点后由TS-PD与传统PI控制器组成的混合控制器进行控制，而在偏差足够小时完全切换到传统PI控制方式使船舶尽快稳定在设定航向上。对某商船的仿真对比实验证明了所设计的控制方法优于单一T-S模糊控制方法。　　线性化船舶模型一般适用于小舵角范围，当转向过程中舵角增大导致转首速率增加时，需要采用非线性模型作为参考模型设计船舶自动舵。多模型模糊切换方法首先根据舵角变化范围把船舶运动非线性过程分为三个模糊工作域，在每个模糊工作域内采用一组模糊推理规则描述船舶动态。通过并行分布式补偿方法设计基于局部模型的局部控制器，全局控制器由局部控制器的模糊切换方式合成。以某商船为仿真对象，经过局部参数整定后应用Matlab的线性矩阵不等式工具箱求得一个满足模糊切换多模型系统闭环稳定定理的公共正定矩阵，证明了所设计的非线性船舶控制器具有全局稳定。通过对比仿真实验、复杂航线跟踪实验和变航速实验证明了多模型模糊切换控制方法能够很好地实现对非线性船舶模型的稳定控制，并对航速改变具有一定的鲁棒性。　　基于模糊工作域的多模型切换建模及控制方法可以对复杂非线性被控对象进行精确建模及控制，并且降低了系统模型和控制器的设计难度。本文面向工程实际，深入研究了其系统化设计方法并给出相应的稳定性结论，其研究结果不仅可以用于船舶运动控制系统，而且可以广泛用于一大类非线性过程控制问题。