随着不断对海洋资源的开发与利用,各国之间大宗货物贸易大多依靠于船舶运输。由于外界环境的不确定性因素和船舶大型化发展的现状,在充分保障船舶运输的经济与安全性的目的下,对于船舶航行的智能化水平,人们逐渐提出了新的期望与要求。近些年,智能算法的出现解决很多的控制上的难题,但由于实践对于理论的滞后性,现在的船舶大多还是使用PID自动舵,但PID自动舵无论在控制精度还是鲁棒性方面,效果都不是很理想。因此,对智能控制算法的深入研究并加快智能舵的使用显得很有必要。本文从船舶操纵和控制理论出发,主要针对操舵系统的舵机时滞问题,设计时滞补偿的航向控制系统。在对船舶运动控制系统的原理和组成结构进行分析后,建立一阶Nomoto非线性响应型船舶运动模型和带有时滞时间的舵机传递函数方程。为了解决舵机系统因存在时滞问题而产生的不利影响,改善航向控制器在各方面指标上的控制性能,选用了可以有效改善时滞问题的Smith预估控制算法,通过对系统中的滞后部分进行补偿处理从而来提高控制器的控制品质。同时为了进一步改善传统Smith预估控制器对模型失配情况下控制品质减弱甚至失效的缺点,在C.C.Hang对传统Smith预估控制器进行结构改进的基础上,通过仿真分析研究得出自适应控制率,使得在模型不完全匹配时,Smith预估控制器仍可以具有较强的自适应性,可以很好的依照控制系统的响应特性及状态来实时改变控制器的参数,解决了当模型产生失配时的控制器稳定性能下降问题。船舶在航行时,除了受到风、浪、流的干扰之外还难免有其他一些不确定的外界因素,使得船舶的运动模型随着干扰的不确定也相应具有不确定性。而模糊控制对于外界干扰和参数改变有很好的控制效果,利用模糊控制的智能性来对PID的参数进行实时整定的方法,能够显著提高控制的自适应性能和抗干扰性能。对于系统响应处于微小偏差时,控制规则较少所引起的较低的控制精度问题,利用变论域思想,将模糊控制中的论域由常规的固定值设计成自适应量,由此来提高控制系统精度。本文利用Matlab软件平台来进行编程从而进行仿真研究。结果表明无论是外界因素的不确定干扰情况下还是模型发生摄动的情况下,其控制算法都具有良好的稳态特性和动态响应特性。说明本文设计的基于Smith改进的模糊PID控制算法可以很好地进行航向控制,可以为智能型船舶航向控制器的设计提供很好的参考基础。