当今港口航运业发展相当迅猛,海上航行船舶的数量、类型和吨位都发生了巨大的变化,相应地对船舶的快速性、机动性、可靠性有了更高的要求。单机单桨已经不能满足大型船舶操纵性要求,多机多桨能够在不同工况下满足要求,被越来越广泛地采用,这就涉及到船机桨在能量转化和传动过程中的匹配问题,合理的匹配能够提高船舶的航行效率,节省能源。本文是针对四机四桨的大型船舶进行船机桨匹配及优化研究。采用MMG分离式数学建模思想建立大型水面船四自由度运动数学模型,并分别对该模型中流体动力和力矩、螺旋桨推力和功率、汽轮机推力和功率、作用于舵上的流体动力和力矩、风浪流所产生的干扰力和力矩进行了分析,建模中充分考虑大型水面船的运动特点和风、浪、流的干扰特性。根据航速和航向控制的基本原理设计PID控制器和模糊PID控制器,在单机单桨工作时,对船舶航速、航向进行控制,并对两种控制器的控制效果进行比较分析,可知模糊PID的控制效果更佳。在不同工作条件下,采用模糊PID控制器进行船舶航速控制和航向控制,保证船舶直线航行并快速达到目标航速。阐述船机桨匹配和外罚函数法的基本原理,研究船舶(阻力)、汽轮机、螺旋桨特性,建立船舶、螺旋桨、汽轮机匹配的优化模型,采用外罚函数法对船机桨的匹配进行优化,仿真结果表明螺旋桨和主机的效率和有了明显提高,达到了预期目标。