随着现代航运事业的发展和现代海战的需求，简单的航向控制系统已被应用现代控制理论和微机控制的航向控制系统所取代。本文对航向控制系统进行了定量分析和研究，并给出了基于自适应神经网络PID算法的航向控制系统。首先，介绍了航向自动操舵仪的结构的主要组成部分，研究了船舶常用的两种坐标系以及它们之间的旋转变换关系，潜艇空间运动的一般方程和潜艇受力情况，得到潜艇空间六自由度运动方程，为了研究的方便，我们直接采用潜艇空间标准操纵运动模型，包括轴向方程、横向方程、垂向方程、横倾方程、纵倾方程和偏航方程。针对航向控制的需要，进一步简化得到航向运动的一般方程，并对其稳定性进行了分析。其次，介绍了神经网络的发展历史和现状，给出了经典增量式PID控制算法，研究了单神经元自适应PID控制系统的组成和算法，推导出了基于神经网络的自适应PID控制算法的推导公式和计算步骤，并给出了改进的算法。最后，分析了航向控制系统的评价指标，潜艇航向控制系统的动态品质分析，包括潜艇航向控制系统作用下航向稳定性和干扰作用下的航向误差分析、潜艇航向控制系统的静态指标分析等。神经网络PID控制算法应用于潜艇航向控制系统，潜艇运动模型采用K-T方程，神经网络的结构选4-5-3，使用神经网络的自适应PID控制算法用于整定自适应参数，设计出了潜艇航向神经网络控制系统，而且进行了潜艇航向神经网络控制系统仿真，给出了仿真曲线和仿真结果分析。