船舶运动具有大惯性的特点,反应常数通常也比较大,万吨级油船甚至可达百秒以上,对船舵的响应缓慢;且在操作伺服子系统中存在时滞性和继电器特性等非线性因素;船速和船舶的装载变化会导致船舶运动模型的参数甚至结构产生摄动;同时船舶运行环境复杂。这些因素都会使船舶航向保持控制成为一个复杂的非线性控制问题,传统的航向保持控制器很难达到理想的效果。本文针对船舶航向控制中的非线性控制问题,用统计建模的方法,构建了船舶的RBF-ARX模型。最后将其应用于船舶航向保持控制器的设计。主要研究工作如下:首先介绍了 ARX模型和RBF-ARX模型的结构。RBF-ARX模型是通过RBF网络对ARX模型中函数系数进行逼近所得到的全局模型,此模型能描述一类系统工作点随时间变化的平滑非线性过程。RBF-ARX模型能够在任意工作点处局部线性化为一个线性ARX模型,这使得RBF-ARX模型在控制中使用起来非常容易。并针对船舶航向保持系统进行RBF-ARX和ARX模型建模,与船舶的物理模型比较了长期预测性能,验证了 RBF-ARX模型在描述非线性系统的全局动态特性方面的优越性。然后设计模糊PID航向保持控制策略和基于RBF-ARX模型的LQR船舶航向保持控制器。模糊PID既有模糊控制适应性强的优点,又具有传统PID控制精度高的特点。而LQR控制是最优控制中比较典型的控制方法,能通过最优状态反馈控制来达到预期控制效果。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台下,对经典PID控制,模糊PID控制及基于RBF-ARX模型的LQR控制在船舶航向保持控制仿真实验中,进行了比较,验证了本文提出的基于RBF-ARX模型的LQR航向保持控制策略的有效性。