传统的PID控制对系统的参数变化敏感,在线参数优化是PID控制的难点,且近年来受到广泛的关注,一直是研究的热门,目前,船舶航向PID控制器在实船中运用广泛,但船舶运动状态大时滞、大惯性、非线性的特点,使船舶航向PID控制器的参数选定更为困难。船舶航向PID控制器的参数优化问题一直没有得到很好的解决。　　 本文引入变结构控制理论,论证了船舶航向PID控制的变结构特性,并利用船舶航向PID控制的变结构特性,将其三个参数kp、ki、kd转化为物理意义更加明显的三个参数,通过对响应特性的观察反馈,结合变结构控制的特性,对这三个参数进行优化,最终达到优化船舶航向PID控制器的目的。在此基础上,本文设计了参数在线优化控制器,参数在线优化控制器采用舵角反馈和舵效性能评估的方法对参数进行在线优化,其物理意义明显、原理简单,利用MATLAB的simulink工具箱进行仿真,结果表明所设计的参数在线优化控制器具有较好的参数在线优化效果。　　 针对船舶航向PID控制系统,提出一种改进的PID控制方法。通过在积分项中添加微分补偿项,避免了传统PID控制积分引起的超调问题,强化了其鲁棒性。控制算法结构简单、容易实现,其设计过程意义明显,利于参数整定和分析控制系统的输出特性。利用MATLAB的simulink工具箱进行仿真,结果表明,改进的船舶航向PID控制系统阶跃响应的超调量明显减小,且定常干扰情况下的静态误差得以消除,稳定时间明显缩短。同时结合参数在线优化控制器对所设计的船舶航向PID微积分补偿控制器的参数进行在线整定,并利用MATLAB进行对比仿真,结果表明所设计的控制算法具有较好的应用前景。