水下自主航行器(AUV)作为一种新型的水下工作平台,在军事、商业、学术研究领域有广阔的应用前景。而水下航行器能够进行优良控制并稳定运行,这是国内外各科研机构研究的重点。本课题通过对水下航行器发展历程和现状的分析和研究,设计了一种舵桨控制的水下自主航行器,确定了研究的重点和总体框架。本文先介绍了航行器的结构设计,针对航行器结构特点建立坐标系及其运动学模型,通过受力分析,推导出动力学模型,并对其模型进行简化。由于AUV在运动过程中需要进行水下作业,例如图像采集,声呐探测等,这些都要求AUV能够稳定运行。舵桨控制,其控制难度在于各种运动过程中能够保持AUV艇身的平衡稳定,尤其是横倾控制。在此基础上,设计了差动舵控制系统,通过差动舵来对横倾进行控制。针对航行器的结构特点设计控制系统和方案,详细罗列不同舵桨配合下的运动过程和横倾控制,并对其控制方法进行归类总结。鉴于舵桨控制系统在AUV领域应用的报道和资料较少,缺少借鉴。而PID控制器在工程实际中已经成熟和广泛运用。本研究采用PID控制,在MATLAB软件中搭建仿真模型,对航行器进行不同航速下舵桨运动控制的仿真,得出航行器横滚响应曲线和横滚调节曲线。仿真结果表明PID控制能对该对象进行有效控制。最后,介绍了航行器控制系统软、硬件设计,采用本文的控制策略对AUV进行大量实验,实验数据证实了控制的有效性性、可行性,控制效果理想。