由于超空泡减阻技术的应用,水下航行体的速度得到了极大的提升。但是,水下高速航行体所处环境的复杂性,包裹航行体的空泡不断变化等都为航行体的机动控制带来了极大的困难。针对水下高速航行体运动时所面临的的外部噪声干扰、模型不确定性以及部分状态参数不可测等问题,设计有效的观测器和鲁棒控制器具有重要的理论价值和实际意义。因此,本文在对水下高速航行体进行纵平面建模的基础上,完成观测器和控制器的设计方法研究及仿真分析,主要工作内容如下:首先,对水下高速航行体纵平面运动进行了数学建模。在选定航行体稳定航行模式和坐标系后,对航行体进行受力和力矩分析,在此基础上对水下高速航行体纵平面运动进行数学建模,并对模型进行开环仿真分析。其次,针对水下高速航行体部分状态参数不可测及模型存在不确定性等问题,结合高增益观测器理论,设计了扩张高增益观测器,对不可测的状态参数和系统中存在的不确定性进行估计,并结合极点配置反馈控制算法设计了带有高增益观测器的输出反馈控制器,通过仿真验证带有高增益观测器的输出反馈控制系统在不同参数下实现状态反馈控制系统性能的差异情况。分析高增益观测器固有的尖峰现象并提出了抗饱和控制方法来解决尖峰现象。再次,针对水下高速航行体纵平面运动时存在的强非线性滑行力和外界噪声干扰设计了 H2/H∞状态反馈鲁棒控制器。通过对航行体滑行力机理分析,将航行体模型变换成LPV模型,结合H2控制和H∞控制设计H2/H∞状态反馈鲁棒控制器,分别对标称模型、干扰模型以及参数不确定性模型进行仿真分析并验证控制器性能。最后,完成了水下高速航行体输出反馈鲁棒控制。针对水下高速航行体纵平面运动时存在的外部噪声干扰和部分参数不可测等问题,在航行体LPV模型的基础上,分别设计了H2/H∞输出反馈鲁棒控制器和基于高增益观测器的多目标约束鲁棒变增益输出反馈控制器,通过仿真对两种输出反馈控制器进行性能分析。