随着人们对海洋开发的日益重视,自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)已经成为世界各主要强国关注和研究的重要技术装备。微型水下机器人(MicroAUV)由于其体积小、重量轻、制造成本低、隐蔽性强等优点,目前已经成为水下机器人技术发展的一个重要趋势。作为微型水下机器人的核心,控制系统性能的好坏对整个微型水下机器人的总体性能。因此,本文对微型水下机器人控制系统进行了着重的研究,研究内容主要包括控制系统硬件、软件设计和底层运动控制算法。研究成果不仅能够满足微型水下机器人自主航行和作业的基本功能需求,而且具有模块化和可移植性等优点。本文首先对微型水下机器人的基本功能和使命任务进行了论证和分析,并在此基础上确定控制系统总体设计方案。其次,完成了控制系统硬件设计和软件设计。硬件系统方面主要是具体设备选型,主控制器、节点控制器采用目前十分热门的开源硬件,降低成本,再根据开源硬件数据接口选择各型传感器和电机驱动器等设备。软件系统基于MOOS系统进行搭建,同时将整个软件系统分为四层设计:监督层、使命层、执行层和设备层。最后,根据该微型水下机器人所特有的泵喷控制方式,在深入研究传统尾舵控制水下机器人动力学分析的基础上,完成了微型水下机器人动力学模型的建立和运动控制算法的研究。运动控制算法主要研究内容包括PID运动控制算法和模型预测控制算法,并通过仿真验证了两种控制算法的有效性,同时对比了两种算法控制效果的优劣。在完成原理样机的研制和岸上试验调试工作之后,微型水下机器人分别在沈阳浑河以及棋盘山秀湖进行了实际条件下的测试,期间控制系统运行稳定,测试结果符合预期。