海洋中蕴藏了丰富的资源,人类对资源的需求促使大国将目光转向海洋,对海洋的开发利用成为新的热点话题。探索海洋,人们离不开水下机器人,水下机器人在海洋考察和海底作业中具有不可替代的地位。为了适应深海考察,为了有效延长水下机器人的水下作业时间,沈阳自动化所设计了基于可旋转推进器的水下机器人。基于旋转推进器的特点,本文对水下机器人进行了数学建模,对水下机器人的运动学方程和动力学方程进行了分析,有针对性的对水下机器人的粘性水动力和惯性水动力进行了研究,获得了水下机器人的六自由度状态空间方程。根据基于可旋转推进器水下机器人水下运动的特点,本文为水下机器人设计了基本的航行任务,包括定向、定深、定高。基于上述航行任务设计了控制算法。本文详细讲述了模型预测控制方法用于水下机器人控制的过程,通过给控制量和控制量变化率加约束条件使算法更具实际意义,通过模型预测控制的目标函数结合拉格朗日乘子法构造了新的目标函数,借用有效集的思想筛选有用约束,采用德雷斯规划求出最优的控制量变化律,实现了模型预测控制算法对水下机器人人的控制。紧随模型预测控制算法之后,本文提供了另一种机器人控制算法,将模糊控制的思想与传统PID控制相结合,实现了 PID参数的自调整,本文将该算法称为模糊PID控制。文章将模型预测控制的定向和定深(定高)仿真与模糊PID控制的仿真进行了对比,证明了模型预测控制对水下机器人控制能起到很好的控制作用。通过模型预测控制和模糊PID控制的对比实验,我们发现,模型预测控制算法的控制器参数相较模糊PID控制器的参数调节起来更方便,控制效果也更理想。基于此观点,本文采用模型预测控制算法设计了更加详细的仿真实验,在完成基础的定深、定向任务的基础上,本文还继续研究了水下机器人执行搜索使命的情况,通过水下机器人的行走路径验证控制算法。