当前深海资源逐渐受到全球各国的重视及关注,其中开发海洋资源和进行海洋勘察作业装备的主要组成部分之一,水下机器人-机械臂系统(UVMS)因为其独特的结构组成和作业任务的多样化而被各个研究机构争相开发研制。对于UVMS而言,考虑到其由水下机器人本体和水下机械臂系统两个分系统构成,因此两个分系统的协调控制研究显得十分迫切,这也是对UVMS执行作业任务控制要求的一大难点。本文首先对UVMS的水下机器人本体以及水下机器臂系统两大分系统建立相应的坐标系统,并且依据相关原理,得到两者相应的运动学和动力学模型,并在此基础上得到UVMS整体数学模型,为后续分析奠定模型基础。其次根据UVMS在垂直面内的运动情况,进行合理假设,得到简化的水下机器人本体欠驱动AUV垂直面动力学模型以及垂直面内二自由度水下机械臂系统动力学模型。根据欠驱动AUV本体对于水下机械臂系统的影响作用的补偿需求,设计了基于非线性观测器(NDO)的自适应反演控制器,实现在水下机械臂系统动作情况下,水下机器人AUV本体的深度跟踪控制,并且依据李氏稳定原理,证明了所构建控制器的稳定性。再次根据UVMS水平面内运动情形,合理简化水下机器人本体的动力学模型。结合模糊控制、滑模控制以及非线性观测器的相关原理,构造了一种基于非线性观测器的模糊滑模控制器,实现水下机器人本体三功能水下机械臂的水平面分力矩扰动作用之下,其艏向角跟踪目标变化规律,仿真结果显示构建的控制器具备良好的鲁棒特性。最后,对于UVMS的水下机械臂系统进行了分析,设计了一种新型的基于RBF神经网络的终端滑模控制器,并根据水下机械臂系统的不同情况进行分析。以垂直面内二自由度水下机械臂系统为例,通过对于考虑水动力作用以及模型不确定性和外界干扰情况下的仿真实验,结果证明设计的控制器对于水下机械臂系统具有良好的控制性能和表现。