无人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle,UUV）是一种自携带能源、具有远程操控或自主水下航行能力的载具,其作业能力强,机动性能好,活动范围大,在当今海洋开发研究领域具有重要的应用。良好的运动控制与航迹跟踪能力是UUV完成各水下作业的基本技术前提,因此运动控制是UUV领域的重点研究内容之一。随着UUV任务的拓展,兼顾低速巡航和高速航行能力的UUV开始得到关注。相比中低速,UUV在高速航行时易产生更大的航迹误差,也对其运动控制系统及算法提出了更高的要求。因此,设计优良的高速UUV运动控制系统,是提高其航迹跟踪能力、保证高速下作业能力的基本前提,具有重要的实际意义。本文针对某高速UUV（其最高航速达20节以上）,设计了运动控制系统,将若干个目标点组成的三维航迹分解为水平面巡航及垂直面变深任务,并分别提出了控制算法。主要工作如下:首先设计了UUV软硬件系统。从任务需求出发,将其分为船载端和艇载端,搭建了硬件平台,并开发了软件程序,具备信号采集、数据处理、信息存储、界面显示等功能,实现了船载手动遥控和UUV艇载自主航行两种运动模式,硬件平台的可靠性及软件程序的正确性通过手动遥控实验得到验证。其次建立了UUV运动控制模型。根据实际情况并结合UUV的运动特性,将六自由度运动控制模型解耦成水平面和垂直面运动控制模型,并进行了操纵性仿真分析,结果验证了控制模型的准确性。最后开发了UUV运动控制策略。针对水平面航迹跟踪控制任务,采用了基于时变前视距离的视线导引跟踪算法,并针对高航速航行特点,提出了距离偏差航向航速双闭环PID控制算法,改善了高速下转向误差大的问题。仿真结果证明了双闭环控制算法的有效性,可提前减速以低速切换航迹,减小航迹误差,改善航迹跟踪效果。针对垂直面变深任务,设计了串级PID控制器,保证了安全稳定性要求,仿真结果表明所设计的控制器能使得UUV较好的完成变深任务。