获取高速性能一直是水下射弹不懈追求的目标,由于流体阻力的存在使常规水下射弹尚不能突破40m/s的速度限制。而超空泡技术的出现可使射弹在水中的阻力减小90%左右,水下射弹可以实现大于100m/s以上的高速飞行。超空泡减阻技术对水下射弹的研制产生了巨大影响,目前各海军强国纷纷投入巨资研发基于超空泡技术的水下射弹(称为水下高速射弹),可以预见水下高速射弹关键技术一旦突破,海战模式必将出现重大改观。论文对水下高速射弹的运动特性进行了详细地分析,建立了水下高速射弹的非线性数学模型,并重点对水下高速射弹的控制方法进行了研究。实现水下高速射弹高速运行最重要之处是必须有先进的控制系统和先进的推进系统。针对水下高速射弹的尾舵自身产生空化等不足,提出了采用摆动发动机作为水下高速射弹的推进系统,利用空化器和推力矢量实现对水下高速射弹的运动控制。水下高速射弹在高速运行时,射弹全部或大部分表面被空泡包裹,使水下高速射弹动力学特性与常规水下武器有所不同。应用牛顿定律及相关的力学理论,详细地分析了水下高速射弹的受力情况,并在此基础上建立了水下高速射弹的非线性数学模型,然后对水下高速射弹的运动方程进行分析,并利用小扰动原理对数学模型进行了线性化处理,推导了水下高速射弹定深航行的线性运动微分方程组。根据水下高速射弹巡航段的特性,针对水下高速射弹的定深航行状态空间模型,分别设计了基于鲁棒极点配置的状态反馈控制器和LQR最优控制器。仿真结果表明,所设计的控制器明显改善了系统的动态性能,且LQR控制器比鲁棒极点配置控制器具有一定的优越性。然后在考虑噪声干扰情况下,应用LQG控制理论,设计了系统的LOG最优控制器,仿真结果表明LQG控制器具有一定的抗干扰能力,使系统具有了一定的鲁棒性。鉴于滑模变结构控制具有适应性强、鲁棒性好、响应速度快及容易工程实现等优点,应用滑模变结构控制理论设计了水下高速射弹的控制器,仿真结果显示系统的动态性能得到明显改善,响应速度明显提高。并对在考虑外界干扰和系统参数不确定情况下检验了控制器的鲁棒性,从仿真结果来看,系统的动态性能依然良好。