自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)是一种没有电缆限制的水下机器人,它拥有自己的动力系统与智能控制系统,通过它们来实现自身运动的自主决策与智能控制。它可以代替人完成资源探测、水质监测等高风险、严要求的水下工作,AUV拥有广泛的应用前景,应用领域涉及海洋科学领域、军事领域与经济领域等。随着时代的发展与进步,人们需要越来越丰富的海洋能源资源,对AUV的使用要求也越来越严格,AUV正朝着小型化、轻型化与智能化的方向发展。AUV在海洋环境中工作时,运动是复杂的、非线性的与时变的,水动力性能是判定AUV设计优劣的重要依据,也是实现AUV运动控制不可或缺的前提。迄今为止,理论计算、近似估算和操纵性试验是获得AUV水动力系数运用得最广泛的方法。近年来,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)发展的步伐不断加快,实现了运用基于CFD的方法来获取AUV的水动力系数,这种方法预报分析水下机器人的水动力性能更加方便和高效。本文将标准椭球水动力系数的数值模拟结果和近似估算结果进行对比分析,结果表明数值模拟方法可以被用于计算AUV的水动力系数,通过基于粘性流体计算的CFD方法与动网格技术数值模拟AUV的直航运动、斜航运动、平面运动机构试验来获取部分水动力系数,AUV主要的耦合水动力系数通过近似估算方法来获得,建立了AUV的六自由度运动数学模型,重点对解算螺旋桨、控制舵的有效作用过程进行了探讨。运用古尔维茨判别法分别评估了AUV在水平面上与垂直面内的运动稳定性,对其直航运动与回转运动进行了仿真,并设计了一种双环积分滑模控制器对AUV的运动路径进行跟踪控制。