拥有丰富石油能源和矿物资源的海洋，是世界各国利益竞争的新空间，水下自航行器（Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV）作为一种可以在水下移动，并能搭载勘察、测量传感设备的装备，在海洋开发领域的作用日益显著。AUV水下自主航行，人为干预指令滞后甚至无法被响应，所以必须依托于逻辑清晰、性能可靠的控制系统。本文基于模块化的分布式控制系统结构，重点研究AUV导航定位控制系统和运动控制系统。项目课题建立了以PHINS惯导为核心的组合导航定位系统，并开发了GPS、DVL、深度计、USBL超短基线等辅助导航设备与PHINS系统的硬件通讯链路和数据融合技术。在此基础上，本文提出适合水下自航行器导航定位技术的联邦Kalman滤波算法，并根据实际工况条件选择设计基于无重置结构的联邦滤波器，充分利用各导航传感器的测量数据，大幅提高系统的容错性和可靠性。通过试验验证了PHINS/DVL组合导航的精度以及USBL超短基线的位置修正技术。为提高AUV航迹跟踪能力，本文开发了一套简单、合理、可靠的航迹规划与解析系统。结合自主研发的矢量推进机构，本文选择了合适的动力驱动电机和俯仰/航向控制舵机，基于安全性和可靠性考虑，开发了适当的主推电机以及舵机的控制方法，并提出基于模糊控制的分段PID运动控制算法，提高了执行机构对不同工作环境的响应能力。本文还研发了内容完善、性能可靠的应急保护措施，加强了AUV的航行安全性。通过水域试验，修正控制逻辑和算法，并根据AUV航行状态实时整定动作执行机构的PID控制参数，最终实现了AUV的水平航向控制、定深控制和定高控制。