自治式潜器(Autonomous Underwater Vehicle,以下简称AUV)是高新技术的集成体,AUV运动控制问题是AUV诸多关键技术中迫切需要研究、解决的关键技术之一。AUV在垂直面的运动控制是完成使命任务的重要环节之一,对其进行深入的研究有重要的现实意义。本文以AUV在垂直面的运动为研究对象,对其在垂直面的纵倾控制和深度控制进行了深入的研究。针对本AUV的特点,在特定的工作点对非线性模型进行了线性化建立了简化的垂直面运动的数学模型,执行机构以及海流和海浪干扰的数学模型。针对AUV运动严重的非线性和不确定性,论文基于滑模变结构控制理论设计了变结构深度控制器和纵倾控制器,对所建立的数学模型进行了运动控制仿真,使系统在工作点以及非设计工作点都能够获得较好的控制效果。仿真结果表明该控制方法可以胜任对该对象各个控制量的控制,对于在非线性环境下的AUV姿态控制具有很强的实用价值。论文分别讨论了纵倾控制和深度控制问题,但是在复杂的海洋环境下,以及AUV本身在运动过程中不确定的水动力特性和固有的非线性属性,AUV在进行深度控制过程中不可避免会产生大倾角的严重工况,不利于系统的位置和姿态控制。针对深度控制中纵倾角限幅的设计要求,将纵倾控制引入深度控制环节,对不同的工况做出了系统的分析和研究,仿真结果表明证实了该控制方法的有效性和适用性。最后,针对AUV实际工作中载荷发生变化的工况,将深度-纵倾联合控制方案对深度变化进行控制,仿真结果说明利用滑模变结构控制理论设计的控制器在系统参数变化时具有很强的鲁棒性;同时,也为提高变深响应过程的性能提供了思路。