带缆水下潜器作为海洋工程装备中的重要组成部分,其操纵运动性能和航迹跟踪控制一直是水下工程技术研究中的热点。本文在不同均匀定常流速下,对脐带缆运动、带缆水下潜器的操纵运动和航迹跟踪控制进行了数值仿真,同时将仿真结果进行了比较分析。在脐带缆运动仿真研究中,为了考虑均匀定常流的影响,对脐带缆运动的有限差分法模型进行改进,并采用最小二乘方法求解离散后的非线性方程组。为验证模型改进的正确性和可靠性,将潜器水平匀速直航且流向与运动方向一致时的数值解与该特殊情况下的解析解进行比较,两组解的吻合既证实了改进模型的正确可靠,又表明了数值求解方案的有效性。通过比较分析不同流速下,脐带缆运动仿真结果,表明流向和流速大小对脐带缆运动影响显著,正向流时,缆形有正向偏移,负向流时,有负向的偏移,且流速值越大,缆形偏移量越大;脐带缆逆流运动时,流速越大,张力越大,浸没于水中的缆绳长度越长,顺流运动时流速越大,张力越小,浸没于水中的缆绳长度越短;脐带缆会产生阻止潜器运动状态改变的作用力和作用力矩。在带缆水下潜器操纵运动研究中,以六自由度运动模型为基础,水动力系数由PMM试验获得,脐带缆作用力由有限差分法改进模型数值计算,在给定推进器转速的情况下,对带缆水下潜器的操纵运动进行了数值仿真,分析了不同均匀定常流流速和脐带缆的影响。结果表明流速会显著改变潜器的运动速度、运动姿态角和脐带缆作用力大小和方向。虽然脐带缆连接于潜器重心,仅会产生阻碍潜器运动状态改变的作用力,不会产生作用力矩,但脐带缆作用力会改变潜器线运动速度从而改变潜器自身所受水动力载荷,使带缆水下潜器产生幅值随时间变化的摇荡扰动运动。在带缆水下潜器航迹跟踪控制研究中,设计了运动学反步控制器和动力学滑模控制器。引入生物启发神经动力学模型来平滑反步控制器中因跟踪误差较大,引起的输出速度跳变;并验证了控制器的Lyapunov稳定性。根据试算结果,确定控制器参数,对折线路径跟踪和螺旋路径跟踪进行仿真,并分析流和脐带缆对跟踪效果的影响。结果显示,生物启发神经动力学反步滑模控制器能够较好地实现带缆水下潜器的航迹跟踪,仅在初始阶段和离散路径拐点处有较大的跟踪误差和推进器推力,其余时间段内均能实现较好的稳态跟踪。均匀定常流不会引起控制器航迹跟踪误差的增大,在流速较低时,对推进器推力输出影响也不明显,但脐带缆会增大控制器航迹跟踪误差,特别是在螺旋路径跟踪时,x和y方向的跟踪误差较大,影响明显。