操纵性是现代潜艇控制关键的性能之一,研究潜艇的操纵特性是保证潜艇工作效能和战斗力的基础。本系统对潜艇性能的模拟研究能提升我国潜艇的自动控制能力。本文基于国家保障条件建设项目,负责潜艇半实物模拟操纵系统的研制,针对不同工况、复杂环境下的潜艇运动多种控制方案进行研究,应用于高性能潜艇的实际控制,并为搭建实际液压舵机平台奠定基础。潜艇的操纵控制分为水平面上的航向控制和垂直面上的纵倾及深度控制,本文针对潜艇空间六自由度模型对其垂直面运动进行研究,潜艇垂直面运动具有非线性、强耦合的多输入/多输出的复杂特性,围壳舵和艉升降舵分别控制一定航速下的潜艇的纵倾和深度,对于模型中出现的双通道相互干扰的情况,本文运用解耦控制的方法成功地将其分离成单输入/单输出状态,针对控制深度的围壳舵和控制纵倾的艉升降舵,分别设计闭环控制算法,同时实现双控制器的运行。本文还对实际液压舵机系统进行AMEsim模型分析,对液压系统特性进行研究并分析系统性能。针对潜艇垂直面上纵倾及深度控制的耦合特点,本文设计出快速终端滑模控制算法,并对比传统终端函数和全局终端函数,提出一种改良的终端函数和全局终端函数构造准则,并设计出终端滑模面。最后,结合算法和模型进行了仿真和实验研究,验证了整体控制系统具有良好的稳定性。本文控制系统设计不仅解决了解耦问题,还结合不同的水动力干扰,通过仿真和实验的方法对系统进行分析,完成潜艇垂直面的鲁棒控制。同时,针对潜艇水动力系数不公开和实验数据不准确等难题,论文采用理论估算方法初步获取水动力系数,通过参数摄动改变模型和结合PID对比仿真分析,验证控制系统在模型参数变化下的控制效果。仿真表明,在一定的参数摄动下,系统对潜艇纵倾及深度具有良好的控制效果。