海洋监测技术是海洋科学研究与海洋资源探索的重要保证。水下自航行器(AUV)是海洋监测仪器的搭载平台,也是获取海洋监测数据的关键装备。本文以自主研制的具有变浮力系统、可着陆坐底的水下自航行器(AUV with Variable Buoyancy System)为依托,描述了水下自航行器系统的总体结构,并建立了系统的动力学模型;然后,设计了高性能的模糊PID控制器;最后,研究了水下自航行器的避障及编队问题。针对PID控制器参数整定问题的局限性,本文设计了模糊PID控制器,该控制器将专家经验应用于PID参数调节中,集模糊控制和PID控制的优点于一身,提高了系统的鲁棒性。针对水下自航行器在水下航行过程的避障问题,本文提出了一种基于声纳的避障方法。通过声纳的探测数据来判断障碍物的特征,实现了水下自航行器的安全避障。多机器人系统是机器人发展的必然趋势,实现编队是多水下机器人系统的基础。本文研究了水下自航行器的编队问题,提出了一种基于虚拟leader的编队策略,该策略增加了队形反馈,保证了队形控制的可靠性。