陆地资源日益匮乏,海洋蕴藏的丰富资源及其重要地理意义已受到各国极大关注,海洋竞争也日趋白热化。本世纪把我国建设成为海洋强国已被列为国家战略。而深海载人潜水器作为海洋探测开发的有效工具受到广泛重视。海底环境复杂,热液源、海底火山、海底峡谷等资源密集区给载人潜水器(Human Occupied Vehicle,HOV)的安全航行与作业带来了巨大挑战。航行控制算法作为航行控制的核心,起着至关重要的作用。本文在国家863项目“4500米载人潜水器控制系统设计与关键技术研究”(2009AA093302)支持下,对载人潜水器自动控制技术进行研究,重点研究了载人潜水器的自动定向、自动定深、自动定高和自主悬停定位控制,对控制系统的结构和算法进行设计与验证。本文首先研究了载人潜水器水动力模型,分析了潜水器在运动过程中受到的力,尤其惯性水动力与粘性水动力。在受力分析的基础上建立了用于验证算法的非线性数学模型与本文控制算法所需的时变状态空间方程。其次,根据潜水器推进器布置情况,推导了力及力矩分配方程,设计了控制结构,制定了控制流程。此外,采用模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)算法设计了控制器,包括初始化、主循环主体结构设计,并加入了推进器输出推力约束,解决了不等式约束下二次目标函数寻优问题。设计了状态观测器,使状态预估量误差收敛于零。最后,通过大量实验分析了控制器参数对控制效果的影响,确定了控制器参数。并把自动定向,自动定深/定高的仿真实验结果与模糊PID方法的控制效果做了对比,体现了本文算法的有效性。重点对悬停定位这一控制难点做了基于各种环境下的仿真实验,并与自适应二次线性调节(Linear Quadratic Regular,LQR)方法的控制效果做了对比,体现了模型预测控制方法的优越性。