自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)在海洋救助、海洋资源开发以及军事领域中有着广泛的应用,但由于水下航行器六自由度空间运动具有很强的耦合性和非线性的动力学特性为控制器的设计带来巨大的挑战。本文对小型低速水下航行器的航迹跟踪控制问题进行研究,并以Kambara AUV为仿真对象开展了相关仿真实验。首先,在考虑AUV的非线性水动力及各自由度耦合的情况下,建立AUV六自由度运动学模型与动力学模型。针对两自由度AUV平面运动姿态控制问题,将六自由度AUV模型解耦简化为水平面和垂直面运动模型,设计一种改进多输出PID神经网络(Multiple output PID Neural Network,MPIDNN)控制器,实现水平面和垂直面内的AUV运动姿态控制。其次,针对三自由度AUV水平面轨迹跟踪控制问题,由于AUV数学模型具有清晰的“运动学-动力学”结构特点,所以采用双闭环控制策略,同时利用积分滑模的方法降低系统稳态误差,采用准滑动模态的方法减小抖振,通过水平面直线轨迹和圆轨迹仿真验证该策略的有效性。最后,针对六自由度AUV空间轨迹跟踪问题,利用Backstepping的设计思想,在考虑海流速度及外界慢干扰作用的情况下,采用自适应律对海流速度进行估计,同时用准滑动模态控制的方法来克服外界慢干扰作用,综合设计AUV空间轨迹跟踪控制器,并进行AUV空间曲线轨迹跟踪控制仿真实验。