在水下机器人从水面开始下潜的过程中,由于受到海浪、洋流等海洋环境的干扰,其运动姿态将会有明显的变化,剧烈的横摇运动将严重影响水下机器人的正常下潜,甚至能损坏水下机器人的结构。因此,在水下机器人下潜过程中有必要对其横摇姿态进行控制。为研究水下机器人在近水面受海浪扰动时横摇运动的问题,本文以“NPS AUV II”型水下机器人作为研究对象,它是一种多翼自治式水下机器人,分别建立了水下机器人在静水中运动模型和随机海浪的干扰模型。计算水下机器人在近水面低速航行时所受随机海浪干扰力和干扰力矩,发现按照传统的减横摇方法控制水下机器人自带的水平舵时,很难产生足够的扶正力矩来减小随机海浪的干扰。为解决这一问题,本文采用零航速减摇鳍装置的工作原理对横摇角进行控制,利用势流理论和漩涡作用力理论分析了零航速减摇鳍产生的升力,在对零航速减摇鳍研究的基础上,考虑将“NPS AUV II”型水下机器人的一对水平舵代替零航速减摇鳍,以实现减横摇的目的。由于水下机器人在近水面下潜过程中运动模型的非线性、外界扰动的时变性和控制系统的强耦合性等特点,传统的控制方法很难达到理想的控制效果,在前人研究的基础上,使用变结构滑模控制理论控制水平舵,采用了趋近律的方法来削弱滑模控制被控系统的抖振现象,在快速幂次趋近率和双幂次趋近率的基础上提出了一种快速双幂次组合函数趋近率,并应用在水下机器人橫摇运动的综合变结构控制器中。在水下机器人水动力模型、水平舵减摇升力模型和基于变结构滑模控制系统的基础上,通过对基于水平舵主动拍动的水下机器人在近水面横摇控制系统进行MTATLAB仿真,与未加减摇控制系统的仿真结果作对比,发现在不同海浪干扰下减摇效果明显,并且对水下机器人下潜时的其他参数影响不大,验证了控制策略的正确性。仿真结果表明基于变结构滑模控制的水下机器人横摇控制具有一定的理论意义和工程价值。