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针对传统的以“螺旋桨+舵”作为执行机构的水下航行器在低速或零速状态时对水下航行器的姿态控制舵效不足的问题，本文以控制力矩陀螺(Control Moment Gyro, CMG)代替“螺旋桨+舵”来对水下航行器进行姿态控制。本文设计了以DSP作为控制核心水下航行器姿态控制系统。从基于CMGs的水下航行器机械系统的组成及工作原理、数学模型建立、模糊PID控制算法设计、自抗扰姿态控制算法设计和控制系统的软硬件设计等方面对以CMGs作为姿态控制执行机构的水下航行器展开了研究。
水下航行器通过CMGs进行姿态控制，水下航行器组成部分包括：进行固定作用的外壳、进行姿态控制的控制力矩陀螺群、陀螺转子等部分。硬件控制系统使用TMS320F2812DSP板作为核心控制器，结合设计的PCB电路板来对四台无刷直流电机和四台蜗轮蜗杆减速电机进行驱动控制，从而实现对水下航行器的姿态控制目标。
建立了基于CMGs的水下航行器的数学模型，然后根据建立的数学模型设计了PID控制器和模糊PID控制器，随后通过MATLAB/SimuLink对PID控制器和模糊PID控制器下的水下航行器俯仰角、滚转角和偏航角进行了仿真分析，得出结论如下：模糊PID控制器响应速度快并且具有更小的超调量，使用模糊PID对于水下航行器的姿态控制具有更好的效果。
根据建立的基于CMGs的水下航行器的数学模型，设计了包括跟踪微分器(TD)并且扩张状态观测器(ESO)为核心和非线性状态误差反馈(NLSEF)组成的基于CMGs的水下航行器的自抗扰姿态控制器，通过MATLAB/SimuLink进行了仿真。仿真结果表明：自抗扰控制器对于姿态角、框架转角和框架角速度的控制效果良好，能够满足系统对于稳定性和机动性的要求。
设计了基于CMGs的水下航行器姿态控制系统的硬件系统，通过TMS320F2812DSP芯片对直流电机和力矩电机进行调速和起停控制。以模块化思想设计了电源模块、时钟与复位模块、串行通信接口模块、电机转速测量模块、电机起停隔离模块、光电隔离模块等硬件电路。根据搭建的硬件电路，进行系统的主程序设计、系统时钟设置、转速测量程序设计、PWM调速程序设计以及串行通讯程序设计。
水下航行器通过CMGs进行姿态控制，水下航行器组成部分包括：进行固定作用的外壳、进行姿态控制的控制力矩陀螺群、陀螺转子等部分。硬件控制系统使用TMS320F2812DSP板作为核心控制器，结合设计的PCB电路板来对四台无刷直流电机和四台蜗轮蜗杆减速电机进行驱动控制，从而实现对水下航行器的姿态控制目标。
建立了基于CMGs的水下航行器的数学模型，然后根据建立的数学模型设计了PID控制器和模糊PID控制器，随后通过MATLAB/SimuLink对PID控制器和模糊PID控制器下的水下航行器俯仰角、滚转角和偏航角进行了仿真分析，得出结论如下：模糊PID控制器响应速度快并且具有更小的超调量，使用模糊PID对于水下航行器的姿态控制具有更好的效果。
根据建立的基于CMGs的水下航行器的数学模型，设计了包括跟踪微分器(TD)并且扩张状态观测器(ESO)为核心和非线性状态误差反馈(NLSEF)组成的基于CMGs的水下航行器的自抗扰姿态控制器，通过MATLAB/SimuLink进行了仿真。仿真结果表明：自抗扰控制器对于姿态角、框架转角和框架角速度的控制效果良好，能够满足系统对于稳定性和机动性的要求。
设计了基于CMGs的水下航行器姿态控制系统的硬件系统，通过TMS320F2812DSP芯片对直流电机和力矩电机进行调速和起停控制。以模块化思想设计了电源模块、时钟与复位模块、串行通信接口模块、电机转速测量模块、电机起停隔离模块、光电隔离模块等硬件电路。根据搭建的硬件电路，进行系统的主程序设计、系统时钟设置、转速测量程序设计、PWM调速程序设计以及串行通讯程序设计。