自主式水下潜航器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)是一种无人操控、可自主导航的水下航行器,它集传感器技术、自动控制技术等高科技于一体,可用来组建水下数据采集系统、海域监控系统、甚至是水下无人作战网络等,在科研和军事领域越来越重要。电控系统是AUV的核心,也是其高技术的集中体现,AUV的环境感知、自主导航、运动控制、数据采集、特殊任务执行都依赖于电控系统。目前的AUV电控系统体积庞大、相对功耗高、成本昂贵,针对其不能在狭窄水域作业和民用成本高等缺点,设计了一种基于ROS的AUV嵌入式控制系统。该系统主要由导航传感器系统、树莓派主控、STM32辅助控制板组成。其中,在树莓派上移植了ROS来开发主控程序,在辅助控制板上移植了Free RTOS来开发应急安全策略。导航传感器仅使用了惯性测量MEMS集成传感器和深度传感器,用深度传感器来校正陀螺仪漂移和积分运算的累积误差,得到了更加精确的空间位移数据。通过实际测试,得到了几种数据融合算法的直观效果和数值分析,经对比后选定模糊卡尔曼滤波器作为本设计的数据融合算法,进一步降低了陀螺仪漂移的影响;并对模糊卡尔曼算法的计算过程进行了改进,减少了其运算量。在求解AUV姿态时加入了地磁传感器数据,有效抑制了Z轴漂移和周期性过零现象。为适应水下复杂多变的水动力环境,使用了内环为角速度、外环为姿态角度的双闭环串级PID控制算法来完成AUV的运动控制,提高了控制系统的抗扰动能力。陆地调试和水中测试结果表明,本课题设计的嵌入式控制系统,实现了AUV按预设路线运行,系统已具备基本导航控制和运动控制能力。该系统基于嵌入式主控和精简了的传感器系统,体积和功耗进一步下降,成本也更低,能够在狭窄水域作业并利于AUV应用向民用领域扩展,为AUV小型化提供了有益借鉴。