根据水下航行器运动数学模型，在Simulink环境下构建仿真模型，总体结构如图4-4所示。

仿真模型的4个输入参数为：差动舵角dd、直舵角dr、横舵角de和螺旋桨推力T，并预留了波浪力等环境扰动输入接口。

15个输出参数包括：航行器的3个线速度分量（u，v，w）、3个角速度分量（p，q，r）、3个位置分量（xe，ye，ze）、3个姿态角分量（φ，ψ，θ），以及合速度和流体动力角（U，α，β）。

如图4-4所示，处理航行器运动学方程的Vehicle＿Plant由S函数编写，主要包括：

图4-4　Simulink仿真总体结构

（1）主函数。

function［sys，x0，str，ts］＝Vehicle＿Plant（t，x，u，flag）

功能：设置标志位flag和对应的函数返回值。

（2）初始化函数。

function［sys，x0，str，ts］＝mdlInitializeSizes

功能：设置系统相关维数、采样时间，和状态向量x＝［u，v，w，p，q，r，xe，ye，ze，φ，Ψ，θ］的初始值。

（3）求导函数。(www.daowen.com)

function sys＝mdlDerivatives（t，x，u）

功能：求取状态变量的导数，根据运动方程可求得状态的导数x·。

（4）输出函数。

function sys＝mdlOutputs（t，x，u）

功能：计算S函数的输出，文中输出取状态向量x。

仿真模型中计算航行器所受外力的模块由Hydro viscous force子系统（Subsystem）、Restore force子系统和Control force子系统组成。

各子系统的结构如图4-5、图4-6和图4-7所示，通过Simulink中的Fcn（Function）模块，以Vehicle＿Plant模块反馈的运动参数为输入计算航行器的外力。流体动力中的惯性力项以附加质量矩阵的形式体现在动力学方程中，可以减少对反馈状态的求导运算、加快仿真速度和简化模型结构。黏性类流体动力中由操舵产生的部分和推力作为航行器的控制输入单独构建一个子系统。

图4-5　流体动力子系统结构

图4-6　恢复力子系统结构

图4-7　推力子系统结构