هدف از انجام این پایان نامه مدل سازی و طراحی سیستم کنترل بهینه ربات زیرآبی خودکار می باشد. به همین علت در ابتدا به استخراج معادلات حرکت ربات زیرآبی خودکار پرداخته می شود. نیرو و گشتاورهای اعمال شده بر ربات مورد ارزیابی قرار می گیرد و ضرایب بکار رفته در معادلات حرکت با استفاده از یک سری روابط تئوری و تجربی بدست آورده می شود. سپس به مسئله طراحی سیستم کنترل بهینه پرداخته می شود. از آنجایی که نیروی پیشرانش این ربات مقداری ثابت است، برای اینکه انرژی مصرفی در آن بهینه گردد باید ماموریت وسیله در حداقل زمان ممکن انجام شود. همچنین بنا بر محرک انتخاب شده برای این ربات که از نوع بنگ-بنگ است، مسئله کنترل بنگ-بنگ زمان بهینه در آن اهمیت می یابد. بدست آوردن فرم حلقه بسته از ورودی کنترل زمان بهینه، با توجه به مرتبه بالا، پیچیدگی و غیرخطی بودن معادلات فضای حالتِ حرکتِ این ربات؛ بسیار مشکل می باشد. در این پایان نامه از الگوریتم ipso-sqp جهت بدست آوردن ورودی کنترل بنگ-بنگ زمان بهینه استفاده می شود. برای نشان دادن کارایی این الگوریتم در کنترل بنگ-بنگ زمان بهینه، ابتدا از آن در کنترل حداقل زمان معادلات وندرپل، سیستم رایلی و مدل فضای حالت هواپیمای f8 با ورودی کنترل بنگ-بنگ استفاده می شود و نتایج مورد ارزیابی قرار می گیرد. سپس از آن در کنترل بنگ-بنگ زمان بهینه ربات زیرآبی خودکار استفاده می شود. همچنین نشان داده می شود که اگر محرک طوری انتخاب شود که ورودی کنترل بنگ-بنگ نباشد ولی کران دار باشد، پاسخ کنترل زمان بهینه آن، همان است که با فرض ورودی کنترل بنگ-بنگ بدست آمده است و این پاسخ منحصر به فرد نیز هست. این کار نیز با استفاده از الگوریتم ipso-sqp انجام می گیرد. پس از حل مسئله کنترل زمان بهینه و بدست آوردن مسیرهای بهینه، برای ردیابی این مسیرها کنترل کننده pid طراحی می شود. این مرحله از کار برنامه ریزی زاویه پیچ نام دارد. ضرایب کنترل-کننده pid با استفاده از روش ipso-sqp طوری طراحی می شود که خطای ردیابیِ مسیرِ بهینه، حداقل گردد.