无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)是一种高新技术的小型水下自航载体,可以通过遥控或者自主操作的方式完成特定的水下作业任务。利用UUV可以进行深海勘探,海洋资源开发,沉船打捞以及军事上港口战术侦查等任务。UUV的运动控制技术是其能够完成特定作业任务的基础,垂直面运动虽然是UUV空间运动的一个特殊情形,但却是其完成使命任务的关键,UUV垂直面运动控制问题的研究在理论层面和工程实践方面都有着重要的意义。本文通过学习研究鲁棒H_∞控制方法,结合UUV在垂直面的运动规律,对UUV的深度控制问题与纵倾控制问题加以分析,力图运用鲁棒H_∞控制方法提高在海洋环境中UUV垂直面控制的鲁棒性与稳定性。首先,基于研究对象UUV,建立了 UUV垂直面运动模型,执行机构以及海流干扰的数学模型。其次,考虑到UUV运动的非线性及模型的不确定性,论文针对固定工况模型参数发生摄动的情况基于鲁棒H_∞控制理论设计了H_∞深度控制器以及纵倾控制器,对所建立的数学模型进行了运动控制仿真,仿真结果表明在固定工况下该控制方法可以胜任对深度及纵倾的有效控制,并且鲁棒性较强。同时,在上述基础上考虑到执行器发生故障的情况,结合容错控制理论,设计了H_∞深度和纵倾容错控制器,使UUV在执行器发生故障的时候也可以对深度和纵倾进行有效的控制。再次,针对UUV运动的非线性以及航速变化的特点,基于T-S模型对UUV深度和纵倾模型进行研究,并且基于并行分布补偿(PDC)的设计方法设计H_∞深度和纵倾控制器,使UUV在变速航行的情况下也可以对深度和纵倾进行有效的控制。仿真结果表明在设定的航速区间内,该控制方法对深度及纵倾的控制取得了较好的控制效果。最后,针对UUV在垂直面的变深控制问题进行分析,并且进行分段控制变深方法与深度-纵倾协调控制变深方法研究。通过仿真可以说明,这些控制方法可以有效的限制纵倾角,增加了 UUV下潜的安全性,并且可以有效的抑制海流干扰。