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近些年来,自主式水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)在各个领域得到了广泛的应用,尤其在地质监测、能源勘探和管道排查等方面。路径跟踪控制作为AUV控制的基础受到了众多国内外学者的广泛关注。然而在现实的海洋环境当中,欠驱动AUV的应用场景最为广泛。本文主要研究欠驱动AUV在水平面运动和三维空间中运动的路径跟踪控制问题,所采用的控制律设计方法主要为反步法,主要研究内容如下:1.针对欠驱动AUV在水平面的路径跟踪控制问题,考虑外部环境未知扰动,设计了一种基于“视线法”(Line-of-Sight,LOS)的有限时间路径跟踪控制律,用来实现欠驱动AUV的曲线路径跟踪控制。采用了一种有限时间扰动观测器用来精确观测外部未知扰动,并且结合了有限时间滤波器技术,这不仅处理了传统反步法的微分膨胀问题还解决了控制律设计过程中出现的奇异问题。考虑由滤波引起的误差,引入滤波跟踪误差补偿机制,提高了路径跟踪的控制精度。2.针对欠驱动AUV在水平面的路径跟踪控制问题,考虑外部未知扰动、模型不确定和控制器存在输入饱和的情况,设计了一种基于“视线法”的有限时间路径跟踪控制律,实现了欠驱动AUV的曲线路径跟踪控制。将反步积分滑模控制与改进的输入饱和辅助设计系统相结合设计控制律,并且针对传统反步法存在的微分膨胀问题,利用二阶低通滤波器来获取期望艏向的一阶和二阶导数。3.针对欠驱动AUV在三维空间中的路径跟踪控制问题,考虑外部未知扰动、模型不确定和控制器存在输入饱和的情况,设计了一种基于“视线法”的路径跟踪控制律,利用径向基函数神经网络对扰动和模型不确定进行逼近,将反步法与输入饱和辅助设计系统相结合设计控制律,同时利用动态面技术来获取虚拟控制的一阶导数,为了实现更加准确的路径跟踪控制,采用Super-twisting算法在有限时间内准确计算侧滑角和俯仰角的一阶导数。最后,利用MATLAB仿真软件对上述所设计的欠驱动AUV路径跟踪控制律的有效性和鲁棒性进行仿真验证,从仿真结果可以看出所设计控制律的可行性。