潜艇,作为现代海洋军事力量的组成部分,是海军的主要舰艇种类之一,亦是各国海军实力的一个重要表现。潜艇作为主要于近水面进行战术任务的舰艇,其日常中的一般巡航以及其他作业状态下的水下航行模式也属于近水面航行。潜艇在近水面航行时,工作环境复杂且面临许多未知情况,如执行器故障、海浪干扰等等。同时,考虑到安全因素也需要对潜艇自身状态进行约束,所以在对潜艇设计控制器时应考虑执行器故障、海浪干扰以及状态约束。论文的主要研究内容与成果如下:首先,研究了故障诊断、状态约束及自适应H∞状态反馈容错控制的集成设计方法。设计了未知干扰输入观测器,将执行器故障和外界干扰解耦,并根据解耦结果作为参照来选择适当的自适应律来进行艏艉舵故障参数估计。同时,对潜艇系统近水面实际需求进行状态约束,使得在故障发生后潜艇的系统状态满足一定约束。进而利用艏艉舵故障估计参数,设计了约束条件下自适应H∞状态反馈容错控制器。其次,研究了 AMESim与Simulink联合仿真的潜艇容错控制系统。在AMESim中对潜艇的艏艉舵按照实际的物理系统,并参照ZHYSC-F电液比例控制系统实验台中的位置控制部分构建仿真模型。在Simulink中,利用S函数编写相应的故障诊断模块、带状态约束的自适应H∞状态反馈控制器及潜艇垂直面模型等模块。通过联合仿真接口将AMESim内建立的艏艉舵模型与Simulink的控制系统模型连接起来进行联合仿真。最后,在MATLAB中验证了控制算法对潜艇垂直面控制的有效性。并在AMESim-Simulink仿真环境下,利用Simulink的控制器对AMESim的艏艉舵模型进行实时控制,反馈回Simulink的实际舵角值在对潜艇垂直面运动的控制上同样取得了很好的效果,体现出文中算法的实际应用性。