多水下无人航行器(Multiple Unmanned Underwater Vehicles)是指一种独立自主的、能够回收和长期在水下执行任务的无人机器人系统。在海洋科学调查、海上搜救和沉船打捞等方面,UUV已得到了广泛的应用。相比于单UUV,多UUV编队系统功能、空间、容错等方面具有单体不具有的优势。本课题将面对多UUV编队航行过程中队形变换和队形保持两个主要功能,研究混合式多航行器编队系统路径规划策略和编队协调控制方法。论文的主要研究内容如下:1.本文首先对多UUV编队中队形保持和队形变换两个子任务进行分析,选取了协调控制系统架构,在详细描述了地面坐标系、航行体坐标系和编队坐标系的基础上,建立有海流干扰情况下的UUV运动学模型和动力学模型。基于图论理论建立了通信拓扑的数学模型,并介绍了多UUV编队控制系统一般形式。2.针对多UUV编队系统队形变换任务路径规划问题,本文分析UUV编队系统路径规划要素,根据路径规划需求建立任务目标函数。利用dubins曲线对优化模型生成路径,将多UUV编队问题转化为线性规划中的指派问题,在时间和能耗的约束条件下,采用连续Hopfield神经网络算法求解最优变换路径。以多UUV编队从随机队形变换到“三角”队形的MATLAB的仿真案例对该队形变换方法可行性进行了验证。3.针对多UUV编队系统队形变换控制问题,本文提出一种采用反步法理论与二阶一致性理论相结合的方法。考虑了航行器模型的非完整约束特性,基于路径引导点的方法建立了多航行器编队系统误差方程,UUV航向控制采用反步法对各自路径完成精确跟踪,引入一阶虚拟量消除了积分项的膨胀,且在速度控制中引入时间参数协助多UUV编队系统在一定时间内完成队形变换。通过多UUV编队系统队形变换控制MATLAB仿真案例,对多UUV编队系统队形变换控制器的正确性和有效性进行验证。4.针对多UUV编队系统队形保持控制问题,通过定义在队形保持中的三种误差增加多UUV编队路径跟踪精度,根据坐标转化求解各UUV的误差方程。采用基于虚拟领航者的二阶一致性理论设计多UUV编队系统队形保持控制律,以多UUV编队跟踪直线、转弯、直线三部分组成水平面路径为实验背景进行仿真,验证了设计的多UUV编队系统队形保持控制律的稳定性。