随着欠驱动自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)在海底地形勘探中的广泛使用,对于其在水下作业的运动控制问题的研究具有重要意义。由于欠驱动AUV的模型具有较强的非线性特性和强耦合性,并且考虑到海底流体作用的复杂、外界干扰和模型参数的不确定性,欠驱动AUV的运动控制问题便成为了难点热点问题。本文将基于海底地形勘探的背景,对欠驱动AUV的三维路径跟踪控制和地形跟踪控制方法,进行了以下几方面的工作:(1)基于刚体运动学、动力学理论,阐述了欠驱动AUV的六自由度空间运动模型的建立过程。针对挪威科技大学(NTNU)AUV,进行了模型简化,从而得到本文的研究对象的运动模型。最后进行了操纵性仿真计算,验证了提出模型的可用性。(2)针对基于坐标点的三维路径跟踪运动控制问题,通过引入Serret-Frenet局部坐标系和视线法(line-of-sight,LOS)制导律,将路径跟踪的位置误差镇定转换为视线角误差的镇定;基于李雅普诺夫(Lyapunov)直接法,设计虚拟控制律,用以镇定视线角误差;接着引入了积分滑模面并根据模型参数摄动上界设计了切换控制律;考虑未知扰动约束的问题,利用RBF(Radial Basis Function)神经网络对于参数摄动上界进行逼近,重新设计切换增益并进行了 Lyapunov稳定性分析;最后,仿真实现了对三维直线路径的跟踪控制。(3)针对垂直面地形跟踪运动控制问题,引入了基于虚拟跟踪点的Serret-Frenet坐标系,建立了垂直面误差运动模型。为简化控制器,基于Lyapunov直接法设计了反馈增益形式的虚拟控制律,消除了非线性耦合项;接着,引入基于双幂次趋近律的非奇异快速终端滑模面设计动力学控制器;考虑外界扰动,引入了非线性干扰观测器进行控制律补偿,并进行了 Lyapunov稳定性证明。最后,考虑在不同外界扰动约束条件下,仿真实现了对多种地形的跟踪控制。