海洋工程中水下机器人由于受到自身特性和所处环境的限制,执行任务时航速大部分为中低速,因此对水下机器人进行零低速行驶下的研究是很有必要的。需要知道的是近水面的海洋环境因素相对变化多端且难以分析,这将导致水下机器人产生激烈的六自由度运动。无论水下机器人应用于什么任务,环境干扰都将对其任务的顺利完成造成阻碍,甚至导致任务失败,最恶劣的情况下造成水下机器人的报废也不无可能。为了设计出针对水下机器人在近水面受海浪干扰影响产生横摇运动和纵摇运动的有效控制策略,选择了研究对象“NPS AUV II”型水下机器人,对水下机器人的六自由度运动方程和外形进行适当的简化,还根据受力表达式推算出了水下机器人所遭受到的海浪干扰力和干扰力矩。其次,为赋予近水面零低速行驶的水下机器人主动抵抗海浪造成的干扰的能力,选择的水下机器人自主减摇的执行机构为基于零航速减摇鳍工作原理的水平舵,并确定了水平舵的升力模型,设计了水平舵的操纵方式,分析计算出了水平舵所产生的横摇扶正力矩和纵摇扶正力矩。然后,根据滑模变结构控制的原理、特性以及相关应用的效果分析,选择以趋近律的方式作为应对抖振现象的方法,设计了减抖振效果优良的改进型快速双幂次趋近律,基于已建立的AUV六自由度模型、水平舵模型与采用的趋近律,设计出水下机器人的滑模变结构控制综合减摇系统。选择所处深度和遭遇角作为控制变量,对受扰产生的横摇运动和纵摇运动进行了仿真,仿真结果显示出控制策略的有效性。最后,考虑到AUV的供能来源铅酸电池的电量是有限的,为了能延长AUV的工作时间,必然需要实现综合减摇系统的能量优化,尽量减少不必要的能量损耗。根据水平舵的特性,选择以舵角作为能量优化的控制目标,了解到舵机执行器饱和现象不仅会造成额外的能量损耗,还会降低系统的工作性能,根据一般抗饱和补偿器进行了减摇系统的抗饱和补偿设计,实现了对舵角的抗饱和控制。在消除了饱和现象之后,采用了广义预测控制算法,通过合理的性能指标选择,降低了能量损耗。在保证减摇效率不过度降低的前提下,实现了被控系统的良好工作性能以及能量的优化。