自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle)如今是人类进行海洋探索的重要工具,在军事和民用上朝着更加自主、更长的作业时间、更高的隐蔽性、更强大的数据交互能力的趋势前进。由于AUV电池技术没有进一步突破,传统的母船布放回收进行能源补充和数据交换带来的种种弊端,对AUV的回收对接研究显得尤为重要。尤其在复杂的海洋环境下,探究有效的回收路径跟踪控制方法,完成回收任务,是目前国内外在回收对接技术上的热点,对于AUV在军事和民用领域都有重要作用。本文主要参与研制了一套具有水下AUV自主对接功能的实验系统,并针对AUV回收三维路径跟踪展开了控制新方法研究,具体研究内容如下:论文首先分析了AUV回收对接系统和三维路径跟踪方法的国内外研究现状和发展趋势,并根据回收对接的项目需求,设计了“探海I型”AUV回收对接控制总体方案,研究了“探海I型”AUV的数学建模。其中包括建立了海流干扰下推进器、水平面和垂直面的数学模型。然后着重研究了“探海I型”AUV回收三维路径跟踪控制方法。对于水平面艏向角控制器,为解决海流干扰和滑模控制带来的抖振问题,设计了一种新颖的模糊滑模控制器,引入了模糊控制来优化滑模控制中趋近律的符号函数;对于深度控制器,为解决AUV自身的模型和水动力参数的不确定性,提出了模糊积分S面控制,即对S面引入积分项,且对S面中的系数进行模糊化,以提高控制器的鲁棒性和抗干扰能力。其次进行了“探海I型”回收控制系统设计。其中包括AUV本体和对接坞的软硬件设计,重点设计了基于PC104 LINUX嵌入式架构的MOOS水下软件。最后进行了AUV湖试。其中包括了通信及驱动设备调试和检查、路径跟踪试验,经过水面航迹、水下航迹、水下六边形跟踪湖试,验证了所设计控制器的有效性和AUV控制系统运行的稳定性,满足了AUV水下对接回收功能的需求。