随着科技、经济和军事领域的不断发展,人类对水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的性能要求也越来越高。欠驱动AUV作为一种体积小、可控性好、续航能力长和搭载能力强的水下载体,其航迹跟踪控制能力是完成水下资源勘探、环境监测和海域侦查等任务的重要技术保障。因此,欠驱动AUV航迹跟踪控制研究是一个具有代表性的前沿课题。论文旨在研究海流干扰下欠驱动AUV路径跟踪控制和轨迹跟踪控制,并设计出性能优良的鲁棒控制器。首先,基于AUV系统受力的复杂性以及各个自由度运动的强耦合性,考虑海流干扰的影响,建立了欠驱动AUV运动学和动力学模型,并且对欠驱动控制系统的主要特性和控制难点进行了分析。其次,针对模型未知和海流干扰下欠驱动AUV三维路径跟踪控制问题,基于Serret-Frenet坐标系,利用虚拟向导的方法建立欠驱动AUV三维误差模型,结合非线性反步法和阻尼技术设计了三维路径跟踪鲁棒控制器,并基于Lyapunov稳定性理论证明了控制器的有效性和稳定性。再次,考虑未知海流干扰的影响,基于运动学模型设计海流观测器,通过调整设计参数使观测器误差指数收敛,实现了对未知海流的观测与估计,并结合滑模控制对系统未建模动态和外界干扰具有不变性,设计鲁棒控制器,并进行稳定性分析,实现了海流干扰下欠驱动AUV三维路径跟踪控制。最后,针对欠驱动AUV三维轨迹跟踪控制问题,对参考轨迹进行规划,将参考轨迹的信息转换成虚拟目标的速度和位姿信息,从而保证了欠驱动AUV轨迹跟踪目标的合理性;另外,通过定义虚拟AUV速度误差变量,简化了控制器的设计过程,有效避免了高阶导数的复杂形式和控制器求解过程中的奇异值问题,并且开展了欠驱动AUV三维直线和曲线轨迹跟踪控制仿真实验。